Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu phát hiện chuyển động bất thường dựa vào camera
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TÓM TẮT
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG BẤT
THƢỜNG DỰA VÀO CAMERA
Mã số: B2016-DNA-40-TT
Chủ nhiệm đề tài: TS. HOÀNG LÊ UYÊN THỤC
Đà Nẵng, 01/2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TÓM TẮT
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG BẤT
THƢỜNG DỰA VÀO CAMERA
Mã số: B2016-DNA-40-TT
Đà Nẵng, 01/2019
1
DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
Tên cơ quan: Quỹ Phát triển KH&CN Đại học Đà Nẵng
Điện thoại: 0236-3817180, 0236-3822041
E-mail: [email protected]n.vn
Địa chỉ: 41 Lê Duẩn, Quận Hải Châu, TP. Đà Nẵng
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
Họ và tên: Hoàng Lê Uyên Thục
Học vị: Tiến sỹ
Năm sinh: 1971
Chức danh khoa học: Giảng viên chính
Địa chỉ cơ quan: Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách
Khoa, Đại học Đà Nẵng, 54 Nguyễn Lương
Bằng, Quận Liên Chiểu, TP. Đà Nẵng
Điện thoại cơ quan: 0236-3841287
Di động: 0905-722999
E-mail: [email protected].vn
NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
PGS. TS. Phạm Văn Tuấn, Phòng Khảo thí và Đảm bảo chất
lượng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
TS. Ngô Minh Trí, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học
Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
KS. Vũ Vân Thanh, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học
Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
KS. Mạc Nhƣ Minh, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại
học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
2
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
QUỸ PHÁT TRIỂN KH & CN ĐH ĐN
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu phát hiện chuyển động bất thƣờng
dựa vào camera
- Mã số: B2016-DNA-40-TT
- Chủ nhiệm: TS. Hoàng Lê Uyên Thục
- Cơ quan chủ trì: Quỹ Phát triển KH&CN Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: từ 12/2016 đến 11/2018.
2. Mục tiêu:
- Mục tiêu chính: xây dựng hệ thống (phần mềm) giám sát chăm
sóc sức khỏe người cao tuổi.
- Mục tiêu cụ thể: hệ thống phát hiện được các bất thường trong
hành động và trong dáng đi và phát tín hiệu cảnh báo.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Đề xuất phương pháp nhận dạng các hành động gần tuần hoàn
d ng mô hình HMM tuần hoàn CHMM).
- Mục tiêu cụ thể: hệ thống phát hiện được các bất thường trong
hành động và trong dáng đi và phát tín hiệu cảnh báo.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đề tài đã thực hiện một hệ thống giám sát chăm sóc sức khỏe người
cao tuổi sống một mình tại nhà dựa vào phát hiện chuyển động bất
thường trên nền kỹ thuật camera. Hệ thống được xây dựng bằng cách
kết hợp các thuật toán thị giác máy tính, hướng đến hai ứng dụng
3
chăm sóc sức khỏe chính là phát hiện, cảnh báo ngay khi có té ngã và
phát hiện dáng đi bệnh lý bất thường.
Việc nhận dạng dựa trên mô hình HMM c ng với các bộ mô tả đặc
trưng ph hợp đã giúp phân biệt các nhóm hành động khác nhau với tỷ
lệ cao, gồm nhóm hành động thông thường và hành động té ngã, nhóm
dáng đi khỏe mạnh và dáng đi bệnh lý các loại (tỷ lệ phát hiện té ngã
đạt >80%, phát hiện phát hiện dáng đi bệnh lý bất thường đạt >90%).
5. Sản phẩm:
- Sản phẩm khoa học:
+ 01 bài báo trong tạp chí quốc gia
Hoàng Lê Uyên Thục và Phạm Văn Tuấn, “Nhận dạng mẫu hình
ảnh sử dụng mô-men Hu,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học
Đà Nẵng, số 5(114), quyển 2, trang 62-66, 2017.
