Nghiên cứu một số thuật toán xử lý ảnh ứng dụng trong bài toán giảm sát tự động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trịnh Hiền Anh
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH
ỨNG DỤNG TRONG BÀI TOÁN GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội – 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trịnh Hiền Anh
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH
ỨNG DỤNG TRONG BÀI TOÁN GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG
Ngành : Công nghệ thông tin
Chuyên ngành : Công nghệ phần mềm
Mã số : 60 48 10
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Đỗ Năng Toàn
Hà Nội - 2011


3
MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 999
CHƯƠNG 1 111111
KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GIÁM SÁT ĐỐI TƯỢNG 111111
1. 1. Khái quát về xử lý ảnh 111111
1. 1. 1. Xử lý ảnh là gì? 111111
1. 1. 2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 121212
1. 1. 3. Một số ứng dụng cơ bản trong xử lý ảnh 121212
1. 1. 3. Xử lý video 131313

1. 1. 3. 1. Sơ lược về lịch sử phát triển 131313
1. 1. 3. 2. Một số khái niệm và định nghĩa xử lý video 141414
1. 1. 3. 3. Một số dạng chuẩn và kiến trúc của Video 161616
1. 1. 3. 4. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý video 212121
1. 2. Giám sát đối tượng 212121
1. 2. 1. Lịch sử phát triển của hệ thống giám sát đối tượng 212121
1. 2. 2. Các thành phần trong xây dựng hệ thống giám sát đối tượng 232323
1. 2. 3. Các bước chính cần thực hiện trong hệ thống giám sát đối tượng
242424
1. 2. 4. Ứng dụng của giám sát đối tượng 242424
CHƯƠNG 2 262626
MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH TRONG GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG
ĐỐI TƯỢNG 262626
2. 1. Phát hiện đối tượng 262626
2. 1. 1. Kỹ thuật trừ ảnh 262626
2. 2. 1. 1. Kỹ thuật trừ ảnh dựa vào điểm ảnh 272727
2. 2. 1. 2. Trừ ảnh phân khối 292929
2. 2. 1. 3. Phương pháp biểu đồ 313131
2. 2. 1. 4. Phương pháp thống kê 353535
2. 2. 1. 5. Trừ ảnh dựa vào đặc trưng 363636
2. 1. 2. Kỹ thuật trừ nền 373737
2. 1. 2. 1. Phương pháp Frame Differencing 393839
2. 1. 2. 2. Mô hình Gauss hỗn hợp 403939
2. 2. Bám sát đối tượng (Tracking) 444344


4
2. 2. 1. Đánh dấu đối tượng 464445

2. 2. 2. Kỹ thuật bám sát đối tượng 474546
CHƯƠNG 3 595657
CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 595657
3. 1. Bài toán 595657
3. 1. 1. Phát biểu bài toán 595657
3. 1. 2. Yêu cầu của hệ thống 595657
3. 1. 3. Tư tưởng 595657
3. 2. Cài đặt chương trình và một số hình ảnh thử nghiệm 615758
3. 2. 1. Yêu cầu phần cứng 615758
3. 2. 2. Một số hình ảnh thử nghiệm 615859
PHẦN KẾT LUẬN 646061
TÀI LIỆU THAM KHẢO 666263
PHỤ LỤC 686465
Các bước thao tác với file . AVI 686465



5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
Ý nghĩa
CRT
Cathode Ray Tube
CCTV
Closed-Circuit Television
EM
Expectation Miximization
GMM
Gaussian Mixture Model

Kbps
thousand bits per second
Mbps
million bits per second
MPEG
Moving Pictures Experts Group
OF
Optical Flow
VCR
Video Cassette Recorder
VHS
Video Home System
VTR
Video Tape Recorder


6
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1- Quá trình xử lý ảnh 111111
Hình 1. 2- Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh 121212
Hình 1. 3- Zeotrope 141414
Hình 1. 4 - Khung hình 151515
Hình 1. 5- Thước đo độ xám 151515
Hình 1. 6- Không gian màu RGB 161616
Hình 1. 7- Không gian màu CMY 161616
Hình 1. 8- Phòng điều khiển hệ thống giám sát bằng đĩa từ truyền thống . 222222
Hình 1. 9- Phòng điều khiển hệ thống giám sát hiện đại 222222
Hình 1. 10- Mô hình hệ thống giám sát đối tượng 232323
Hình 1. 11- Các bước cần thực hiện trong quá trình giám sát tự động 242424

