BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BIỆN CƠNG LONG

PHÁT HIỆN VÀ VẼ QUỸ ÐẠO CHUYỂN ÐỘNG
TRONG XỬ LÝ ẢNH DÙNG BỘ LỌC KALMAN

NGÀNH : KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 5 2 2 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BIỆN CƠNG LONG

PHÁT HIỆN VÀ VẼ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG
TRONG XỬ LÝ ẢNH DÙNG BỘ LỌC KALMAN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60 520203

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BIỆN CƠNG LONG

PHÁT HIỆN VÀ VẼ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG
TRONG XỬ LÝ ẢNH DÙNG BỘ LỌC KALMAN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60 520203
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017





LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Biện Cơng Long

Giới tính: nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/08/1982

Nơi sinh: Vĩnh Long


Quê quán: xã Lộc Hòa, huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long.

Dân tộc: kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 95/7 ấp Phước Tân, xã Lộc Hòa, huyện Long Hồ, tỉnh
Vĩnh Long.
Điện thoại cơ quan: 0703.863126

Điện thoại nhà riêng:0703.957029

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2000 đến 10/2004

Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Cửu Long – thành phố Vĩnh Long.
Ngành học: Kỹ thuật điện điện tử

Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Nhận dạng giọng nói
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 10/ 2004 tại trường ĐH Cửu Long
Người hướng dẫn: Ths. Đồn Hịa Minh
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo: từ 5/2014 đến 4/2017
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, TP.HCM.
Ngành học: Kỹ thuật Điện tử
Tên luận văn: Phát hiện và vẽ quỹ đạo chuyển động trong xử lý ảnh dùng bộ lọc Kalman.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 23/4/2017, tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
Người hướng dẫn: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
4. Tiến sĩ:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Tại (trường, viện, nước):
Tên luận án:
Người hướng dẫn:
Ngày & nơi bảo vệ:
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, tương đương B1

i


6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp:
III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Tháng 11/2004
đến 4/2007


Trung tâm thông tin và thẩm định giá
miền nam Chi nhánh Vĩnh Long.

Chuyên viên thẩm định giá

Trường ĐH SP KT Vĩnh Long

Giảng dạy lý thuyết và thực hành

Từ 5/2007 đến nay

Công việc đảm nhiệm

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 2 năm 2017
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Biện Công Long

iii



CẢM TẠ
Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS TS. Dương Hoài
Nghĩa, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài này.
Em cũng xin tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô giáo đã giảng dạy em trong
suốt khóa học cao học. Những kiến thức mà em nhận được trên giảng đường cao
học sẽ là hành trang giúp em vững bước trong tương lai.
Em xin cám ơn thầy TS. Nguyễn Thanh Hải đã dạy em môn xử lý ảnh và
những đóng góp quý báo của thầy để em có thể hồn thành báo cáo luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả bạn bè và tập thể lớp Kỹ thuật điện tử
khóa 14A, 15B những người ln bên em trong suốt khóa học. Được hoàn thành
trong thời gian hạn hẹp, luận văn này chắc chắn cịn nhiều thiếu sót.
Xin cảm ơn thầy cơ, bạn bè đã có những ý kiến đóng góp chân thành cho nội
dung của luận văn này để em tiếp tục đi sâu vào tìm hiểu và ứng dụng vào thực tiễn
cơng tác.
Biện Cơng Long
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2017

iv


TÓM TẮT
Phát hiện các đối tượng chuyển động, theo dõi và vẽ quỹ đạo chuyển động là
các công đoạn quan trọng của nhiều ứng dụng thị giác máy tính, bao gồm các hệ
thống giám sát an ninh, điều khiển giao thông, điều khiển tự động……
Trong luận văn này, sự phát hiện các đối tượng chuyển động sử dụng thuật
toán trừ nền dựa trên phương pháp Gaussian hỗn hợp, các hoạt động giám sát được
dựa trên kết quả mặt nạ giám sát để loại bỏ nhiễu. Cuối cùng, phân tích Blob phát
hiện nhóm các điểm ảnh được kết nối, tương ứng các đối tượng chuyển động.
Sự liên kết các chuyể n đô ̣ng đươ ̣c phát hiê ̣n vào đường đi của đố i tươ ̣ng được
thực hiê ̣n dựa trên sự chuyển động. Lọc Kalman được sử dụng để dự báo vị trí của

