README.txt

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   2                        Multi-Tracked Paths (MTP)
   3                        -------------------------
   4
   5 * INTRODUCTION
   6
   7 This is a very simple implementation of a variant of the k-shortest
   8 paths algorithm (KSP) applied to multi-target tracking, as described
   9 in
  10
  11   J. Berclaz, E. Turetken, F. Fleuret, and P. Fua. Multiple Object
  12   Tracking using K-Shortest Paths Optimization. IEEE Transactions on
  13   Pattern Analysis and Machine Intelligence (TPAMI), 33(9):1806-1819,
  14   2011.
  15
  16 This implementation is not the reference implementation used for the
  17 experiments presented in this article. It does not require any
  18 library, and uses a Dijkstra with a Binary Heap for the min-queue,
  19 instead of a Fibonacci heap.
  20
  21 This software package provides two commands:
  22
  23  - mtp is the generic tool to use in practice. It takes tracking
  24    parameters as input, and prints the tracked trajectories as
  25    output. The format for these parameters is given at the bottom of
  26    this documentation.
  27
  28  - mtp_example creates a tracking toy example, and runs the tracking
  29    algorithm on it. It gives an example of how to use MTPTracker on a
  30    configuration produced dynamically, and produces a test input file
  31    for the mtp command. If you pass it the "stress" argument, it
  32    generates a larger and noisier problem.
  33
  34 * INSTALLATION
  35
  36 This software should compile with any C++ compiler. Under a unix-like
  37 environment, just execute
  38
  39   make
  40   ./mtp_example
  41
  42 It will create a synthetic dummy example, save its description in
  43 tracker.dat, and print the optimal detected trajectories.
  44
  45 If you now execute
  46
  47   ./mtp --verbose --trajectory-file result.trj --graph-file graph.dot tracker.dat
  48
  49 It will load the file tracker.dat saved by the previous command, run
  50 the detection, save the detected trajectories in result.trj, and the
  51 underlying graph with occupied edges in graph.dot.
  52
  53 If you do have the graphviz set of tools installed, you can produce a
  54 pdf from the latter with the dot command:
  55
  56   dot < graph.dot -T pdf -o graph.pdf
  57
  58 * IMPLEMENTATION
  59
  60 The two main classes are MTPGraph and MTPTracker.
  61
  62 The MTPGraph class contains a directed acyclic graph (DAG), with a
  63 length for each edge -- which can be negative -- and has methods to
  64 compute the family of paths in this graph that globally minimizes the
  65 sum of edge lengths.
  66
  67 If there are no path of negative length, this optimal family will be
  68 empty, since the minimum total length you can achieve is zero. Note
  69 that the procedure is similar to that of KSP, in the sense that the
  70 family it computes eventually is globally optimal, even if the
  71 computation is iterative.
  72
  73 The MTPTracker takes as input
  74
  75  (1) a number of locations and a number of time steps
  76
  77  (2) a spatial topology composed of
  78
  79      - the allowed motions between locations (a Boolean flag for each
  80        pair of locations from/to)
  81
  82      - the entrances (a Boolean flag for each location and time step)
  83
  84      - the exits (a Boolean flag for each location and time step)
  85
  86  (3) a detection score for every location and time, which stands for
  87
  88              log( P(Y(l,t) = 1 | X) / P(Y(l,t) = 0 | X) )
  89
  90      where Y is the occupancy of location l at time t and X is the
  91      available observation. In particular, this score is negative on
  92      locations where the probability that the location is occupied is
  93      close to 0, and positive when it is close to 1.
  94
  95 From this parameters, the MTPTracker can compute the best set of
  96 disjoint trajectories consistent with the defined topology, which
  97 maximizes the overall detection score (i.e. the sum of the detection
  98 scores of the nodes visited by the trajectories). In particular, if no
  99 trajectory of total positive detection score exists, this optimal set
 100 of trajectories is empty.
 101
 102 An MTPTracker is a wrapper around an MTPGraph. From the defined
 103 spatial topology and number of time steps, it builds a graph with one
 104 source, one sink, and two nodes per location and time. The edges from
 105 the source or to the sink, or between these pairs of nodes, are of
 106 length zero, and the edges between the two nodes of such a pair have
 107 negative lengths, equal to the opposite of the corresponding detection
 108 scores. This structure ensures that the trajectories computed by the
 109 MTPTracker will be node-disjoint, since the trajectories computed by
 110 the MTPGraph are edge-disjoint.
 111
 112 The file mtp_example.cc gives a very simple usage example of the
 113 MTPTracker class by setting the tracker parameters dynamically, and
 114 running the tracking.
 115
 116 The tracker data file for MTPTracker::read has the following format,
 117 where L is the number of locations and T is the number of time steps:
 118
 119 ---------------------------- snip snip -------------------------------
 120   int:L int:T
 121
 122   bool:allowed_motion_from_1_to_1 ... bool:allowed_motion_from_1_to_L
 123   ...
 124   bool:allowed_motion_from_L_to_1 ... bool:allowed_motion_from_L_to_L
 125
 126   bool:entrance_1_1 ... bool:entrance_1_L
 127   ...
 128   bool:entrance_T_1 ... bool:entrance_T_L
 129
 130   bool:exit_1_1 ... bool:exit_1_L
 131   ...
 132   bool:exit_T_1 ... bool:exit_T_L
 133
 134   float:detection_score_1_1 ... float:detection_score_1_L
 135   ...
 136   float:detection_score_T_1 ... float:detection_score_T_L
 137 ---------------------------- snip snip -------------------------------
 138
 139 The method MTPTracker::write_trajectories writes first the number of
 140 trajectories, followed by one line per trajectory with the following
 141 structure
 142
 143 ---------------------------- snip snip -------------------------------
 144   int:traj_number int:entrance_time int:duration float:score int:location_1 ... int:location_duration
 145 ---------------------------- snip snip -------------------------------
 146
 147 --
 148 François Fleuret
 149 April 2013