Segmentación de Secuencias de Vídeo: análisis y desarrollo de estrategias para la detección de cambios de toma y para la detección de objetos móviles

The important technological advances experienced along the last years have resulted in an important demand for new and efficient computer vision applications. On the one hand, the increasing use of video editing software has given rise to a necessity for faster and more efficient editing tools that, in a first step, perform a temporal segmentation in shots. On the other hand, the number of electronic devices with integrated cameras has grown enormously. These devices require new, fast, and efficient computer vision applications that include moving object detection strategies. In this dissertation, we propose a temporal segmentation strategy and several moving object detection strategies, which are suitable for the last generation of computer vision applications requiring both low computational cost and high quality results. First, a novel real-time high-quality shot detection strategy is proposed. While abrupt transitions are detected through a very fast pixel-based analysis, gradual transitions are obtained from an efficient edge-based analysis. Both analyses are reinforced with a motion analysis that allows to detect and discard false detections. This analysis is carried out exclusively over a reduced amount of candidate transitions, thus maintaining the computational requirements. On the other hand, a moving object detection strategy, which is based on the popular Mixture of Gaussians method, is proposed. This strategy, taking into account the recent history of each image pixel, adapts dynamically the amount of Gaussians that are required to model its variations. As a result, we improve significantly the computational efficiency with respect to other similar methods and, additionally, we reduce the influence of the used parameters in the results. Alternatively, in order to improve the quality of the results in complex scenarios containing dynamic backgrounds, we propose different non-parametric based moving object detection strategies that model both background and foreground. To obtain high quality results regardless of the characteristics of the analyzed sequence we dynamically estimate the most adequate bandwidth matrices for the kernels that are used in the background and foreground modeling. Moreover, the application of a particle filter allows to update the spatial information and provides a priori knowledge about the areas to analyze in the following images, enabling an important reduction in the computational requirements and improving the segmentation results. Additionally, we propose the use of an innovative combination of chromaticity and gradients that allows to reduce the influence of shadows and reflects in the detections.

El Vídeo Didáctico como soporte para un b-learning sostenible

En este artículo se describe una experiencia de innovación educativa realizada en el marco de la titulación de Sistemas de Telecomunicación de la EUITT de la Universidad Politécnica de Madrid, en la que se ha intentado graduar la dificultad de acceso de los alumnos al uso de ciertos laboratorios altamente tecnificados, por medio de instrumentos pedagógicos basados en el uso de tecnologías de la información y las comunicaciones. Se presenta, por tanto, un escenario propicio para la aplicación de una metodología educativa de formación combinada o blended-learning que potencie el proceso de aprendizaje de los estudiantes así como la optimización del uso de los costosos recursos materiales puestos a su disposición.

Entornos virtuales de vídeo interactivo para neurorrehabilitación cognitiva

En pocos años, la discapacidad de origen cognitivo será uno de los principales problemas de salud. El déficit cognitivo influye en la ejecución de todas las actividades de la vida diaria. Pacientes con una afección de este tipo ven alterados su entorno social y familiar. Por todo ello, se hace imprescindible el desarrollo de programas de rehabilitación que permitan minimizar las consecuencias de las lesiones adquiridas y restituir o compensar las funciones afectadas. En la actualidad nos encontramos en un momento de cambio en las metodologías de la neurorrehabilitación, donde los entornos virtuales digitales interactivos son una fuente de innovación y una ventana terapéutica para la generación de nuevas estrategias basadas en una rehabilitación personalizada, monitorizada y ubicua, con la que lograr el máximo nivel de realización en las actividades de vida diaria. En este trabajo de investigación se plantea el uso del vídeo interactivo como medio tecnológico para realizar las terapias de rehabilitación cognitiva. Se presenta una prueba de concepto de una actividad de vida diaria y su posterior análisis por el equipo clínico del Instituí Guttmann. Los resultados preliminares apoyan su uso para alcanzar una rehabilitación basada en el nuevo paradigma.

Evaluación de habilidades motoras en cirugía de mínima invasión basada en el análisis del vídeo laparoscópico

En el presente trabajo se muestran los resultados preliminares de validación de un sistema de evaluación de habilidades motoras en cirugía de mínima invasión (CMI) basado en el seguimiento por vídeo del instrumental quirúrgico. El sistema, en fase de prototipo aún, se valida con 42 participantes (16 noveles, 22 residentes y 4 expertos). En esta primera fase del trabajo se han analizado varias métricas obtenidas a partir del 2D de la imagen. El sistema presenta validez para las métricas de tiempo, camino recorrido, velocidad media y eficiencia de espacio. A falta de implementar una versión definitiva capaz de llevar a cabo procesamiento en tiempo real de múltiples herramientas, y de la validación de métricas obtenidas a partir del 3D, se demuestra la viabilidad de construir entornos de formación basados en tecnologías de video, que sean transparentes al cirujano.

