论文阅读笔记（九）【TIFS2020】：True-Color and Grayscale Video Person Re-Identification

Introduction

（1）Motivation:
在现实场景中，摄像头会因为故障呈现灰白色，或者为了节省视频的存储空间而人工设置为灰白色。灰度图像(grayscale images)由8位存储，而彩色图像由24位存储。在节省存储空间的同时，也带来了信息丢失的问题，增加了行人重识别的难度。

通过对同一张照片的彩色版和灰度版进行余弦相似度(cosine similarity)计算，发现两者相似度在0.8左右，即灰度图像损失了约20%的有效信息。

定义本文彩色-灰度视频间行人重识别的问题：Color to Gray Video Person Re-identification (CGVPR).

（2）Contribution:

① 提供了一个新的基准数据集，命名为 true-color and grayscale video person re-identification dataset (CGVID);

② 提出了解决 CGVPR 的方法，命名为 semi-coupled dictionary pair learning (SDPL).

Dataset Description

 

Our Approach

（1）视频重构错误项（video reconstruction error term）：

彩色视频特征集合：A = [A¹, A², ..., A^N]

灰度视频特征集合：B = [B¹, B², ..., B^N]

其中 Aⁱ = [aⁱ₁, aⁱ₂, ..., aⁱ_ni] 表示第 i 个视频的特征集合，aⁱ_j 表示第 i 个视频的第 j 个步行周期的特征，每个特征维度为 d.

定义：彩色、灰度字典矩阵 D_C 和 D_G，A 和 B 通过字典矩阵的编码后的矩阵为 X 和 Y，视频内投影矩阵为 W 和 V.

视频重构错误项定义（目的是提高保真度）：

异构视频投影项定义（目的是提高同一视频间的收敛）：

其中 μⁱ 定义为第 i 个行人视频的特征集合的中心. 

（2）半耦合映射项（semi-coupled mapping term）：

目的是为了使得编码后的两个矩阵更接近，通过学习映射矩阵 P 来弥补灰度图像的信息损失. 该项定义为：

（3）距离区分度项（discriminative fidelity term）：

目的是为了缩小相同行人视频间距离，增大不同行人视频间距离. 该项定义为：

（4）目标函数：

其中 α 和 λ 是平衡因子，ρ₁ 和 ρ₂ 分别控制了视频间投影矩阵和视频内映射的效果，一般设置为 1 / N. 

E_reg为正则化项目，等于：.

模型的思路：

The Optimization of SDPL

（1）更新 W 和 V：

通过求导得到解：

推导过程：中间跳过了计算步骤，详见论文笔记3【传送门】. V 的计算类似，略.

（2）更新 X 和 Y：

通过求导得到解：

 

推导过程：得到的解有细微差别（Y 的求解同理，略）. 这里 |S| = 1.

（3）更新 D_C 和 D_G：

使用ADMM算法进行求解. 

（4）更新 P：

通过求导得出解：

推导过程：得到的解有细微差别. 

（5）优化算法：

（6）视频匹配：

① 对灰度视频特征 F 进行编码（设置 Y = 0）：

② 对彩色视频特征 C 进行编码（设置 X = 0）：

③ 计算两者距离，并挑选出距离最近的匹配视频.

④ 算法流程：

Experiments

（1）实验设置：

① 特征提取：STFV3D、深度学习特征PCB.

② 参数设置：α = 0.04，β = 0.06，λ = 0.2， ρ₁ = ρ₂ = 1 / N. 5-fold cross validation.

③ 对比方法：

字典学习方法：STFV3D，TDL，KISSME，XQDA，SI2DL，JDML；

深度学习方法：RNNCNN，ASTPN，DeepZero，PCB.

（2）实验结果：