+ 01 bài báo trong hội thảo quốc tế
Hoang Le Uyen Thuc, Pham Van Tuan and Jenq-Neng Hwang,
“An effective video-based model for fall monitoring of the elderly,”
in Proceedings of the IEEE International Conference on System
Science and Engineering (ICSSE), pp. 48-52, 2017.
- Sản phẩm đào tạo: Hỗ trợ đào tạo nghiên cứu sinh 01 nghiên cứu
sinh bảo vệ thành công luận án TS cấp ĐHĐN tháng 05/2017. Đề tài:
“Phân tích thông minh tín hiệu video hỗ trợ cho hệ thống giám sát
chăm sóc sức khỏe”).
- Sản phẩm ứng dụng:
+ Phần mềm giám sát phát hiện dáng đi bất thường.
+ Mạch giao tiếp với máy tính phát tín hiệu cảnh báo cho các đối
tượng quan tâm khi phát hiện có chuyển động bất thường trong tín
hiệu video quan sát.
4
6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả
năng áp dụng:
- Chuyển giao các sản phẩm được nghiệm thu cho Khoa Điện tử -
Viễn thông, Trường ĐHBK-ĐHĐN nhằm làm tài liệu tham khảo cho
giảng dạy và nghiên cứu khoa học của giảng viên, sinh viên và học
viên cao học.
- Đề tài sẽ được tiếp tục cải thiện phần thuật toán và tìm kiếm hợp tác
với các cơ sở y tế để xây dựng bộ cơ sở dữ liệu thực về dáng đi bệnh
lý nhằm triển khai ứng dụng về sau.
Ngày
tháng 1 năm 2019
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
Cơ quan chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)
TS. Hoàng Lê Uyên Thục
5
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
- Project title: A study on video-based abnormal movement
detection
- Code number: B2016-DNA-40-TT
- Coordinator: Hoang Le Uyen Thuc, PhD
- Implementing Institution: Funds for Science and Technology
Development of The University of Danang
- Duration: from 12/2016 to 11/2018
2. Objective(s):
- Main objective: build the healthcare monitoring system for seniors.
- Specific objectives: build the system based on video analysis and
machine learning algorithms to detect the anomalies on (1) action and
(2) gait of interested human and give an alarm.
3. Creativeness and innovativeness:
- Propose an approach for quasi-periodic action recognition using
cyclic hidden Markov model (CHMM).
- Propose a pathological gait detection system, based on the
combinatiton of a shape-based feature descriptor and CHMM-based
recognition.
- Build a fall monitoring system including detecting a falling down in
the observed video clip and giving an alarm.
4. Research results:
In this project, we build a healthcare monitoring system for seniors
living alone at home, based on the abnormal movement detection
using the camera technique. By using the computer vision algorithms,
6
the system is able to detect a fall, a pathological gait as well as give an
alarm.
The combination of HMM-based recognitions and suitable feature
descriptors helps to classify different kinds of actions including
normal actions and falling actions, healthy gait and pathological gait
with high accuracy. Specifically, the average fall detection rate is over
80% and the average abnormal gait detection rate is over 90%.
Besides, the processing time to give alarm whenever an anomaly is
detected is pretty low (i.e., 1 ~ 5 seconds).
5. Products:
- 01 paper published in national journal:
Hoàng Lê Uyên Thục và Phạm Văn Tuấn, “Nhận dạng mẫu hình ảnh
sử dụng mô-men Hu,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng,
số 5(114), quyển 2, trang 62-66, 2017.
- 01 paper published in proceedings of international conference:
Hoang Le Uyen Thuc, Pham Van Tuan and Jenq-Neng Hwang, “An
effective video-based model for fall monitoring of the elderly,”
in Proceedings of the IEEE International Conference on System
Science and Engineering (ICSSE), pp. 48-52, 2017.
