Definizione. Algoritmi di Change Detection - foreground. background

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1 Algorm d Change Deecon - Defnzone 1 Change Deecon: rlevameno de cambamen n mmagn della sessa scena acquse n san dfferen. Inpu: due o pu mmagn della scena. Oupu: mmagne bnara dea Change Mask che ad ogn pxel assoca uno fra due valor c ( changed ) o u ( unchanged ) a seconda che l pxel presen cambamen sgnfcav o meno (d solo c = 255 u = 0 banco/nero). background foreground Alessandro Lanza Lug D Sefano

2 Algorm d Change Deecon - Applcazon 2 Vdeosorveglanza. Monoraggo del raffco Compressone vdeo (MPEG) Alessandro Lanza Lug D Sefano

3 Algorm d Change Deecon - Ipoes d lavoro 3 Vdeocamera saca: pxel corrsponden nelle due mmagn rappresenano la sessa porzone d scena change deecon per confrono dreo. Vdeocamera moble: change deecon successva alla regsrazone delle due mmagn. Alessandro Lanza Lug D Sefano

4 Algorm d Change Deecon - Ipoes d lavoro 4 Basso frame rae (frequenza d camponameno emporale de frame frame/s): change deecon per confrono fra l frame correne ed un frame precedene. Alo frame rae (pcamene > 1 frame/s): change deecon per confrono fra l frame correne ed un nseme d frame preceden (analzzable la dnamca de cambamen). Alessandro Lanza Lug D Sefano

5 Algorm d Change Deecon - Noazon e convenzon 5 a-1 O l-1 Sngolo frame: F : 2 nc ) R F ) R Dgalzzazone (camponameno spazale + quanzzazone): F : larghezza (n pxel) 2 nc ) Z F ) Z Convenzon: numero d canal ) [ 0 l 1] [ 0 a 1] alezza (n pxel) c ) [ 0 p 1] c = 1 nc F... Sequenza d frame: S = profondà (n lvell d nensà) { F R} camponameno emporale + convenzon S = { F = } Alessandro Lanza Lug D Sefano

6 Algorm d Change Deecon - Class d algorm 6 basa su ''emporal frame dfference'': C = f ( F F F ) 1 wo-frame dfference (k = 1): F 1 k F ''pccolo'' basa su ''background subracon'': B = C g = f dove ( F F F ) 1 ( F B ) 2 k rappresena l ''background'' (lo sfondo) della scena rpresa B anche molo ''grande'' F F 2 C C = f = f ( F F ) 1 hree-frame dfference (k = 2): F 1 ( F F F ) 1 2 F C = f ( F B ) dfferen procedure d ''background manenance'': background modellng background nalzaon background dfferencng background updang Alessandro Lanza Lug D Sefano

7 Algorm d Change Deecon - Tes Vdeo n 1 7 sequenza d 385 frame camponaa a 125 frame/s 320x240 pxel a lvell d grgo ed RGB: Caraersche salen: soggeo n movmeno poco "exurao" (con bass graden d colore o lvello d grgo); soggeo n movmeno con un ampo range d veloca' (da molo veloce a fermo); soo-sequenza nzale prva d ogge n movmeno; condzon d llumnazone della scena sazonare; sfondo della scena saco; Alessandro Lanza Lug D Sefano

8 Algorm d Change Deecon - Alessandro Lanza Lug D Sefano 8 Two-frame dfference R R R d c n c n : dsanze basae su norme (d Hölder) del veore dfferenza: p n 1 p p n v v R v = = ( ) = F 1 ( ) ( ) ( ) B G R ( ) = F ( ) ( ) ( ) B G R mmagne dsanza ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) > = = alrmen T F F d D se C funzone dsanza ( ) ( ) ( ) F F F 1 = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p 1 F F F d D = = ( )= F ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = = = B B B G G G R R R mmagn a lvell d grgo (un solo canale n c = 1): ( ) ( ) ( ) p F F D 1 = mmagn RGB (re canal n c = 3): ( ) ( ) ( ) ( ) p p p p B G R D + + = sogla

9 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference (un canale) 9 C ) ) = F ) F ) 255 se D 1 > T = 0 alrmen F 1 D C calcolo dsanza soglaura (T = 9) F Alessandro Lanza Lug D Sefano

10 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference (RGB) 10 C ) = se D alrmen p p p ) = R ) + G ) + B ) p > T R F 1 G CD F dsanza del massmo (p ) D { R G B } = max B Alessandro Lanza Lug D Sefano

