tracker.cc

   1
   2 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   3 // This program is free software: you can redistribute it and/or modify  //
   4 // it under the terms of the version 3 of the GNU General Public License //
   5 // as published by the Free Software Foundation.                         //
   6 //                                                                       //
   7 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but   //
   8 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of            //
   9 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU      //
  10 // General Public License for more details.                              //
  11 //                                                                       //
  12 // You should have received a copy of the GNU General Public License     //
  13 // along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  //
  14 //                                                                       //
  15 // Written by and Copyright (C) Francois Fleuret                         //
  16 // Contact <francois.fleuret@idiap.ch> for comments & bug reports        //
  17 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  18
  19 #include "tracker.h"
  20
  21 #include <iostream>
  22
  23 using namespace std;
  24
  25 void Tracker::free() {
  26   delete[] _edge_lengths;
  27   delete _graph;
  28   deallocate_array<scalar_t>(detection_scores);
  29   deallocate_array<int>(allowed_motion);
  30   delete[] exits;
  31   delete[] entrances;
  32 }
  33
  34 void Tracker::allocate(int nb_time_steps, int nb_locations) {
  35   free();
  36
  37   _nb_locations = nb_locations;
  38   _nb_time_steps = nb_time_steps;
  39
  40   detection_scores = allocate_array<scalar_t>(_nb_time_steps, _nb_locations);
  41   allowed_motion = allocate_array<int>(_nb_locations, _nb_locations);
  42
  43   entrances = new int[_nb_locations];
  44   exits = new int[_nb_locations];
  45
  46   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
  47     entrances[l] = 0;
  48     exits[l] = 0;
  49     for(int m = 0; m < _nb_locations; m++) {
  50       allowed_motion[l][m] = 0;
  51     }
  52   }
  53
  54   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
  55     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
  56       detection_scores[t][l] = 0.0;
  57     }
  58   }
  59
  60   _edge_lengths = 0;
  61   _graph = 0;
  62 }
  63
  64 void Tracker::write(ostream *os) {
  65   (*os) << _nb_locations << " " << _nb_time_steps <<endl;
  66
  67   (*os) << endl;
  68
  69   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
  70     for(int m = 0; m < _nb_locations; m++) {
  71       (*os) << allowed_motion[l][m];
  72       if(m < _nb_locations - 1) (*os) << " "; else (*os) << endl;
  73     }
  74   }
  75
  76   (*os) << endl;
  77
  78   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
  79     (*os) << entrances[l];
  80     if(l < _nb_locations - 1) (*os) << " "; else (*os) << endl;
  81   }
  82
  83   (*os) << endl;
  84
  85   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
  86     (*os) << exits[l];
  87     if(l < _nb_locations - 1) (*os) << " "; else (*os) << endl;
  88   }
  89
  90   (*os) << endl;
  91
  92   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
  93     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
  94       (*os) << detection_scores[t][l];
  95       if(l < _nb_locations - 1) (*os) << " "; else (*os) << endl;
  96     }
  97   }
  98 }
  99
 100 void Tracker::read(istream *is) {
 101   int nb_locations, nb_time_steps;
 102
 103   (*is) >> nb_locations >> nb_time_steps;
 104
 105   allocate(nb_time_steps, nb_locations);
 106
 107   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 108     for(int m = 0; m < _nb_locations; m++) {
 109       (*is) >> allowed_motion[l][m];
 110     }
 111   }
 112
 113   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 114     (*is) >> entrances[l];
 115   }
 116
 117   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 118     (*is) >> exits[l];
 119   }
 120
 121   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
 122     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 123       (*is) >> detection_scores[t][l];
 124     }
 125   }
 126 }
 127
 128 void Tracker::write_trajectories(ostream *os) {
 129   for(int t = 0; t < nb_trajectories(); t++) {
 130     (*os) << t
 131          << " " << trajectory_entrance_time(t)
 132          << " " << trajectory_duration(t)
 133          << " " << trajectory_score(t);
 134     for(int u = 0; u < trajectory_duration(t); u++) {
 135       (*os) << " " << trajectory_location(t, u);
 136     }
 137     (*os) << endl;
 138   }
 139 }
 140
 141 Tracker::Tracker() {
 142   _nb_locations = 0;
 143   _nb_time_steps = 0;
 144
 145   detection_scores = 0;
 146   allowed_motion = 0;
 147
 148   entrances = 0;
 149   exits = 0;
 150
 151   _edge_lengths = 0;
 152   _graph = 0;
 153 }
 154
 155 Tracker::~Tracker() {
 156   delete[] _edge_lengths;
 157   delete _graph;
 158   deallocate_array<scalar_t>(detection_scores);
 159   deallocate_array<int>(allowed_motion);
 160   delete[] exits;
 161   delete[] entrances;
 162 }
 163
