מכון טכנולוגי לישראל - הטכניון TECHNION - ISRAEL INSTITUTE OF TECHNOLOGY

הפקולטה להנדסת חשמלהמעבדה לבקרה ורובוטיקה

עקיבה אחר מספר מטרות בשיטות מרכז מסה, קורלציה ומסנן קלמן

בזמן אמת

מגישים: רועי גולן יהונתן גולדמן

מנחה: ד"ר גבי דוידוב

אביב תשס"ו

עיקרי המצגת

:מבוא

תיאור כללי

מושגים בסיסיים בעקיבה

:תיאור אבני הבניין בהם השתמשנו

בינאריזציה – אלגוריתם Otsu

קורלציה יעילה לחיפוש

מסנן קלמן

סינון צל

תיאור מכונת המצבים

:סיכום

ביצועי זמן אמת

סיכום ורעיונות להמשך

תודות

מבוא

תיאור כללי

מטרת הפרוייקט היא עקיבה בזמן אמת

:תיאור כללי של סביבת העבודה

מצלמת Fire-Wireהמחוברת למרכז תקרת החדר, סטטית

640 רזולוציה שלx480, 30 ,רמות אפור256 פריימים בשניה

מחשב PCרגיל עליו מתבצע העיבוד

העקיבה התבצעה אחר מכונית על שלט, עקרונית ניתן לעקוב אחר כל

עצם הכהה יותר מהרקע

:משמעויות עיקריות

מימוש בשפת( מגבלת זמן ריצה C)

,החיים האמיתיים" גם מבחינת איכות הקלט )איכות תמונה" הבהובים, צל(

מבוא

מושגים בסיסיים בעקיבה

מדידה

מטרתה למצוא את המטרה אחריה עוקבים

:קיימות שתי שיטות בסיסיות

(בינאריזציהנדרשת )מרכז מסה

קרוס קורלציה

חיזוי

חלון החיפוש מטרתו להגדיר את

מסנן קלמן מתבצע ע"י

בודד(:פרייםמחזור עקיבה )

חיזוי מדידה עיבוד והצגה

כעת נעבור להצגת מרכיבי המערכת

מבוא

בינאריזציה - אלגוריתם Otsu

המטרה: מציאת ערך סף של רמת אפור, כך שנפריד בין המטרה לרקע

)עד היום השתמשו בסף קבוע: )ממוצע ושונות התמונה

הבעיה: רקע משתנה וצל המקשים על ההפרדה, תלות בגודל חלון החיפוש

-

האלגוריתם מוצא סף המביא למינימום את השונות בתוך שתי הקבוצות בחלון החיפוש

המשמעות: יצירת קבוצות הומוגניות בנפרד או, לחלופין, שונות ככל האפשר זו מזו

רקע

עקרון פעולה

אבני תאורהבניין

יתרונות

בתנאי שהנחות המוצא מתקיימות, אינו רגיש לגודל החלון

מוצא סף אופטימלי ולא שרירותי

...כשהוא טועה, הוא טועה בגדול

חסרונות

בתנאים מציאותיים, הנחות המוצא בד"כ לא מתקיימות

...כשהוא טועה, הוא טועה בגדול

ניתן להתגבר על חסרונות אלה ע"י שימוש בסף הרגיל כאשר יש חריגה

הנחות מוצא

בתמונה אכן יש שני ריכוזים להיסטוגרמה

תאורה אחידה הנקלטת במצלמה

אבני תאורהבניין

קורלציה יעילה לחיפוש

תמונת יחוס

נקודות חישוב הקורלציה

אנו מחשבים קרוס קורלציה בין תמונת ייחוס השמורה מהעבר ובין התמונה

הנוכחית

החישוב מתבצע במספר מוגדר של נק' סביב המקום החזוי של המטרה

:נקודת התורפה העיקרית היא סיבוכיות החישוב

קורלציה רגילה לחיפוש

wאורך -

-ה

בגו

h

מס' צעדים לאורך - N

-ה

בגו

לם

דיע

צס'

מM

whMN

אבני תאורהבניין

לחיפוש4/4

-רבעים4 תמונת הייחוס מפוצלת ל

עבור כל רבע, מתבצע חיפוש רק באיזור הרלוונטי עבורו

שטח הסריקה לא משתנה

:הסיבוכיות כעת

מהסיבוכיות של קורלציה רגילה עבור חיפוש25% כלומר בערך

42 2 2 2 4

w h M N whMNCoplexity

אבני תאורהבניין

אבני תאורהבניין

חזאי קלמן

הגדרת אזור חיפוש המטרה

התמודדות עם הסתרה מלאה

עקיבה בתנאי מדידה רועשת

מוטיבציה

תיאור כללי )הוצג רבות בעבר( :תיאור המערכת במרחב המצב

:שני שלבי פעולה

( חיזוי time update)

