A feedback-based algorithm forMotion analysis with application to object tracking

We present a motion detection algorithm which detects direction of motion at sufficient number of points and thus segregates the edge image into clusters of coherently moving points. Unlike most algorithms for motion analysis, we do not estimate magnitude of velocity vectors or obtain dense motion maps. The motivation is that motion direction information at a number of points seems to be sufficient to evoke perception of motion and hence should be useful in many image processing tasks requiring motion analysis. The algorithm essentially updates the motion at previous time using the current image frame as input in a dynamic fashion. One of the novel features of the algorithm is the use of some feedback mechanism for evidence segregation. This kind of motion analysis can identify regions in the image that are moving together coherently, and such information could be sufficient for many applications that utilize motion such as segmentation, compression, and tracking. We present an algorithm for tracking objects using our motion information to demonstrate the potential of this motion detection algorithm.

Estimação de velocidade de composições usando processamento de vídeo

Esta dissertação tem como objetivo estudar um método para estimar a velocidade de veículos ferroviários usando processamento de vídeo. O sistema proposto consiste na utilização de câmeras ao longo das vias férreas que permitam não só o monitoramento do tráfego ferroviário, mas cujo vídeo captado possa ser utilizado para a obtenção de estimativas para a velocidade instantânea dos trens que por ela trafegam. Tal sistema seria utilizado independentemente dos sistemas de controle já utilizados pela operadora do sistema ferroviário, permitindo que os controladores possam ter uma segunda análise no caso de falha da primeira, assim como um modelo que permita avaliar a velocidade instantânea do veículo ferroviário ao longo do percurso. Os algoritmos de rastreamento empregados para esse fim abordaram diferentes métodos. Confrontaram-se os resultados obtidos com os algoritmos propostos com os dados empíricos de forma a determinar aquele com melhor resposta dada as características do sistema. O algoritmo que apresentou os melhores resultados emprega um único bloco de referência para todos os quadros comparados. A métrica de similaridade responsável por determinar quais blocos são mais ou menos similares dentro do universo de busca estipulado é a soma de diferenças absolutas (SAD, Sum of Absolute Differences). O tempo de processamento requerido por cada um dos métodos de rastreamento estudados também foi considerado nas avaliações de resultados apresentadas. Uma comparação realizada entre as velocidades coletadas e aquelas informadas pelo sistema de controle mostraram que os resultados obtidos com o sistema atual, utilizando a sinalização apenas por circuito de via apresenta resultados pouco confiáveis com erros bastante significativos. Os resultados obtidos com o sistema proposto apresentaram erros menores quando comparados àqueles obtidos pelo sistema vigente, apresentando-se assim como uma solução viável e de baixo custo quando comparada às técnicas atualmente empregadas para a medida de velocidade de trens.

运动目标检测方法及其实时实现技术研究

运动目标检测是计算机视觉研究领域的一项重要课题，具有广阔的应用前景和较高的学术价值。实现可靠、快速的运动目标检测并将其相应算法固化为硬件结构具有非常重要的意义。 本文首先深入研究了基于动态场景的运动目标检测算法，详细讨论了相邻帧差法及其改进方法：三帧差分法，并提出了一种融合相位一致性边缘检测的帧间差分方法；接着在研究了背景差分法的基础上讨论了背景获取和更新机制；然后探讨了块匹配法的基本原理及其匹配准则和快速搜索策略。 其次在研究了基于时空梯度光流计算方法的基础上，结合基于全局和局部约束的混合模型，将PM非线性扩散模型引入到了光流计算过程，同时为了加速计算和克服亮度不变模型对大运动矢量的不适应性，采取了多尺度的计算策略。实验结果表明，该方法对噪声具有较强的鲁棒性并且能够较好的保持目标的运动边缘。 最后开发了一种基于Altera公司Cyclone II系列FPGA芯片的运动目标检测系统，详细介绍了系统的硬件电路设计和相关模块的FPGA实现过程。采用FPGA的实现方案，使得系统的设计灵活、集成度高。

