Autonomous robotic surgery has advanced significantly based on analysis of visual and temporal cues in surgical workflow, but relational cues from domain knowledge remain under investigation. Complex relations in surgical annotations can be divided into intra- and inter-relations, both valuable to autonomous systems to comprehend surgical workflows. Intra- and inter-relations describe the relevance of various categories within a particular annotation type and the relevance of different annotation types, respectively. This paper aims to systematically investigate the importance of relational cues in surgery. First, we contribute the RLLS12M dataset, a large-scale collection of robotic left lateral sectionectomy (RLLS), by curating 50 videos of 50 patients operated by 5 surgeons and annotating a hierarchical workflow, which consists of 3 inter- and 6 intra-relations, 6 steps, 15 tasks, and 38 activities represented as the triplet of 11 instruments, 8 actions, and 16 objects, totaling 2,113,510 video frames and 12,681,060 annotation entities. Correspondingly, we propose a multi-relation purification hybrid network (MURPHY), which aptly incorporates novel relation modules to augment the feature representation by purifying relational features using the intra- and inter-relations embodied in annotations. The intra-relation module leverages a R-GCN to implant visual features in different graph relations, which are aggregated using a targeted relation purification with affinity information measuring label consistency and feature similarity. The inter-relation module is motivated by attention mechanisms to regularize the influence of relational features based on the hierarchy of annotation types from the domain knowledge. Extensive experimental results on the curated RLLS dataset confirm the effectiveness of our approach, demonstrating that relations matter in surgical workflow analysis.

Context-aware decision support in the operating room can foster surgical safety and efficiency by leveraging real-time feedback from surgical workflow analysis. Most existing works recognize surgical activities at a coarse-grained level, such as phases, steps or events, leaving out fine-grained interaction details about the surgical activity; yet those are needed for more helpful AI assistance in the operating room. Recognizing surgical actions as triplets of <instrument, verb, target> combination delivers comprehensive details about the activities taking place in surgical videos. This paper presents CholecTriplet2021: an endoscopic vision challenge organized at MICCAI 2021 for the recognition of surgical action triplets in laparoscopic videos. The challenge granted private access to the large-scale CholecT50 dataset, which is annotated with action triplet information. In this paper, we present the challenge setup and assessment of the state-of-the-art deep learning methods proposed by the participants during the challenge. A total of 4 baseline methods from the challenge organizers and 19 new deep learning algorithms by competing teams are presented to recognize surgical action triplets directly from surgical videos, achieving mean average precision (mAP) ranging from 4.2% to 38.1%. This study also analyzes the significance of the results obtained by the presented approaches, performs a thorough methodological comparison between them, in-depth result analysis, and proposes a novel ensemble method for enhanced recognition. Our analysis shows that surgical workflow analysis is not yet solved, and also highlights interesting directions for future research on fine-grained surgical activity recognition which is of utmost importance for the development of AI in surgery.

深度学习技术导致了通用对象检测领域的显着突破，近年来产生了很多场景理解的任务。由于其强大的语义表示和应用于场景理解，场景图一直是研究的焦点。场景图生成（SGG）是指自动将图像映射到语义结构场景图中的任务，这需要正确标记检测到的对象及其关系。虽然这是一项具有挑战性的任务，但社区已经提出了许多SGG方法并取得了良好的效果。在本文中，我们对深度学习技术带来了近期成就的全面调查。我们审查了138个代表作品，涵盖了不同的输入方式，并系统地将现有的基于图像的SGG方法从特征提取和融合的角度进行了综述。我们试图通过全面的方式对现有的视觉关系检测方法进行连接和系统化现有的视觉关系检测方法，概述和解释SGG的机制和策略。最后，我们通过深入讨论当前存在的问题和未来的研究方向来完成这项调查。本调查将帮助读者更好地了解当前的研究状况和想法。

