VİDEO AKIŞINDA HAREKETLİ OBJELERİN TAKİBİ

Korunan objelerin güvenlik seviyesini ve kontrolünü artırma isteği video izleme sistemlerinde yer alan kameraların sayısının artışına neden olur. Aynı sistemde çalışan kameralar sıklıkla diğer kameraların verileriyle ilişkilendirilmeyen kendilerine özgü analitik ve istatistiki bilgiler sağlarlar bu yüzden resmin genelini değerlendirmek mümkün olmaz.

Video analizi çok sayıda kameranın bulunduğu sistemler için hayati öneme sahip bir araçtır. Bu aracın en faydalı yanlarından biri ise objelerin hareketlerinin takibidir. Bu makalede aynı hücre üzerinde hareket yollarının oluşturulması ve sistemde yer alan farklı kameralardan daha fazla bilgi alma teknolojisi incelenecektir.

Tek kamerada hareket takibi:

Hareket takibi modüllerinin çalışması genelde hareket detektörü ilişkilendirilmesi ile gerçekleşir. Hareketin yolunu çizmek için hareket eden objelerin yer aldığı her bir karede ardışık şekilde analiz yapılır. Bazen bir karede birden  fazla hareket eden obje olabilir bu durumda hareket eğrisini oluşturmak yetmez aynı zamanda objeler ve hareketleri de ayrıştırılır.

İki karede hareket takibi:

Hareket takibinin en basit uygulaması iki kareyi dikkate almak ve hareket yolunu çizmektir. Öncelikle ilk ve sonraki karedeki hareket gözlenir, sonra hız, objelerin hareket yönü, büyüklükleri analiz edilir ardından objelerin hareket eğrisi üzerinde bir önceki noktadan  bulundukları mevcut noktaya  nasıl geçiş yapacaklarına dair olasılık hesaplanır. Her bir objenin en olası hareketi objeye atanır ve hareket eğrisine eklenir.

Birden fazla kare arasında hareket takibi:

Kare içindeki objeler farklı yönlerde hareket edebilir: hareket eğrileri kesişebilir, kaybolup tekrar belirebilirler (örneğin kamera otoyolu takip ediyorsa, karedeki araç diğeri ile çakışabilir sonrasında tekrar ayrılabilir) bazı  objeler birleşebilir veya yollarını değiştirebilir. Bu  hallerde hareket eğrisinin düzgün olarak oluşturulması karmaşık olabilir. Bu tür karmaşık hareketleri analiz etmek ve hareket eğrisini oluşturmak için iki karede hareket takibi yeterli gelmeyecek, yüksek bir doğruluk oranı gerekli olacaktır. Hareket takibi teknolojisinin doğruluk oranını artırmak için üreticiler ardışık kareleri dikkate alır ve sonuçları sürekli olarak ardıl işleme (post-process) tabi tutarlar.

Program objelerin farklı hallere geçişine dair grafik analizleri oluşturur. Hareketle ilgili olan objenin anlaşılması için hız, hareket yönü, konum ve renk nitelikleri analiz edilir. Sonuç bir hareket eğrisi oluşturacak şekilde objenin en olası hareketlerinin  bir seti olarak ortaya çıkar. Bu yöntemdeki farklılık ardışık karelerdeki konumların işlenerek objenin o andaki konumu olarak kaydedilmesi ve objenin kaybolması, belirmesi, kesişimde kalması gibi zor durumlarda dahi konum doğruluğunu artıran bir geçiş geçmişine sahip olmasıdır.

Yukarıdaki algoritmalar objelerin diğer bir objeden ayrılıp hareket ettiği hallerde işe yarayacak fakat  bu kümeler halinde olduğu zaman işe yaramayacaktır.

 

İlişkilendirme (Correlation) yöntemleri:

İlişkilendirme yöntemleri büyük çaplı hareketlerin  analizi için kullanılır: kullanıcı hareketin  gerçekleşeceği kare alanını belirler ardından program hareket eğrisinin oluşturulacağı ardışık kareleri taramaya başlar.

Tarama alanında hareket detektörünü tetikleyen hareket halinde bir obje veya sınıflandırmaya uyan belli nitelikte bir obje bulunabilir. Program renk seçimlerine dair bir histogram oluşturur, girilmiş  tekil noktalara bakar (açı, mesafe nitelikleri vb.) sonra ilerleyen karelerde bunları bulmaya çalışır.

