1.
手と物体とのInteractionを検出する
アプリケーションの開発
インターンシップ最終報告会 山本航輝
1

2.
目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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4.
Vision-Languageデータセットの拡充
大規模pre-trained + fine-tuning
用のデータが必要
データセットのアノテーションコスト問題
VLデータセットにおける情報の不足
大規模なVLデータセットの多くは画像（動画）＋キャプション
ex) Ego4D（7TBのデータセット https://ego4d-data.org/）
domain-specificなタスク(料理動画からのレシピ生成等)には不十分
手と物体の関係を自動で検出できればrichな情報を持つ
データセットが作れる
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imgae: https://ego4d-data.org/

5.
目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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6.
アプリケーション概要 6
手と物体のInteractionを文として出力
入力：画像 or 動画
出力：アノテーションされた画像
手の状態を表すテンプレート文
手と物体の検出：Hand Object Detector
物体の分類：EfficientNet
言語モデルによる文章生成までは至らなかった…

7.
目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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8.
MediaPipeによる手の検出
最初の戦略
手を検出するモデル＋物体を検出するモデル
各モデルの出力を利用
MediaPipe Hand Tracking
https://mediapipe.dev/
Googleが公開しているMLフレームワークの一種
手の追跡・各pointの検出（三次元）
バラバラのモデルでは厳しい
各モデルの出力をどう利用するのか
物体の三次元座標取得が難しい
8
出典：
https://google.github.io/mediapipe/
solutions/hands

9.
Hand Object Detectorによる検出
手の状態と物体を検出
Understanding Human Hands in Contact at Internet Scale
Hand Side, Hand State, Bounding Boxを付与
N: 接触なし（No Contact）
S: 自身に触れている（ex: 胸に手を当てる）
O: 他人に触れている
P: Portableな物体に触れている
F: Portableでない物体に触れている
(ex; テーブルなど)
9
画像：https://github.com/ddshan/hand_object_detector

10.
システム概要
Faster RCNN(FRCNN) + Lossの追加による学習
RCNN: Region based Convolutional Neural Networks
10
出典：https://github.com/ddshan/hand_object_detector

11.
Loss追加による学習
Loss追加によって学習を回す
FRCNNの出力に全結合層を２つ追加
𝒔 ∈ 𝑹𝟐
: 手の左右を表す２次元ベクトル
𝒄 ∈ 𝑹𝟓: Contactの状態を表す5次元ベクトル
それぞれのクロスエントロピー誤差𝑳𝒔𝒊𝒅𝒆, 𝑳𝒔𝒕𝒂𝒕𝒆を最小化するよう学習
𝑳𝒔𝒊𝒅𝒆 𝒔′, 𝒔 = − 𝒊 𝒔′ 𝒊 𝒍𝒐𝒈 𝒔 𝒊 , 𝒔’は教師ベクトル
学習の詳細
データセット: DOH100
Backbone: ResNet-101
Batch size: 1
Epoch: 8
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12.
EfficientNetによる物体の分類
検出されたObject ⇒ 物体名
軽量かつ高精度なEfficientNetを使用
MMClassification
様々な画像分類モデルが公開されている
生成モデルやトラッキングも
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Class: BasketBall
Score: 49.0%
EfficientNet
画像：https://www.gettyimages.co.jp/editorial-images

13.
目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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14.
手の状態を文として出力
モデルの出力からテンプレート文を作成
テンプレート：
{Hand Side} Hand: {Hand Statusに応じた文}
No Contact ⇒ No Contact
Self Contact ⇒ Self Interaction
Other person ⇒ Contacting with another person
Portable Object ⇒ Contacting with {EfficientNetによる分類結果}
Stationary Object ⇒ Contacting with stationary object
Stationary Objectの分類はうまくいかない
（ほとんどのStationary Objectは見切れている）
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15.
目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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16.
Web開発フレームワークの選定
Streamlit
HTML, CSSの知識が必要ない
機械学習を利用したWeb appに用いられることが多い
Flask
Streamlitよりも自由度が高い
HTML, CSSの知識は必要
Django
データベースや認証機能に強い
学習コストは高め
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17.
Streamlit
導入コストが低い
https://streamlit.io/
pipによるインストールだけで使える
（仮想環境は必須？？公式はpipenv推奨）
学習コストが低い
Webアプリに必要な機能が簡単に書ける
HTML, CSSの知識を必要としない
⇒ 学習状況の把握やモデルのデモに最適
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18.
ディレクトリ構成 18
Hand Object Detector用のフォルダ
EfficientNet用のフォルダ
Streamlitが呼び出すプログラム

19.
実際の画面 19
画像をアップロード
アノテーションされた画像
を表示
手の状態を文章で出力

20.
Streamlitを触ってみて
デモ用のUI開発が早い
とりあえずデモを見せるのによさそう
各機能の実装が簡単
Pythonだけで書ける（HTML, CSS不要）
色々な機能があらかじめ容易されている
デプロイも容易（らしい）
https://streamlit.io/cloud
Streamlit Cloudへの登録とGithubで出来る
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21.
目次
1. 開発背景
2. Webアプリケーション概要
3. 手と物体の検出・分類
4. 文の出力
5. Webアプリケーションの実装
6. 改善点・課題
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22.
言語モデルによる文生成
Occlusion問題
物体の全体を検出できない
⇒ 前フレームの情報を使う？
テンプレート文 ⇒ 柔軟な文の生成
テンプレート文では『手が何をしているか』はわからない
Right Hand: Contacting with pen.
⇒ Right Hand: Writing paper.
フレームレベルではなく動画レベルでの生成
動作の情報が必要
CopyNetを活用？(https://arxiv.org/abs/1603.06393)
Object + State + verb ⇒ Transformer + CopyNet
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23.
インターンシップを通して
「課題 ⇒ 手法の検討 ⇒ 実装 ⇒ 公開」の体験
課題 ⇒ 手法の検討の部分が重要
Vision-Languageの知識不足
単純なComputer Vision + 自然言語処理ではない
Computer Vision, 自然言語処理に関する幅広い知識ももちろん欠かせない
機械学習の知識だけではダメ
ライブラリの依存関係やメモリ効率などコンピューターサイエンスの
知識は重要
コードは綺麗に書きましょう（自戒も込めて
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