Effect of osteoporosis on bone mineral density and fracture repair in a rat femoral fracture model

Osteoporosis (OP) is one of the most prevalent bone diseases worldwide with bone fracture the major clinical consequence. The effect of OP on fracture repair is disputed and although it might be expected for fracture repair to be delayed in osteoporotic individuals, a definitive answer to this question still eludes us. The aim of this study was to clarify the effect of osteoporosis in a rodent fracture model. OP was induced in 3-month-old rats (n = 53) by ovariectomy (OVX) followed by an externally fixated, mid-diaphyseal femoral osteotomy at 6 months (OVX group). A further 40 animals underwent a fracture at 6 months (control group). Animals were sacrificed at 1, 2, 4, 6, and 8 weeks postfracture with outcome measures of histology, biomechanical strength testing, pQCT, relative BMD, and motion detection. OVX animals had significantly lower BMD, slower fracture repair (histologically), reduced stiffness in the fractured femora (8 weeks) and strength in the contralateral femora (6 and 8 weeks), increased body weight, and decreased motion. This study has demonstrated that OVX is associated with decrease in BMD (particularly in trabecular bone) and a reduction in the mechanical properties of intact bone and healing fractures. The histological, biomechanical, and radiological measures of union suggest that OVX delayed fracture healing. (C) 2007 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals.

Effects of Prochlorperazine on Normal Vestibular Ocular and Perceptual Responses: A Randomised, Double-Blind, Crossover, Placebo-Controlled Study

Background: The present study investigated whether prochlorperazine affects vestibular-ocular reflex (VOR) and vestibulo-perceptual function. Methods: We studied 12 healthy naïve subjects 3 hours after a single dose of oral prochlorperazine 5mg in a randomised, placebo-controlled, double-blind, cross-over study in healthy young subjects. Two rotational tests in yaw were used: 1) a Threshold task investigating perceptual motion detection and nystagmic thresholds (acceleration steps of 0.5deg/s/s) and 2) Suprathreshold responses to velocity steps of 90deg/s in which vestibulo-ocular (VO) and vestibulo-perceptual (VP) time constants of decay, as well as VOR gain, were measured. Results: Prochlorperazine had no effect upon any measure of nystagmic or perceptual vestibular function compared to placebo. This lack of effects on vestibular-mediated motion perception suggests that the drug is likely to act more as an antiemetic than as an anti-vertiginous agent.

Inferência de percursos dos utentes de um transporte coletivo

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunicações e Multimédia

Vidéosurveillance intelligente pour la détection de chutes chez les personnes âgées

Les pays industrialisés comme le Canada doivent faire face au vieillissement de leur population. En particulier, la majorité des personnes âgées, vivant à domicile et souvent seules, font face à des situations à risques telles que des chutes. Dans ce contexte, la vidéosurveillance est une solution innovante qui peut leur permettre de vivre normalement dans un environnement sécurisé. L’idée serait de placer un réseau de caméras dans l’appartement de la personne pour détecter automatiquement une chute. En cas de problème, un message pourrait être envoyé suivant l’urgence aux secours ou à la famille via une connexion internet sécurisée. Pour un système bas coût, nous avons limité le nombre de caméras à une seule par pièce ce qui nous a poussé à explorer les méthodes monoculaires de détection de chutes. Nous avons d’abord exploré le problème d’un point de vue 2D (image) en nous intéressant aux changements importants de la silhouette de la personne lors d’une chute. Les données d’activités normales d’une personne âgée ont été modélisées par un mélange de gaussiennes nous permettant de détecter tout événement anormal. Notre méthode a été validée à l’aide d’une vidéothèque de chutes simulées et d’activités normales réalistes. Cependant, une information 3D telle que la localisation de la personne par rapport à son environnement peut être très intéressante pour un système d’analyse de comportement. Bien qu’il soit préférable d’utiliser un système multi-caméras pour obtenir une information 3D, nous avons prouvé qu’avec une seule caméra calibrée, il était possible de localiser une personne dans son environnement grâce à sa tête. Concrêtement, la tête de la personne, modélisée par une ellipsoide, est suivie dans la séquence d’images à l’aide d’un filtre à particules. La précision de la localisation 3D de la tête a été évaluée avec une bibliothèque de séquence vidéos contenant les vraies localisations 3D obtenues par un système de capture de mouvement (Motion Capture). Un exemple d’application utilisant la trajectoire 3D de la tête est proposée dans le cadre de la détection de chutes. En conclusion, un système de vidéosurveillance pour la détection de chutes avec une seule caméra par pièce est parfaitement envisageable. Pour réduire au maximum les risques de fausses alarmes, une méthode hybride combinant des informations 2D et 3D pourrait être envisagée.

