Tìm hiểu một số phương pháp phát hiện đối tượng đột nhập

Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực tập nghiên cứu trường ĐHDL Hải Phịng em hồn thành việc tìm hiểu đề tài: Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập, thời gian làm đồ án tốt nghiệp em nhận giúp đỡ nhiệt tình Th.s Ngơ Trường Giang với nỗ lực thân nên em hoàn thành đề tài giao Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy cô khoa công nghệ thông tin, thầy giáo Th.s Ngô Trường Giang tồn thể bạn sinh viên khoa Cơng nghệ thơng tin, trường Đại học Dân lập Hải Phòng với gia đình ủng hộ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Hải Phòng, tháng 07 năm 2007 Sinh viên Nguyễn Quỳnh Nga Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ VIDEO 1.1 Giới thiệu 1.2 Các hiệu ứng biên tập video .7 1.3 Các thuộc tính đặc trưng video 1.3.1 Color .9 1.3.2 Texture 1.3.3 Shape 10 1.3.4 Motion 10 1.4 Phân đoạn video .10 1.5 Kỹ thuật trừ ảnh 13 1.5.1 Dựa vào so sánh điểm ảnh 14 1.5.2 Dựa vào khối 16 1.5.3 Dựa vào so sánh biểu đồ 18 1.5.4 Dựa vào phương pháp thống kê 23 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG.25 2.1 Tổng quan phương pháp trừ 25 2.1.1 Giới thiệu .25 2.1.2 Giải thuật trừ 26 2.1.2.1 Tiền xử lí 27 2.1.2.2 Mơ hình hóa 27 2.1.2.3 Phát đối tượng 32 2.1.2.4 Hợp lí hố liệu 33 2.2 Trừ sử dụng thông tin màu gradiant .35 2.2.1 Giới thiệu .35 2.2.2 Mơ hình hóa 35 2.2.3 Trừ 36 Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập 2.2.3.1 2.2.3.2 2.2.3.3 Trừ dựa vào màu 37 Trừ dựa vào biên 38 Kết hợp kết trừ màu trừ biên 39 2.2.4 Nhận xét .40 2.3 Phát đối tượng chuyển động dựa vào kết cấu 40 2.3.1 Giới thiệu .40 2.3.2 Toán tử mẫu nhị phân cục .41 2.3.3 Phương pháp phát đối tượng chuyển động 42 2.4 Phát đối tượng chuyển động dựa vào biến thiên cục véctơ kết cấu SP .45 2.4.1 Giới thiệu .45 2.4.2 Biểu diễn video với vectơ kết cấu SP 47 2.4.3 Phát đối tượng chuyển động dựa biến thiên cục 48 CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN ĐỐI TƯỢNG ĐỘT NHẬP 50 3.1 Mơ tả tốn 50 3.2 Môi trường test 50 3.3 Một số giao diện .50 3.4 Đánh giá 52 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .55 Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển công nghệ thông tin xâm nhập vào hầu hết mặt đời sống xã hội với ứng dụng rộng rãi hỗ trợ cho người nhiều lĩnh vực, có lĩnh vực an toàn an ninh, chống xâm nhập.Việc đảm bảo an ninh vấn đề quan trọng cần thiết (Vd : Trong nút giao thông quan trọng, siêu thị, ngân hàng hay bảo tàng nơi mà vấn đề an ninh đặt lên hàng đầu ) Có nhiều phương pháp nhằm đảm bảo an ninh cho đạt hiệu cao, có phương pháp áp dụng hệ thống camera để quan sát chuyển động đối tượng khu vực Ngày với tiến vượt bậc khoa học, ta xây dựng hệ thống cảnh báo tự động phát đối tượng đột nhập mà không cần người phải trực dõi camera, điều giúp cho người giảm thiểu thời gian sức lực đồng thời cho kết xác Với tốn phát đối tượng đột nhập có hướng tiếp cận để giải là: dựa vào phần cứng dựa vào kĩ thuật xử lý ảnh Trong đồ án tốt nghiệp em xin trình bày số phương pháp phát đối tượng chuyển động đoạn video dựa vào kĩ thuật xử lí ảnh Cấu trúc khóa luận gồm phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục chương với nội dung: Chương 1: Trình bày tổng quan video kĩ thuật trừ ảnh Chương 2: Một số phương pháp phát chuyển động video Chương 3: Chương trình ứng dụng phát đối tượng đột nhập Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ VIDEO 1.1 Giới thiệu Dữ liệu video số ngày sử dụng rộng rãi Dữ liệu video số bao gồm hình ảnh âm video lưu trữ máy tính dạng số Trước tiên ta tìm hiểu video số gì? Video số hay Video tập hợp khung hình đặt liên tiếp nhau, khung hình ảnh số video Scene Scene Scene n Shot Shot Shot n Frame Frame Frame n Hình 1.1: Cấu trúc phân đoạn video Frame (khung ) : Video tạo nên chuỗi ảnh tĩnh Một chuỗi khung tĩnh đặt cạnh tạo nên cảnh phim chuyển động Một khung đơn ảnh tĩnh Khung hình i Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 khung hình i+1 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập Hình 1.2: Các khung hình Ðể đoạn video tạo cảm giác chuyển động, khung hình phải quay với tốc độ phù hợp Mắt người nhận 24 hình/giây, 24 hình nhiều 24 hình phát