Computer vision for aerial applications

Abstract

Το αντικείμενο της επιτήρησης περιοχών για λόγους ασφαλείας αποτελεί ένα κεφαλαιώδους σημασίας ζήτημα για κάθε κρατική οντότητα. Μία από τις βασικές αρχές εκμετάλλευσης πληροφοριών, η συλλογή των οποίων αποτελεί και το κύριο αντικείμενο επιτήρησης, είναι η δυνατότητα έγκαιρης μεταβίβασής τους στα αντίστοιχα όργανα λήψης αποφάσεων. Έχοντας ως φάρο τα παραπάνω, η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή ασχολείται με την ανάπτυξη μίας διάταξης η οποία έχει ως στόχο την αυτόματη ανίχνευση και ιχνηλάτιση οχημάτων, εφαρμόζοντας τεχνικές μηχανικής όρασης σε ροή video που μεταδίδεται σε σχεδόν πραγματικό χρόνο από εναέριες πλατφόρμες επιτήρησης, με εκμετάλλευση των τεχνολογιών 3G/4G της κινητής τηλεφωνίας. Για την υλοποίηση της συγκεκριμένης διάταξης πραγματοποιήθηκε η εκπαίδευση δύο τύπων κατηγοριοποιητών σε εικόνες υψηλής ανάλυσης. Ο πρώτος κατηγοριοποιητής εκπαιδεύτηκε με μηχανή υποστήριξης διανυσμάτων η οποία τροφοδοτήθηκε με απεικονίσεις χαρακτηριστικών σημείων των οχημάτων, που προέκυψαν από τη χρήση Ιστογραμμάτων Βάθμωσης. Ο δεύτερος στηρίζεται στην κατασκευή μίας αλληλουχίας κατηγοριοποιητών που εκπαιδεύονται με εφαρμογή τεχνικών ενίσχυσης αξιοποιώντας απεικονίσεις χαρακτηριστικών σημείων που εξήχθησαν μέσω Τοπικών Δυαδικών Μοτίβων, μετασχηματισμών Haar και Ιστογραμμάτων Βάθμωσης. Στα μοντέλα που προέκυψαν από τις παραπάνω εκπαιδεύσεις, αφού αξιολογήθηκαν, διαπιστώθηκε ότι αυτό με τον κατηγοριοποιητή που εκπαιδεύτηκε με μηχανή υποστήριξης διανυσμάτων κάνοντας χρήση Ιστογραμμάτων Βάθμωσης παρουσίασε τις καλύτερες επιδόσεις σε όλες τις κατηγορίες πλην αυτής του απαιτούμενου χρόνου για την πραγματοποίηση της ανίχνευσης. Λόγω της εφαρμογής του συγκεκριμένου μοντέλου σε video, για την επιτάχυνση της διαδικασίας, συνδυάστηκε με αλγόριθμο ιχνηλάτησης οχημάτων. Επίσης, μετά την πραγματοποίηση μετρήσεων της ταχύτητας μετάδοσης δεδομένων του δικτύου 3G/4G της κινητής τηλεφωνίας σε διαφορετικά σημεία- ύψη - ταχύτητες πτήσης, διαπιστώθηκε ότι αποτελεί μια ρεαλιστική προσέγγιση ο σχεδιασμός εφαρμογών που θέτει τα 512Kbps ως ελάχιστη ταχύτητα δικτύου. Τέλος, αφού λήφθησαν υπόψη οι παραπάνω διαπιστώσεις, πραγματοποιήθηκε επιτυχής δοκιμή ανίχνευσης και ιχνηλάτισης οχημάτων σε ροή video, η οποία μεταδιδόταν σε σχεδόν πραγματικό χρόνο από μία διάταξη Raspberry/κάμερα/USB 4G Stick, προσαρμοσμένη σε Ε/Π και drone. Η συγκεκριμένη δοκιμή αποδεικνύει ότι είναι εφικτή η ανάπτυξη ευέλικτων και χαμηλού κόστους διατάξεων για την επιτήρηση περιοχών από απόσταση.