đớ i tươ ̣ng trong mỗi khung ảnh và đô ̣ tin câ ̣y được gán cho mỗi phát hiê ̣n.
Bước cuối cùng của luận văn là vẽ quỹ đạo chuyển động của các đối tượng từ
tâm của các theo dõi đã được gán.
Hướng dẫn khoa học: PGS TS. Dương Hoài Nghĩa
Chức danh: Giảng viên

v


ABSTRACT
Detection of moving objects, tracking and drawing the trajectory of the
moving objects are important components of many computer vision applications,
including security monitoring systems, traffic control systems, automatic control
systems…
In this thesis, the detection of moving objects uses a background subtraction
algorithm based on Gaussian mixture models, monitoring operations are applied to
the resulting foreground mask to eliminate noise. Finally, Blob analysis detects
groups of connected pixels, which are likely to correspond to moving objects.
The linking of the detected motion to the path of the object is made based on
the motion. Kalman filtering is used to predict the location of the object in each
frame and the reliability assigned to each detection.
The final step of the thesis is to draw the trajectory of the objects from the
center of the assigned tracks.
Thesis Supervisor: Hoai Nghia Duong, PhD
Title: Lecturer

vi


MỤC LỤC

TRANG
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Quyết định đổi tên đề tài
Lý lịch khoa học ........................................................................................................... i
Lời cam đoan ............................................................................................................. iii
Cảm tạ ........................................................................................................................ iv
Tóm tắt ........................................................................................................................ v
Mục lục ......................................................................................................................vii
Danh sách các chữ viết tắt ......................................................................................... xi
Danh sách các hình .................................................................................................... xi
Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về đề tài và các kết quả nghiên cứu trong, ngoài nước ...................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................. 3
1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài........................................................................... 3
1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài .................................................................................. 3
1.3.2. Giới hạn của đề tài .................................................................................... 3
1.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 3
1.5. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn ............................................................................. 4
1.6. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................... 4
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 5
2.1. Tổng quan về hệ thống camera quan sát .............................................................. 5
2.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống camera quan sát ............................................. 5
2.1.1.1. Camera .......................................................................................... 5
2.1.1.2. Đầu ghi hình ................................................................................. 5
2.1.1.3. Ổ cứng HDD ................................................................................. 6
2.1.1.4. Dây nguồn và dây tín hiệu ............................................................ 6

vii



2.1.2. Ứng dụng của hệ thống camera quan sát .................................................... 6
2.1.3. Hoạt động của hệ thống camera quan sát ................................................... 7
2.2. Các vấn đề liên quan đến ảnh số .......................................................................... 7
2.2.1. Điểm ảnh..................................................................................................... 7
2.2.2. Mức xám của ảnh ....................................................................................... 7
2.2.3. Định nghĩa ảnh số ....................................................................................... 8
2.2.4. Quan hệ giữa các điểm ảnh......................................................................... 8
2.2.5. Phân loại ảnh số ........................................................................................ 10
2.2.6. Màu sắc ..................................................................................................... 11
2.3. Các vấn đề liên quan đến video số ..................................................................... 13
2.3.1. Cấu trúc của video .................................................................................... 13
2.3.2. Ưu, nhược điểm của video số ................................................................... 14
2.3.3. Đối tượng video ........................................................................................ 14
2.3.4. Chuyển động của đối tượng video ............................................................ 15
2.3.5. Bộ lọc trung vị (Median Filter) ................................................................ 16
2.3.6. Bộ lọc hình thái (Morphology Filter) ....................................................... 17
2.3.7. Phân tích BLOB........................................................................................ 18
2.4. Các vấn đề liên quan đến phát hiện và theo dõi đối tượng chuyển động trong
video ................................................................................................................... 20
2.4.1. Ngưỡng ..................................................................................................... 20
2.4.2. Ước lượng chuyển động ........................................................................... 21
2.4.3. Dự đoán vị trí của đối tượng trong tương lai ............................................ 22
2.4.4. So khớp đối tượng .................................................................................... 23
2.4.5. Theo dõi đối tượng ................................................................................... 24
2.4.6. Hiện tượng che phủ .................................................................................. 25
2.4.7. Cập nhật đối tượng ................................................................................... 26
2.5. Bộ lọc Kalman.................................................................................................... 26
Chương 3. PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG ............................................................. 29