( עדכון מדידה measurement update)

1x n x n w n

y n Cx n v n

אבני תאורהבניין

הדגמה לתכונות המסנן:

סינון צל אבני תאורהבניין

התמודדות עם בעית הסרט הגולמי ומבט-העל

הכרחי עבור בינאריזציה טובה

רקע

אבני תאורהבנייןתוצאות

מכונת המצבים מכונת המצבים

מוטיבציה

הבטחת עקיבה איכותית ומדויקת

עמידה באילוצי הזמן ע"י ניצול מיטבי של הכלים השונים

תאור מחזור העקיבה

מכונת המצבים

מבנה פנימי

השוואה בין מידע קודם על המטרה לבין שתי שיטות להשוואה: קורלציה וייצוג פרמטרי )כמות הפיקסלים, המדידה

ממוצע(

הבסיס לקבלת החלטות של מכונת המצבים

ספים שונים עבור תרחישים שונים

, ,

מכונת המצבים מיועדת לנצל ידע מוקדם כדי לשפר את ביצועי המערכת

מכונת עקיבה מלאההמצבים

הנחות יסוד – מטרה גלויה, ידע עדכני על המטרה

שימוש במרכז מסה למדידת מיקומה

במצב כשלון ההשוואה – ננסה שיטה אחרת

הסתרה הנחות יסוד – מטרה לא גלויה, ידע לא עדכני על המטרהחלקית

לחיפוש ולהסתרה4/4 שימוש בקורלציה

ספי השוואה נמוכים יותר בין המטרה החשודה לבין המטרה הקיימת

הסתרה מלאה...הנחת יסוד – אין מטרה

מחכים שתהיה מספיק מסה, שתעיד על כך שהמטרה יוצאת מהסתרה

התבססות על חזאי הקלמן סרטים לדוגמה...

ביצועי זמן אמת סיכום

מטרהקטנה )כ-

300פיקסל(

מטרהגדולה )כ-

600פיקסל(

פעולותכלליות

זמן פנוי0

5

10

15

20

25

30

השוואת זמן ריצה: 30 פריימים בשניה )זמן מחזור 33 msec(, רזולוציה 640x480, ללא שמירת וידאו

ערכים קיצוניים לרעה ערכים ממוצעים

הניתוח אינו כללי אלא מתייחס לסרט מסוים

שלא נחרוג מזמן המחזורהדרישה :

בד"כ רוב הזמן נותר פנוי

פער זמנים גדול בין זמן ממוצע למחמיר –

הוכחה ליעילות מכונת המצבים

מסקנות

מטרהקטנה )כ-

300פיקסל(

מטרהבינונית )כ-

400פיקסל(

פעולותכלליות

זמן פנוי10-

5-05

10152025303540

השוואת זמן ריצה: 30 פריימים בשניה )זמן מחזור 33 msec(, רזולוציה 640x480, שמירת וידאו דחוס במוצא

ערכים קיצוניים לרעה ערכים ממוצעים

סיכום

בממוצע, עומדים בדרישות

:יעילות מכונת המצבים

להדביק חריגות

מטרה גדולה סטטית

בכל מקרה, מגבלת הזמן נגרמה מסיבה חיצונית

מסקנות

סיכום ורעיונות להמשךסיכום

מערכת העקיבה שמומשה בפרוייקט מאפשרת עקיבה אחר מספר מטרות

בזמן אמת, ובכך משיגה את מטרת הפרוייקט

המימוש בשפת C- כולל שימוש בספרית OpenCV קוד פתוח לראיה ,ממוחשבת

:ניתן להעלות מספר כיוונים להמשך התקדמות

)סגמנטציה מתוחכמת יותר )שלא תדרוש מטרה כהה מהרקע

רכישה בצירי המטרה

:השוואת מטרות

התאמת תמונות בשיטה אחרת•

התאמה פרמטרית )קשור לשיפור הצירים(•

שימוש במסננים כדי להתמודד עם מטרות סרק ורעש

מידול תנועה פחות קשיח

תודה למנחה ד"ר גבי דוידוב,

ולצוות המעבדה קובי ואורלי!

אנחנו נהנינו, מקווים שגם אתם...