Luận văn Thạc sĩ: Định vị dựa trên thông tin hình ảnh - Nguyễn Văn Giáp

Tải luận văn thạc sĩ về định vị dựa trên thông tin hình ảnh. Trình bày các phương pháp xử lý ảnh, theo dõi đối tượng và ứng dụng trong hệ thống giám sát.

Chuyên ngành

Khoa Học Máy Tính

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận Văn Thạc Sĩ

2016

75
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản Về Định Vị Bằng Hình Ảnh

Định vị bằng hình ảnh (Vision-based Localization) là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực xử lý ảnh và thị giác máy tính, cho phép xác định vị trí chính xác của đối tượng thông qua dữ liệu hình ảnh từ các camera giám sát. Hệ thống này sử dụng các thuật toán học máynhận dạng hình ảnh để trích xuất thông tin không gian từ các khung hình video. Công nghệ định vị bằng hình ảnh được ứng dụng rộng rãi trong các môi trường công cộng, khu vực đông đúc, và các hệ thống giám sát an ninh hiện đại. Nó cho phép các nhà quản lý theo dõi chuyển động của con người, phát hiện hành vi bất thường, và hỗ trợ các dịch vụ an ninh toàn diện.

1.1. Định Nghĩa Và Nguyên Lý Hoạt Động

Định vị bằng hình ảnh hoạt động dựa trên nguyên lý phân tích các điểm ảnh từ cảm biến quang học. Hệ thống sử dụng các thuật toán phát hiện để xác định vị trí không gian của đối tượng trong không gian ba chiều. Quá trình này bao gồm khử nền, tracking đối tượng, và ước tính độ cao từ dữ liệu hình ảnh hai chiều.

1.2. Ứng Dụng Trong Giám Sát Hiện Đại

Hệ thống định vị hình ảnh được triển khai trong các mạng lưới camera giám sát để theo dõi chuyển động. Các ứng dụng chính bao gồm phát hiện nhân vật, phân tích hành vi, và tối ưu hóa luồng người trong các không gian công cộng, sân bay, trung tâm mua sắm.

II. Lý Thuyết Toán Học Và Kỹ Thuật Cơ Bản

Nền tảng toán học của định vị bằng hình ảnh dựa trên các mô hình xử lý ảnh phức tạp và thuật toán máy học. Các phương pháp cách ly nền (Background Subtraction) và loại bỏ bóng (Shadow Removal) là những kỹ thuật quan trọng để chuẩn bị dữ liệu. Mô hình Gaussian Process (GP) được sử dụng để ước tính chiều cao của đối tượng từ dữ liệu hình ảnh. Bộ lọc Kalman đóng vai trò quan trọng trong việc làm mịn và dự đoán quỹ đạo chuyển động. Các kỹ thuật này kết hợp với nhau tạo nên một hệ thống định vị chính xác có khả năng xử lý các trường hợp phức tạp trong môi trường thực tế.

2.1. Phương Pháp Khử Nền Và Loại Bỏ Bóng

Background Subtraction là kỹ thuật cơ bản để tách đối tượng từ nền. Phương pháp loại bỏ bóng (Shadow Removal) giúp cải thiện chất lượng bằng cách loại trừ các vùng tối không phải là đối tượng thực. Các kỹ thuật này cảm thị cần thiết để tăng độ chính xác của việc tracking.

2.2. Ứng Dụng Mô Hình Gaussian Process Và Bộ Lọc Kalman

Mô hình GP được huấn luyện từ dữ liệu ground truth để dự đoán chiều cao đối tượng. Bộ lọc Kalman xử lý các bất thường (outliers) và tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động. Sự kết hợp này tạo nên hệ thống định vị bền vững với khả năng xử lý nhiễu cao.

III. Quy Trình Thực Hiện Và Phương Pháp Đánh Giá

Luận văn Định Vị Bằng Hình Ảnh trình bày một quy trình toàn diện từ thu thập dữ liệu đến đánh giá hiệu suất. Quá trình thực hiện bao gồm nhiều bước: trích xuất khung hình từ camera giám sát, áp dụng các thuật toán xử lý, và so sánh kết quả với dữ liệu ground truth. Các thí nghiệm được tiến hành trong nhiều kịch bản khác nhau với các điều kiện ánh sáng và mật độ người khác nhau. Phương pháp đánh giá sử dụng các chỉ số như độ chính xác tracking, sai số vị trí, và hiệu suất tính toán thời gian thực. Kết quả cho thấy hệ thống đạt được độ chính xác cao trong các môi trường kiểm soát và ngoài thực tế.