Métodos de segmentación y seguimiento de estructuras para vídeo laparoscópico.

En este artículo se presenta el diseño, implementación y evaluación de tres métodos que permiten realizar la detección y el seguimiento de estructuras de interés seleccionadas por el usuario a lo largo de un conjunto de fotogramas de vídeo quirúrgico. El objetivo de estos métodos es la extracción de la información relativa a las estructuras presentes en una determinada escena quirúrgica en entornos de formación o durante los procedimientos de mínima invasión. Los resultados muestran su directa aplicabilidad a entornos didácticos, por ser técnicas semiautomáticas en las que se requiere interacción del usuario.

Framework adaptable y reconfigurable dinámicamente para procesamiento de vídeo: aplicación a la etapa de filtrado adaptativo en sistemas de compresión de vídeo H.264/AVC y SVC

Los sistemas basados en componentes hardware con niveles de paralelismo estático tienden a infrautilizar sus recursos lógicos, ya que se diseñan para soportar el peor escenario posible. Este hecho se acentúa cuando se trabaja con los nuevos estándares de compresión de vídeo, como son el H.264/AVC y el SVC. Estos necesitan soluciones flexibles, capaces de soportar distintos escenarios, y escalables a fin de maximizar la utilización de recursos en todo momento. Por ello, y como alternativa a las soluciones estáticas o multiprocesadoras, este artículo presenta una arquitectura hardware escalable y reconfigurable dinámicamente para el filtrado de bucle adaptativo o Deblocking Filter. Su funcionamiento se basa en el de los arrays sistólicos, y su estrategia de paralelismo maximiza el número de macrobloques que pueden ser procesos simultáneamente.

Validación de dos algoritmos para la localización 3D del instrumental laparoscópico a partir de la imagen de vídeo endoscópico

Uno de los aspectos fundamentales en un sistema de cirugía guiada por imagen (CGI) es la localización del instrumental quirúrgico con respecto a la anatomía del paciente. Los sistemas basados en sensores ofrecen buenos niveles de precisión, pero son sensibles a distintas fuentes de ruido en el quirófano y contribuyen a la sobrecarga tecnológica del mismo. Una alternativa novedosa es analizar la imagen del vídeo endoscópico para llevar a cabo la detección y localización espacial del instrumental. Se presenta en este trabajo la validación de dos métodos, basados en el diámetro aparente y en la sección transversal del instrumental, para la localización espacial del instrumental a partir de los bordes y la posición 2D de la punta en la imagen. La validación, llevada a cabo en un simulador físico, se realiza comparando los resultados con el sistema Kinescan/IBV. Los resultados muestran para cada método un error medio de 12,7 y 12,8 mm respectivamente. La incorporación de estos algoritmos dentro del paradigma de navegación propuesto en el proyecto THEMIS permitirá al cirujano conocer la posición del instrumental de forma no intrusiva y transparente, sin necesidad de equipamiento adicional en el quirófano.

Utilidad del vídeo quirúrgico en las cirugías de mínima invasión

El vídeo quirúrgico es la principal fuente de información intraoperatoria para el seguimiento de la intervención quirúrgica. Actualmente, su uso como medio de análisis no se halla implantado. Este trabajo presenta su utilidad con casos de uso reales que explotan la información presente en los vídeos a través del procesamiento de los vídeos. Los algoritmos desarrollados permiten la segmentación y seguimiento de los elementos de la escena, la reconstrucción y la localización espacial de los trócares. Se presenta a modo de ejemplos un entorno de formación y un sistema de navegación quirúrgica que explotan la información presente en los vídeos captados por el endoscopio.

Comparación de algoritmos detectores de puntos singulares para reconocimiento de objetos en vídeo quirúrgico.

El análisis de vídeo laparoscópico ofrece nuevas posibilidades a la navegación quirúrgica al garantizar una incorporación mínima de tecnología en quirófano, evitando así alterar la ergonomía y los flujos de trabajo de las intervenciones. Una de sus principales ventajas es que puede servir como fuente de datos para reconstruir tridimensionalmente la escena laparoscópica, lo que permite dotar al cirujano de la sensación de profundidad perdida en este tipo de cirugía. En el presente trabajo de investigación se comparan dos detectores de puntos singulares, SIFT y SURF, para estimar cuál de los dos podría integrarse en un algoritmo de cálculo de coordenadas 3D, MonoSLAM, basado en la detección y el seguimiento de estos puntos singulares en los fotogramas del vídeo. Los resultados obtenidos posicionan a SURF como la mejor opción gracias a su rapidez y a su mayor capacidad de discriminación entre estructuras anatómicas e instrumental quirúrgico.

