Analyse d images en vidéosurveillance embarquée dans les véhicules de transport en commun
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- Martial Marion
- il y a 8 ans
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1 des s Analyse d images en vidéosurveillance embarquée dans les véhicules de transport en commun Sébastien Harasse thèse Cifre LIS INPG/Duhamel le 7 décembre
2 Système de surveillance des s Enregistreur vidéo embarqué dans chaque véhicule Plusieurs caméras Ordinateur limité (CPU, mémoire, disque) Station de relecture située au central Ordinateur classique Objectif : Étude des apports de l analyse des séquences d images PC 2
3 Système de surveillance des s Enregistreur vidéo embarqué dans chaque véhicule Plusieurs caméras Ordinateur limité (CPU, mémoire, disque) Station de relecture située au central Ordinateur classique Objectif : Étude des apports de l analyse des séquences d images PC 2
4 Système de surveillance des s Enregistreur vidéo embarqué dans chaque véhicule Plusieurs caméras Ordinateur limité (CPU, mémoire, disque) Station de relecture située au central Ordinateur classique Objectif : Étude des apports de l analyse des séquences d images PC 2
5 Système de surveillance des s Enregistreur vidéo embarqué dans chaque véhicule Plusieurs caméras Ordinateur limité (CPU, mémoire, disque) Station de relecture située au central Ordinateur classique Objectif : Étude des apports de l analyse des séquences d images PC 2
6 Système de surveillance des s Enregistreur vidéo embarqué dans chaque véhicule Plusieurs caméras Ordinateur limité (CPU, mémoire, disque) Station de relecture située au central Ordinateur classique Objectif : Étude des apports de l analyse des séquences d images PC DEPOT PC 2
7 Système de surveillance des s Enregistreur vidéo embarqué dans chaque véhicule Plusieurs caméras Ordinateur limité (CPU, mémoire, disque) Station de relecture située au central Ordinateur classique Objectif : Étude des apports de l analyse des séquences d images PC DEPOT PC 2
8 envisagées des s 3 domaines d applications : Aide à installation et maintenance Aide à la relecture des images Transmission vidéo bas-débit 2 thèmes scientifiques principaux : 1 Détection de défauts sur les caméras 2 et suivi des passagers PC DEPOT PC 3
9 Plan de la Présentation des s 1 2 des s 3 4
10 Plan des s 1 2 des s 3 5
11 But: Assurer la bonne qualité des enregistrements des s 6
12 But: Assurer la bonne qualité des enregistrements des s flou 6
13 But: Assurer la bonne qualité des enregistrements des s obstruction 6
14 But: Assurer la bonne qualité des enregistrements des s 3 caractéristiques étudiées : 1 Cadrage de la caméra 2 Netteté de l image 3 Visibilité de la scène 6
15 Plan des s 1 2 des s 3 7
16 des s 1 Extraire une mesure pour chaque caractéristique étudiée (netteté, champ de vision, visibilité) : sensible au réglage sélective robuste aux variations de la scène et de l illumination 2 Etudier l évolution des mesures Déviation standard du profil moyen Temps (indice de l image) 8
17 Difficultés du problème Caméras mobiles / extérieur des s Variations : 1 Contenu de la scène 2 Illumination (brusque ou lente) Passagers Paysage extérieur 9
18 Difficultés du problème Caméras mobiles / extérieur des s Variations : 1 Contenu de la scène 2 Illumination (brusque ou lente) Passagers Paysage extérieur 9
19 Difficultés du problème Caméras mobiles / extérieur des s Variations : 1 Contenu de la scène 2 Illumination (brusque ou lente) Heure de la journée Ombres portées mobiles Contrôles automatiques de gain et de balance des couleurs 9
20 Difficultés du problème Caméras mobiles / extérieur des s Variations : 1 Contenu de la scène 2 Illumination (brusque ou lente) Heure de la journée Ombres portées mobiles Contrôles automatiques de gain et de balance des couleurs 9
21 Difficultés du problème Caméras mobiles / extérieur des s Variations : 1 Contenu de la scène 2 Illumination (brusque ou lente) Heure de la journée Ombres portées mobiles Contrôles automatiques de gain et de balance des couleurs 9
22 Difficultés du problème Caméras mobiles / extérieur des s Variations : 1 Contenu de la scène 2 Illumination (brusque ou lente) Très peu d a priori Adaptation à l environnement 9