Hình 2. 1- Các cửa sổ cơ sở trong thuật toán so sánh thực 303030
Hình 2. 2- So sánh biểu đồ giữa hai ảnh 323232
Hình 2. 3- Mẫu vector cho các di chuyển camera 363636
Hình 2. 4- Qui trình trừ nền 383738
Hình 2. 5- Thể hiện đối tượng bằng điểm (a) điểm trọng tâm (b) tập hợp điểm
464445
Hình 2. 6- Thể hiện đối tượng bằng hình bao (a) bao đối tượng bằng hình chữ
nhật (b) bao đối tượng bằng hình ellipse 464445
Hình 2. 7- Thể hiện đối tượng (a) các khớp kết nối (b) đường biên đầy đủ (c)
điểm điểm khiển trên đường biên đối tượng (d) bằng bóng của đối tượng 474546
Hình 2. 8- Phân loại kỹ thuật bám sát đối tượng 484647


7
Hình 2. 9- (a) Tiếp cận bám sát đa điểm tương ứng (b) bám sát theo dịch chuyển
khung hình chữ nhật (c,d) bám sát theo đường biên 494748

Hình 2. 10- (a) Các cạnh quan sát được theo biên thông thường (b) Thể hiện
mức đường biên, mỗi vị trí trên lưới mã hóa khoảng cách Euclide giữa các điểm
trên lưới và trên đường biên; thể hiện giá trị mức xám của lưới 575455
Hình 3. 1- Tiến trình xử lý của bài toán 605758
Hình 3. 2- Giao diện của chương trình 615859
Hình 3. 3- Đếm số đối tượng có trong khung hình ở thời điểm hiện tại 625859
Hình 3. 4- Đánh dấu vùng quan sát đối tượng bằng đường thẳng 635960
Hình 3. 5- Đánh dấu vùng quan sát đối tượng bằng hình chữ nhật 635960



8
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1- So sánh một số định dạng file video trên thị trường


9
PHẦN MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, giám sát tự động là một trong những lĩnh vực
được quan tâm và phát triển rộng rãi. Một trong những lý do khiến giám sát tự
động phát triển mạnh mẽ là do sự tiến bộ của khoa học công nghệ và khả năng
ứng dụng rộng khắp của hệ thống.
Ở Việt Nam tại một số trục đường trọng điểm như Nguyễn Thái Học,
Khuất Duy Tiến, Kim Mã…, một số đường cao tốc như Pháp Vân-Cầu Giẽ,. . hệ
thống camera giám sát được sử dụng để ghi lại hình ảnh phương tiện lưu thông
trên đường, trợ giúp quan sát điểm đang bị ách tắc giao thông cũng như là căn
cứ để xác định phải trái nếu có tai nạn giao thông. Trong các siêu thị, cửa hàng
bán lẻ… ta cũng nhận thấy sự hiện diện của các camera quan sát. Một số điểm
trông giữ xe công cộng cũng đã được trang bị hệ thống camera. Tuy nhiên, hiện
tại, các hệ thống camera được sử dụng mang tính giám sát. Chúng ta cần có
quan sát viên theo dõi các đoạn video thu nhận được từ camera, và các dữ liệu
thu nhận được từ các camera này hiện chỉ được dùng làm dữ liệu cung cấp thêm
chứng cứ sau khi đã có những điều đáng tiếc xảy ra. Với mục đích xây dựng và
phát triển một hệ thống giám sát có hiệu quả kinh tế cũng như kịp thời ngăn
chặn được những bất trắc, thì xây dựng một hệ thống giám sát tự động là
cần thiết.
Hệ thống giám sát tự động không chỉ giúp quan sát được thời gian thực
(24/24h) mà còn giúp cảnh báo được những mối nghi ngờ nhằm ngăn chặn được
những điều bất cập sẽ xảy ra.
Trong giám sát tự động thông qua hình ảnh video thu nhận từ camera,
việc phát hiện và bám theo đối tượng là một khâu quan trọng. Để có thể phát

hiện được đối tượng ta cần các kỹ thuật xử lý ảnh nhằm phân biệt giữa đối tượng
cần bám sát với nền trong đoạn video thu nhận được. Quá trình bám sát đối
tượng thực chất là sự so sánh về vị trí của đối tượng trong chuỗi hình ảnh được
ghi nhận được.


