MULTIMODALNA DETEKCIJA, LOKALIZACIJA IN IDENTIFIKACIJA OSEBMANDELJC, ROK (Avtor) Perš, Janez (Mentor) računalniški viddetekcijalokalizacija in identifikacija osebsledenje več oseb z več kameramisledenje prek identifikacijeradijska tehnologija ultra-širokega spektrazlivanje senzorjevzemljevidi značilnicmetodologija za vrednotenjeV disertaciji obravnavamo problem detekcije, lokalizacije in identifikacije posameznikov v omejenem opazovanem območju, s poudarkom na metodah računalniškega vida, ki temeljijo na uporabi sistemov več kalibriranih in časovno sinhroniziranih video kamer. V zadnjem času so se na tem področju uveljavili t.i. pristopi sledenja prek detekcije, ki, v primerjavi z zgodnjimi rekurzivnimi pristopi, uspešno zmanjšujejo vpliv in širjenje posameznih napak v detekciji. Po drugi strani pa tovrstni pristopi pogosto ne ugotavljajo identitet posameznikov, temveč anonimne detekcije povezujejo v trajektorije samo na osnovi razdalj med njimi. Posledično niso sposobni preprečiti zamenjav identitet, ko posamezniki pridejo blizu skupaj, niti širjenja tovrstnih napak, ko gredo zopet narazen. Osrednja tema disertacije je zato nov koncept, imenovan sledenje prek identifikacije, bistvo katerega je vključitev razpoznavanja posameznikov v samo fazo detekcije. Razpoznavanje posameznikov izvedemo s pomočjo zlivanja informacije, pridobljene s senzorjev različnih modalitet. V nadaljevanju bomo najprej podali opis ožjega znanstvenega področja s kratkim pregledom literature. Nato bomo predstavili glavni cilj disertacije, t.j. koncept sledenja prek identifikacije, ter podali prispevke k znanosti, sledil pa bo še natančnejši pregled vsebine disertacije. V zadnjih dveh desetletjih smo bili priča izrazitemu porastu zanimanja za problem detekcije, lokalizacije ter sledenja objektov na različnih raziskovalnih področjih. To zanimanje sovpada z naraščajočimi zahtevami po podatkih o položaju in identitetah objektov, izhajajočih iz širokega spektra aplikacij na področjih, kot so proizvodnja, vojska, varovanje in nadzor, transport in logistika, zdravniška oskrba, varstvo otrok, video prenosi športnih tekem, analiza uspešnosti igralcev v športu ter športna medicina. Rezultat so številne predlagane rešitve, ki temeljijo na različnih senzorskih modalitetah. Dve najpomembnejši raziskovalni področji sta detekcija in sledenje s pomočjo video kamer ter lokalizacija na osnovi radijskih tehnologij, kot pristop za premagovanje omejitev posameznih senzorskih modalitet pa se je uveljavilo zlivanje (fuzija) informacije z različnih senzorjev. Pridobitev položajev in trajektorij posameznikov, ki se nahajajo v opazovanem območju, je še posebej zanimiva za aplikacije s področja varovanja in nadzora ter v športni znanosti. V kontekstu varovanja in nadzora nam poznavanje položaja in identitet posameznikov omogoča ne samo ugotavljanje njihove prisotnosti oziroma odsotnosti, temveč tudi analizo njihovega obnašanja in anomalij v njem, ter rekonstrukcijo dogodkov. Podobno pridobitev trajektorij igralcev v športu omogoča konsistentno analizo igre z različnih vidikov, kot so gibanje posameznega igralca ali celotne ekipe, fiziološka zahtevnost in intenzivnost igre, ocena uspešnosti izvedbe posameznih akcij in skupinske strategije, itd. Raziskovalci s Fakultete za šport Univerze v Ljubljani že vrsto let uporabljajo program za sledenje, ki je bil razvit v Laboratoriju za strojni vid na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani; prek pridobljenih trajektorij so analizirali gibanje posameznikov in ekip v različnih športih, kot so košarka, squash, tenis ter ples. Zgoraj omenjene aplikacije so v veliki meri odvisne od kvalitete pridobljenih podatkov o položajih posameznikov, in zato predstavljajo izrazito potrebo po robustnem, brezkontaktnem ter po možnosti povsem avtomatskim sistemom za detekcijo, lokalizacijo in identifikacijo oseb. Slednjega potem lahko obravnavamo kot objektivno merilno napravo za merjenje položajev oseb v prostoru. Iz kratkega pregleda tehnik sledenja, ki so v uporabi v športu, je razvidno, da v glavnem prevladujejo pristopi, ki uporabljajo radijsko tehnologijo, ter pristopi, ki temeljijo na uporabi video kamer in metod računalniškega vida. Obe senzorski modaliteti imata svoje prednosti in slabosti, ki so pogosto komplementarne. Poglavitna slabost metod lokalizacije s pomočjo radijskih tehnologij je njihova vsiljivost; sistem sestavlja mreža radijskih sprejemnikov (senzorjev), ki so nameščeni v prostoru, ter radijskih oddajnih značk, ki jih morajo posamezniki nositi s seboj. Čeprav je nošenje radijskih značk nadležno, v nekaterih okoljih ne predstavlja večjega problema — na primer v visoko varovanih okoljih, kjer morajo posamezniki tako ali tako nositi identifikacijske značke. Po drugi strani pa je uporaba vsiljivih sistemov manj primerna za šport ali celo prepovedana, saj lahko značke ovirajo gibanje igralcev oziroma v primeru telesnega stika med njimi celo povzročijo poškodbe. Poleg tega je frekvenca osveževanja položajev značk omejena zaradi narave radijske tehnologije in zaradi preprečevanja motenj med značkami pada z naraščanjem števila značk v prostoru. Uporaba video kamer in metod računalniškega vida nam omogoča detekcijo in sledenje oseb brez vnosa dodatnih oznak ali značk. Tudi hitrost osveževanja podatkov je višja, zlasti če podatke lahko obdelamo naknadno; v tem primeru je časovna resolucija podatkov omejena samo s frekvenco zajemanja posnetkov. Po drugi strani pa kompleksna okolja ter znatno zakrivanje med posamezniki hitro privedejo do nepopravljivih napak v detekciji in lokalizaciji. Poleg tega imajo metode računalniškega vida pogosto težave pri vzdrževanju identitet posameznikov, zlasti pri sledenju skozi daljša časovna obdobja. Večina uspešnih razvitih pristopov namreč temelji na povezovanju detekcij samo na osnovi razdalj med slednjimi, brez kakršnegakoli preverjanja njihovih identitet, kar zlahka privede do zamenjav identitet, ko posamezniki pridejo blizu skupaj, in širjenja nastalih napak, ko gredo zopet narazen. Tudi ugotavljanje in vzdrževanje identitet na osnovi vizualnih značilnic je lahko težavno, zlasti v uniformiranih okoljih, kjer so si posamezniki med seboj podobni po izgledu. Tudi prej omenjeni program za sledenje je kvečjemu pol-avtomatski, saj potrebuje stalen nadzor s strani operaterja, ki spremlja njegovo delovanje in sproti popravlja nastale napake. Posledično problem robustne detekcije, lokalizacije in sledenja s pomočjo video kamer ostaja nerešen, in kot tak predstavlja aktivno raziskovalno področje; zlasti ker, zaradi svoje nevsiljive narave, predstavlja zelo privlačno izbiro tako za video-nadzorne in varnostne aplikacije, kot tudi za uporabo na področju športa.20152015-04-21 15:00:01Doktorsko delo/naloga30701sl