23 Plan des s 1 2 des s 3 10
24 Champ de vision des s Information temporellement stable, rendant compte du champ de vision. Contours : véhicule, paysage, passagers, reflets/ombres Somme temporelle des contours contours stables vue 1 vue 2 vue 3 11
25 Champ de vision des s Information temporellement stable, rendant compte du champ de vision. Contours : véhicule, paysage, passagers, reflets/ombres Somme temporelle des contours contours stables 11
26 Champ de vision des s Information temporellement stable, rendant compte du champ de vision. Contours : véhicule, paysage, passagers, reflets/ombres Somme temporelle des contours contours stables 11
27 Champ de vision des s Information temporellement stable, rendant compte du champ de vision. Contours : véhicule, paysage, passagers, reflets/ombres Somme temporelle des contours contours stables 11
28 Champ de vision des s Information temporellement stable, rendant compte du champ de vision. Contours : véhicule, paysage, passagers, reflets/ombres Somme temporelle des contours contours stables 11
29 Comparaison de deux vues des s vue de référence autre vue mesure = médiane des valeurs dans la carte de distances 12
30 Comparaison de deux vues des s contours de référence contours de l autre vue mesure = médiane des valeurs dans la carte de distances 12
31 Comparaison de deux vues des s distances de chanfrein contours de l autre vue mesure = médiane des valeurs dans la carte de distances 12
32 Comparaison de deux vues des s superposition contours de l autre vue mesure = médiane des valeurs dans la carte de distances 12
33 Détection d un Évolution de la mesure lors de l apparition d un des s Distance médiane cadrage de référence à gauche Temps (indice de l image) Seuil de détection = maximum toléré 13
34 Détection d un Évolution de la mesure lors de l apparition d un des s Distance médiane cadrage de référence à gauche Temps (indice de l image) Seuil de détection = maximum toléré 13
35 Détection d un Évolution de la mesure lors de l apparition d un des s Distance médiane cadrage de référence à gauche Temps (indice de l image) Seuil de détection = maximum toléré 13
36 Plan des s 1 2 des s 3 14
37 des s Image floue = convolution d une image nette par une fonction d étalement gaussienne. Mesurable sur les contours : = I = I 0 f PSF Dérivée du contour : ( ) = = défocalisation : Adéquation d un modèle gaussien sur la norme du gradient Approximation de la largeur moyenne des contours 15
38 Mesure directe de l étalement des s 1 Acquisition de l image 2 Calcul de la norme gradient G 3 Détection des contours 4 du profil de G en chaque point de contour 5 Estimation d un profil moyen 6 Estimation du paramètre d étalement σ 16
39 Mesure directe de l étalement des s 1 Acquisition de l image 2 Calcul de la norme gradient G 3 Détection des contours 4 du profil de G en chaque point de contour 5 Estimation d un profil moyen 6 Estimation du paramètre d étalement σ 16
40 Mesure directe de l étalement des s 1 Acquisition de l image 2 Calcul de la norme gradient G 3 Détection des contours 4 du profil de G en chaque point de contour 5 Estimation d un profil moyen 6 Estimation du paramètre d étalement σ 16
41 Mesure directe de l étalement des s 1 Acquisition de l image 2 Calcul de la norme gradient G 3 Détection des contours 4 du profil de G en chaque point de contour 5 Estimation d un profil moyen 6 Estimation du paramètre d étalement σ Norme du gradient (normalisée) Position sur le profil 16
42 Mesure directe de l étalement des s 1 Acquisition de l image 2 Calcul de la norme gradient G 3 Détection des contours 4 du profil de G en chaque point de contour 5 Estimation d un profil moyen 6 Estimation du paramètre d étalement σ Norme du gradient (normalisée) Position sur le profil
43 Mesure directe de l étalement des s 1 Acquisition de l image 2 Calcul de la norme gradient G 3 Détection des contours 4 du profil de G en chaque point de contour 5 Estimation d un profil moyen 6 Estimation du paramètre d étalement σ Norme du gradient (normalisée) Profil moyen Profil estimé Position sur le profil (x µ)2 P(x) = α. exp( 2.σ 2 ) + β estimation par Levenberg-Marquardt 16
