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[mtp.git] / README.txt
index 5975edf..807f567 100644 (file)
 
-This is a very simple implementation of the KSP applied to
-multi-target tracking. It is dubbed Multi-Tracked Path since it
-differs a bit from the standard KSP. It works with negative edge
-length and stops when it can not find path of negative length anymore
-instead of fixing the total number of paths to a constant.
+                       Multi-Tracked Paths (MTP)
+                       -------------------------
 
-The two main classes are MTPGraph and Tracker.
+* INTRODUCTION
 
-The MTPGraph class stores a directed acyclic graph (DAG), with a
-length for each edge (which can be negative), and can compute the
-family of paths in this graph that minimizes the sum of edge
-lengths.
+This is a very simple implementation of a variant of the k-shortest
+paths algorithm (KSP) applied to multi-target tracking, as described
+in
 
-This means that it will iteratively add paths as long as it can find
-some with negative length. If there are no such path, it will compute
-no path at all. Note that the solution it finds is globally optimal.
+  J. Berclaz, E. Turetken, F. Fleuret, and P. Fua. Multiple Object
+  Tracking using K-Shortest Paths Optimization. IEEE Transactions on
+  Pattern Analysis and Machine Intelligence (TPAMI), 33(9):1806-1819,
+  2011.
 
-The Tracker class allows
+This implementation is not the reference implementation used for the
+experiments presented in this article. It does not require any
+library, and uses a Dijkstra with a Binary Heap for the min-queue,
+instead of a Fibonacci heap.
 
- (1) to define a spatial topology composed of
+This software package includes three commands:
 
-     - a number of locations
-     - the allowed motions between them (i.e. a Boolean flag for each
-       pair of locations)
-     - the entrances (a Boolean flag for each location)
-     - the exits (a Boolean flag for each location)
+ - mtp is the generic command to use in practice. It takes tracking
+   parameters as input, and prints the tracked trajectories as
+   output. The format for these parameters is given at the bottom of
+   this documentation.
 
- (2) to define a number of time steps
+ - mtp_example creates a tracking toy example, and runs the tracking
+   algorithm on it. It gives an example of how to use MTPTracker on a
+   configuration produced dynamically, and produces a test input file
+   for the mtp command.
 
- (3) to set for every location and time a detection score
+ - mtp_stress_test creates a larger problem with a lot of noise and
+   multiple trajectories, to check the behavior of the code under
+   slightly more complex situations.
 
-From this input, it computes the best set of disjoint trajectories
-consistent with the topology, which maximizes the overall detection
-score (i.e. the sum of the detection scores of the nodes visited by
-the trajectories)
+* INSTALLATION
 
-The Tracker class uses the MTPGraph. From the definition of the
-spatial topology, it builds a graph with one source, one sink, and two
-nodes per location and time. This structure ensures the trajectories
-computed by the tracker to be node-disjoint by forcing the paths
-computed by the MTPGraph to be edge-disjoint. The edges from the
-source or to the sink, or between these pairs, are of length zero, and
-the edge between the two nodes of such a pair has a length equal to
-the opposite of the detection score.
+This software should compile with any C++ compiler. Under a unix-like
+environment, just execute
 
-The file mtp.cc gives a very simple usage example of the Tracker
-class.
+  make
+  ./mtp_example
+
+It will create a synthetic dummy example, save its description in
+tracker.dat, and print the optimal detected trajectories.
+
+If you now execute
+
+  ./mtp --verbose --trajectory-file result.trj --graph-file graph.dot tracker.dat
+
+It will load the file tracker.dat saved by the previous command, run
+the detection, save the detected trajectories in result.trj, and the
+underlying graph with occupied edges in graph.dot.
+
+If you do have the graphviz set of tools installed, you can produce a
+pdf from the latter with the dot command:
+
+  dot < graph.dot -T pdf -o graph.pdf
+
+* IMPLEMENTATION
+
+The two main classes are MTPGraph and MTPTracker.
+
+The MTPGraph class contains a directed acyclic graph (DAG), with a
+length for each edge -- which can be negative -- and has methods to
+compute the family of paths in this graph that globally minimizes the
+sum of edge lengths.
+
+If there are no path of negative length, this optimal family will be
+empty, since the minimum total length you can achieve is zero. Note
+that the procedure is similar to that of KSP, in the sense that the
+family it computes eventually is globally optimal, even if the
+computation is iterative.
+
+The MTPTracker takes as input
+
+ (1) a number of locations and a number of time steps
+
+ (2) a spatial topology composed of
+
+     - the allowed motions between them (a Boolean flag for each pair
+       of locations from/to)
+
+     - the entrances (a Boolean flag for each location and time step)
+
+     - the exits (a Boolean flag for each location and time step)
+
+ (3) a detection score for every location and time, which stands for
+
+             log( P(Y(l,t) = 1 | X) / P(Y(l,t) = 0 | X) )
+
+     where Y is the occupancy of location l at time t and X is the
+     available observation. Hence, this score is negative on locations
+     where the probability that the location is occupied is close to
+     0, and positive when it is close to 1.
+
+From this parameters, the MTPTracker can compute the best set of
+disjoint trajectories consistent with the defined topology, which
+maximizes the overall detection score (i.e. the sum of the detection
+scores of the nodes visited by the trajectories). In particular, if no
+trajectory of total positive detection score exists, this optimal set
+of trajectories is empty.
+
+An MTPTracker is a wrapper around an MTPGraph. From the defined
+spatial topology and number of time steps, it builds a graph with one
+source, one sink, and two nodes per location and time. The edges from
+the source or to the sink, or between these pairs of nodes, are of
+length zero, and the edges between the two nodes of such a pair have
+negative lengths, equal to the opposite of the corresponding detection
+scores. This structure ensures that the trajectories computed by the
+MTPTracker will be node-disjoint, since the trajectories computed by
+the MTPGraph are edge-disjoint.
+
+The file mtp_example.cc gives a very simple usage example of the
+MTPTracker class by setting the tracker parameters dynamically, and
+running the tracking.
+
+The tracker data file for MTPTracker::read has the following format,
+where L is the number of locations and T is the number of time steps:
+
+---------------------------- snip snip -------------------------------
+  int:L int:T
+
+  bool:allowed_motion_from_1_to_1 ... bool:allowed_motion_from_1_to_L
+  ...
+  bool:allowed_motion_from_L_to_1 ... bool:allowed_motion_from_L_to_L
+
+  bool:entrance_1_1 ... bool:entrance_1_L
+  ...
+  bool:entrance_T_1 ... bool:entrance_T_L
+
+  bool:exit_1_1 ... bool:exit_1_L
+  ...
+  bool:exit_T_1 ... bool:exit_T_L
+
+  float:detection_score_1_1 ... float:detection_score_1_L
+  ...
+  float:detection_score_T_1 ... float:detection_score_T_L
+---------------------------- snip snip -------------------------------
+
+The method MTPTracker::write_trajectories writes first the number of
+trajectories, followed by one line per trajectory with the following
+structure
+
+---------------------------- snip snip -------------------------------
+  int:traj_number int:entrance_time int:duration float:score int:location_1 ... int:location_duration
+---------------------------- snip snip -------------------------------
 
 --
 François Fleuret
-August 2012
+January 2013