10
Xuất phát từ hoàn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số
thuật toán xử lý ảnh ứng dụng trong bài toán giám sát tự động”. Đây là vấn
đề không chỉ có tính khoa học mà còn mang đậm tính thực tiễn, nhất là trong
hoàn cảnh Việt Nam, chưa có nhiều các nghiên cứu này.
Bố cục của luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận và ba chương nội
dung được bố cục như sau:
Chương 1- Khái quát về xử lý ảnh và giám sát đối tượng
Chương này đưa ra các khái niệm tổng quan về ảnh và video. Các khái
niệm cơ bản về giám sát đối tượng cũng được lần lượt trình bày trong chương.
Chương 2- Một số kỹ thuật xử lý ảnh trong giám sát tự động đối tượng
Nội dung chính của chương 2 đề cập tới một số kỹ thuật chính trong giám
sát đối tượng tự động và một số thuật toán xử lý ảnh ứng dụng trong giám sát
đối tượng.
Chương 3- Chương trình thử nghiệm
Kế thừa những nghiên cứu đã được trình bày trong chương 2, chương 3 sẽ
ứng dụng một kỹ thuật giám sát tự động đã được trình bày để cài đặt thử nghiệm
một chương trình.



11
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH

VÀ GIÁM SÁT ĐỐI TƯỢNG

1. 1. Khái quát về xử lý ảnh
1. 1. 1. Xử lý ảnh là gì?
Định nghĩa
Trong khoa học máy tính xử lý ảnh là bất kỳ một dạng xử lý tín hiệu nào
với đầu vào là một hình ảnh: có thể là ảnh chụp hay đoạn video, kết quả đầu ra
là một ảnh hoặc một tập các đặc trưng hay tham số có liên quan tới ảnh đầu vào.
[wikipedia]
Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm
cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là
một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận [1].

Hình 1. 1- Quá trình xử lý ảnh
Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như
là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối
tượng trong không gian và nó có thể xem như một hàm n biến P(c
1
, c
2
,. . . , c
n
).
Do đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều.
Formatted: French (France)


12
Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý ảnh

Hình 1. 2- Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh
1. 1. 2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
Tiền xử lý:
Tiền xử lý là giai đoạn đầu tiên trong xử lý ảnh số. Tùy thuộc vào quá
trình xử lý tiếp theo trong giai đoạn này sẽ thực hiện các công đoạn khác nhau
như: nâng cấp, khôi phục ảnh, nắn chỉnh hình học, khử nhiễu…
Trích chọn đặc điểm
Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tùy theo mục đích nhận dạng
trong quá trình xử lý ảnh. Trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận
dạng các đối tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính toán cao và dung lượng nhớ,
lưu trữ giảm
Đối sánh, nhận dạng
Nhận dạng tự động, mô tả đối tượng, phân loại và phân nhóm các mẫu là
những vấn đề quan trọng trong thị giác máy, được ứng dụng trong nhiều ngành
khoa học khác nhau. Mẫu có thể là ảnh của vật nào đó được chụp, một chữ
viết tay…
1. 1. 3. Một số ứng dụng cơ bản trong xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một trong những ngành khoa học mới nhưng có những thành
tựu và khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. [3]
- Công việc văn phòng: nhận dạng ký tự quang học, xử lý tài liệu, nhận
dạng kịch bản, nhận dạng logo và biểu tượng, xác định vị trí địa chỉ trên phong
bì tài liệu….