44 Approximation rapide de la largeur des s Exemple de contour : Profils de G : Largeur de G en chaque point de contour σ Intégration de cette largeur le long des contours aire bleue Approximation de la largeur des contours globalement sur l image, sans extraire les profils : L C = nombre de points > T nombre de points de contours 17
45 Approximation rapide de la largeur des s Exemple de contour : Profils de G : Largeur de G en chaque point de contour σ Intégration de cette largeur le long des contours aire bleue Approximation de la largeur des contours globalement sur l image, sans extraire les profils : L C = nombre de points > T nombre de points de contours 17
46 Approximation rapide de la largeur des s Exemple de contour : Profils de G : Largeur de G en chaque point de contour σ Intégration de cette largeur le long des contours aire bleue Approximation de la largeur des contours globalement sur l image, sans extraire les profils : L C = nombre de points > T nombre de points de contours 17
47 Étude des mesures de flou Invariance au contenu des s Évolution des mesures de flou : cas d un bon réglage cas d un mauvais réglage 18
48 Étude des mesures de flou Invariance au contenu des s Évolution des mesures de flou : cas d un bon réglage cas d un mauvais réglage 18
49 Étude des mesures de flou Invariance au contenu Première mesure : étalement σ des s Etalement σ Net Flou Temps Seconde mesure : largeur L C Largeur moyenne Net Flou Temps
50 Étude des mesures de flou Sensibilité au réglage des s image n 30 image n 160 image n 380 σ déviation standard du modèle de contour Largeur moyenne des contours temps (indice de l image) L C temps (indice de l image) Séquence vidéo de mise au point L approximation L C est : peu précise pour les réglages flous performante pour les réglages nets 20
51 Étude des mesures de flou Sensibilité au réglage des s image n 30 image n 160 image n 380 σ déviation standard du modèle de contour Largeur moyenne des contours temps (indice de l image) L C temps (indice de l image) Séquence vidéo de mise au point L approximation L C est : peu précise pour les réglages flous performante pour les réglages nets 20
52 Étude des mesures de flou Sensibilité au réglage des s image n 30 image n 160 image n 380 σ déviation standard du modèle de contour Largeur moyenne des contours temps (indice de l image) L C temps (indice de l image) Séquence vidéo de mise au point L approximation L C est : peu précise pour les réglages flous performante pour les réglages nets 20
53 Étude des mesures de flou Sensibilité au réglage des s image n 30 image n 160 image n 380 σ déviation standard du modèle de contour Largeur moyenne des contours temps (indice de l image) L C temps (indice de l image) Séquence vidéo de mise au point L approximation L C est : peu précise pour les réglages flous performante pour les réglages nets 20
54 Détection d un déréglage de mise au point des s σ L C Déviation standard du profil moyen Largeur moyenne des contours image n 1000 image n Temps (indice de l image) Temps (indice de l image) Détection de rupture de type moyenne-variance 21
55 Détection d un déréglage de mise au point des s σ L C Déviation standard du profil moyen Largeur moyenne des contours image n 1000 image n Temps (indice de l image) Temps (indice de l image) Détection de rupture de type moyenne-variance 21
56 Détection d un déréglage de mise au point des s σ L C Déviation standard du profil moyen Largeur moyenne des contours image n 1000 image n Temps (indice de l image) Temps (indice de l image) Détection de rupture de type moyenne-variance 21
57 Plan des s 1 2 des s 3 22
58 des s Campagne d acquisition 9h de séquences réelles, mais seulement en journée 15 défauts provoqués Détection de tous les défauts 2 minutes après leur apparition Pas de fausse alarme Dans les très faibles luminosités Trop peu d information dans l image Fausses alarmes 23
59 Plan des s 1 2 des s 3 24
60 des s des s But : Localiser les s entrant dans le véhicule aux arrêts, depuis la caméra chauffeur 2 thèmes principaux abordés : 1 Estimation des pixels d avant-plan 2 Modélisation d une et localisation 25