11 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference (RGB) 10 C ) = se D alrmen p p p ) = R ) + G ) + B ) p > T R F 1 F G D dsanza eucldea (p=2) = 2 R 2 + G 2 + B DC 2 B Alessandro Lanza Lug D Sefano

12 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference (RGB) 10 C ) = se D alrmen p p p ) = R ) + G ) + B ) p > T R F 1 F G D = R + G + B DC dsanza d Manhaan (p=1) B Alessandro Lanza Lug D Sefano

13 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 Alessandro Lanza Lug D Sefano

14 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 Alessandro Lanza Lug D Sefano

15 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 pxel rleva come ''changed'' pxel ver posv pxel ver negav pxel fals posv pxel fals negav 1 ghosng (fals posv) ano maggore quano pu' l soggeo e' veloce Alessandro Lanza Lug D Sefano

16 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 pxel rleva come ''changed'' pxel ver posv pxel ver negav pxel fals posv pxel fals negav Alessandro Lanza Lug D Sefano

17 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 pxel rleva come ''changed'' pxel ver posv pxel ver negav pxel fals posv pxel fals negav 1 foreground aperure (fals negav) ano maggore quano meno l soggeo e' "exurao" Alessandro Lanza Lug D Sefano

18 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 pxel rleva come ''changed'' pxel ver posv pxel ver negav pxel fals posv pxel fals negav Alessandro Lanza Lug D Sefano

19 Algorm d Change Deecon - Two-frame dfference rsula 11 pxel rleva come ''changed'' pxel ver posv pxel ver negav pxel fals posv pxel fals negav 1 scomparsa soggeo saco (fals negav) ndpendenemene dalla sua exure Alessandro Lanza Lug D Sefano

20 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference 12 s esegue due vole la wo-frame dfference (con meod vs) ra l frame correne ed due frame preceden separaamene qund s calcola l'nersezone (AND bnaro) fre le due change mask oenue: C ) ( ( ) ( )) ( ( ) ( )) 255 se d F > = > F 1 T e d F F 2 T 0 alrmen ammeendo un rardo d un frame nel calcolo della change mask rsula pu' effcace la seguene: C 1 ) ( ( ) ( )) ( ( ) ( )) 255 se d F > = > F 1 T e d F 1 F 2 T 0 alrmen C 1 ) che puo' essere scra n forma compaa: I ) = 255 e C ) I 255 se C 1 = 255 = 0 alrmen Alessandro Lanza Lug D Sefano

21 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference (un canale) 13 C 1 ) I ) = 255 e C ) I 255 se C 1 = 255 = 0 alrmen F 2 F 1 wo-frame dfference I C 1 I C AND C F wo-frame dfference Alessandro Lanza Lug D Sefano

22 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference (RGB) 14 C 1 ) I ) = 255 e C ) I 255 se C 1 = 255 = 0 alrmen F 2 F 1 wo-frame dfference I C 1 I C AND C F wo-frame dfference Alessandro Lanza Lug D Sefano

23 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 Alessandro Lanza Lug D Sefano

24 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 Alessandro Lanza Lug D Sefano

25 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 ghosng rsolo Alessandro Lanza Lug D Sefano

26 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 Alessandro Lanza Lug D Sefano

27 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 foreground aperure non rsolo Alessandro Lanza Lug D Sefano

28 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 Alessandro Lanza Lug D Sefano

29 Algorm d Change Deecon - Three-frame dfference rsula 15 soggeo saco non rsolo Alessandro Lanza Lug D Sefano

30 Algorm d Change Deecon - Background subracon 16 s opera come nel caso della wo-frame dfference ma nvece che con l frame precedene l frame correne vene confronao con con un "modello" (un'mmagne) del background della scena: C C ) ) 255 se D ) = d( F ) B ) ) > T = 0 alrmen n parcolare (dsanza basaa sulla norma del veore dfferenza): 255 se D ) = F ) B ) > T = p 0 alrmen B dove: ) = g( F F F ) 1 2 k Alessandro Lanza Lug D Sefano

31 Algorm d Change Deecon - Background subracon (un canale) 17 C ) ) = F ) B ) 255 se D > T = 0 alrmen B D C calcolo dsanza soglaura (T = 9) F Alessandro Lanza Lug D Sefano

32 Algorm d Change Deecon - Background subracon (RGB) 18 C ) = se D alrmen p p p ) = R ) + G ) + B ) p > T R B G CD F dsanza del massmo (p ) D { R G B } = max B Alessandro Lanza Lug D Sefano

33 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 Alessandro Lanza Lug D Sefano

