3DCNN:3D Convolutional Neural Networks for Human Action Recognition

一.解决的问题

1.卷积神经网络(CNNs)是一种能够直接作用于原始输入的深度学习模型,从而实现了特征构建过程自动化。
2.这些模型目前仅限于处理2D输入。在这篇论文中,我们开发了一个新颖的3D CNN动作识别模型。
3.该模型通过三维卷积从空间和时间两方面提取有限元数据,从而捕获多个相邻帧的运动信息。所建立的模型从输入帧中生成多个信息通道,通过对各通道的信息进行融合得到最终的特征表示。将所建立的模型应用于现实环境中对人的行为进行识别

二.3D卷积神经网络

1. 2D卷积计算公式:
在这里插入图片描述
(1)第i层第j个feature map中(x,y)位置的输出值,记为 V i j x y V^{xy}_{ij} Vijxy
(2) P i P_i Pi Q i Q_i Qi分别是核的高度和宽度。
(3) W i j k p q W^{pq}_{ijk} W

### 基于3D卷积神经网络(CNN)的行为识别 #### 实现方式 行为识别利用视频数据作为输入,而3D卷积神经网络(3D CNN)能够有效捕捉时空信息。相比传统2D CNN仅能处理单帧图像中的空间特征,3D CNN可以同时分析多帧之间的动态变化和时间维度上的关联性[^1]。 为了实现基于3D CNN的行为识别,通常会经历以下几个环节: - **数据预处理**:收集并标注大量带标签的动作序列视频片段;对原始视频进行裁剪、缩放和平滑化操作以适应模型需求。 - **架构设计**:构建适合特定应用场景下的3D CNN框架,比如C3D (Convolutional 3D),I3D(Inflated 3D ConvNets)等知名结构被广泛应用于该领域内。 - **训练优化**:采用适当的学习算法调整权重参数直至收敛至最优解;运用迁移学习策略加速新任务上泛化性能提升。 - **评估验证**:通过交叉验证或其他统计手段衡量所建模系统的准确性与鲁棒性指标表现情况。 #### 研究论文 一篇具有代表性的研究工作来自Tran等人提出的"Inflating 3D ConvNet Architectures"一文中介绍了如何将成功的二维卷积网络扩展到三维版本用于动作分类的任务中。作者们展示了当把ResNet这样的经典拓扑迁移到三度空间后不仅保持住了原有的良好特性还进一步增强了对于复杂场景下人体姿态解析的能力[^2]。 另一篇重要文献是由Ji et al.发表的“Action Recognition with Two-stream Deep Networks”,此篇文章提出了双流网络的概念——即分别针对RGB光流图以及外观特征建立两条独立的信息传递路径再加以融合从而达到更精准的结果输出目的[^3]。 #### 代码示例 下面给出一段简单的Python代码来展示怎样定义一个基础版的3DCNN层: ```python import torch.nn as nn class Simple3DCNN(nn.Module): def __init__(self, num_classes=101): # 默认设置为UCF101数据集类别数 super(Simple3DCNN, self).__init__() self.conv_layer = nn.Sequential( nn.Conv3d(in_channels=3, out_channels=64, kernel_size=(3, 3, 3), padding=(1, 1, 1)), nn.ReLU(), nn.MaxPool3d(kernel_size=(1, 2, 2)) ) self.fc_layer = nn.Linear(64 * 8 * 8 * 8, num_classes) def forward(self, x): batch_size = x.size(0) x = self.conv_layer(x) x = x.view(batch_size, -1) x = self.fc_layer(x) return x ``` 上述例子创建了一个小型化的三层卷积加全连接层组成的简单3D-CNN模型,适用于初步理解和实践练习之用。
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