- Computer software on abnormal gait detection.
- Computer interface board to give the alarm to interested object(s)
whenever an anomaly in observed video is detected.
- Educational result: 01 PhD student successfully defended her
dissertation. Time: May 26, 2017. Dissertation title: “Intelligent video
analytics to assist healthcare monitoring system”.
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and
applicability:
- The validated products of the project can be transfered to Electronic
and Telecommunication Engineering Faculty, the University of
7
Danang – University of Science and Technology to be used as the
references for undergraduate students, graduate students as well as
lecturers.
- The project will be continuously improved in algorithm and database
by cooorperating with medical centers so that it can be applied in real
life in the future.
8
MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việt Nam chính thức bước vào giai đoạn già hóa dân số từ năm
2011 và hiện có khoảng 10,1 triệu người cao tuổi, chiếm 11% tổng dân
số, trong đó có hơn hai triệu người trên 80 tuổi.
Bên cạnh những tác động tích cực, già hóa dân số đặt ra nhiều
thách thức, nhất là vấn đề chăm sóc y tế. Do đó, yêu cầu cấp bách đặt
ra là cần tìm biện pháp phát hiện sớm các bất thường về sức khỏe
người cao tuổi nhằm can thiệp y khoa kịp thời, trong đó có hai vấn đề
nổi trội gây ra những hậu quả nặng nề nhất là tai nạn do té ngã và suy
giảm chức năng vận động.
Một giải pháp mới bắt đầu nhận được sự quan tâm nghiên cứu
trong những năm gần đây là chẩn đoán suy giảm chức năng vận động
và phát hiện tai nạn té ngã dựa vào camera.
Thực tế cho thấy kỹ thuật dựa vào camera đã đạt được nhiều
thành tựu đáng khích lệ, tuy nhiên vẫn cần phải giải quyết nhiều khó
khăn về kỹ thuật như góc quay, mô tả đặc trưng, phân v ng đối tượng,
v.v. Xuất phát từ bối cảnh trên, đề tài “Nghiên cứu phát hiện chuyển
động bất thƣờng dựa vào camera” được thực hiện nhằm góp phần
giải quyết các thách thức kỹ thuật nên trên, hỗ trợ phát hiện tự động
những dấu hiệu bất thường về sức khỏe dựa vào các chuyển động bất
thường của đối tượng quan sát từ camera.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Hệ thống đề xuất hướng đến mục tiêu hỗ trợ chăm sóc sức khỏe
cho nhóm đối tượng là những người cao tuổi sống một mình tại nhà,
thông qua phát hiện các chuyển động bất thường có liên quan đến sức
khỏe dựa vào camera. Cụ thể là hệ thống đề xuất nhằm hướng đến hai
ứng dụng chính là: (1) Phát hiện hành động bất thường, ở đây là tai
nạn do té ngã, và 2) Phát hiện dáng đi bất thường do bệnh lý với yêu
cầu tỷ lệ phát hiện chính xác bất thường cao trên 80%.
9
ĐỐI TƢỢNG & PHẠM VI NGHIÊN CỨU
a. Đối tượng nghiên cứu
- Các khối xử lý tín hiệu trong hệ thống dựa vào camera nhằm phân
tích và “hiểu” tín hiệu video.
- Một số ứng dụng của hệ thống dựa vào camera nhằm hỗ trợ chăm
sóc sức khỏe người cao tuổi, gồm phát hiện té ngã và phát hiện dáng đi
bất thường.
b. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống được xây dựng theo cách tiếp cận truyền thống với hai khối
xử lý chính là trích đặc trưng và nhận dạng với dữ liệu video.
- Hệ thống chỉ sử dụng một camera 2D thông thường gắn cố định, môi
trường quay trong nhà, nền tĩnh.
- Trong cảnh quay chỉ có một đối tượng chuyển động là con người.