场景图是一个场景的结构化表示，可以清楚地表达场景中对象之间的对象，属性和关系。随着计算机视觉技术继续发展，只需检测和识别图像中的对象，人们不再满足。相反，人们期待着对视觉场景更高的理解和推理。例如，给定图像，我们希望不仅检测和识别图像中的对象，还要知道对象之间的关系（视觉关系检测），并基于图像内容生成文本描述（图像标题）。或者，我们可能希望机器告诉我们图像中的小女孩正在做什么（视觉问题应答（VQA）），甚至从图像中移除狗并找到类似的图像（图像编辑和检索）等。这些任务需要更高水平的图像视觉任务的理解和推理。场景图只是场景理解的强大工具。因此，场景图引起了大量研究人员的注意力，相关的研究往往是跨模型，复杂，快速发展的。然而，目前没有对场景图的相对系统的调查。为此，本调查对现行场景图研究进行了全面调查。更具体地说，我们首先总结了场景图的一般定义，随后对场景图（SGG）和SGG的发电方法进行了全面和系统的讨论，借助于先验知识。然后，我们调查了场景图的主要应用，并汇总了最常用的数据集。最后，我们对场景图的未来发展提供了一些见解。我们相信这将是未来研究场景图的一个非常有帮助的基础。

视频自我监督的学习是一项挑战的任务，这需要模型的显着表达力量来利用丰富的空间时间知识，并从大量未标记的视频产生有效的监督信号。但是，现有方法未能提高未标记视频的时间多样性，并以明确的方式忽略精心建模的多尺度时间依赖性。为了克服这些限制，我们利用视频中的多尺度时间依赖性，并提出了一个名为时间对比图学习（TCGL）的新型视频自我监督学习框架，该框架共同模拟了片段间和片段间的时间依赖性用混合图对比学习策略学习的时间表示学习。具体地，首先引入空间 - 时间知识发现（STKD）模块以基于离散余弦变换的频域分析从视频中提取运动增强的空间时间表。为了显式模拟未标记视频的多尺度时间依赖性，我们的TCGL将关于帧和片段命令的先前知识集成到图形结构中，即片段/间隙间时间对比图（TCG）。然后，特定的对比学习模块旨在最大化不同图形视图中节点之间的协议。为了为未标记的视频生成监控信号，我们介绍了一种自适应片段订购预测（ASOP）模块，它利用视频片段之间的关系知识来学习全局上下文表示并自适应地重新校准通道明智的功能。实验结果表明我们的TCGL在大规模行动识别和视频检索基准上的最先进方法中的优势。

视频动作细分和识别任务已广泛应用于许多领域。大多数先前的研究都采用了大规模的高计算视觉模型来全面了解视频。但是，很少有研究直接采用图形模型来推理视频。该图模型提供了更少的参数，低计算成本，大型接受场和灵活的邻域消息聚合的好处。在本文中，我们提出了一个名为Smatantic2Graph的基于图的方法，以将视频动作分割和识别问题转变为图的节点分类。为了保留视频中的细粒关系，我们在框架级别上构建视频的图形结构，并设计了三种类型的边缘：时间，语义和自循环。我们将视觉，结构和语义特征与节点属性相结合。语义边缘用于建模长期时空关系，而语义特征是基于文本提示的标签文本的嵌入。图形神经网络（GNN）模型用于学习多模式特征融合。实验结果表明，与最先进的结果相比，语义2Graph在GTEA和50萨拉德方面取得了改善。多次消融实验进一步证实了语义特征在改善模型性能方面的有效性，语义边缘使Smantic2Grapl可以以低成本捕获长期依赖性。

自动手术场景细分是促进现代手术剧院认知智能的基础。以前的作品依赖于常规的聚合模块（例如扩张的卷积，卷积LSTM），仅利用局部环境。在本文中，我们提出了一个新颖的框架STSWINCL，该框架通过逐步捕获全球环境来探讨互补的视频内和访问间关系以提高细分性能。我们首先开发了层次结构变压器，以捕获视频内关系，其中包括来自邻居像素和以前的帧的富裕空间和时间提示。提出了一个联合时空窗口移动方案，以有效地将这两个线索聚集到每个像素嵌入中。然后，我们通过像素到像素对比度学习探索视频间的关系，该学习很好地结构了整体嵌入空间。开发了一个多源对比度训练目标，可以将视频中的像素嵌入和基础指导分组，这对于学习整个数据的全球属性至关重要。我们在两个公共外科视频基准测试中广泛验证了我们的方法，包括Endovis18 Challenge和Cadis数据集。实验结果证明了我们的方法的有希望的性能，这始终超过了先前的最新方法。代码可在https://github.com/yuemingjin/stswincl上找到。