İlişkilendirme yönteminin temel dezavantajı, tespit edilen örneklere (renk seçimi, histogram, tekil noktaların belirlenmesi vb.)  dair birincil analizi yaparken, hareket detektörüne dayanan yöntemlerin gerektirdiği bilgisayar kaynağının on belki yüzlerce kat daha fazlasını gerektirecek şekilde  yüksek kaynak tüketimine sahip olmasıdır. Ayrıca, ilişkilendirme yöntemi sadece belirlenen obje için bir hareket yolu oluşturur. İki veya daha fazla karenin takibi yöntemleri, bir obje üzerinden hareket yolunu arama veya yol üzerinde objeyi arama imkanı sağlayacak şekilde hareketli objelerin hareket eğrisini oluşturabilir. İlişkilendirme yöntemi yüksek trafiğin yaşandığı bu tür sahneler  için uygulanabilir değildir.

Kameralar arası hareket takibi:

Kameralar arası takip veya sistemin birden fazla kamerası arasındaki obje hareket yolunun oluşturulması iki şekilde uygulanabilir.

Birinci yöntem

İlgili alanları gören senkronize kameralar kurarak yapılır. Basitçe anlatırsak; obje bir kameranın görüş alanından diğerine geçer, sistem bunu tespit eder ve hareket eğrisini oluşturur. Bu yöntemin düzgün çalışacak şekilde geliştirilebilmesi için kamera sisteminin  kalibre edilmesi, kameraların benzer niteliklerde alınmış olması, gözlenen objelerin bir sahneden diğerine geçerken birbiriyle aynı olmasının sağlanması gerekir. Objenin geçişi uzadığı takdirde kareye daha fazla sayıda hareket eden obje girer, aralarında dolaştığı kameraların sayısı artarsa kameralar arası hareket takibi sonuçlarındaki hata olasılığı da artar.

İkinci yöntem

Çevrim içi işaret tarama tekniğine dayanır, özel ekipmanlar gerektirmez. Kullanıcı programda plan üzerinde mevcut bir kamerayı belirler, bir kameradan diğerine geçiş ortalama süresini ayarlar, sistemin oluşturduğu veya kendisinin yaptığı örnek bir obje hareket eğrisi dosyasını seçer, orantıyı, büyüklüğü, renk niteliklerini girer. Program bu arama sorgusuna uyan tüm benzer objeleri görüntüler, kullanıcı doğru  olanı kendisi seçer.

Komşu sistem kameralarına yönelik örnek objenin sonraki taramalarında, program alan planını analiz eder, objenin  belli bir kameraya ne zaman erişebileceğini hesaplar, ilgili sonuçları hareket izleri seti halinde oluşturur, her bir IP kanalı başına objenin bulunduğu kareleri gruplandırır.

Görüntülerin gruplandırılması kamera görüş alanındaki objenin kesintisiz takibi ile yapılır. Kullanıcı hedeflenen obje ile ilgili olan sonuçlar setini seçer ve sonraki taramaları tetikler. Böylece tarama adım adım devam eder ve obje sistemdeki kameraların tümünden kayboluncaya veya kullanıcı yeterli veri alamayıncaya kadar devam eder. Hareket yolunun oluşturulması her aşamada bitirilebilir.

Bu yöntem kullanıcının daha fazla müdahil olmasını ve dikkatini gerektirir fakat sonuçlardaki doğruluk oranı da yüksek çıkar. Bu yöntemin bir avantajı da sistemdeki kameraların birbiriyle çok bağlantılı olmasının  ve katı bir şekilde kalibre edilmesinin gerekli olmamasıdır. Hareket yolunun adım adım oluşturulması ve objenin bulunmasını sağlayan tarama algoritmalarının  oluşturulması bağımsızdır.

Plan üzerinde videoya giden transfer yolu:

Birden fazla kamerada süjelerin video analizi bir çok geliştirici için oldukça enteresan ve teknolojik geliştirme potansiyeli hala çok büyük olan bir alandır. Modern  teknoloji bir kameradan diğerine geçişlerin hareket eğrisini oluşturarak planlar üzerinde kameralar arası takip yapılmasını, tek kamera alanındaki hareketli objelerin hareket yollarının oluşturulmasını, videonun plan üzerine yerleştirilmesi için objenin taşınmasını sağlar.

Genelde video analizi sadece hareketlerin takibi için kullanılmaz, yoğunluk haritaları, müşteri takibi, bölgeye giriş ve uzun süre kalış gibi durumlarında da takibi yapılabilir.

Videodaki hareket yolunun plana aktarılması birkaç nedenden ötürü oldukça karmaşıktır.