- Cảnh quay là một trong các trường hợp sau: người tham gia 1) đang
thực hiện các hoạt động thông thường thì bị té, hoặc 2) đi bộ với các
kiểu dáng đi bệnh lý khác nhau.
CÁCH TIẾP CẬN & PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
a. Cách tiếp cận
Đề tài được thực hiện trên cơ sở kế thừa các kiến thức nền tảng về
thị giác máy tính, kỹ thuật học máy, xử lý tín hiệu ảnh và video, lý
thuyết thống kê.
b. Phương pháp nghiên cứu
Tổng quan tài liệu, phân tích so sánh các công trình nghiên cứu liên
quan. Thiết kế và thực thi các thí nghiệm với phương pháp/hệ thống đề
xuất. Kiểm tra tính hiệu quả của phương pháp/hệ thống đề xuất dựa
trên tiêu chí chính là tỷ lệ phát hiện bất thường. So sánh phương
pháp/hệ thống đề xuất với các phương pháp/hệ thống đang tồn tại để
rút ra kết luận.
10
BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Mở đầu
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan
Chương 2: Cơ sở thực hiện hệ thống
Chương 3: Hệ thống đề xuất
Chương 4: Đánh giá hệ thống
Kết luận và hướng phát triển
CHƢƠNG 1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Nội dung chính của chương gồm có hai phần: tổng quan về hệ
thống giám sát chăm sóc sức khỏe tự động và các kỹ thuật hỗ trợ cho
hệ thống gồm kỹ thuật cảm biến và kỹ thuật dựa vào camera, trong đó
tập trung vào kỹ thuật dựa vào camera với hai bước xử lý chính là
trích đặc trưng và nhận dạng.
1.1.Hệ thống giám sát chăm sóc sức khỏe
Là hệ thống cho phép quan sát, theo dõi liên tục bệnh nhân từ xa
nhằm thu thập thông tin về tình trạng sức khỏe của bệnh nhân, phát
hiện tai nạn hoặc các bất thường về sức khỏe.
Một hệ thống HMS tối thiểu có ba thành phần chính như trên Hình
1.1. Trong phần thu nhận dữ liệu có hai kỹ thuật chính là d ng cảm
biến và d ng camera là cảm biến hình ảnh).
1.2. Kỹ thuật dựa vào cảm biến và kỹ thuật dựa vào camera hỗ trợ
giám sát chăm sóc sức khỏe
1.2.1. Kỹ thuật dựa vào cảm biến
1.2.2. Kỹ thuật dựa vào camera
So với kỹ thuật dựa vào cảm biến, kỹ thuật dựa vào camera mang
lại các ưu điểm vượt trội bao gồm: phạm vi quan sát rất rộng, không
yêu cầu bệnh nhân phải gắn hoặc đeo thiết bị vào người, lắp đặt, vận
11
hành và bảo dưỡng đỡn giản. Tuy nhiên, kỹ thuật dựa vào camera vẫn
còn đang đối phó với một số thách thức kỹ thuật như: vấn đề phụ
thuộc góc quay của camera, ảnh nền thay đổi do điều kiện chiếu sáng,
bóng đổ, sự thay đổi đồ đạc trong nhà, v.v., vẻ bên ngoài của đối
tượng thay đổi, vẻ bên ngoài của nhiều hành động dễ gây nhầm lẫn.
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống giám sát chăm sóc sức khỏe điển hình.
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật dựa vào camera
trong việc hỗ trợ giám sát chăm sóc sức khỏe
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
1.4. Cấu trúc hệ thống dựa vào camera
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống dựa vào camera.
Quá trình trích đặc trưng tương đương với biến đổi mỗi khung
video thành một vector đặc trưng đa chiều làm dữ liệu đầu vào cấp cho
12
khối nhận dạng tiếp theo sau.