Détection des chutes par calcul homographique

La vidéosurveillance a pour objectif principal de protéger les personnes et les biens en détectant tout comportement anormal. Ceci ne serait possible sans la détection de mouvement dans l’image. Ce processus complexe se base le plus souvent sur une opération de soustraction de l’arrière-plan statique d’une scène sur l’image. Mais il se trouve qu’en vidéosurveillance, des caméras sont souvent en mouvement, engendrant ainsi, un changement significatif de l’arrière-plan; la soustraction de l’arrière-plan devient alors problématique. Nous proposons dans ce travail, une méthode de détection de mouvement et particulièrement de chutes qui s’affranchit de la soustraction de l’arrière-plan et exploite la rotation de la caméra dans la détection du mouvement en utilisant le calcul homographique. Nos résultats sur des données synthétiques et réelles démontrent la faisabilité de cette approche.

Détection de chute à l'aide d'une caméra de profondeur

Les chutes chez les personnes âgées représentent un problème important de santé publique. Des études montrent qu’environ 30 % des personnes âgées de 65 ans et plus chutent chaque année au Canada, entraînant des conséquences néfastes sur les plans individuel, familiale et sociale. Face à une telle situation la vidéosurveillance est une solution efficace assurant la sécurité de ces personnes. À ce jour de nombreux systèmes d’assistance de services à la personne existent. Ces dispositifs permettent à la personne âgée de vivre chez elle tout en assurant sa sécurité par le port d'un capteur. Cependant le port du capteur en permanence par le sujet est peu confortable et contraignant. C'est pourquoi la recherche s’est récemment intéressée à l’utilisation de caméras au lieu de capteurs portables. Le but de ce projet est de démontrer que l'utilisation d'un dispositif de vidéosurveillance peut contribuer à la réduction de ce fléau. Dans ce document nous présentons une approche de détection automatique de chute, basée sur une méthode de suivi 3D du sujet en utilisant une caméra de profondeur (Kinect de Microsoft) positionnée à la verticale du sol. Ce suivi est réalisé en utilisant la silhouette extraite en temps réel avec une approche robuste d’extraction de fond 3D basée sur la variation de profondeur des pixels dans la scène. Cette méthode se fondera sur une initialisation par une capture de la scène sans aucun sujet. Une fois la silhouette extraite, les 10% de la silhouette correspondant à la zone la plus haute de la silhouette (la plus proche de l'objectif de la Kinect) sera analysée en temps réel selon la vitesse et la position de son centre de gravité. Ces critères permettront donc après analyse de détecter la chute, puis d'émettre un signal (courrier ou texto) vers l'individu ou à l’autorité en charge de la personne âgée. Cette méthode a été validée à l’aide de plusieurs vidéos de chutes simulées par un cascadeur. La position de la caméra et son information de profondeur réduisent de façon considérable les risques de fausses alarmes de chute. Positionnée verticalement au sol, la caméra permet donc d'analyser la scène et surtout de procéder au suivi de la silhouette sans occultation majeure, qui conduisent dans certains cas à des fausses alertes. En outre les différents critères de détection de chute, sont des caractéristiques fiables pour différencier la chute d'une personne, d'un accroupissement ou d'une position assise. Néanmoins l'angle de vue de la caméra demeure un problème car il n'est pas assez grand pour couvrir une surface conséquente. Une solution à ce dilemme serait de fixer une lentille sur l'objectif de la Kinect permettant l’élargissement de la zone surveillée.