在过去的几年中，基于深度卷积神经网络（CNN）的图像识别已取得了重大进展。这主要是由于此类网络在挖掘判别对象姿势以及质地和形状的零件信息方面具有强大的能力。这通常不适合细粒度的视觉分类（FGVC），因为它由于阻塞，变形，照明等而表现出较高的类内和较低的阶层差异。表征对象/场景。为此，我们提出了一种方法，该方法可以通过汇总大多数相关图像区域的上下文感知特征及其在区分细颗粒类别中避免边界框和/或可区分的零件注释中的重要性来有效捕获细微的变化。我们的方法的灵感来自最新的自我注意力和图形神经网络（GNNS）方法的启发端到端的学习过程。我们的模型在八个基准数据集上进行了评估，该数据集由细粒对象和人类对象相互作用组成。它的表现优于最先进的方法，其识别准确性很大。

视觉变压器正在成为解决计算机视觉问题的强大工具。最近的技术还证明了超出图像域之外的变压器来解决许多与视频相关的任务的功效。其中，由于其广泛的应用，人类的行动识别是从研究界受到特别关注。本文提供了对动作识别的视觉变压器技术的首次全面调查。我们朝着这个方向分析并总结了现有文献和新兴文献，同时突出了适应变形金刚以进行动作识别的流行趋势。由于其专业应用，我们将这些方法统称为``动作变压器''。我们的文献综述根据其架构，方式和预期目标为动作变压器提供了适当的分类法。在动作变压器的背景下，我们探讨了编码时空数据，降低维度降低，框架贴片和时空立方体构造以及各种表示方法的技术。我们还研究了变压器层中时空注意的优化，以处理更长的序列，通常通过减少单个注意操作中的令牌数量。此外，我们还研究了不同的网络学习策略，例如自我监督和零局学习，以及它们对基于变压器的行动识别的相关损失。这项调查还总结了在具有动作变压器重要基准的评估度量评分方面取得的进步。最后，它提供了有关该研究方向的挑战，前景和未来途径的讨论。

设计可以成功部署在日常生活环境中的活动检测系统需要构成现实情况典型挑战的数据集。在本文中，我们介绍了一个新的未修剪日常生存数据集，该数据集具有几个现实世界中的挑战：Toyota Smarthome Untrimmed（TSU）。 TSU包含以自发方式进行的各种活动。数据集包含密集的注释，包括基本的，复合活动和涉及与对象相互作用的活动。我们提供了对数据集所需的现实世界挑战的分析，突出了检测算法的开放问题。我们表明，当前的最新方法无法在TSU数据集上实现令人满意的性能。因此，我们提出了一种新的基线方法，以应对数据集提供的新挑战。此方法利用一种模态（即视线流）生成注意力权重，以指导另一种模态（即RGB）以更好地检测活动边界。这对于检测以高时间差异为特征的活动特别有益。我们表明，我们建议在TSU和另一个受欢迎的挑战数据集Charades上优于最先进方法的方法。

Person re-identification (Re-ID) aims at retrieving a person of interest across multiple non-overlapping cameras. With the advancement of deep neural networks and increasing demand of intelligent video surveillance, it has gained significantly increased interest in the computer vision community. By dissecting the involved components in developing a person Re-ID system, we categorize it into the closed-world and open-world settings. The widely studied closed-world setting is usually applied under various research-oriented assumptions, and has achieved inspiring success using deep learning techniques on a number of datasets. We first conduct a comprehensive overview with in-depth analysis for closed-world person Re-ID from three different perspectives, including deep feature representation learning, deep metric learning and ranking optimization. With the performance saturation under closed-world setting, the research focus for person Re-ID has recently shifted to the open-world setting, facing more challenging issues. This setting is closer to practical applications under specific scenarios. We summarize the open-world Re-ID in terms of five different aspects. By analyzing the advantages of existing methods, we design a powerful AGW baseline, achieving state-of-the-art or at least comparable performance on twelve datasets for FOUR different Re-ID tasks. Meanwhile, we introduce a new evaluation metric (mINP) for person Re-ID, indicating the cost for finding all the correct matches, which provides an additional criteria to evaluate the Re-ID system for real applications. Finally, some important yet under-investigated open issues are discussed.

