Обработка перекрытий в задачах отслеживания объектов в видеопотоке © К.Л. Тассов, Д.Е. Бекасов МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия Представлено описание задачи отслеживания объектов в видеопотоке, введены основные понятия проблемной области, освещены типовые решения задачи. Более подробно рассмотрены несколько решений с позиции проблемы перекрытий как одной из наиболее весомых. Приведены основные направления будущих исследований. Ключевые слова: компьютерное зрение, отслеживание

more »

... ов в видеопотоке, перекрытия в задачах отслеживания объектов, выделение признаков изображения, трекер, детектор, CAPOA, VMTM, TLD. Введение. Отслеживанием объектов, трекингом (tracking), называется определение местоположения движущегося объекта (нескольких объектов) во времени с помощью камеры. При этом анализируются кадры видеопоследовательности и определяется положение движущихся целевых объектов относительно кадра. Данная задача имеет широкой спектр применений: система обеспечения безопасности, анализ потока машин на автомагистрали, освещение и анализ спортивных мероприятий, организация прозрачной работы офиса, система дополненной реальности, различные научные исследования, робототехника, «умный дом», интерактивные и игровые приложения. При решении задачи используются методы математического анализа, математической статистики, обработки изображений, теории принятия решений и систем искусственного интеллекта. Строго говоря, сама задача отслеживания перемещения произвольного объекта в видеопотоке является математически не разрешимой и (без необходимых ограничений) слабо формализуемой. Поэтому при ее решении обычно накладывают ряд ограничений, с помошью которых предполагается работа некоторого метода с заданной точностью. Помимо подразумеваемых ограничений на адекватность входных данных, могут применяться ограничения на количество отслеживаемых объектов, классы объектов, количество и степень перекрытий, продолжительность полного перекрытия. Данные ограничения почерпнуты из основных проблем, возникающих при трекинге объектов. Одной из важнейших подзадач отслеживания является решение проблемы перекрытий отслеживаемого объекта другими. Настоящая статья посвящена рассмотрению алгоритмов трекинга именно с точки зрения проблемы перекрытия объектов. К.Л. Тассов, Д.Е. Бекасов 2 Основные понятия. Для дальнейшего рассуждения необходимо ввести основные понятия, используемые в данной проблемной области. Сцена -область пространства, обозреваемая камерой или системой камер. Она содержит: • наблюдатель (камеру) -точку наблюдения, субъект; • статический объект -объект, абсолютное положение которого на сцене не изменяется в заданном временном интервале; • задний фон -совокупность статических объектов, которые в данной задаче можно рассматривать как единое целое, так как они не перекрывают сопровождаемые объекты на заданном промежутке времени; • динамический объект -объект, абсолютное положение которого изменяется в течение заданного временного интервала. При этом динамический объект, принадлежащий заданному классу, называется объектом интереса, который сопровождается в данный момент целью (target). Под окружением будет пониматься совокупность объектов сцены, не являющихся целями. Совокупность характеристик, полностью описывающих цель в рамках заданного способа ее представления, будет называться состоянием объекта, а функция изменения состояния с течением времени -траекторией. Тогда сопровождение (отслеживание) цели -это построение траектории движения цели. При сопровождении может возникнуть явление перекрытия объектов (occlussions), состоящее в том, что объекты, имеющие меньшие значения координаты z в системе координат наблюдателя, полностью или частично закрывают от наблюдателя объекты с большим значением z при близких значениях координат x и y. При описании различных алгоритмов часто используют такое понятие, как признак (feature) -характерная особенность объекта интереса, по которой осуществляется различение объектов между собой (таких признаков может быть несколько). Алгоритм, решающий задачу трекинга объекта, будет называться трекером (tracker). Типовые решения, используемые в задачах отслеживания объектов. Как показало изучение различных источников единой классификации алгоритмов, отслеживания объектов не существует. Это неудивительно, учитывая сравнительно молодой возраст дисциплины (основной объем исследований приходится на последнее десятилетие, что объясняется повсеместным распространением систем видеонаблюдения и общей компьютеризацией). Так, в [1] дается следующая классификация трекеров: • ручной -отслеживание цели ведется в ручном режиме; • автоматический -полностью автоматическое отслеживание (в том числе автоматический захват целей и корректировка ошибок);