viii


3.1. Giới thiệu sơ đồ khối của quá trình phân tích video giám sát ............................ 29
3.2. Một số phương pháp phát hiện chuyển động ..................................................... 29
3.2.1. Phương pháp so sánh sự khác biệt ............................................................ 30
3.2.2. Phương pháp trừ nền ................................................................................ 31
3.2.3. Phương pháp Gaussian hỗn hợp ............................................................... 35
3.3. Sơ đồ khối phát hiện chuyển động ..................................................................... 37
3.4. Kết quả mô phỏng .............................................................................................. 37
3.4.1. Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền với ảnh nền không
chứa đối tượng chuyển động ................................................................... 37
3.4.2. Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền với ảnh nền có chứa
đối tượng chuyển động ............................................................................ 40
3.4.3. Phát hiện đối tượng chuyển động sử dụng thuật toán trừ nền dựa trên
phương pháp Gaussian hỗn hợp .............................................................. 41
Chương 4. THEO DÕI VÀ VẼ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ............................... 42
4.1. Giải thuật theo dõi và vẽ quỹ đạo chuyển động ................................................. 42
4.2. Phân tích giải thuật ............................................................................................ 43
4.2.1 Khối rút trích mơ hình đối tượng ............................................................... 43
4.2.2 So khớp đối tượng ..................................................................................... 44
4.2.3 Thêm mới đối tượng .................................................................................. 45
4.2.4 Cập nhật đối tượng và tâm hiệu chỉnh ..................................................... 46
4.2.5 Ước lượng đối tượng hoặc loại bỏ đối tượng mất dấu ............................ 46
4.2.6 Dự đốn vị trí của đối tượng..................................................................... 47
4.2.7 Lưu tâm và vẽ quỹ đạo chuyển động ........................................................ 47
4.3. Vai trò của bộ lọc Kalman trong theo dõi và vẽ quỹ đạo chuyển động của đối
tượng ......................................................................................................................... 47
4.4. Kết quả mô phỏng .............................................................................................. 49
4.4.1. Trong vùng quan sát của camera chỉ có một đối tượng chuyển động ...... 50

4.4.2. Trong vùng quan sát của camera có nhiều đối tượng chuyển động không
giao nhau .................................................................................................. 56

ix


4.4.3. Trong vùng quan sát của camera có các đối tượng chuyển động bị che
khuất hoặc giao nhau ............................................................................... 63
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 68
5.1. Kết luận .............................................................................................................. 68
5.2. Hướng phát triển ................................................................................................ 68
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 70

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Diễn giải

CCTV

Closed-circuit television – Truyền hình kép kín

HDD

Hard Disk Drive - Ổ đĩa cứng


RGB

Red Green Blue - Đỏ, xanh lá cây, xanh dương

HSV

Hue Saturation Value – Màu sắc, độ bảo hòa, giá trị

BLOB

Binary Large Object - Đối tượng nhị phân lớn

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Lân cận các điểm ảnh của tọa độ (x,y) ....................................................... 9
Hình 2.2: Mơ hình màu RGB ................................................................................... 12
Hình 2.3: Mơ hình màu HSV ................................................................................... 12
Hình 2.4: Mơ hình cấu trúc của video ...................................................................... 13
Hình 2.5: Chuỗi ảnh ................................................................................................. 14
Hình 2.6: Cách thức hoạt động của lọc trung vị ...................................................... 16
Hình 2.7: Minh họa hiệu ứng giãn nở của thao tác Hit ............................................ 17
Hình 2.8: Minh họa hiệu ứng xói mịn của thao tác Fit ........................................... 18
Hình 2.9: Ảnh đầu vào và ảnh đầu ra của thuật tốn Grass – Fire ........................... 19
Hình 2.10: Vectơ dịch chuyển d ............................................................................. 21
Hình 2.11: Minh họa thuật tốn cập nhập vị trí khi hai đối tượng giao nhau .......... 25
Hình 2.12: Chu trình bộ lọc Kalman ........................................................................ 26
Hình 3.1: Sơ đồ khối của q trình phân tích video giám sát .................................. 29
Hình 3.2: Minh họa kết quả so sánh sự khác biệt .................................................... 31

