Extraction Of Moving Objects From Video Sequences And Determination Of The Object Trajectories

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011Video görüntülerinin kullanımı otomasyonu sağlamak için her geçen gün artmaktadır, örneğin hareketli nesnelerin izlenmesi, hareket yörüngelerinin çıkarılması, trafik yoğunluğunun bulunması ve araç hızlarının tespit edilmesi gibi. Bu çalışmada, video kameralar yardımıyla trafik akışının izlenmesi, araç hızlarının belirlenmesi ve olası kaza durumlarında kaza anının üç boyutlu modelinin oluşturulması konuları araştırılmıştır. Tez kapsamında metrik olmayan amatör CCD video kameralar kullanılmıştır. Bu kameralar yardımıyla elde edilecek video görüntülerindeki hareketli nesnelerin üç boyutlu modelleri oluşturulmuş, hareket yörüngeleri ve hızları belirlenmiştir. Video görüntülerinin işlenmesi ve gerekli hesaplamaların gerçek zamanlı olarak yapılabilmesi için en önemli kısıtlama zamandır. Kullanılacak yöntemlerin hesap yükü açısından en az olanları tercih edilmelidir. Ancak bu tercih yapılırken de sonuç ürünlerin doğruluğundan ödün verilmemelidir. Bu tez çalışması kapsamında da bu iki uç koşul en dengeli bir şekilde sağlanmaya çalışılmıştır. Bunun için mevcut yöntemler araştırılmış ve içlerinden en uygun olanları seçilmiştir. Bu yöntemler kullanılacak yöntemler kısmında verilmiş ve sonraki bölümlerde detaylı olarak açıklanmıştır. Nesne hızlarının ve hareket yönlerinin belirlenmesi gerçek zamanlı olarak yapılmıştır. Belirlenen nesnelerin üç boyutlu modelleri oluşturulmuş ve sonuçlar irdelenmiştir. Video kameralar tarafından kaydedilen trafik akışında meydana gelen kazaların üç boyutlu model koordinatlarının hesaplanması ve araç hızlarının tespiti için, tez yazarı tarafından C++ programlama dili kullanılarak geliştirilen yazılım sistemi kullanılmıştır.The use of video images is rapidly growing from day to day to provide automation on traffic management applications such as tracking of moving objects, and extraction of their motion orbits, finding the density of the traffic flow at the desired locations, estimation of vehicle speeds etc. In this Ph. D. thesis, detailed studies have been performed for developing a real time system to be used for surveillance of the traffic flow by using video cameras to find speeds of the vehicles for secure travelling, and if occurs, metric 3D reconstruction of any traffic accident event which may be used both for automatic emergency systems and for forensic and juridical purposes as well as directing the traffic flow to optional roads automatically during accidents. For the traffic surveillance and 3D reconstruction tasks, the developed system uses amateur digital CCD video cameras. The moving objects seen by the video cameras are reconstructed in metric 3D models and also their speeds and 3D motion orbits are computed. The most important factor for real time video image processing and 3D reconstruction computations is the time factor. In a very short time period between video frames, huge amount of computations should be performed. For this purpose, the methods that will be used for real time computations must be as simple as possible and must provide sufficient accuracy and precision. In order to provide optimum solutions by the means of fast computing and accuracy requirements, the most appropriate methods have been selected. These methods have been explained in the thesis in details. Real time speed estimation and 3D metric reconstruction methods used in the thesis have been tested precisely to find the statistical confidence criterions. In order to solve the speed estimation and 3D reconstruction problems, the author of the thesis has written a software system in C++ programming language. This software system has been used for all of the computations and test applications.DoktoraPh