Nghiên cứu Khoa học
Phát hiện và tách bóng dựa trên biên bóng trong video giám sát giao thông
Trong những năm gần đây, hệ thống giám sát video được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với số lượng ngày càng gia tăng, đặc biệt là lĩnh vực giám sát giao thông. Các hệ thống này có xu hướng được cải tiến và phát triển thành hệ thống giám sát thông minh, có thể tự động phát hiện và theo dõi các phương tiện chuyển động. Có 3 lĩnh vực nghiên cứu trong hệ thống giám sát giao thông bằng hình ảnh: Trích ảnh xe chuyển động (Moving vehicle segmentation), theo vết chuyển động của xe (Moving Vehicle Tracking), nhận dạng và phân loại xe (Vehicle Classification). Kỹ thuật trích ảnh chuyển động thường gặp khó khăn khi vật thể chuyển động thường sinh ra bóng của nó đi kèm. Bóng sẽ gây ra nhiều khó khăn trong việc định vị và nhận dạng chính xác đối tượng di chuyển như làm méo dạng phương tiện, nối chùm phương tiện. Do đó, việc loại bỏ bóng ra khỏi đối tượng chuyển động sẽ làm gia tăng độ tin cậy của hệ thống, tạo ra nhiều hiệu quả trong các bước xử lý tiếp theo như theo dõi, nhận dạng mục tiêu, phân loại và phân tích hoạt động của hệ thống. Đã có nhiều công trình nghiên cứu và giải pháp trong lĩnh vực tách bóng được công bố. Phương pháp dựa trên hình dạng (shape-based) trong [1] sử dụng các thông tin hình học của cảnh, đối tượng và vị trí nguồn sáng để tách bóng. Hoặc trong [2], các tác giả áp dụng thuật toán line-based để tách bóng ra khỏi vật chuyển động. Tuy nhiên phương pháp này phụ thuộc vào đặc tính tương quan hình học giữa các đối tượng trong ảnh nên nó sẽ không hiệu quả khi mối quan hệ hình học này thay đổi. Một hướng tiếp cận khác là sử dụng phương pháp dựa trên thuộc tính (property-based) [3-4] trong đó các đặc tính như độ sáng, màu sắc và biên của bóng được sử dụng để tách bóng. Kỹ thuật này sẽ gặp vấn đề nếu như tiền cảnh (foreground) chứa đối tượng có độ sáng hay giá trị cường độ tương tự như điểm ảnh của bóng. Trong trường hợp này, các điểm ảnh thuộc vật thể sẽ dễ bị nhầm thành các điểm ảnh của bóng và ngược lại. Để khắc phục nhược điểm này, kỹ thuật sử dụng thông tin biên và độ dốc được áp dụng [5-6]. Những phương pháp này giải quyết các hạn chế về màu, cho hiệu quả tốt khi phạm vi khảo sát là môi trường trong nhà và bóng dễ dàng loại bỏ. Tuy nhiên hiệu suất của các phương pháp này sẽ giảm khi khảo sát ở môi trường ngoài trời bởi phương pháp này không thể loại bỏ hoàn toàn biên của các bóng mảnh và nằm xa máy quay. Ngoài ra, phương pháp này gặp nhiều khó khăn trong việc xác định các thông số và ngưỡng. Có nhiều phương pháp để thiết lập ngưỡng nhằm tăng hiệu quả tính toán. Các công trình [7-8] đề xuất phương pháp thiết lập ngưỡng tự động thông qua các bước học tập. Ngưỡng được dự đoán từ các chuỗi video huấn luyện, sau đó sẽ xác định điểm ảnh được phát hiện đó thuộc bóng hay đối tượng di chuyển. Những phương pháp này yêu cầu chuỗi video và các dữ liệu huấn luyện phải lớn. Ngoài ra phương pháp này rất khó để thực hiện trực tuyến và trong thời gian thực vì nó cần phải thông qua các bước tự học. Bài báo [9] đưa ra phương pháp xóa biên ngoại và dùng biên nội để tạo phần ảnh phương tiện. Tuy nhiên, phương pháp này trong quá trình xóa biên ngoại thì xóa luôn phần biên ngoại của phương tiện. Trong bài báo [10], để loại bỏ bóng chuyển động, các tác giả sử dụng một mô hình tương phản để mô tả và loại bỏ bóng linh hoạt dựa trên ý tưởng một sự thay đổi bóng là một sự thay đổi trong sự tương phản.
Nhìn chung, các giải thuật phát hiện và tách bóng ra khỏi phương tiện chuyển động sao cho hiệu quả vẫn là đề tài cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển do sự phức tạp của điều kiện chiếu sáng, điều kiện thời tiết và các yêu cầu ứng dụng. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp cải tiến để tách bóng ra khỏi vật chuyển động. Như chúng ta đã biết, bóng có 4 đặc tính: 1) Bóng có cấu trúc tương tự như nền; 2) Bóng có màu sẫm hơn nền một ít; 3) Bóng không có nhiều biên nội và 4) Bóng thường nằm ở rìa ngoài của vùng chuyển động. Phương pháp đề xuất dựa trên biên bóng, cấu trúc biên nội bộ kết hợp với các đặc tính của bóng, gọi tắt là phương pháp biên bóng (Shadow Edge Method SEM). Điều này cho phép giảm độ phức tạp tính toán và tăng hiệu quả loại bỏ bóng do sử dụng bước phát hiện đường biên của các điểm thuộc bóng.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC DUY TÂN
Phòng 503 - K7/25 Quang Trung, Tp Đà Nẵng
(0236) 3827111(Ext 503)
feee@duytan.edu.vn