Caractérisation des réponses du PMLS au mouvement de deuxième ordre (modulé par le contraste)

La perception visuelle ne se résume pas à la simple perception des variations de la quantité de lumière qui atteint la rétine. L’image naturelle est en effet composée de variation de contraste et de texture que l’on qualifie d’information de deuxième ordre (en opposition à l’information de premier ordre : luminance). Il a été démontré chez plusieurs espèces qu’un mouvement de deuxième ordre (variation spatiotemporelle du contraste ou de la texture) est aisément détecté. Les modèles de détection du mouvement tel le modèle d’énergie d’Adelson et Bergen ne permettent pas d’expliquer ces résultats, car le mouvement de deuxième ordre n’implique aucune variation de la luminance. Il existe trois modèles expliquant la détection du mouvement de deuxième ordre : la présence d’une circuiterie de type filter-rectify-filter, un mécanisme de feature-tracking ou simplement l’existence de non-linéarités précoces dans le traitement visuel. Par ailleurs, il a été proposé que l’information visuelle de deuxième ordre soit traitée par une circuiterie neuronale distincte de celle qui traite du premier ordre. Bon nombre d’études réfutent cependant cette théorie et s’entendent sur le fait qu’il n’y aurait qu’une séparation partielle à bas niveau. Les études électrophysiologiques sur la perception du mouvement de deuxième ordre ont principalement été effectuées chez le singe et le chat. Chez le chat, toutefois, seules les aires visuelles primaires (17 et 18) ont été extensivement étudiées. L’implication dans le traitement du deuxième ordre de l’aire dédiée à la perception du mouvement, le Sulcus syprasylvien postéro-médian latéral (PMLS), n’est pas encore connue. Pour ce faire, nous avons étudié les profils de réponse des neurones du PMLS évoqués par des stimuli dont la composante dynamique était de deuxième ordre. Les profils de réponses au mouvement de deuxième ordre sont très similaires au premier ordre, bien que moins sensibles. Nos données suggèrent que la perception du mouvement par le PMLS serait de type form-cue invariant. En somme, les résultats démontrent que le PMLS permet un traitement plus complexe du mouvement du deuxième ordre et sont en accord avec son rôle privilégié dans la perception du mouvement.

Détection de mouvement par modèle biologique de fusion de donnée inspiré de la rétine humaine

Ce mémoire s'intéresse à la détection de mouvement dans une séquence d'images acquises à l'aide d'une caméra fixe. Dans ce problème, la difficulté vient du fait que les mouvements récurrents ou non significatifs de la scène tels que les oscillations d'une branche, l'ombre d'un objet ou les remous d'une surface d'eau doivent être ignorés et classés comme appartenant aux régions statiques de la scène. La plupart des méthodes de détection de mouvement utilisées à ce jour reposent en fait sur le principe bas-niveau de la modélisation puis la soustraction de l'arrière-plan. Ces méthodes sont simples et rapides mais aussi limitées dans les cas où l'arrière-plan est complexe ou bruité (neige, pluie, ombres, etc.). Cette recherche consiste à proposer une technique d'amélioration de ces algorithmes dont l'idée principale est d'exploiter et mimer deux caractéristiques essentielles du système de vision humain. Pour assurer une vision nette de l’objet (qu’il soit fixe ou mobile) puis l'analyser et l'identifier, l'œil ne parcourt pas la scène de façon continue, mais opère par une série de ``balayages'' ou de saccades autour (des points caractéristiques) de l'objet en question. Pour chaque fixation pendant laquelle l'œil reste relativement immobile, l'image est projetée au niveau de la rétine puis interprétée en coordonnées log polaires dont le centre est l'endroit fixé par l'oeil. Les traitements bas-niveau de détection de mouvement doivent donc s'opérer sur cette image transformée qui est centrée pour un point (de vue) particulier de la scène. L'étape suivante (intégration trans-saccadique du Système Visuel Humain (SVH)) consiste ensuite à combiner ces détections de mouvement obtenues pour les différents centres de cette transformée pour fusionner les différentes interprétations visuelles obtenues selon ses différents points de vue.