13

- Công nghiệp tự động hóa: Công nghệ chế tạo rô-bốt…
- Xử lý ảnh y tế: Phân tích ảnh điện tâm đồ ECG- Electrocardiogram, điện
não đồ EEG- Electroencephalogram, đo điện cơ EMG- Electromyography; phân
tích ảnh X-quang,…

- Remote sensing: Nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên, kiếm
soát ô nhiễm môi trường…
- Ứng dụng khoa học: nghiên cứu vật lý năng lượng (high energy
physics),. .
- Kiểm soát tội phạm (Criminology): nhận dạng vân tay, đối sánh mặt
người, giám định pháp y…
- Ứng dụng trong khoa học vũ trụ: phân tích ảnh viễn thám, …
- Khí tượng học: dự báo thời tiết, xác định thay đổi thời tiết dựa vào ảnh
thu nhận từ vệ tinh, phân tích mẫu mây…
- Công nghệ thông tin: truyền tín hiệu fax, hội thảo từ xa…
Và nhiều ngành khoa học khác như giải trí, in ấn, nghệ thuật…
1. 1. 3. Xử lý video
1. 1. 3. 1. Sơ lược về lịch sử phát triển
Năm 1834, nhà toán học William George Horner phát minh ra máy
Zeotrope, một thiết bị dùng để tạo sự chuyển động từ một dãy ảnh liên tục. Phát
minh này có thể coi là sự mở màn cho công cuộc khai sinh ra ảnh video. Năm
1877, Emile Reynaud cải tiến chiếc zeotrope thành praxinoscope. Hình ảnh thu
nhận được từ máy này rõ ràng hơn từ zeotrope. Năm 1889, George Eastman đã
phát minh ra phim chụp ảnh linh hoạt, cho phép lưu trữ nhiều hình ảnh trên một
cuộn phim. Đến năm 1895, Louis Lumiere là một trong những người đầu tiên
đưa ra hệ thống máy chiếu phim. Đây cũng là thời điểm đánh dấu sự phát triển
của phim với hình ảnh chuyển động.




14


Hình 1. 3- Zeotrope

(nguồn http://courses. ncssm. edu/gallery/collections/toys/html/exhibit10. htm)
Kỹ thuật video được phát triển đầu tiên cho hệ thống ti vi sử dụng bóng
cathode CRT. Trong thời kỳ này cũng có nhiều nhà khoa học nghiên cứu để phát
minh ra những kỹ thuật mới cho thiết bị hiển thị video. Charles Ginsburg đã
cùng với đội nghiên cứu của mình phát triển chiếc băng ghi hình đầu tiên VTR-
Video Tape Recorder.
Năm 1951, băng từ lần đầu tiên được sử dụng để ghi lại hình ảnh và đã
thu được 50,000 bảng vào năm 1956. Tiếp sau đó lần lượt là sự ra đời của băng
cát sét ghi VCR- Video Cassette Recorder năm 1971. Ngày nay, công nghệ máy
tính phát triển chúng ta đã có thể ghi, lưu trữ, chỉnh sửa và truyền thông tin hình
ảnh qua mạng máy tính dưới dạng các video clips.
Tóm lại, video được chia thành hai giai đoạn phát triển chính: giai đoạn
tín hiệu analog và digital.
1. 1. 3. 2. Một số khái niệm và định nghĩa xử lý video
Video là một tập hợp các khung hình (frames). Mỗi khung hình là một
hình ảnh, là đơn vị dữ liệu cơ bản nhất của video. Video có thể được hiểu là một
chuỗi các hình ảnh liên tiếp. Để mắt người có thể cảm nhận được sự chuyển


15
động của các hình ảnh thì các khung hình phải được phát liên tục với một tốc độ
nhất định. Thông thường, tốc độ đó là 25 hình/giây hoặc 30 hình/giây.

Hình 1. 4 - Khung hình
Không gian độ xám, không gian màu
Không gian độ xám chỉ có một thành phần, biến đổi từ đen đến trắng.
Không gian độ xám thường được sử dụng trong hiển thị và in trắng đen.

Hình 1. 5- Thước đo độ xám
Một không gian màu là một mô hình đại diện cho màu về mặt giá trị độ

sáng, một không gian màu xác định số thông tin màu được thể hiện. Mỗi điểm
ảnh trong khung hình (ảnh) có thể được coi là đại diện của một điểm trong
không gian màu ba chiều. Thông thường có các không gian màu: RGB, CMY,
Munsell, CIE,HSV…bên cạnh các không gian màu này có không gian độ xám.
Không gian màu RGB là không gian được sử dụng rộng rãi trong hiển thị
hình ảnh. Không gian này tạo ra các màu mà mắt người nhìn thấy và cảm nhận
được từ ba màu cơ bản R (Red-đỏ), G (Greeen-xanh) và B (Blue-lam)