  1. Video izleme düzlemi ile planın birbirine bağlanması ihtiyacı asıl zorluğu teşkil eder. Programın bir düzlemdeki objenin koordinatlarını hesaplaması ve diğer bir düzlemde yer alacak şekilde objeleri bir planın içine aktarması gerekir. Karedeki koordinatların tespitinin tek kamera ile hesaplanması- Mesafenin ve sınır noktalarının hesaplanması ve bir plana transfer edilmesi için çok yeterli değildir. (Plan-kamera genelde rastgele bir şekilde ayarlanmış olsa da objenin yukarıdan nasıl göründüğüdür). Diğer bir çözüm ise stereo bir düzen oluşturmaktır: Farklı pozisyonlarda kurulmuş en az iki kamera karenin aynı bölgesini izler böylece program odanın 3D bir modelini oluşturup objenin tam yerini işaretleyebilir.
  2. Bozulma (distortion): Her optik sistemde olabileceği gibi düzlemdeki hareket eğrisinin oluşturulmasında hatalara sebep olacak bozulmalar olabilir.
  3. Kamera görüş alanını plana yerleştirin. Yerleştirme bölgesi manuel olarak seçilebilir-sistem kullanıcısının plan alanında bunu belirlemesi gerekirken geniş çaplı video sistemlerinde bu çok mümkün olmayabilir. Kamera lensi önüne gelen ve plan üzerinde belirtilen objeleri desteklemek için alanın bağımsız bir şekilde hesaplanabileceği bir algoritmanın geliştirilmesi gerekli olabilir.
  4. Objelerin birbirinden ayrıştırılması: İki farklı objenin pozisyonlarındaki fark tek bir koordinata denk ise ve ikincisinin koordinatı eksikse (örneğin objeler birbirine paralel fakat farklı düzlemlerde hareket ediyorlarsa-yakın ve uzak) bu durumda bu nesneler tek kamerada bir araya gelir ve hareket eğrileri de birleşir. Fakat aslında farklı yollarda plan üstünde hareket objelerin birbirinden ayrıştırılması gerekir yani karenin üstündeki bir nokta planın farklı noktaları olabilir. Bu görüntülerde, bitişik obje bölümlerinde ve birbirine çakışan objelerdeki piksellerin gruplanmasına yönelik düzgün algoritmaların geliştirilmesine ihtiyaç olduğu anlamına gelir. Bu sorunun bir kısmı stereo bakış ile çözülebilir.

Hassas hareket takip yöntemleri:

Objeleri çoklu video analizi ve hareket takibi  teknolojisinde gelişme potansiyeli çok yüksektir. Mevcut hareket takip algoritmaları problemi çözmeye dair yaklaşımları ve sonuçların doğruluk oranı ile ayrıştırılabilir.

Tek Bir Kamerada Hareket Takibi

* İki karenin ardıl analizi ile hareket eğrisinin oluşturulması – önceki ve mevcut olan. Objelerin karmaşık hareketleri halinde düşük bir doğruluk oranı söz konusudur.

* Ardıl işlem için bir hareket yolu oluşturma ve obje hareketlerinin geçmişine yönelik olarak önceki karelerin analizi karedeki karmaşık hareketler için doğru bir hareket yolunun oluşturulabilmesi şansını artırır.

* İlişkilendirme (Correlation) yöntemi- seçilen bir bölgede bir dizi karedeki konumları karşılaştırılması ile hareket eğrilerinin oluşturulmasıdır. Yoğun trafiğin olduğu, yoğun kaynaklı kareler için uygun değildir.

Çoklu hareket takibi

* Senkronize  edilmiş video kameraları kullanarak hareket eğrilerinin oluşturulmasıdır. Belirlenen alanlara yönlendirilmiş kameraların doğru kalibrasyonu gerekir. Hareket eğrisinin oluşturulmasındaki doğruluk oranı yoğun trafiğin, kamera sayısının ve kameralar arası geçiş sayısının artması nedeniyle azalır.

* İşaretleri kullanmak suretiyle adım adım hareket eğrisinin oluşturulması kullanıcının sonuç işlemleri filtrelemesini gerektirir fakat düzgün sonuçlar verir.

* Video planı üstünde objenin transfer hareket yolunun belirlenmesi. Bu özelliği uygularken geliştiriciler bir çok sorunla karşılaşabilir ki bunların bir kısmının çözümü hala bulunabilmiş değildir.

***Bu makale macroscop.com sitesi publications bölümünden alınıp tercüme edilerek buraya eklenmiştir.