giây mắt khơng nhận rời rạc khung hình, mà thấy cảnh liên tục Có nhiều hệ video hệ có tốc độ quay khác : NTSC 30 hình/giây, PAL 24 hình/giây, SECAM 29.99 hình/giây Khung hình đơn vị liệu video Theo chuẩn hệ NTSC giây có 30 khung hình, phút có 1800 khung hình, có 60x1800 = 108000 khung hình Có thể thấy số lượng khung hình cho đoạn video thường lớn, cần phải có đơn vị cấp cao cho video số Shot (lia): đơn vị sở video Một lia đơn vị vật lý dòng video, gồm chuỗi hay nhiều khung hình liên tiếp, khơng thể chia nhỏ hơn, ứng với thao tác camera đơn Những khung hình liên thời gian mô tả hành động liên tục, giới hạn chuyển cảnh Shot i Shot i+1 Biên shot Shot i+2 Biên shot Chuyển cảnh Hình 1.3: Đoạn sở Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập Một đoạn video có nhiều đoạn sở, mà đoạn sở Những đoạn sở đại diện cho toàn đoạn video, truy xuất đến chúng coi truy xuất đến đoạn video Tổ chức đoạn video mức độ đoạn sở thích hợp cho việc duyệt truy tìm thơng tin dựa vào nội dung Scene (cảnh ) : đơn vị logic dòng video, cảnh gồm hay nhiều shot liên quan đến không gian liền kề thời gian, mô tả nội dung ngữ nghĩa tình tiết Ngồi biểu diễn cấu trúc video dựa đối tượng: video Feature Shot Shot Shot n object object object n Region Region Region n Color, texture, shap Motion, trajectotry Spatial,temporal, stuctures Hình 1.4: Biểu diễn video dựa đối tượng Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập 1.2 Các hiệu ứng biên tập video Số hiệu ứng video lớn Các chương trình biên tập video tiếng Adobe Premiere hay Ulead MediaStudio có tới hàng trăm loại biên tập tham số hóa Tuy nhiên thực tế, 99% biên tập nằm ba loại: cắt cứng, fade chồng mờ; ngồi cịn có wipe  Cắt cứng: biến đổi đột ngột từ cảnh sang cảnh khác, xảy hai khung hình  Fade: biến đổi cảnh ảnh (fade out) biến đổi dần ảnh cảnh phim (fade in)  Chồng mờ: biến đổi từ cảnh cũ sang cảnh cảnh cũ fade out cảnh fade in  Wipe: tượng cảnh chạy theo đường hình, cảnh xuất phía sau đường Các hiệu ứng tạo nên biến đổi cho khung hình, tạo nên chuyển cảnh Cắt cứng tạo nên chuyển cảnh đột ngột; fade, chồng mờ wipe tạo nên chuyển cảnh Hình 1.5: Một số loại Wipe Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập 1.3 Các thuộc tính đặc trưng video 1.3.1 Color Với ảnh có biểu đồ màu để biểu diễn phân bố màu ảnh, biểu đồ màu không phụ thuộc vào việc quay ảnh, dịch chuyển ảnh, chiều nhìn ảnh mà phụ thuộc vào vào hệ màu phương pháp định lượng dùng (a) (c) (b) (d) Hình 1.6: Biểu đồ màu loại ảnh (a) ảnh tối (b) ảnh sáng (c)ảnh tương phản thấp (d) ảnh tương phản cao 1.3.2 Texture Đây đặc trưng quan trọng bề mặt, nơi xảy việc lặp lại mẫu Có hai dạng biểu diễn Texture phổ biến: biểu diễn dạng ma trận đồng thời biểu diễn Tamura - Ma trận đồng thời mô tả hướng khoảng cách điểm ảnh, ta trích chọn thống kê có ý nghĩa Ngược lại, người ta thấy Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu số phương pháp phát đối tượng đột nhập entropi mô-men chênh lệch nghịch đảo lại có khả phân biệt tốt - Biểu diễn Tamura thúc đẩy nhờ nghiên cứu tâm lí việc thu nhận trực giác người, bao gồm thuộc tính đo tính thơ, độ tương phản, hướng, tính trơn, tính cân đối độ thơ ráp Các đặc tính quan trọng việc tìm hiểu nội dung ảnh biểu diễn trực quan 1.3.3 Shape Các đặc trưng hình dáng biểu diễn sử dụng phân tích hình dáng truyền thống mơ-men bất biến, mơ tả Fourier, mơ hình học tụ động quay lui thuộc tính hình học Các đặc trưng phân chia thành đặc trưng tồn cục đặc trưng cục - Đặc trưng toàn cục đặc trưng thuộc tính thu từ tồn hình dáng ảnh (VD: chu vi, tính trịn, hướng trục ) - Đặc trưng cục đặc trưng thu từ việc thao tác với phần ảnh, khơng phụ thuộc vào tồn ảnh 1.3.4 Motion Là thuộc tính quan trọng video, thơng tin chuyển động sinh kỹ thuật ghép khối luồng ánh sáng Các đặc trưng chuyển động: mô-men trường chuyển động, biểu đồ chuyển động, tham số chuyển động tồn cục trích chọn từ vectơ chuyển động Các đặc trưng mức cao phản ánh di chuyển camera quét camera (pan), nghiêng (tilt), phóng to (zoom in), thu nhỏ (zoom out) trích chọn 1.4 Phân đoạn video Là q trình phân tích chia luồng video dài thành đơn vị nhỏ shot, trình phân tích phát ranh giới shot Quá trình Nguyễn Quỳnh Nga – CT701 Trang 10