An approach to vision-based station keeping for an unmanned underwater vehicle

This paper presents an automatic vision-based system for UUV station keeping. The vehicle is equipped with a down-looking camera, which provides images of the sea-floor. The station keeping system is based on a feature-based motion detection algorithm, which exploits standard correlation and explicit textural analysis to solve the correspondence problem. A visual map of the area surveyed by the vehicle is constructed to increase the flexibility of the system, allowing the vehicle to position itself when it has lost the reference image. The testing platform is the URIS underwater vehicle. Experimental results demonstrating the behavior of the system on a real environment are presented

Robust real-time tracking for visual surveillance

This paper describes a real-time multi-camera surveillance system that can be applied to a range of application domains. This integrated system is designed to observe crowded scenes and has mechanisms to improve tracking of objects that are in close proximity. The four component modules described in this paper are (i) motion detection using a layered background model, (ii) object tracking based on local appearance, (iii) hierarchical object recognition, and (iv) fused multisensor object tracking using multiple features and geometric constraints. This integrated approach to complex scene tracking is validated against a number of representative real-world scenarios to show that robust, real-time analysis can be performed. Copyright (C) 2007 Hindawi Publishing Corporation. All rights reserved.

Visual sensor fusion for active security in robotic industrial environments

This work presents a method of information fusion involving data captured by both a standard CCD camera and a ToF camera to be used in the detection of the proximity between a manipulator robot and a human. Both cameras are assumed to be located above the work area of an industrial robot. The fusion of colour images and time of light information makes it possible to know the 3D localization of objects with respect to a world coordinate system. At the same time this allows to know their colour information. Considering that ToF information given by the range camera contains innacuracies including distance error, border error, and pixel saturation, some corrections over the ToF information are proposed and developed to improve the results. The proposed fusion method uses the calibration parameters of both cameras to reproject 3D ToF points, expressed in a common coordinate system for both cameras and a robot arm, in 2D colour images. In addition to this, using the 3D information, the motion detection in a robot industrial environment is achieved, and the fusion of information is applied to the foreground objects previously detected. This combination of information results in a matrix that links colour and 3D information, giving the possibility of characterising the object by its colour in addition to its 3D localization. Further development of these methods will make it possible to identify objects and their position in the real world, and to use this information to prevent possible collisions between the robot and such objects.

Visual sensor fusion for active security in robotic industrial environments

This work presents a method of information fusion involving data captured by both a standard charge-coupled device (CCD) camera and a time-of-flight (ToF) camera to be used in the detection of the proximity between a manipulator robot and a human. Both cameras are assumed to be located above the work area of an industrial robot. The fusion of colour images and time-of-flight information makes it possible to know the 3D localization of objects with respect to a world coordinate system. At the same time, this allows to know their colour information. Considering that ToF information given by the range camera contains innacuracies including distance error, border error, and pixel saturation, some corrections over the ToF information are proposed and developed to improve the results. The proposed fusion method uses the calibration parameters of both cameras to reproject 3D ToF points, expressed in a common coordinate system for both cameras and a robot arm, in 2D colour images. In addition to this, using the 3D information, the motion detection in a robot industrial environment is achieved, and the fusion of information is applied to the foreground objects previously detected. This combination of information results in a matrix that links colour and 3D information, giving the possibility of characterising the object by its colour in addition to its 3D localisation. Further development of these methods will make it possible to identify objects and their position in the real world and to use this information to prevent possible collisions between the robot and such objects.