视频理解(基于光流和2D卷积的动作识别方法)-基本问题和经典方法

### 实现基于双2D卷积神经网络的视频动作识别 #### 构建双框架 为了有效捕捉视频中的空间时间信息,可以采用双2D卷积神经网络(Two-stream ConvNets)。该架构通过两个独立但互补的分支处理同一段视频的不同表示形式:RGB图像帧用于捕获静态视觉外观;场则用来描述相邻帧间的运动变化。 对于每一程的设计如下: - **RGB **:此路径接收原始彩色图片作为输入。通常选用预训练过的ImageNet模型如VGG16或ResNet来初始化权重,并在此基础上针对特定任务进一步微调。 - **Optical Flow **:这条线路专注于分析连续画面间物体移动模式。由于计算密集型原因,在实际部署前需预先生成好各片段对应的稠密向量图集合作为后续训练素材[^1]。 ```python import tensorflow as tf from keras.applications import VGG16, ResNet50 from keras.layers import Input, Dense, Flatten, concatenate from keras.models import Model def create_two_stream_model(input_shape=(224, 224, 3), num_classes=101): rgb_input = Input(shape=input_shape) # Load pre-trained model without top layers for RGB stream base_model_rgb = VGG16(weights='imagenet', include_top=False, input_tensor=rgb_input) flow_input = Input(shape=input_shape) # Similarly load another instance of the same architecture but trained on optical flows instead. base_model_flow = VGG16(weights=None, include_top=False, input_tensor=flow_input) # Freeze convolutional layers if necessary (depends on dataset size and similarity to ImageNet) for layer in base_model_rgb.layers: layer.trainable = False for layer in base_model_flow.layers: layer.trainable = False # Add custom fully connected head with shared weights across streams flat_rgb = Flatten()(base_model_rgb.output) flat_flow = Flatten()(base_model_flow.output) merged = concatenate([flat_rgb, flat_flow]) predictions = Dense(num_classes, activation='softmax')(merged) two_stream_net = Model(inputs=[rgb_input, flow_input], outputs=predictions) return two_stream_net ``` #### 数据准备与增强 考虑到动态特性难以直接获取,一般会借助第三方工具库OpenCV或其他专门软件离线合成这些特征映射。与此同时,适当的数据扩充策略有助于提升泛化能力并防止过拟合现象发生。这包括但不限于随机裁剪、水平翻转以及色彩抖动等操作[^4]。 #### 训练过程优化技巧 当面对大规模多视角录制的动作数据库时,建议采取分阶段迁移学习的方法逐步调整整个系统的参数配置直至收敛稳定为止。具体而言就是先固定住底层共享部分不变而仅更新顶层新增加的部分直到性能饱后再解锁更多层继续迭代下去。此外还可以利用早停法(Early Stopping),交叉验证(Cross Validation)等方式确保最终得到最优解的同时节省不必要的运算资源浪费。
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