Gestión de pruebas para equipos de vídeo

Desde hace ya muchos años, uno de los servicios de telecomunicaciones más demandado por los españoles ha sido la televisión de pago, complementando y ampliando la oferta de contenidos audiovisuales que habitualmente son ofrecidos de manera gratuita por la televisión analógica y recientemente por la televisión digital terrestre o TDT. Estos servicios de video, han sido tradicionalmente ofrecidos por operadores satélites, operadores de cable u otros operadores de telecomunicaciones con los que a través de una conexión de datos (ADSL, VDSL o fibra óptica), ofrecían sus contenidos a través de IP. La propia evolución y mejora de la tecnología utilizada para la emisión de contenidos sobre IP, ha permitido que a día de hoy, la televisión se conciba como un servicio Over The Top (OTT) ajeno al medio de transmisión, permitiendo a cualquier agente, distribuir sus contenidos audiovisuales de manera sencilla y a todos sus clientes en todas las partes del mundo; siendo solamente necesario disponer de una conexión a internet. De esta manera, el proyecto desarrollado va a girar en torno a la herramienta StormTest de la empresa S3Group, comprada por CENTUM Solutions (empresa especializada en ofrecer servicio de ingeniería para sistema de comunicaciones, control e inteligencia de señal) con el objetivo de satisfacer las necesidades de sus clientes y con la que en definitiva se ha contado para la realización de este proyecto. El principal objetivo de este proyecto es la definición e implementación de un banco de pruebas que permita optimizar los procesos de validación técnica, mejorando los tiempos de ejecución y concentrando la actividad de los ingenieros en tareas de mayor valor. Para la realización de este proyecto, se han fijado diversos objetivos necesarios para el desarrollo de este tipo de actividades. Los principales son los siguientes:  Análisis de la problemática actual: donde en los procesos de aceptación técnica se dedica muchas horas de trabajo para la realización de pruebas repetitivas y de poco valor las cuales se pueden automatizar por herramientas existentes en el mercado.  Búsqueda y selección de una herramienta que satisfaga las necesidades de pruebas.  Instalación en los laboratorios.  Configuración y adaptación de la herramienta a las necesidades y proyectos específicos. Con todo ello, este proyecto cubrirá los siguientes logros:  Reducir los tiempos de ejecución de las campañas de pruebas, gracias a la automatización de gran parte ellas.  Realizar medidas de calidad subjetiva y objetiva complejas, imposibles de ejecutar a través de las personas. Mejorar y automatizar los sistemas de reporte de resultados. Abstract: Many years ago, one of the telecommunications services most demanded in Spain has been pay television, complementing and extending the offer of audiovisual content which are usually offered for free by analog tv and recently by digital terrestrial televisión or TDT. These video services, have been traditionally offered by satellite operators, cable operators or other telecommunications operators that through a data connection (ADSL,VDSL or fiber optic), offered its content over IP. The evolution and improvement of the technology used for broadcasting over IP, has allowed that to date, television is conceived as a service Over The Top (OTT), not dependent on the transmission medium, allowing any agent to distribute audiovisual content in a very simple way and to all its customers in all parts of the world; being only necessary to have an decent internet connection. In this way, the project will have relation with S3Group’s StormTest tool, bought by CENTUM Solutions (company specialized in engineering services for communications, control and signal intelligence system) with the aim of satisfying the needs of its customers and which ultimately has counted for the realization of this project. The main objective of this project is the definition and implementation of a test bench that allows to optimize the processes of technical validation, improving execution times and concentrating the activities of engineers on higher value tasks. For the realization of this project, it has been defined several objectives necessary for the development of this type of activity. The most important tones are listed below:  Analysis of the current situation: where in technical acceptance processes it is dedicated many hours of work for the completion of repetitive testing and without value which can be automated by tools available on the market  Search and selection of a tool that meets the needs of testing.  Installation on the laboratories.  Configuration and customization of the tool to specific projects. With all this, this project will cover the following achievements: Reduce the execution time of the testing campaigns, thanks to the automation of many of them.  Measurements of subjective and objective quality tests, impossible to run with engineers (due to subjective perception). Improve and automate reporting of results systems