Модель формирования изображения подвижного объекта в системе обнаружения движения

Список литературы

1. Сергеев Е.А., Котов В.В. Выбор рациональных параметров фильтрации в задаче обнаружения движения // Сборник трудов Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-22. Т.8. Секция 9. Псков: Изд-во ПГПИ, 2009. С. 26-28.

2. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов / 8-е изд., стер. М.: Высш. шк., 2002. 575 с.

V. V. Kotov, E.A. Sergeev

MOVING OBJECT DETECTION BY METHOD SPATIOTEMPORAL FILTERING

The characteristics of FIR filter to detect motion in a sequence offrames.

Key words: motion detection, detection of object movement, a non-recursive filter.

Получено 20.01.12

УДК 004.932.2

Е.А. Сергеев, асп.,

МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА В СИСТЕМЕ ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ

Построена зависимость изменения изображения сцены с подвижным объектом от траектории движения объекта в трехмерном пространстве. Модель предназначена для формирования требований к техническим средствам формирования изображений и оценки отдельных параметров алгоритмов обнаружения движения.

Ключевые слова: модель, изображения, обнаружение движения.

Одним из элементов автоматической оценки визуальной обстановки на объектах, просматриваемых видеокамерами в системах видеонаблюдения, является движение тех или иных объектов на контролируемых сценах. При этом задача обнаружения движущихся объектов в силу своей специфики до сих пор полностью не решена [1]. Поэтому исследования в этой области представляются весьма актуальными.

В видеокамере световой поток, проходящий через объектив, с фокусным расстоянием F, попадая на чувствительный элемент ПЗС-матрицу размером W х H, вызывает накопление в каждой ячейке матрицы электрического заряда, пропорционального освещенности этой ячейки: этот электрический заряд периодически последовательно считывается со всех ячеек матрицы и преобразуется в видеосигнал.

Будем полагать, что изображение представляет собой последовательность кадров Pq, P\,..., Pk ,•••, формируемых в моменты времени ¿0,ti,...,tk,•••• В дальнейшем будем полагать tq = 0, а tk — tk_i = At = const для любых к = 0,1..., т.е. частоту кадров fk будем считать постоянной. Каждый из кадров Pk представляет собой прямоугольную матрицу размером M строк и N столбцов.

Наблюдаемый объект с линейными размерами Lx , Ly, Lz

находится на расстоянии B от камеры. Согласно законам геометрической оптике [2] линейные ly х lx размеры объекта на видеосенсор

FLy FL.

l

y

y

B — F

x

B—F

С учетом (1) размер изображения этого объекта

R

y

FLyM (B — F) H

Rx

FLxN (B — F )W

В зависимости от направления движения в трехмерном пространстве объект на двухмерном изображении может перемещаться параллельно горизонтальной или вертикальной оси, отдаляться или приближаться или смешено.

Рис. 1. Связь объекта в трехмерном пространстве и его изображения

Для определения движения решающую роль играет пространственно-временное изменение уровня яркости. Можем определить движение только в частях изображения, которые проявляют изменения уровней яркости.

Рис. 2. Изменение возникшие на изображении: а - при движении объекта плоскопараллельно относительно камеры; б - при отдалении или приближении объекта

При движении объекта вдоль оси X или Y (см. рис. 2) на изображении также происходит движение строго по горизонтальной или вертикальной оси, причем линейные размеры объекта не изменяются. В случае, когда объект движется вдоль оси 2, размеры изображения объекта изменяются, но движения не видно.

Изменения размера изображения объекта по горизонтали АЯгх и вертикали АК2- при движении вдоль оси 2

FNLXSX' д„

ДЯ„ =------------—---------; ДЯ

*х (Бн - F)(Вн - Sx^-F)’ *у (Вн -F)(Bк - F)’

где Вн — расстояние до объекта в начальный момент времени; S' х, 5' у —

путь, пройденный объектом относительно осей X и Y соответственно.

Путь, пройденный объектом на изображении за время t при движении вдоль оси Y:

FS' уМ

=-----------;

- (В - F) Н

при движении вдоль оси X :

^'х М

С учетом (2) скорости объекта на изображении при движении вдоль оси Y

FS' уМ

при движении вдоль оси X

Уу =---------------• t;

у (В - F) Н

х

(В - F )W

Ух =---------------------------------х-1;

при движении вдоль оси

V FNLx (Вн - BK) f V FNLy (вн - Вк) f

Vz =-------------------t или =-------------------------t.

z

Тогда при движении объекта размером Lx х Ly под углом а к оси X со

скоростью V’ на расстоянии В >> F количество кадров kv, требующееся для прохождения изображения объекта по пикселю

Т Ly

kvx = fk— или kvy = fk —----------------,

V cos а V sin а

где fk — частота кадров видеокамеры.

Обнаружение подвижных объектов при его плоскопараллельном движении относительно видеосенсора можно рассматривать как пространственно-временную фильтрацию последовательно формируемых кадров видеоизображения. В частности, можно использовать различные нерекурсивные и рекурсивные фильтры для межкадровой попиксельной обработки с целью формирования оценки яркости фона и обнаружения локальных отклонений, обусловленных появлением подвижных объектов.

Разработанная математическая модель позволяет выявить зависимость движения объекта в трехмерном пространстве и изменение в видеоизображении.

Список литературы

1. Сергеев Е.А. Выделение движущихся объектов по серии изображения // Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых. Вып. 7 / под общ. ред. Е.В. Ларкина. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С 117-121.

2. Понс Д., Форсайт Ж. Комьютерное зрение. Современный подход: пер. с анг. М.: Вильямс, 2004. 928 с.

E.A. Sergeev

THE MODEL OF IMAGE FORMATION OF MOVING OEJECT FOR MOTION DETECTORS

The dependence of changes in an image that described a scene with moving object on the path of the object in three dimensions. The model is designed to support the requirements to the technical means of imaging and evaluation of individual parameters of motion detection algorithms.

Key words: model, image, detection of object movement.

Получено 20.01.12