3.1. Thiết Lập Môi Trường Thí Nghiệm

Các thí nghiệm được thực hiện trong môi trường trong nhà với mạng lưới camera giám sát. Dữ liệu được thu thập từ nhiều kịch bản khác nhau bao gồm các điều kiện ánh sáng khác nhau. Tập dữ liệu ground truth được chuẩn bị để huấn luyện mô hình Gaussian Processđánh giá hiệu suất hệ thống.

3.2. Đánh Giá Hiệu Suất Và Kết Quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể khi sử dụng khử nền và loại bỏ bóng. Độ chính xác tracking được đo lường bằng so sánh với ground truth. Hệ thống đạt được hiệu suất tối ưu trong điều kiện thực tế với sai số vị trí tối thiểu.

IV. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Luận văn Định Vị Bằng Hình Ảnh: Lý Thuyết & Ứng Dụng đã đóng góp quan trọng vào lĩnh vực xử lý ảnh và giám sát thông minh. Nghiên cứu chứng minh rằng sự kết hợp của nhiều kỹ thuật như khử nền, loại bỏ bóng, mô hình GP và bộ lọc Kalman tạo nên một hệ thống định vị hiệu quảbền vững. Các ứng dụng thực tế của công nghệ này ngày càng được mở rộng trong giám sát an ninh, quản lý trafic, và phân tích hành vi con người. Để phát triển thêm, cần tập trung vào việc cải thiện độ chính xác trong điều kiện ánh sáng kém, tối ưu hóa tốc độ xử lý, và mở rộng ứng dụng cho các môi trường ngoài trời. Các hướng nghiên cứu tương lai bao gồm tích hợp deep learning, xử lý đa camera, và phân tích hành vi nâng cao.

4.1. Những Đóng Góp Chính Của Nghiên Cứu

Luận văn cung cấp một giải pháp toàn diện cho định vị bằng hình ảnh trong môi trường trong nhà. Các phương pháp được đánh giá kỹ lưỡng thông qua thí nghiệm chặt chẽ. Kết quả đạt được cho thấy hiệu suất vượt trội so với các phương pháp truyền thống, mở ra hướng cho các ứng dụng giám sát tương lai.

4.2. Triển Vọng Ứng Dụng Và Phát Triển Tiếp Theo

Công nghệ định vị hình ảnh có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực an ninh, giao thông, và thương mại. Tương lai sẽ chứng kiến sự tích hợp AI vào các hệ thống này. Các hướng phát triển bao gồm xử lý video 3D, tracking đối tượng nâng cao, và ứng dụng thực tế quy mô lớn.

28/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOT UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY NGUYEN VAN GIAP VISION — BASED LOCALIZATION 1D: 2014BMTCT-KH03 MASTER THESIS OF SCIENCE COMPUTER SCIENCE SUPER VISOR: Vu Hai, Ph. Hanor 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập — Tự do — Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ 'Hụ và tên tác giá luận văn : Nguyễn Văn Giáp Để lài luận văn: Định vị sử dụng thông tin hình ảnh Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số 5V: CB140975 Tae gia, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn nhiên tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Liội đồng ngày 21 thang 10 năm 2016 với các nội dung sau: Bé sung trịch dẫn chơ các hình vẽ, bỗ sung thứ nguyên — Sửa các lỗi soạn thảo trang toàn bộ luận văn. — Bê sung thêm đanh mục các ký hiệu, ý nghĩa và thứ nguyên Bé sung cáo thông tin còn thiểu trong tài liệu tham kháo — Lâm rõ việc sit dung lai code, chỉ rô phan nào, ở đầu 1à Nội, ngày. thắng 11 năm 2016 Người hướng dẫn Tác giả liận văn TS.

Va Hai Nguyễn Văn Giáp CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS. Eric Castelli DECLARATION OF AUTHORSHIP J, Nguyen Van Giap, declare that this thesis titled, “Vision based localization” and the work presented in it are my own. 1 confirm that, «This work was done wholly or mainly while in carulidature for a research degree at this University « Where any part of this thesis has previously been submitted for a degree or any other qualification at this University or any other institution, this has been clearly stated. ¢ Where I have consulted the published work of others, this is always clearly allributed.