在本文中，我们提出了一种新的序列验证任务，该任务旨在区分从具有阶梯级变换的负面的正视频对，但仍然进行相同的任务。这种具有挑战性的任务驻留在没有先前操作检测或需要事件级别甚至帧级注释的分段的开放式设置。为此，我们仔细重新组成了具有步骤过程任务结构的两个公开的动作相关的数据集。为了充分调查任何方法的有效性，我们收集了统计化学实验中各种步进变换的脚本视频数据集。此外，引入了一种新的评估度量加权距离比以确保评估期间不同的步进级变换等效。最后，基于具有新序列对准损耗的变压器的简单但有效的基线被引入到更好地表征步骤之间的长期依赖性，这优于其他动作识别方法。将发布代码和数据。

未来的活动预期是在Egocentric视觉中具有挑战性问题。作为标准的未来活动预期范式，递归序列预测遭受错误的累积。为了解决这个问题，我们提出了一个简单有效的自我监管的学习框架，旨在使中间表现为连续调节中间代表性，以产生表示（a）与先前观察到的对比的当前时间戳框架中的新颖信息内容和（b）反映其与先前观察到的帧的相关性。前者通过最小化对比损失来实现，并且后者可以通过动态重量机制来实现在观察到的内容中的信息帧中，具有当前帧的特征与观察到的帧之间的相似性比较。通过多任务学习可以进一步增强学习的最终视频表示，该多任务学习在目标活动标签上执行联合特征学习和自动检测到的动作和对象类令牌。在大多数自我传统视频数据集和两个第三人称视频数据集中，SRL在大多数情况下急剧表现出现有的现有最先进。通过实验性事实，还可以准确识别支持活动语义的行动和对象概念的实验性。

在本文中，一种称为VigAt的纯粹发行的自下而上的方法，该方法将对象检测器与视觉变压器（VIT）骨干网络一起得出对象和框架功能，以及一个头网络来处理这些功能，以处理事件的任务提出了视频中的识别和解释。VIGAT头由沿空间和时间维度分解的图形注意网络（GAT）组成，以便有效捕获对象或帧之间的局部和长期依赖性。此外，使用从各个GAT块的邻接矩阵得出的加权内（wids），我们表明所提出的体系结构可以识别解释网络决策的最显着对象和框架。进行了全面的评估研究，表明所提出的方法在三个大型公开视频数据集（FCVID，Mini-Kinetics，ActivityNet）上提供了最先进的结果。

视频中的人类对象相互作用（HOI）识别对于分析人类活动很重要。在现实世界中，大多数关注视觉特征的工作通常都会受到阻塞。当HOI中有多个人和物体涉及时，这种问题将更加复杂。考虑到诸如人类姿势和物体位置之类的几何特征提供有意义的信息来了解HOI，我们认为将视觉和几何特征的好处结合在HOI识别中，并提出了一个新颖的两级几何形状特征信息信息图形卷积（2G） -GCN）。几何级图模拟了人类和对象的几何特征之间的相互依赖性，而融合级别的图将它们与人类和对象的视觉特征融合在一起。为了证明我们方法在挑战性场景中的新颖性和有效性，我们提出了一个新的多人HOI数据集（Mphoi-72）。关于Mphoi-72（多人HOI），CAD-1220（单人HOI）和双人动作（双手HOI）数据集的广泛实验证明了我们的表现与最先进的表现相比。

在计算机视觉中长期以来一直研究了时间行动定位。现有的最先进的动作定位方法将每个视频划分为多个动作单位（即，在一级方法中的两级方法和段中的提案），然后单独地对每个视频进行操作，而不明确利用他们在学习期间的关系。在本文中，我们声称，动作单位之间的关系在行动定位中发挥着重要作用，并且更强大的动作探测器不仅应捕获每个动作单元的本地内容，还应允许更广泛的视野与相关的上下文它。为此，我们提出了一般图表卷积模块（GCM），可以轻松插入现有的动作本地化方法，包括两阶段和单级范式。具体而言，我们首先构造一个图形，其中每个动作单元被表示为节点，并且两个动作单元之间作为边缘之间的关系。在这里，我们使用两种类型的关系，一个类型的关系，用于捕获不同动作单位之间的时间连接，另一类是用于表征其语义关系的另一个关系。特别是对于两级方法中的时间连接，我们进一步探索了两种不同的边缘，一个连接重叠动作单元和连接周围但脱节的单元的另一个。在我们构建的图表上，我们将图形卷积网络（GCNS）应用于模拟不同动作单位之间的关系，这能够了解更有信息的表示来增强动作本地化。实验结果表明，我们的GCM始终如一地提高了现有行动定位方法的性能，包括两阶段方法（例如，CBR和R-C3D）和一级方法（例如，D-SSAD），验证我们的一般性和有效性GCM。