16


Hình 1. 6- Không gian màu RGB
Không gian màu CMY chủ yếu sử dụng trong in ấn. CMY tương ứng với
Cyan-Lục, Magenta- Đỏ tươi và Yellow- Vàng

Hình 1. 7- Không gian màu CMY
Xử lý video được xem là một trường hợp đặc biệt của xử lý tín hiệu.
Trong đó, các tín hiệu đầu vào và đầu ra là các tệp video hay luồng video.
1. 1. 3. 3. Một số dạng chuẩn và kiến trúc của Video
Với mục đích đưa các hình ảnh video đi khắp toàn cầu, các công ty đã xây
dựng những chuẩn nén dữ liệu hình ảnh và âm thanh nhằm làm giảm kích thước
của các file video được truyền đi nhưng vẫn đảm bảo chất lượng. Các dạng thức
nén video và âm thanh này được gọi với tên chung là bộ codecs.


17
Có rất nhiều bộ codec trên thế giới. Tuy nhiên, có hai tổ chức chính quy
định về việc chuẩn hóa này là tổ chức “ISO/IEC- International Organization for
Standardization and the International Electrotechnical Commission” và tổ chức

của Hiệp hội Viễn thông Quốc tế ITU- “T standardizes formats for the
International Telecommunications Union”.
Chuẩn do hai tổ chức quy định được chia thành hai nhóm chính đó là
chuẩn MPEG-Moving Pictures Experts Group, chịu trách nhiệm về các dạng
thức nén MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4; và các dạng chuẩn thức nén T như
H. 261, H264.
Trên thị trường hiện có nhiều file video được lưu dưới định dạng khác
nhau như VCD, SVCD, AVI, MOV…. Các định dạng file này đều tuân theo các
chuẩn nén được quy định. Dưới đây là bảng so sánh về chuẩn nén, dung lượng
cũng như chất lượng hình ảnh của các file.
Chuẩn MPEG-1: Chuẩn MPEG-1 là chuẩn MPEG đầu tiên, được phát
triển cho quá trình lưu trữ hình ảnh video trên Compac Disk, đĩa có dung lượng
70 phút và có số vòng quay là 1. 4Mbits/giây.
Chuẩn MPEG-2: Chuẩn MPEG-2 là chuẩn được phát triển dựa trên nền
MPEG-1. MPEG-2 hỗ trợ nén luồng âm thanh 4 kênh. Chuẩn MPEG-2 được sử
dụng trong truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, truyền hình cáp và dành cho định
dạng đĩa DVD.
Chuẩn MPEG-4: Là chuẩn cho các ứng dụng Multimedia. MPEG-4 là
chuẩn dùng trong truyền hình số, các ứng dụng về độ họa, video tương tác
(game, video conference).
Trong MPEG-4, các đối tượng khác nhau trong một khung hình có thể
được mô tả, mã hóa truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong các dòng
cơ bản khác nhau. Cũng nhờ xác định, tách và xử lý riêng các đối tượng như
nhạc nền, âm thanh xa gần, đồ vật, đối tượng ảnh video ( con người, nền khung
hình…) nên người dùng có thể loại bỏ được tượng khỏi khuôn hình. Quá trình
tương tác trở nên đơn giản và dễ dàng hơn.


18
Chuẩn H. 261 là chuẩn mã hóa và giải mã video cho giải thông 64Kbps.

Chuẩn này hỗ trợ độ phân giải trung bình như QCIF và lên đến CIF (704x576)
Chuẩn H. 264 là chuẩn được phát triển dưới sự liên kết của ITU và
MPEG. Đây cũng là chuẩn cung cấp kỹ xảo nén hành động mạnh hơn các chuẩn
trước đó.