34 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 Alessandro Lanza Lug D Sefano

35 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 ghosng rsolo Alessandro Lanza Lug D Sefano

36 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 Alessandro Lanza Lug D Sefano

37 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 foreground aperure rsolo Alessandro Lanza Lug D Sefano

38 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 Alessandro Lanza Lug D Sefano

39 Algorm d Change Deecon - Background subracon rsula 19 camouflage (fals negav) s ha quando l soggeo presena localmene caraersche (lvello d grgo o colore) sml a quelle del background soosane soggeo saco rsolo Alessandro Lanza Lug D Sefano

40 Algorm d Change Deecon - Tes Vdeo n 2 20 sequenza d 700 frame camponaa a 125 frame/s 320x240 pxel a lvell d grgo ed RGB: Caraersche salen: sogge poco exura ( foreground aperure); emporal frame dfference sogge con ampo range d veloca' ( ghosng + scomparsa); nulzzable assenza d una sequenza nzale prva d sogge d foreground background nalsaon; condzon d llumnazone non sazonare (graduale scurmeno) background updang; sfondo saco. Alessandro Lanza Lug D Sefano

41 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 21 cerchamo d nferre un mmagne (modello) dello sfondo ulzzando prm 100 frame dea: cosruamo sasche emporal (sogramma) per ogn pxel qund esraamo una sma del valore dello sfondo che sa robusa a possbl valor d foreground µ meda m moda M medana Alessandro Lanza Lug D Sefano

42 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 21 µ meda m moda M medana Alessandro Lanza Lug D Sefano

43 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 21 µ meda m moda M medana Alessandro Lanza Lug D Sefano

44 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 21 µ meda m moda M medana Alessandro Lanza Lug D Sefano

45 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 22 meda "blnd" nzalzzazone "blnd": per ogn pxel vene "cecamene" consderaa l'nera sere emporale de valor assun Alessandro Lanza Lug D Sefano

46 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 22 moda "blnd" Alessandro Lanza Lug D Sefano

47 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 22 medana "blnd" Alessandro Lanza Lug D Sefano

48 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 23 nzalzzazone "selecve": per ogn pxel vengono "selevamene" consdera solo valor corrsponden a frame n cu l pxel e' sao voao come apparenene al background (rame emporal frame dfference + elaborazone morfologca) Alessandro Lanza Lug D Sefano

49 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 24 µ meda m moda M medana selecve blnd Alessandro Lanza Lug D Sefano

50 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 25 meda "selecve" Alessandro Lanza Lug D Sefano

51 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 25 moda "selecve" Alessandro Lanza Lug D Sefano

52 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 25 medana "selecve" Alessandro Lanza Lug D Sefano

53 Algorm d Change Deecon - Background nalsaon 26 l background generao puo' qund essere ulzzao per effeuare la background subracon con frame successv anche un leve e graduale cambameno d llumnazone della scena causa la "esplosone" delle maschere d cambameno necessa' d aggornare lo sfondo (background updang) Alessandro Lanza Lug D Sefano

54 Algorm d Change Deecon - B Background updang ) g( F F F ) + 1 = n generale: 1 k anche molo ''grande'' molo usae n quano rappresenano un buon compromesso fra effcaca ed effcenza compuazonale sono le procedure rcorsve: [ ] dove α 01 B + 1 B + 1 ( F ) ) = r B ) n parcolare la procedura cosddea d "alpha-blendng": "blnd": B ( ) ) = α F ) + ( 1 α) B ) ( ) + 1 "selecve": α F ) + ( 1 α) B ) se C ) = 0 = B ) alrmen deo "adapaon rae" (asso d adaameno) esprme la veloca' d adaameno del background a cambamen occorren nella scena. 27 change mask oupu della background subracon elaboraa morfologcamene Alessandro Lanza Lug D Sefano

55 Algorm d Change Deecon - Background updang aggornameno "blnd" con α = l cambameno d llumnazone vene "flrao" uava sccome l background s adaa "cecamene" anche a valor dovu agl ogge d foreground rcompaono soo dverse sembanze problem caraersc della emporal frame dfference (ghosng foreground aperure e scomparsa soggeo saco nfa α = 1 background subracon wo-frame dfference) necessa' d aggornare selevamene Alessandro Lanza Lug D Sefano

56 Algorm d Change Deecon - Background updang aggornameno "selecve" con α = l cambameno d llumnazone vene "flrao" ed problem d ghosng foreground aperure e scomparsa soggeo saco sono rsol. Alessandro Lanza Lug D Sefano

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