ĐỘNG
Dò tìm chuyển động của một đối tượng từ một đoạn video đang đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một hệ thống dò tìm chuyển động, với ngõ vào thông thường là một chuỗi các hình ảnh liên tiếp nhau theo thời gian, phải được thực hiện trong thời gian thực. Do đó, không những dung lượng dữ liệu đầu vào cần xử lý có kích thước quá lớn mà hệ thống còn phải thực hiện tính toán nhanh, cho nên các hệ thống này phải có tốc độ xử lý rất cao. Đây cũng là một thách thức thực sự cho những người thiết kế hệ thống. Vì vậy, vấn đề trước tiên của người thiết kế là phải làm sao cân bằng giữa độ phức tạp của thuật toán và tốc độ xử lý của hệ thống. Có rất nhiều thuật toán khác nhau tương ứng với các loại dò tìm chuyển động khác nhau. Một số giả định phải được đặt ra tùy theo điều kiện dò tìm chuyển động, ví dụ camera là tĩnh hay động, đối tượng là nhỏ hay lớn, thông tin cụ thể về khoảng thời gian giữa các frame có chứa đối tượng chuyển động (khoảng thời gian này phải đủ nhỏ để có thể thấy được sự chuyển động của đối tượng một cách liên tục). Các giả định này sẽ giúp người thiết kế hệ thống có thể chọn ra các thuật toán thích hợp. Trong thực tiễn chủ yếu có 3 loại dò tìm chuyển động chính :
GVHD : PGS.TS. NGUYỄN HỮU PHƯƠNG
- Dò tìm chuyển động đơn giản : tất cả các chuyển động có trong chuỗi các hình ảnh do camera ghi lại đều được xác định. Loại chuyển động này thường được sử dụng trong các hệ thống an ninh với camera cố định. Khi phát hiện có bất kỳ sự chuyển động nào dù lớn hay nhỏ trong tầm nhìn của camera, hệ thống sẽ kích hoạt chuông báo động.
- Dò tìm một đối tượng cụ thể đang chuyển động và xác định vị trí : chỉ có sự chuyển động của một loại đối tượng được xác định, không phải tất cả. Một camera được đặt cố định và đối tượng đang chuyển động, hoặc ngược lại, camera chuyển động và đối tượng đang đứng yên. Độ phức tạp của thuật toán trong loại dò tìm chuyển động này rất cao so với loại đầu tiên. Vì chỉ cần xác định sự chuyển động của một loại đối tượng, do đó giải pháp là phải có sự phân đoạn các chuỗi hình ảnh đầu vào dựa trên chuyển động trong quá trình xử lý. Ngoài ra, còn có một số vấn đề phức tạp khác như xác định quỹ đạo chuyển động của đối tượng và dự đoán quỹ đạo chuyển động tiếp theo của đối tượng. Một số ví dụ thực tiễn của loại dò tìm chuyển động này như dò tìm sự chuyển động của các đám mây và dự đoán quỹ đạo chuyển động của chúng trong các chuỗi hình ảnh thu được từ vệ tinh khí tượng, hay xác định chuyển động của các dòng xe cộ đang lưu thông trên đường, định vị vệ tinh, và rất nhiều ứng dụng trong quân sự. Trong loại dò tìm chuyển động này thuật toán sẽ trở nên phức tạp nhất khi mà cả camera và đối tượng đều chuyển động.
- Dò tìm chuyển động các đối tượng 3D : mục tiêu căn bản của loại dò tìm chuyển động này là phải xác định chính xác vị trí một đối tượng 3D trong không gian dựa trên chuỗi hình ảnh của nhiều camera khác nhau. Phương pháp được sử dụng cũng tương tự như loại trên nhưng số lượng dữ liệu đầu vào cần xử lý lớn hơn rất nhiều.
GVHD : PGS.TS. NGUYỄN HỮU PHƯƠNG
Mặc dù các phương pháp dò tìm chuyển động còn có thể gọi là các phương pháp phân tích ảnh động, tuy nhiên số lượng các ảnh được xử lý cùng lúc thường rất nhỏ, thông thường là từ 2 đến 3 ảnh. Như vậy, thật sự các phương pháp xử lý ảnh trong dò tìm chuyển động sẽ được thực hiện tương tự như trên ảnh tĩnh, sau đó thuật toán sẽ so sánh sự tương quan giữa các cặp pixel có cùng vị trí trên 2 hay 3 frame hình kế cận nhau nhằm xác định vùng có sự chuyển động. Sự thể hiện 2 chiều của một chuyển động 3 chiều được gọi là vùng chuyển động, trong đó mỗi điểm sẽ được gán một vectơ vận tốc tương ứng với hướng chuyển động, vận tốc và khoảng cách từ nơi quan sát đến đối tượng chuyển động.
Một phương pháp dò tìm chuyển động khác được dựa trên sự tính toán luồng ánh sáng. Phương pháp này được áp dụng với các đoạn video có khoảng cách thời gian giữa các bức ảnh liên tiếp nhau nhỏ và không có sự thay đổi đáng kể nào giữa 2 ảnh liên tiếp nhau. Mục đích trực tiếp của phương pháp này là dựa vào sự thay đổi của luồng ánh sáng để xác định đối tượng chuyển động, tuy nhiên không phải lúc nào kết quả cũng chính xác. Bởi vì sự thay đổi cường độ sáng của bức ảnh (do sự thay đổi giữa ngày và đêm, mây hoặc nhiễu) sẽ ảnh hưởng rất lớn đến thuật toán này. Các thông số chuyển động sẽ được tính toán từ các vectơ thể hiện sự thay đổi của luồng ánh sáng của những bức ảnh liền kề nhau. Trong thực tế, việc ước lượng các luồng ánh sáng hay sự tương quan giữa các điểm trong đoạn video thường rất “hỗn loạn” và khó xác định. Vì vậy, dựa vào việc ước lượng và tính toán các luồng ánh sáng để xác định đối tượng chuyển động trong một đoạn video là một thách thức rất lớn, đòi hỏi các phép toán phải có độ chính xác rất cao. Khi đó, việc tương thích phần cứng của các thuật toán này là hoàn toàn không khả thi. Điều này dẫn đến sự ra đời của các phương pháp khác hoàn toàn không dựa trên phương pháp ước lượng và tính toán các luồng ánh sáng. Các
GVHD : PGS.TS. NGUYỄN HỮU PHƯƠNG
phương pháp này ước lượng chuyển động chung của nhiều đối tượng khác nhau dựa trên một chuỗi hình ảnh liên tiếp nhau bằng cách xác định mức xám và sự thay đổi mức xám trên toàn ảnh. Một số phương pháp cấp cao hơn sử dụng các thông tin về góc hay đường biên (cạnh) của các vật thể trong ảnh để xác định sự chuyển động của đối tượng.