19
Định dạng
VCD
SVCD
DVD
HDDVD
HDTV
AVI, DivX
XviD, WMV
MOV,
QuickTime
RM
RealMedia
Độ phân giải
NTSC/PAL
352x240
352x288
480x480
480x576
720x480²
720x576²
1920x1080²
1280x720²

640x480²
640x480²
320x240²
Chuẩn nén video
MPEG1
MPEG2
MPEG2,
MPEG1
MPEG2
(WMV-
MPEG4)
MPEG4
Sorenson,
Cinepak,
MPEG4 . . .
RM
Video bitrate
1150kbps
~2000kbps
~5000kbps
~20Mbps
(~8Mbps)
~1000kbps
~1000kbps
~350kbps
Chuẩn nén âm thanh
MP1
MP1
MP1, MP2,
AC3, DTS,

PCM
MP1, MP2, AC3,
DTS, PCM
MP3, WMA,
OGG, AAC, AC3
QDesign Music,
MP3 . . .
RM
Audio bitrate
224kbps
~224kbps
~448kbps
~448kbps
~128kbps
~128kbps
~64kbps



20
Dung lượng/phút
10
MB/phút
10-20
MB/phút
30-70
MB/phút
~150MB/phút
(~60MB/phút)
4-10

MB/phút
4-20
MB/phút
2-5
MB/phút
Phút/74phút CD
74phút
35-60phút
10-20phút
~4phút
(~10phút)
60-180phút
30-180
phút
120-300
phút
Giờ/DVD
N/A
N/A
1-2giờ
(2-5giờª)
~30phút
(~1giờ)
7-18giờ
3-18giờ
14-35giờ
Giờ/
DualLayerDVD
N/A
N/A

2-4giờ
(5-9giờª)
~55phút
(~2giờ)
13-30giờ
6-30giờ
25-65giờ
Tích hợp với đầu
DVD
Được
Chấp nhận
được
Tốt
Không
Ít
Không
Không
Computer CPU
Usage
Thấp
Cao
Rất cao
Rất cao
Rất cao
Cao
Thấp
Chất lượng
Tốt
Rất tốt
Rất tốt

Rất tốt
Rất tốt
Tốt
Tốt
Bảng 1. 1- So sánh một số định dạng file video trên thị trường


21
1. 1. 3. 4. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý video
Video là do một chuỗi ảnh liên tiếp chuyển động tạo thành. Để có thể
truyền tải video, các thông tin và dữ liệu này được mã hóa. Do đó, để có thể xử
lý được các tín hiệu video bên cạnh việc xử lý các vấn đề khách quan như điều
kiện ánh sáng, vị trí đặt camera… ta cũng cần quan tâm tới các vấn đề về tiêu
chuẩn nén của video.
Về cơ bản hệ thống xử lý video gần giống với hệ thống xử lý ảnh. Tuy
nhiên, do đặc trưng chuyển động của hình ảnh nên ta cần quan tâm tới các
vấn đề:
- Xác định đối tượng, số lượng đối tượng có trong ảnh
- Xác định đối tượng chuyển động trong ảnh: các đối tượng dời đi hay
chuyển tới, chuyển động đơn hay chuyển động trong đám đông
- Tách đối tượng từ một nhóm đối tượng chuyển động
- Tách đối tượng với bóng của bản thân.
1. 2. Giám sát đối tượng
1. 2. 1. Lịch sử phát triển của hệ thống giám sát đối tượng
Dù ra đời muộn, vào nửa cuối của thập niên 90, hệ thống giám sát đối
tượng đã trải qua những thăng trầm và có những kết quả đáng khích lệ và vẫn
đang được tiếp tục nghiên cứu, phát triển.
Hệ thống giám sát đối tượng trước tiên là thời kỳ của mạch tivi khép kín
(CCTV-Closed Circuit Television). CCTV là một hệ thống gồm các camera được
kết nối theo một mạch kín hay vòng với các hình ảnh được gửi tới màn hình

trung tâm hay được lưu trữ lại.
Tiếp đến là sự ra đời của tín hiệu analog cùng với đĩa từ đã giúp lưu trữ
lại những thông tin giám sát. Các hình ảnh thu nhận được từ camera được lưu lại
trong các băng từ (VHS- Video Home System) Tuy nhiên, trong thời kỳ này thì
hình ảnh được lưu lại chậm và tốn nhiều không gian lưu trữ. Hàng ngày, nhân
viên phụ trách hệ thống phải thay băng, đĩa từ. Hệ thống băng từ này được lưu
trong khoảng thời gian 1 tháng, rồi được xóa đi để lưu lại cho tháng kế tiếp.