Nhận dạng hành động chính là dựa vào các thuật toán học máy để
so sánh chuỗi vector đặc trưng huấn luyện trích từ các đoạn video
huấn luyện) với chuỗi vector đặc trưng kiểm tra trích được từ tín hiệu
video kiểm tra) để đưa ra kết luận về hành động quan sát được là bình
thường hay bất thường.
1.5. Trích đặc trƣng trong hệ thống dựa vào camera
Quá trình trích đặc trưng thường gồm hai bước: trước tiên, thực
hiện phân v ng đối tượng nhằm trích đối tượng ra khỏi phần còn lại
của khung hình, sau đó mô tả đặc trưng nhằm biến đổi khung video
thành một tập hợp các đặc trưng chứa trong một vector đặc trưng.
1.5.1. Phân vùng đối tượng
Đối với camera tĩnh, phương pháp phân v ng đối tượng phổ biến
nhất là trừ nền d ng mô hình hợp Gauss GMM1(Gaussian Mixture
Model), tạo ra ảnh mặt nạ chứa đối tượng màu trắng trên nền đen.
1.5.2. Mô tả đặc trưng
Có rất nhiều bộ mô tả đặc trưng khác nhau đã được đề xuất. Có
thể phân loại các đặc trưng theo nhiều cách khác nhau, dựa theo các
tiêu chí khác nhau. Ví dụ như đặc trưng 2D và 3D, đặc trưng không
gian và đặc trưng thời gian, đặc trưng địa phương và đặc trưng toàn
cục, đặc trưng số thực và đặc trưng số nhị phân, đặc trưng dựa vào
hình dạng và đặc trưng dựa vào chuyển động.
1.6. Nhận dạng hành động trong hệ thống dựa vào camera
1.6.1. Nhận dạng tĩnh
Không quan tâm đến thông tin thời gian trong tín hiệu mà thực
hiện dựa vào các khung trọng yếu. Tiêu biểu là phương pháp K-NN (
earest eighbor) và SVM ( upport ector achine).
K-
N
N
S
V
M
1 Stauffer and Grimson (1999)
13
1.6.2. Nhận dạng động
a) Phương pháp so khớp mẫu
So sánh chuỗi vector đặc trưng trích từ đoạn video kiểm tra và từ
đoạn video huấn luyện để xác định sự tương tự nhau. Tiêu biểu là
phương pháp DTW (Dynamic Time Warping).
b) Phương pháp dùng mô hình không gian trạng thái
Mỗi hành động trong đoạn video huấn luyện được biểu diễn bằng
một mô hình nhiều trạng thái, mỗi trạng thái là một tư thế. Để nhận
dạng, ta tính xác suất mỗi mô hình có thể sinh ra chuỗi vector đặc
trưng trích từ đoạn video kiểm tra, để đo khả năng mô hình đó sinh ra
chuỗi vector đó. Tiêu biểu là mô hình HMM Hidden Markov Model).
1.7. Kết luận chƣơng 1
Phần trọng tâm của chương là sắp xếp, phân loại, phân tích, đánh
giá ưu khuyết điểm của các nghiên cứu liên quan nhằm làm cơ sở cho
các nghiên cứu, các đề xuất trong các chương tiếp theo trong đề tài.
CHƢƠNG 2 - CƠ SỞ THỰC HIỆN HỆ THỐNG
Chương này gồm có hai nội dung chính: thứ nhất là giới thiệu bài
toán đặt ra về ứng dụng kỹ thuật dựa vào camera vào phát hiện
chuyển động bất thường liên quan đến sức khỏe, thứ hai là trình bày
các lý thuyết cơ sở hỗ trợ cho việc xây dựng hệ thống.
2.1. Giới thiệu bài toán đặt ra
2.1.1. Bài toán phát hiện té ngã
Yêu cầu phát hiện và cảnh báo té ngã từ đoạn video ghi hình đối
tượng quan tâm sống một mình tại nhà và đang thực hiện các hoạt
động thông thường thì bị té. Góc quay của camera là t y ý.