¢ Where I have quoted from the work of others, the source is always given. With the exception of such quotations, this thesis is entirely my own work, « [have acknowledged all main sources of help, @ Where the thesis is based on work done by myself jointly with others, I have made clear exactly what was done by others and what I have contributed myself. Signed: Date: bà Figure 3.16: Position and heiglit of objeot.17: Ground truth datasel. lo train GP model Tigure 3.18: Ileight detection abject (II det) Figure 3.19: Estimated height of object (H_es0.20: Tracking results hìgh objecL with ŒP model seanario† Figure 3.21: Height of object tracking results scenario 2.22: Outliors of tracking object and removal outlicrs result.23: Consensus between H_det and H_est 1 igure 3.24: Result of Kalman filter wsing.

Trackáng results with and wi[loul processing.1: Testing environment Figure 4. HH Hee Figure 4.3: Some (rames of scenario 1 Figure 4.4: Some frames of scenario 2.5; Low quality traolking resglis.6: Mapping moving object result wilh BGS and shadow ramoval Figure 4.7, Compare tracking BGS IL det with IT gt Figure 4. Compare tracking BG and shadow removal H_det with H_gt.10: Results with BGS-Shadow removal and GP Figure 4.11: Results with applicationt > Figure 4.12; Calculation m scenari Figure 4.13: Result with ? scenario 2 Tigure 4.14: Result with F scenario Ì.15: Values of ? scenario Ì. ACKNOWLEDGEMENTS 1am so honor to be here the second time, in one of the finest university in Vietnam to write those grateful words ta people who have been supporting, guiding me from the very first moment when | was an undergraduate stndent until now, whenI am writing my master thesis I am grateful to my supervisor, Dr.Vu Ilai, whose expertise, understanding, generous guidance and suppart made the research topics to be possible for me that were of great interest to me.

I am pleasure ta work with him. I would like to special thanks to Dr. Le Thi Lan, Dr. Tran Thi Thanh Hai and all of the members in the Computer Vision Department, MICA Institute for their sharp comments, guidance for my works which helps me a lot in how to study and to do researching in right way and also the valuable advices and encouragements that they gave to me during my thesis.

Particularly, 1 would Lo express my appreciations toa Ph. Student Pham Thi Thanh Thuy, who allow me to use a valuable dalabase of human tracking im a surveillance eamera network. Without her permission, T could nol make exlensive evaluations for the proposed method Finally, T would especially like lo thank my family and friends for their continue love, support they have given me through my life, helps me pass through all the frustrating, struggling, confusing. Thanks for everything that helped me get to this day.

Hanoi, 10/2016 Nguyen Van Giap w positioning in indoor environments. ‘these evaluations are implemented in several indoor enviroments. HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY International Research Institute MICA Computer Vision Department Master of Science Vision — Based Localization by Nguyen Van Giap Abstract Nowadays, the vision-based localization systems using vision sensors are widely used in public and crowded places. Positioning information, which is extracted from the image data stream by surveillance cameras, could support monitoring services in different manners.

For instance, to detect people/subjects who are not allowed entrancing in a certain place; or to link human trajectories and then to identify their abnormal behaviors, so on. These services always require positioning information of the interested subjects. Whereas, the other localization techniques are still limited about distance, accuracy (e., WIFI, RFID), or setting the environment and usability (e. The vision-based localization technique, particularly, in indoor-environment has many advantages such as: scalable, high accuracy; without requirements of the additional attached- equipment/devices to the subjects.

Motivated by above advantages, this thesis aims to study, and propose a high accuracy vision-based localization system in indoor environments. We also take into account detailed implementations and developments, as well as testing the proposed techniques. It is noticed that the thesis focuses on moving human indoor environments that is monitored in a surveillance network camera. To archive a high accuracy positioning system, the thesis deals with the critical issues of a vision-based localization.

We observe that there is no a perfect human detector and tracking. Then, we use a regression- model to eliminate outlier detections. The system therefore improves detection and tracking results. Throughout the thesis, we first briefly introduce an overview of vision — based localization, We then present the proposed frame-work including steps: Background Subtraction for detecting moving subject; shadows removal techniques for improving detection result, and linear regression method to eliminate the outliers; and finally the tracking object using a Kalman Filter.

The most important result of the thesis is demonstrations which show a high accuracy and real-time computation for human 3 LIST OF FIGURES Figure 1.1: Tadoor localization techniques.2: Surveillance camera network.3: Positioning a human fiom video stream.4: Casting shadow problem. a) Origin image: (b)-(c) Casting shadowa, đ) Mask of abject; (e) Shadow pixels - - 14 igure 1.5: Some examples of the experimental environmenis. a) hallway, b) Lebby and c) in a room. ‘The flow chart ofa common vision-based localization technique.