61 Difficultés du problème Séquences d arrêt, caméra chauffeur des s Contenu de la scène Fortes occultations de passagers Petits mouvements locaux dans l arrière-plan Mouvement apparent vertical dû aux suspensions Illumination globale Contrôles automatiques de la caméra Séquences courtes 26
62 Difficultés du problème Séquences d arrêt, caméra chauffeur des s 27
63 Plan des s 1 2 des s 3 28
64 des s 29
65 Plan des s 1 2 des s 3 30
66 Pixels de teinte chair Modélisation de la peau 1 des visages de la base d images FERET des s 56M pixels 2 Distribution des pixels de peau dans l espace rg-normalisé g r 3 Modèle 2D-Gaussien dans cet espace 1 f P (c) = 2π Γ P exp ( 1 1/2 2 (c µ P) T Γ 1 P (c µ P) ) Carte de probabilités Application de f P sur l ensemble des pixels de l image 31
67 Pixels de teinte chair Carte de probabilités de teinte chair des s Probabilités fortes ailleurs que sur la peau Combinaison avec les probabilités d avant-plan 32
68 Pixels d avant-plan des s Approches existantes pour un modèle de fond : Prédictives : Prédiction temporelle de la valeur du fond (Kalman) Non-prédictives : Distribution des valeurs du fond (Mélanges de gaussiennes) Approche prédictive + hypothèses multiples Modélisation de l arrière-plan proposée : Robuste aux changements globaux d illumination Robuste aux petits mouvements locaux (feuillage, suspensions,... ) Hypothèses multiples en chaque pixel (fond et passagers) 33
69 Pixels d avant-plan Robustesse aux mouvements locaux Recherche d un invariant aux mouvements locaux faibles des s Fenêtre d analyse Intensité Temps Profil temporel du pixel central Distribution locale des couleurs dans le voisinage petit mouvement histogrammes similaires 34
70 Pixels d avant-plan Robustesse aux mouvements locaux Recherche d un invariant aux mouvements locaux faibles des s Fenêtre d analyse Intensité Temps Profil temporel du pixel central Distribution locale des couleurs dans le voisinage objet d avant-plan histogrammes très différents 34
71 Pixels d avant-plan Robustesse aux mouvements locaux faibles des s Histogrammes 3D (couleurs RGB) Place mémoire vecteur des statistiques locales aux ordres 1 et 2 2 x t,k = 6 4 r 2 k ḡ 2 k b 2 k σ r 2 k σ g 2 k σ b 2 k σ rg k σ rbk σ gbk
72 Pixels d avant-plan Robustesse aux variations globales d illumination des s Modèle : Transformation linéaire globale à tous les pixels k de t 1 à t Estimable dans les zones sans mouvement fort vecteurs de statistiques de l arrière-plan : k, x t,k = A t x t 1,k 36
73 Pixels d avant-plan Transformation globale des s Estimer A t connaissant k : x t 1,k : vecteur de l arrière-plan estimé y t,k : vecteur observé (avant ou arrière-plan) k, y t,k = A t x t 1,k + e t,k + δ t,k e t,k = erreur résiduelle gaussienne δ t,k = contribution éventuelle des pixels d avant-plan Estimation de A t robuste aux pixels d avant-plan : moindres carrés pondérés itérés Pixels d avant-plan : δ t,k fort Suppose une estimation de x t 1,k 37
74 Pixels d avant-plan Hypothèse multiples Profil temporel d un pixel k : des s Conservation de plusieurs hypothèses pour x t 1,k : fond, passager 1, passager 2,... Une hypothèse = { un vecteur yk observé une fréquence d apparition x t 1,k = hypothèse la plus fréquemment observée. 38
75 Pixels d avant-plan Re sultats de de tection sur se quences synthe tiques se quences originale algorithme propose me langes de Gaussiennes Bonnes de tections 87% Fausses de tections 6% Bonnes de tections 73% Fausses de tections 35% des came ras Principe ge ne ral de cadrage Re sultats des s Principe ge ne ral Mode le de 39
76 Pixels d avant-plan de détection sur séquences réelles des s image originale algorithme proposé mélange de Gaussiennes Bonne estimation des pixels de passagers Pixels d avant-plan dans les reflets (rétroviseurs, vitres) Qualité suffisante pour la détection de s 40
77 Plan des s 1 2 des s 3 41
78 Définition du modèle des s Variabilité de posture : face, profil, distance Une = Visage teinte chair Tête et corps avant-plan Périphérie de la tête arrière-plan et non-peau à base de rectangles A : tête A : périphérie de la tête B : visage B : périphérie du visage C : corps Vecteur v des 12 paramètres : coordonnées de A, B, C. 42