22


Hình 1. 8- Phòng điều khiển hệ thống giám sát bằng đĩa từ truyền thống
(Nguồn video surveillance E6998-007 senior/feris/tian…)
Sự phát triển của kỹ thuật số đã đem lại những kết quả đáng ghi nhớ cho
hệ thống giám sát. Các dữ liệu thu nhận được từ hệ thống camera được lưu lại
trực tiếp trên ổ đĩa cứng của máy tính. Các dữ liệu này được bảo mật nhờ tính
năng khóa mã của máy tính, và sự phát triển của Internet giúp các thông tin
được truyền đi từ máy này sang máy khác trong một khoảng thời gian ngắn mà
vẫn đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.

Hình 1. 9- Phòng điều khiển hệ thống giám sát hiện đại
(Nguồn: http://www. securite-surveillance. com/blog/index. php/video-surveillance-la-
ville-de-mexico-signe-avec-thales/)
Formatted: French (France)


23
1. 2. 2. Các thành phần trong xây dựng hệ thống giám sát đối tượng

Trong hệ thống giám sát đối tượng, tất cả các thông tin về hình ảnh thu
nhận được từ camera hoặc hệ thống camera được truyền về trung tâm. Tại đây,
các thông tin sẽ được phân tích, xử lý để đưa ra các quyết định phù hợp.
Hệ thống giám sát đối tượng với quy mô nhỏ hay lớn đều cần có:
- Camera (hoặc hệ thống camera -với quy mô lớn): Trong hệ thống nhỏ có
thể chỉ cần một camera. Đối với các hệ thống lớn, ta có một hệ thống camera
được đặt tại các khu vực cần quan sát.
Ví dụ: tại một tòa nhà ta cần đặt camera tại bãi đỗ xe, tại sảnh, cầu thang
(cầu thang bộ, cầu thang máy), tại các tầng….
- Màn hình theo dõi (hoặc hệ thống màn hình): Trên một màn hình có thể
đặt tương ứng với một camera hoặc chia chế độ màn hình hiển thị với các phân
vùng ứng với số lượng camera…
- Đầu ghi hình DVR độc lập ( hoặc card DVR cắm máy tính)
- Phòng điều khiển (giám sát): Tại đây đặt màn hình theo dõi của hệ
thống. Phòng có bố trí nhân viên để phụ trách quản lý và điều hành hệ thống.

Hình 1. 10- Mô hình hệ thống giám sát đối tượng


24
1. 2. 3. Các bước chính cần thực hiện trong hệ thống giám sát đối tượng
Để có thể xây dựng hệ thống giám sát thông minh, bên cạnh việc thiết lập
một hệ thống phần cứng phục vụ quá trình giám sát, ta cần phát triển hệ thống
phần mềm hỗ trợ quá trình xử lý. Lược đồ dưới đây chỉ ra các bước cơ bản cần
thực hiện trong quá trình xây dựng phần mềm hỗ trợ giám sát tự động.

Hình 1. 11- Các bước cần thực hiện trong quá trình giám sát tự động
1. 2. 4. Ứng dụng của giám sát đối tượng
Giám sát đối tượng là một lĩnh vực có khả năng ứng dụng thực tế cao.
Thật vậy, hệ thống giám sát đối tượng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực:

Giao thông:
- Quan sát lưu lượng xe lưu thông trên các tuyến phố,
- Kiểm soát tốc độ của xe trên đường cao tốc,
- Tạo đường biên ảo cho các khu vực cần đảm bảo an ninh…
Sân bay, ga tàu:
- Tạo hàng rào ảo nhằm bảo vệ an toàn, phòng tránh tai nạn



25
- Nhận diện khuôn mặt nhằm phát hiện đối tượng truy nã, nguy hiểm, thành
phần khủng bố
- Dò tìm các vật khả nghi được đặt lại sau một khoảng thời gian
Ngân hàng:
- Hệ thống cảnh báo khẩn cấp khi có cướp
- Đếm lượt người đến giao dịch nhằm cung cấp thông tin hỗ trợ cho nhà
quản lý
- Phát hiện đối tượng bị mất
- Phát hiện đối tượng tình nghi, phát hiện vật thể bị bỏ quên…
Ngoài ra, hệ thống giám sát còn có thể cung cấp thông tin cảnh báo khu
vực có khói, có lửa…