舞蹈挑战现在是Tiktok这样的视频社区中的病毒性。一旦挑战变得流行，就会在几天内上传成千上万的短型视频。因此，来自舞蹈挑战的病毒预测具有很大的商业价值，具有广泛的应用，例如智能推荐和普及促销。本文提出了一种集成骨骼，整体外观，面部和景区提示的新型多模态框架，以综合舞蹈病毒预测。为了模拟身体运动，我们提出了一种层次地改进了时空骨架图的金字塔骨架图卷积网络（PSGCN）。同时，我们介绍了一个关系时间卷积网络（RTCN），以利用非局部时间关系利用外观动态。最终提出了一种细心的融合方法，以自适应地从不同方式汇总预测。为了验证我们的方法，我们介绍了一个大规模的病毒舞蹈视频（VDV）数据集，其中包含超过4,000个病毒舞蹈挑战的舞蹈剪辑。 VDV数据集的广泛实验证明了我们模型的功效。对VDV数据集的广泛实验良好地证明了我们方法的有效性。此外，我们表明，可以从我们的模型中派生类似多维推荐和动作反馈等的短视频应用。

人类对象相互作用（HOI）识别的关键是推断人与物体之间的关系。最近，该图像的人类对象相互作用（HOI）检测取得了重大进展。但是，仍然有改善视频HOI检测性能的空间。现有的一阶段方法使用精心设计的端到端网络来检测视频段并直接预测交互。它使网络的模型学习和进一步的优化更加复杂。本文介绍了空间解析和动态时间池（SPDTP）网络，该网络将整个视频作为时空图作为人类和对象节点作为输入。与现有方法不同，我们提出的网络通过显式空间解析预测交互式和非相互作用对之间的差异，然后执行交互识别。此外，我们提出了一个可学习且可区分的动态时间模块（DTM），以强调视频的关键帧并抑制冗余帧。此外，实验结果表明，SPDTP可以更多地关注主动的人类对象对和有效的密钥帧。总体而言，我们在CAD-1220数据集和某些ELSE数据集上实现了最先进的性能。

In recent years, the Transformer architecture has shown its superiority in the video-based person re-identification task. Inspired by video representation learning, these methods mainly focus on designing modules to extract informative spatial and temporal features. However, they are still limited in extracting local attributes and global identity information, which are critical for the person re-identification task. In this paper, we propose a novel Multi-Stage Spatial-Temporal Aggregation Transformer (MSTAT) with two novel designed proxy embedding modules to address the above issue. Specifically, MSTAT consists of three stages to encode the attribute-associated, the identity-associated, and the attribute-identity-associated information from the video clips, respectively, achieving the holistic perception of the input person. We combine the outputs of all the stages for the final identification. In practice, to save the computational cost, the Spatial-Temporal Aggregation (STA) modules are first adopted in each stage to conduct the self-attention operations along the spatial and temporal dimensions separately. We further introduce the Attribute-Aware and Identity-Aware Proxy embedding modules (AAP and IAP) to extract the informative and discriminative feature representations at different stages. All of them are realized by employing newly designed self-attention operations with specific meanings. Moreover, temporal patch shuffling is also introduced to further improve the robustness of the model. Extensive experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed modules in extracting the informative and discriminative information from the videos, and illustrate the MSTAT can achieve state-of-the-art accuracies on various standard benchmarks.

在本文中，我们基于任何卷积神经网络中中间注意图的弱监督生成机制，并更加直接地披露了注意模块的有效性，以充分利用其潜力。鉴于现有的神经网络配备了任意注意模块，我们介绍了一个元评论家网络，以评估主网络中注意力图的质量。由于我们设计的奖励的离散性，提出的学习方法是在强化学习环境中安排的，在此设置中，注意力参与者和经常性的批评家交替优化，以提供临时注意力表示的即时批评和修订，因此，由于深度强化的注意力学习而引起了人们的关注。 （Dreal）。它可以普遍应用于具有不同类型的注意模块的网络体系结构，并通过最大程度地提高每个单独注意模块产生的最终识别性能的相对增益来促进其表现能力，如类别和实例识别基准的广泛实验所证明的那样。