 164 int Tracker::early_pair_node(int t, int l) {
 165   return 1 + (2 * (t + 0) + 0) * _nb_locations + l;
 166 }
 167
 168 int Tracker::late_pair_node(int t, int l) {
 169   return 1 + (2 * (t + 0) + 1) * _nb_locations + l;
 170 }
 171
 172 void Tracker::build_graph() {
 173   // Delete the existing graph if there was one
 174   delete[] _edge_lengths;
 175   delete _graph;
 176
 177   int nb_motions = 0, nb_exits = 0, nb_entrances = 0;
 178
 179   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 180     if(exits[l]) nb_exits++;
 181     if(entrances[l]) nb_entrances++;
 182     for(int m = 0; m < _nb_locations; m++) {
 183       if(allowed_motion[l][m]) nb_motions++;
 184     }
 185   }
 186
 187   int nb_vertices = 2 + 2 * _nb_time_steps * _nb_locations;
 188
 189   int nb_edges =
 190     // The edges from the source to the first frame, and from the last
 191     // frame to the sink
 192     _nb_locations * 2 +
 193     // The edges from the source to the entrances and from the exists
 194     // to the sink (in every time frames but the first for the
 195     // entrances, and last for the exits)
 196     (_nb_time_steps - 1) * (nb_exits + nb_entrances) +
 197     // The edges for the motions, between every successive frames
 198     (_nb_time_steps - 1) * nb_motions +
 199     // The edges inside the duplicated nodes
 200     _nb_locations * _nb_time_steps;
 201
 202   int *node_from = new int[nb_edges];
 203   int *node_to = new int[nb_edges];
 204
 205   int source = 0, sink = nb_vertices - 1;
 206   int e = 0;
 207
 208   _edge_lengths = new scalar_t[nb_edges];
 209
 210   // We put the in-node edges first, since these are the ones whose
 211   // lengths we will have to change before tracking, according to the
 212   // detection scores
 213
 214   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
 215     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 216       node_from[e] = early_pair_node(t, l);
 217       node_to[e] = late_pair_node(t, l);
 218       e++;
 219     }
 220   }
 221
 222   for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 223     node_from[e] = source;
 224     node_to[e] = 1 + l + 0 * _nb_locations;
 225     _edge_lengths[e] = 0.0;
 226     e++;
 227   }
 228
 229   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
 230     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 231       if(t == _nb_time_steps - 1) {
 232         node_from[e] = late_pair_node(t, l);
 233         node_to[e] = sink;
 234         _edge_lengths[e] = 0.0;
 235         e++;
 236       } else {
 237         for(int k = 0; k < _nb_locations; k++) {
 238           if(allowed_motion[l][k]) {
 239             node_from[e] = late_pair_node(t, l);
 240             node_to[e] = early_pair_node(t+1, k);
 241             _edge_lengths[e] = 0.0;
 242             e++;
 243           }
 244         }
 245       }
 246     }
 247   }
 248
 249   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
 250     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 251       if(t > 0 && entrances[l]) {
 252         node_from[e] = source;
 253         node_to[e] = early_pair_node(t, l);
 254         _edge_lengths[e] = 0.0;
 255         e++;
 256       }
 257       if(t < _nb_time_steps - 1 && exits[l]) {
 258         node_from[e] = late_pair_node(t, l);
 259         node_to[e] = sink;
 260         _edge_lengths[e] = 0.0;
 261         e++;
 262       }
 263     }
 264   }
 265
 266   _graph = new MTPGraph(nb_vertices, nb_edges,
 267                         node_from, node_to,
 268                         source, sink);
 269
 270   delete[] node_from;
 271   delete[] node_to;
 272 }
 273
 274 void Tracker::print_graph_dot(ostream *os) {
 275   int e = 0;
 276   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
 277     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 278       _edge_lengths[e++] = - detection_scores[t][l];
 279     }
 280   }
 281   _graph->print_dot(os);
 282 }
 283
 284 void Tracker::track() {
 285   ASSERT(_graph);
 286
 287   int e = 0;
 288   for(int t = 0; t < _nb_time_steps; t++) {
 289     for(int l = 0; l < _nb_locations; l++) {
 290       _edge_lengths[e++] = - detection_scores[t][l];
 291     }
 292   }
 293
 294   _graph->find_best_paths(_edge_lengths);
 295   _graph->retrieve_disjoint_paths();
 296
 297 #ifdef VERBOSE
 298   for(int p = 0; p < _graph->nb_paths; p++) {
 299     Path *path = _graph->paths[p];
 300     cout << "PATH " << p << " [length " << path->nb_nodes << "] " << path->nodes[0];
 301     for(int n = 1; n < path->nb_nodes; n++) {
 302       cout << " -> " << path->nodes[n];
 303     }
 304     cout << endl;
 305   }
 306 #endif
 307 }
 308
 309 int Tracker::nb_trajectories() {
 310   return _graph->nb_paths;
 311 }
 312
 313 scalar_t Tracker::trajectory_score(int k) {
 314   return -_graph->paths[k]->length;
 315 }
 316
 317 int Tracker::trajectory_entrance_time(int k) {
 318   return (_graph->paths[k]->nodes[1] - 1) / (2 * _nb_locations);
 319 }
 320
 321 int Tracker::trajectory_duration(int k) {
 322   return (_graph->paths[k]->nb_nodes - 2) / 2;
 323 }
 324
 325 int Tracker::trajectory_location(int k, int time_from_entry) {
 326   return (_graph->paths[k]->nodes[2 * time_from_entry + 1] - 1) % _nb_locations;
 327 }