2.1.2. Bài toán phát hiện dáng đi bất thường
14
Yêu cầu phát hiện dáng đi bất thường bệnh lý từ đoạn video ghi
hình đối tượng quan tâm sống một mình tại nhà và đi bộ theo đường
thẳng. Góc quay của camera là góc quay bên hông.
2.1.3. Các vấn đề cần quan tâm khi xây dựng hệ thống
a) Các khó khăn
Khó khăn về kỹ thuật: ảnh hưởng của góc quay, sự che khuất, sự
phân v ng đối tượng, tính đa dạng của hành động, v.v. Khó khăn phi
kỹ thuật: xây dựng cơ sở dữ liệu có sự tham gia của bệnh nhân thực.
b) Lựa chọn cấu trúc hệ thống
- Tín hiệu vào: 1) video té ngã hoặc 2) video dáng đi.
- Tín hiệu ra: 1) có/không có té ngã hoặc 2) dáng đi khỏe
mạnh/bệnh lý.
- Phân v ng đối tượng: trừ nền dựa trên mô hình hợp Gauss GMM.
- Mô tả đặc trưng: 1) kết hợp hình dạng và tốc độ hoặc (2) đặc
trưng hình dạng dựa vào moment Hu.
- Nhận dạng bất thường: 1) mô hình HMM trái-phải hoặc 2) mô
hình HMM tuần hoàn CHMM).
2.2. Phân vùng đối tƣợng dùng phƣơng pháp trừ nền dựa trên mô
hình GMM
Dựa trên nguyên lý:
, trong đó ảnh nền
| Frame - Background |>Th
i
i
được xây dựng dựa trên mô hình GMM. Có 3 bước phân v ng gồm:
2.2.1. Xây dựng mô hình nền ban đầu
2.2.2. Trích đối tượng (trừ nền)
2.2.3. Cập nhật mô hình nền
2.3. Khử nhiễu sau phân vùng đối tƣợng bằng các phép hình thái
toán học
15
Các phép hình thái toán học được áp dụng cho ảnh mặt nạ nhị phân
để giảm nhiễu trong ảnh, kết nối các thành phần trong ảnh nhằm cải
thiện ảnh sau phân v ng đối tượng.
Các phép hình thái hoạt động dựa trên lý thuyết về tập hợp, liên
quan đến hai bức ảnh: ảnh cần xử lý và ảnh phần tử cấu trúc SE
(Structuring Element). Các SE được quét lần lượt qua tất cả các điểm
ảnh trong bức ảnh và được so sánh với các điểm ảnh lân cận tương
ứng. Các phép hình thái phụ thuộc vào sự so sánh này, gồm có phép co
rút, phép giãn nở, phép đóng, phép mở, v.v
2.3.1. Một số khái niệm cơ bản trong lý thuyết tập hợp
2.3.2. Phần tử cấu trúc SE
2.3.3. Các phép hình thái cơ bản
2.4. Nhận dạng hành động dùng mô hình Markov ẩn HMM
2.4.1. Cơ bản về mô hình HMM
Một mô hình HMM hoàn toàn được đặc trưng bởi tập các tham số λ
= (A, B, π) c ng với các giá trị N và M đã được xác định, với N là số
trạng thái ẩn, M là số ký hiệu quan sát phân biệt, A là ma trận chuyển
tiếp, B là ma trận quan sát và π là phân bố xác suất khởi đầu.
2.4.2. Phân loại mô hình HMM
Mô hình đầy đủ ergodic, mô hình trái-phải, v.v.
2.4.3. Ứng dụng mô hình HMM trong nhận dạng
Trong pha huấn luyện, cần huấn luyện một mô hình HMM cho mỗi
hành động cần nhận dạng từ chuỗi vector huấn luyện.
Trong pha kiểm tra, cần tính likelihood mà mỗi mô hình HMM có
thể sinh ra chuỗi vector kiểm tra, từ đây kết luận về hành động cần
nhận dạng dựa theo tiêu chuẩn likelihood cực đại như trên Hình 2.1.