79 Définition du modèle des s Variabilité de posture : face, profil, distance Une = Visage teinte chair Tête et corps avant-plan Périphérie de la tête arrière-plan et non-peau à base de rectangles A : tête A : périphérie de la tête B : visage B : périphérie du visage C : corps Vecteur v des 12 paramètres : coordonnées de A, B, C. 42
80 Définition du modèle des s Variabilité de posture : face, profil, distance Une = Visage teinte chair Tête et corps avant-plan Périphérie de la tête arrière-plan et non-peau à base de rectangles A : tête A : périphérie de la tête B : visage B : périphérie du visage C : corps Vecteur v des 12 paramètres : coordonnées de A, B, C. 42
81 Définition du modèle des s Variabilité de posture : face, profil, distance Une = Visage teinte chair Tête et corps avant-plan Périphérie de la tête arrière-plan et non-peau à base de rectangles A : tête A : périphérie de la tête B : visage B : périphérie du visage C : corps Vecteur v des 12 paramètres : coordonnées de A, B, C. 42
82 Détection de s Cadre bayesien des s Soient un vecteur v et les 2 cartes de probabilités z (peau et avant-plan). Loi de Bayes : p(v/z) p(z/v)p(v) p(v) : cohérence des paramètres p(z/v) : adéquation paramètres / peau et avant-plan 43
83 Détection de s Estimation des paramètres des s Combinaison de la peau et de l avant-plan dans p(z/v) : P A la moyenne des probabilités d avant-plan dans A P B la moyenne des probabilités de peau dans B... p(z/v) P A.P B.P C.(1 P A )(1 P B ) Échantillonage de Monte-Carlo : 1 Tirer des échantillons de la loi a priori p(v) 2 Les pondérer par leur densité d observation p(z/v) Personnes détectées = vecteurs de poids maximum dont les visages ne s intersectent pas 44
84 Re sultats peau avant-plan des came ras Principe ge ne ral de cadrage Re sultats des s Principe ge ne ral Mode le de 45 zone du visage
85 Re sultats Se quences avec 311 passagers visibles de face ou de profil : des came ras Principe ge ne ral de cadrage Re sultats des s Principe ge ne ral Mode le de Nombre de s de tecte es Taux de de tection % 4% Bonnes de tection Fausses de tection 46
86 Plan des s 1 2 des s 3 47
87 des s liées à l analyse du contenu de la scène : Comptage de s Suivi temporel des passagers, passage d un segment Compression sélective 3 préfiltrages de l image suivant les classes visages extérieur intérieur 48
88 Comptage de s des s Suivi interimages 1 signature de couleurs obtenue par classification k-means 2 comparaison des signatures entre 2 images vecteurs de mouvement de la zone du visage Comptage : passage d un segment imaginaire 49
89 Comptage de s des s 50
90 Compression sélective des s Contexte : Transmission bas-débit du véhicule au central Objectif : Améliorer le taux de compression Conserver une bonne visibilité des zones d intérêts Principe : 1 des zones d intérêt 2 Simplification des images en dehors des régions d intérêt 3 Compression vidéo bas-débit MPEG-4 51
91 Compression sélective image originale teinte chair des s 52
92 Compression sélective image originale parties vitrées des s Parties vitrées : pixels aux variations d intensité fortes et fréquentes 52
93 Compression sélective classes image préfiltrée des s 3 classes de pixels : Peau pas de lissage Extérieur du véhicule lissage gaussien faible Intérieur du véhicule lissage gaussien fort MPEG-4 : 70.2% de gain sur la taille des données 52
94 Plan des s 1 2 des s 3 53
95 2 1.5 Conclusion Contributions des s 1 Détection des éléments stables de la vue (contours stables) Mesures de flou sélectives et robustes aux fortes variations 2 des s Modèle d arrière-plan : distributions locales des couleurs adapté à la variabilité de posture 54
96 Conclusion des s Solutions logicielles : facilité d installation et mise-à-jour industrialisées : détecteurs de flous, s et obstructions Prototypes : Comptage de s Compression vidéo sélective 55
97 des s Améliorations algorithmiques : Détection de s en temps-réel Modèle d arrière-plan : 1 Transformation globale des pixels? 2 Distribution locale des couleurs : monomodale? basées sur nos outils : Détection d objets abandonnés Indexation d événements pour la relecture 56
98 des s merci. 57
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