Kinds of object shadows ([9]) 23 Figure 2.3: An illustratrion of the human tracking results in [9].4: Different tracking approaches.1: Foot-point definition.2: ‘fransformation 2D point to 3-D point real world. Top row: The original image; Bollom row: the corner poinls are detected for ealculalinys the homographic matrix. A wrong tracked-point detection .5: The general flow char† of the proposed method.6: Reaull of BGS with adaptive Gaunsian Mixture. shadow: a) Ongin situation; b) Mask situation 30 Figure 3.8: An illustration of the wrong object detection results due to shadow ApPĐoaraitces.9: Noisy by illuninaHion ehmnging .11: Example using chưomatic-based features for shadow remova.13: Problems of shadow removal.14; Graphical model of the Gaussian Rogression.15: Position and height of object.

38 8 positioning in indoor environments. ‘these evaluations are implemented in several indoor enviroments. LIST OF FIGURES. LIST OF TABLES.

Context and Motivation. Vision-hased localization and main contributions.4, Scope and limitations on the research. Chapter 2: RELATED WORK. A briefly survey on localization techniques.

A brief servey on vision-based localization systems. Chapter 3: PROPOSED FRAMEWORK. Formulate the vision-based laralizatian. Post-processing pracedur 3.4, Shadow removal techniques.

Chromaticity-based feature extraction - - 32 3. Shadow-matching score utilizing physical properties. Existing issues after applying shadow removal. veto neenenen nee eS 3.

A localization estimation using a regression. Definition of Gaussian processing. Estinating hoïglt with regression mođbÌ. Chapter 4: EXPERIMENTAL EVALUATIONS.

4,2, Evaluation results of the BGS and shadow removal. Evaluation results of the Gaussian pracessing regres: 4.1, Evaluation results with GP o. cess ieeeeess ieee eens "—- 4. Evaluation about suitable method 51 4.4, ‘The final cvaluation results of the proposed system.

Chapter 5: CONCLUSION AND FUTURE WORKS. HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY International Research Institute MICA Computer Vision Department Master of Science Vision — Based Localization by Nguyen Van Giap Abstract Nowadays, the vision-based localization systems using vision sensors are widely used in public and crowded places. Positioning information, which is extracted from the image data stream by surveillance cameras, could support monitoring services in different manners. For instance, to detect people/subjects who are not allowed entrancing in a certain place; or to link human trajectories and then to identify their abnormal behaviors, so on.

These services always require positioning information of the interested subjects. Whereas, the other localization techniques are still limited about distance, accuracy (e., WIFI, RFID), or setting the environment and usability (e. The vision-based localization technique, particularly, in indoor-environment has many advantages such as: scalable, high accuracy; without requirements of the additional attached- equipment/devices to the subjects. Motivated by above advantages, this thesis aims to study, and propose a high accuracy vision-based localization system in indoor environments.

We also take into account detailed implementations and developments, as well as testing the proposed techniques. It is noticed that the thesis focuses on moving human indoor environments that is monitored in a surveillance network camera. To archive a high accuracy positioning system, the thesis deals with the critical issues of a vision-based localization. We observe that there is no a perfect human detector and tracking.

Then, we use a regression- model to eliminate outlier detections. The system therefore improves detection and tracking results. Throughout the thesis, we first briefly introduce an overview of vision — based localization, We then present the proposed frame-work including steps: Background Subtraction for detecting moving subject; shadows removal techniques for improving detection result, and linear regression method to eliminate the outliers; and finally the tracking object using a Kalman Filter. The most important result of the thesis is demonstrations which show a high accuracy and real-time computation for human 3 ACKNOWLEDGEMENTS 1am so honor to be here the second time, in one of the finest university in Vietnam to write those grateful words ta people who have been supporting, guiding me from the very first moment when | was an undergraduate stndent until now, whenI am writing my master thesis I am grateful to my supervisor, Dr.Vu Ilai, whose expertise, understanding, generous guidance and suppart made the research topics to be possible for me that were of great interest to me.

I am pleasure ta work with him. I would like to special thanks to Dr. Le Thi Lan, Dr. Tran Thi Thanh Hai and all of the members in the Computer Vision Department, MICA Institute for their sharp comments, guidance for my works which helps me a lot in how to study and to do researching in right way and also the valuable advices and encouragements that they gave to me during my thesis.

Particularly, 1 would Lo express my appreciations toa Ph. Student Pham Thi Thanh Thuy, who allow me to use a valuable dalabase of human tracking im a surveillance eamera network.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