2.5. Kết luận chƣơng 2
16
Hình 2.1. Nguyên lý maximum likelihood.
Chương 2 đã giới thiệu bài toán đặt ra cho đề tài, phân tích lựa
chọn các giải pháp để thực hiện hệ thống, tìm hiểu các lý thuyết cơ sở
phục vụ cho việc phát triển các thuật toán phát hiện chuyển động bất
thường dựa vào video.
CHƢƠNG 3 - HỆ THỐNG ĐỀ XUẤT
Chương này bày chi tiết về cấu trúc và các tính toán trong các hệ
thống đề xuất dùng camera, nh m hướng đến hai nhiệm vụ chính là
phát hiện té ngã và phát hiện dáng đi bất thường và cảnh báo
3.1. Tổng quan về hệ thống đề xuất
Gồm hai bước xử lý chính như trên Hình 3.1.
Hình 3.1. Tổng quan hệ thống đề xuất.
17
Sơ đồ phần phân tích video như trên Hình 3.2.
Hình 3.2. Phân tích video trong hệ thống đề xuất.
3.2. Phân vùng đối tƣợng
Phân v ng đối tượng bằng trừ nền GMM, theo sau là khử nhiễu
bằng các phép hình thái toán học và cuối c ng là trích v ng quan tâm.
3.3. Mô tả đặc trƣng
3.3.1. Mô tả đặc trưng té ngã
Hình 3.2. Kết quả phân vùng đối tượng.
Bước 1: Xác định ellipse bao quanh đối tượng trong ảnh mặt nạ.
Bước 2: Tính các đặc trưng hình dạng dựa vào hình ellipse để biết tư
thế của đối tượng, gồm:
- Góc đứng tức thời của khung hiện tại,
18
- Độ thay đổi góc đứng trong 15 khung liên tiếp,
- Độ lệch tâm tức thời,
- Độ thay đổi trọng tâm đối tượng trong 15 khung liên tiếp.
Bước 3: Tính đặc trưng tốc độ chuyển động để biết tốc độ chuyển
động nhanh hay chậm của đối tượng, dựa vào ảnh lịch sử chuyển động
MHI (Motion History Image) được xây dựng từ 15 khung liên tiếp.
Bước 4: Kết hợp đặc trưng hình dạng với đặc trưng tốc độ.
3.3.2. Mô tả đặc trưng dáng đi bất thường
Do có sự khác biệt giữa hình dạng các ảnh mặt nạ của đối tượng
trích từ các loại dáng đi bệnh lý khác nhau nên bộ mô tả đặc trưng
hình dạng dựa vào moment Hu2 được chọn để mô tả dáng đi.
Vì giá trị của moment Hu tính được rất bé nên áp dụng phép logarit
để chuyển các vector đặc trưng ở rất gần nhau trong không gian gốc
sang không gian mới, ở đó chúng cách nhau đủ xa để thuận tiện hơn
cho xử lý.
3.4. Phát hiện chuyển động bất thƣờng
3.4.1. Phát hiện té ngã
Dựa trên mô hình HMM trái-phải.
3.4.2. Phát hiện dáng đi bất thường
Dựa trên mô hình CHMM.
3.5. Thông tin cảnh báo
Mạch thông tin cảnh báo bao gồm module SIM808 cho thông tin
đến thuê bao di động, khối nguồn và vi điều khiển.
3.6. Kết luận chƣơng 3
Chương 3 đã trình bày chi tiết về cấu trúc, tính toán, thiết kế các
2 Huang và cộng sự (2010)
Tải về để xem bản đầy đủ
26 trang
12440
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu phát hiện chuyển động bất thường dựa vào camera", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_tom_tat_de_tai_nghien_cuu_phat_hien_chuyen_dong_bat.pdf