Hình 3.3: Sơ đồ xử lý trong bộ phát hiện chuyển động bằng phương phát trừ nền..32
Hình 3.4: Bóng ma trong phương pháp trừ nền ....................................................... 35
Hình 3.5: Sơ đồ khối phát hiện chuyển động ........................................................... 37

xii


Hình 3.6: Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền với kết quả với chưa
được xử lý ................................................................................................ 38
Hình 3.7: Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền sử dụng bộ lọc Median
với cửa sổ [5 5] và loại bỏ các vùng có kích thước nhỏ hơn 100 ............ 38
Hình 3.8: Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền sử dụng bộ lọc Median
với cửa sổ [3 3] và loại bỏ các vùng có kích thước nhỏ hơn 500 ............ 39
Hình 3.9: Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền sử dụng bộ lọc Median
với cửa sổ [3 3] và loại bỏ các vùng có kích thước nhỏ hơn 1000 .......... 39
Hình 3.10: Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền sử dụng bộ lọc
Median với cửa sổ [5 5] và loại bỏ các vùng có kích thước nhỏ hơn 1400 ... 39
Hình 3.11: Phát hiện chuyển động bằng phương pháp trừ nền (nền có chứa đối
tượng) sử dụng bộ lọc Median với cửa sổ [5 5] và loại bỏ các vùng có
kích thước nhỏ hơn 1400 ......................................................................... 40
Hình 3.12: Phát hiện chuyển động sử dụng thuật toán trừ nền dựa trên phương pháp
Gaussian hỗn hợp..................................................................................... 41
Hình 4.1: Giải thuật theo dõi và vẽ quỹ đạo chuyển động ....................................... 42
Hình 4.2: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng khi chưa xuất hiện đối tượng chuyển
động (khung hình thứ 4 của đoạn video motnguoi.avi) ........................... 50
Hình 4.3: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng khi xuất hiện đối tượng chuyển động
nhưng chưa được gán nhãn (khung hình thứ 38 của đoạn video motnguoi.avi) ...... 51
Hình 4.4: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của một đối tượng chuyển động
(khung hình thứ 107 của đoạn video motnguoi.avi) ................................ 51


xiii


Hình 4.5: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của một đối tượng chuyển động
(khung hình thứ 328 của đoạn video motnguoi.avi) ................................ 52
Hình 4.6: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của một đối tượng chuyển động
(khung hình thứ 524 của đoạn video motnguoi.avi) ................................ 52
Hình 4.7: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của một đối tượng chuyển động
(khung hình thứ 633 của đoạn video motnguoi.avi) ................................ 52
Hình 4.8: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng khi đối tượng chuyển động ra khỏi
vùng quan sát (khung hình thứ 784 của đoạn video motnguoi.avi) ........ 53
Hình 4.9: Quỹ đạo chuyển động của một đối tượng trong đoạn video
motnguoi.avi ............................................................................................ 55
Hình 4.10: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động
khơng giao nhau (khung hình thứ 66 của đoạn video hainguoi.avi) ....... 56
Hình 4.11: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động
không giao nhau (khung hình thứ 231 của đoạn video hainguoi.avi) ..... 57
Hình 4.12: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động
khơng giao nhau (khung hình thứ 389 của đoạn video hainguoi.avi) ..... 57
Hình 4.13: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động
khơng giao nhau (khung hình thứ 545 của đoạn video hainguoi.avi) ..... 57
Hình 4.14: Quỹ đạo chuyển động của hai đối tượng khơng giao nhau trong đoạn
video hainguoi.avi.................................................................................... 58
Hình 4.15: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của ba đối tượng chuyển động khơng
giao nhau (khung hình thứ 40 của đoạn video banguoi.avi) ................... 60

xiv


Hình 4.16: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của ba đối tượng chuyển động khơng

