Khái niệm về theo vết đối tượng

Trong phần này định nghĩa một số khái niệm theo vết đối tượng là gì, đồng thời đề cập đến một số phương pháp theo vết.

5.1.1 Giới thiệu

Theo vết đối tượng thời gian thực là một công đoạn trong rất nhiều ứng dụng thị giác máy tính. Một trong những mục tiêu của theo vết đối tượng là để “hiểu” được những chuyển động của đối tượng, “hiểu” những thông tin về đối tượng gồm vị trí trong không gian, vận tốc chuyển động và những đặc trưng vật lý khác.

Hầu hết các khó khăn này nảy sinh từ khả năng biến động của ảnh video bởi vì các đối tượng video thường là các đối tượng chuyển động. Khi đối tượng chuyển động qua vùng quan sát của camera, hình ảnh về đối tượng có thể thay đổi.

Sự thay đổi này đến từ ba nguồn chính: thay đổi tư thế đối tượng, sự biến dạng của đối tượng, thay đổi về độ chiếu sáng, và sự che khuất một phần hay toàn bộ đối tượng. Có rất nhiều phương pháp để giải quyết bài toán trên, có thể phân thành bốn loại chính: dựa trên mô hình, dựa trên miền, dựa trên đường viền và dựa trên đặc trưng.

 Dựa trên mô hình: Dựa trên mô hình là phương pháp tạo mô hình cấu trúc của đối tượng. Nhưng vấn đề là quá trình khởi tạo tự động khó, chi phí tính toán cao do độ phức tạp của mô hình.

 Dựa trên miền: Phương pháp dựa trên miền là phương pháp kết hợp một miền với mỗi đối tượng đang được theo vết. Miền được theo vết qua thời gian bằng phép đo độ tương tự. Lợi ích của phương pháp này là khởi tạo khá dễ dàng, chỉ có vị trí và kích thước của cửa sổ cần được định nghĩa.

 Dựa trên đường viền: Phương pháp dựa trên đường viền bao gồm tìm đường viền bao của đối tượng và sau đó cố gắng làm khớp đường viền với các đối tượng trong các frame sau. Quá trình này được lặp lại với mô hình đường viền được cập nhật. Ưu điểm của cách tiếp cận này là là khả

Trang 59

năng xử lý hiệu quả sự che khuất một phần. Nhưng vấn đề yêu cầu là khởi tạo chính xác, và điều này thì khó thực hiện tự động.

 Dựa trên đặc trưng: Phương pháp dựa trên đặc trưng chỉ theo vết một tập các đặc trưng của đối tượng. Chẳng hạn chỉ theo vết các điểm ở góc của đối tượng, vị trí của đối tượng trong frame sau sẽ được tìm thấy bằng cách tìm các điểm góc mà khớp với các điểm của mô hình nhất. Ưu điểm của cách tiếp cận này là xử lý được sự che khuất một phần. Khi đối tượng bị che khuất, một số đặc trưng vẫn còn thấy được và có thể dùng trong quá trình theo vết. Khuyết điểm của phương pháp này là chất lượng theo vết phụ thuộc nhiều vào việc chọn các đặc trưng. Các đặc trưng phải được chọn sao cho chúng cung cấp.

5.1.2 Quy trình theo vết đối tượng

Một hệ thống theo dõi đối tượng thông thường gồm ba phần:

 Phát hiện đối tượng.

 Phân vùng.

 Theo vết đối tượng.

5.1.2.1 Phát hiện đối tượng

Các hệ thống theo vết đối tượng thường bắt đầu bằng quá trình phát hiện đối tượng. Phát hiện đối tượng được lặp lại trong chuỗi ảnh để hỗ trợ cho quá trình theo vết.

Một số phương pháp phát hiện đối tượng thông dụng:

 Dựa trên đặc trưng: Phương pháp này có nhiều cách chọn đặc trưng như: dựa trên hình dáng, màu sắc. Trong đó, dựa trên màu sắc được xem là thông dụng nhất vì màu sắc thì dễ dàng lấy được và chi phí tính toán thấp.

 Dựa trên mẫu: Nếu như có mẫu mô tả đối tượng, thì việc phát hiện đối tượng trở thành quá trình so khớp các đặc trưng giữa mẫu và chuỗi ảnh.

Việc so khớp chính xác các đặc trưng thường tốn nhiều chi phí và phụ thuộc vào chi tiết, mức độ chính xác của mẫu đối tượng.

 Dựa trên chuyển động: Hầu hết các hệ thống theo dõi đều quan tâm đến các đối tượng đang chuyển động. Có rất nhiều thuật toán phát hiện

Trang 60

chuyển động đã được công bố. Trong đó, kỹ thuật lấy ngưỡng được sử

dụng nhằm chống nhiễu, gia tăng hiệu quả của thuật toán. Một số phương pháp theo cách tiếp cận này là: phát hiện chuyển động dựa trên sự khác biệt theo thời gian, phát hiện chuyển

5.1.2.2 Phân vùng

Phân vùng các chuỗi ảnh thành các đối tượng chuyển động khác nhau là bước kế tiếp sau khi phát hiện đối tượng. Việc phân vùng thường dựa trên thông tin vận tốc chuyển động ví dụ như từ các đối tượng ở giai đoạn đầu, ta kết hợp các đối tượng có cùng vận tốc chuyển động theo một ràng buộc nào đó chẳng hạn là tính lân cận.

Ta có các cách tiếp cận sau:

 Phân vùng dựa trên các phép đo cục bộ.

 Phân vùng dựa trên phân cụm đơn giản hay sự mâu thuẫn với vận tốc nền.

 Phân vùng dựa trên các phép biến đổi ảnh phân tích.

 Phân vùng dựa trên quá trình quy tắc hóa.

 Phân vùng dựa trên phân cụm có sắp xếp toàn cục.

5.1.2.3 Theo vết đối tượng

Theo vết đối tượng là giám sát các thay đổi theo không gian và thời gian của đối tượng trong suốt chuỗi ảnh, bao gồm sự hiện diện, vị trí, kích thước, hình dáng…

của đối tượng.

Một số phương pháp theo vết thông thường:

 So khớp mẫu.

 Phương pháp Bayesian (bộ lọc phần tử).

Trang 61