giao nhau (khung hình thứ 125 của đoạn video banguoi.avi) ................. 60
Hình 4.17: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của 3 đối tượng chuyển động khơng
giao nhau (khung hình thứ 227 của đoạn video banguoi.avi) ................. 60
Hình 4.18: Quỹ đạo chuyển động của ba đối tượng không giao nhau trong đoạn
video banguoi.avi ..................................................................................... 61
Hình 4.19: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của người và xe chuyển động không
giao nhau (khung hình thứ 220 của đoạn video nguoivaxe.avi) .............. 62
Hình 4.20: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của người và xe chuyển động khơng
giao nhau (khung hình thứ 303 của đoạn video nguoivaxe.avi) .............. 62
Hình 4.21: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của người và xe chuyển động khơng
giao nhau (khung hình thứ 452 của đoạn video nguoivaxe.avi) .............. 62
Hình 4.22: Quỹ đạo chuyển động của người và xe trong đoạn video
nguoivaxe.avi ........................................................................................... 63
Hình 4.23: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động vừa
mới giao nhau (khung hình thứ 309 của đoạn video giaonhau.avi) ........ 64
Hình 4.24: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động vừa
mới giao nhau (khung hình thứ 449 của đoạn video giaonhau.avi) ........ 64
Hình 4.25: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động vừa
mới giao nhau (khung hình thứ 629 của đoạn video giaonhau.avi) ........ 64
Hình 4.26: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng giao nhau hợp
thành một đối tượng (khung hình thứ 470 của đoạn video giaonhau.avi) ..... 65

xv


Hình 4.27: Ảnh thật và ảnh rút trích đối tượng của hai đối tượng chuyển động được
tách ra từ một đối tượng giao nhau trước đó (khung hình thứ 530 của
đoạn video giaonhau.avi) ......................................................................... 66
Hình 4.28: Quỹ đạo chuyển động của các đối tượng giao nhau trong đoạn video
giaonhau.avi ............................................................................................. 66


xvi


Chương 1

TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về đề tài và các kết quả nghiên cứu trong, ngoài nước.
Vào những năm 1960, việc xử lý ảnh số đã ra đời như nén ảnh, nhận dạng…

và gần đây nhất cùng với sự ra đời của nhiều trang thiết bị hiện đại thì xử lý video
đã mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống. Ngày nay, việc nghiên cứu ảnh số và
video số đã khá phổ biến ở các nước tiên tiến nhưng ở nước ta lĩnh vực này cũng
còn tương đối mới mẽ. Khi năng lực tính tốn của máy tính ngày càng trở nên mạnh
mẽ hơn, máy tính có thể xử lý được các hình ảnh, các đoạn video thì xử lý ảnh cịn
được gọi là thị giác máy tính.
Phát hiện, theo dõi và vẽ quỹ đạo của các đối tượng chuyển động trong video
đã được ứng dụng rộng rãi trong giám sát, an ninh và vấn đề quan sát trong khoa
học tự nhiên và trong các lĩnh vực khác. Video giám sát cho mục đích an ninh là
một trong những ứng dụng chính. Phát hiện, theo dõi và vẽ quỹ đạo chuyển động
của các đối tượng được ưu tiên cao ở những nơi tơn giáo, các tịa nhà mua sắm, tịa
án, trạm xe lửa và sân bay. Nhiều ứng dụng khác bao gồm quân sự, thiên văn học,
luật giao thông đường bộ, robot, ảnh y khoa.
Việc phân tích video giám sát về cơ bản bao gồm 3 bước chính:


Phát hiện chuyển động: trong thị giác máy tính là cơng việc phân đoạn ảnh


để tách các đối tượng chuyển động ra khỏi nền. Phát hiện chuyển động là hướng
nghiên cứu dành được rất nhiều sự quan tâm vì khả năng ứng dụng của nó. Phát
hiện chuyển động sử dụng kỹ thuật trừ nền là phương pháp khá phổ biến và đã được
nghiên cứu trong [1], [2], [3], [10], [11], [12], [20]… Kỹ thuật này địi hỏi ảnh nền
tham chiếu có cùng đơ ̣ sáng với ảnh video cầ n xử lý. Sự khác biê ̣t về đô ̣ sáng giữa
ảnh nề n và ảnh video cầ n xử lý dẫn đế n toàn bộ khung ảnh video bị xem là vùng
chuyển động nên không thể phát hiện được đối tượng chuyển động. Các trường hơ ̣p
đố i tươ ̣ng đứng yên trong ảnh video nhưng không có trong ảnh nề n hoă ̣c đố i tươ ̣ng

1


đứng yên trong ảnh nề n nhưng không có trong ảnh video đề u bi ̣nhâ ̣n diê ̣n sai là đối
tượng chuyển động. Kỹ thuật trừ ảnh hiện tại và ảnh trước đó để phát hiện đối
tượng chuyển động đã đươ ̣c nghiên cứu trong [2], [3], [21]. Tuy nhiên kết quả thu
được cũng kém chính xác đối với trường hợp có đối tượng xuất hiện sau đó đứng
yên trong các khung hình đang xét hoặc đối tượng đứng yên trong ảnh nền di
chuyển ra khỏi ảnh nền thì tại vị trí đó sẽ ln bị nhận diện sai là đối tượng chuyển
động. Phương pháp Gaussian hỗn hợp dựa vào lý thú t xác xuất để xây dựng mơ
hình nền dùng trong phát hiện đối tượng chuyển động đã đươ ̣c nghiên cứu trong [2],
[13], [22]. Phương pháp dòng quang học dựa vào các vectơ chuyển động để phát
hiện đối tượng chuyển động đã đươ ̣c nghiên cứu trong [3], [11], [23].
 Theo dõi đối tượng: là ước lượng chuyển động của đối tượng trong mặt
phẳng ảnh khi nó chuyển động quanh cảnh, các chỉ số đối tượng thích hợp được gán
cho các đối tượng được theo dõi qua các khung ảnh của video giám sát. Có nhiều
phương pháp được áp dụng để theo dõi đối tượng như: Mean Shift, Cam Shift, bộ
lọc Kalman đã được nghiên cứu trong [1], [2], [3],[12] trong đó bộ lọc Kalman
được sử dụng phổ biến nhất.
 Vẽ quỹ đạo chuyển động: là lưu lại tâm của các đối tượng được theo dõi
trong từng khung ảnh của video giám sát, khi xử lý xong toàn bộ video ta sẽ thu

được quỹ đạo chuyển động để phân tích hành vi của chúng.
Từ tình hình nghiên cứu như trên, với mong muốn giúp các hệ thống giám sát
đạt hiệu quả cao hơn như chỉ rút trích các đối tượng chuyển động trong từng ảnh mà
không cần quan tâm đến nền và cuối cùng là vẽ được quỹ đạo của các đối tượng
chuyển động cần quan tâm để ta có thể phân tích hành vi của chúng nên tôi thực
hiện đề tài “Phát hiện vẽ quỹ đạo chuyển động trong xử lý ảnh dùng bộ lọc
Kalman”.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng các chương trình mơ phỏng có khả năng phát hiện chuyển động,

theo dõi và vẽ quỹ đạo của các đối tượng chuyển động được theo dõi qua các khung
hình trong video giám sát do camere tĩnh thu được trong điều kiện ánh sáng ít thay
đổi.

2


Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.3.

1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
-

Phát hiện tất cả các đối tượng chuyển động trong video mà không phân biệt là
người, vật hay xe cộ….

-


Theo dõi các đối tượng chuyển động cần quan tâm.

-

Vẽ quỹ đạo chuyển động của các đối tượng được theo dõi.

1.3.2. Giới hạn của đề tài
Các video được quay bởi camera tĩnh trong điều kiện ánh sáng ít thay đổi.
Độ chính xác ở mức tương đối do kết quả cuối cùng là sự tổng hợp của nhiều
khâu xư lý như phát hiện đối tượng chuyển động, theo dõi đối tượng cần quan tâm
và vẽ quỹ đạo chuyển động của chúng.
Xử lý các khung hình có độ phân giải vừa phải để đảm thời gian xử lý không
quá lâu.
Đề tài chỉ xây dựng chương trình mơ phỏng trên máy tính không thi công phần
cứng.
1.4.

Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết, cụ thể là tìm hiểu các tài

liệu có liên quan đến đề tài để đưa ra những nhận định và rút ra được nội dung cần
trình bày trong luận văn. Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu đã công bố trong nước và
quốc tế.
Sử dụng phương pháp mơ hình hóa. Dựa vào mơ hình thuật tốn trừ nền,
phương pháp Gaussian hỗn hợp và bộ lọc Kalman… để phát hiện, theo dõi và vẽ
quỹ đạo chuyển động của đối tượng. Người nghiên cứu sử dụng các hàm có sẵn
dành cho xử lý ảnh kết hợp với ngơn ngữ lập trình C để xây dựng các chương trình
mơ phỏng trên phần mềm Matlab.
Sử dụng phương pháp quan sát, phân tích, tổng kết kinh nghiệm. Sau khi xây

dựng và chạy các chương trình mơ phỏng, người nghiên cứu tiến hành phân tích các
kết quả thu được và điều chỉnh lại các thông số hoặc cải tiến chương trình mơ
phỏng để thu được kết quả mơ phỏng tốt nhất.
Tổng hợp viết báo cáo.

3