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Dissertação para obtenção do grau de mestre em Engenharia de Redes de Comunicação e Multimédia Submitted by Sónia Mestre (sonia.mestre@isel.pt) on 2020-06-26T15:20:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_2055.pdf: 22381657 bytes, checksum: ad89bc12dc3098238b962d5d07ef0f51 (MD5) Made available in DSpace on 2020-06-26T15:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_2055.pdf: 22381657 bytes, checksum: ad89bc12dc3098238b962d5d07ef0f51 (MD5) Previous issue date: 2019-04-29 N/A

Este trabalho apresenta um novo método para o rastreamento e contagem de veículos em vídeos de tráfego urbano. Usando técnicas de processamento de imagens e de agrupamentos de partículas, o método proposto usa coerência de movimento e coerência espacial para agrupar partículas, de modo que cada grupo represente veículos nas sequências de vídeo. Uma máscara contendo os objetos do primeiro plano é criada usando os métodos Gaussian Mixture Model e Motion Energy Images para determinar os locais onde as partículas devem ser geradas, e as regiões convexas dos agrupamentos são então analisadas para verificar se correspondem a um veículo. Esta análise leva em consideração a forma convexa dos grupos de partículas (objetos) e a máscara de foreground para realizar a fusão ou divisão dos agrupamentos obtidos. Depois que um veículo é identificado, ele é rastreado utilizando similaridade de histogramas de cor em janelas centradas nas partículas dos agrupamentos. A contagem de veículos acontece em laços virtuais definidos pelo usuário, através da interseção dos veículos rastreados com os laços virtuais. Testes foram realizados utilizando seis diferentes vídeos de tráfego, em um total de 80000 quadros. Os resultados foram comparados com métodos semelhantes disponíveis na literatura, fornecendo, resultados equivalentes ou superiores. This work presents a new method for tracking and counting vehicles in traffic videos. Using techniques of image processing and particle clustering, the proposed method uses motion coherence and spatial adjacency to group particles so that each group represents vehicles in the video sequences. A foreground mask is created using Gaussian Mixture Model and Motion Energy Images to determine the locations where the particles must be generated, and the convex shapes of detecting groups are then analyzed for the potential detection of vehicles. This analysis takes into consideration the convex shape of the particle groups (objects) and the foreground mask to merge or split the obtained groupings. After a vehicle is identified, it is tracked using the similarity of color histograms on windows centered at the particle locations. The vehicle count takes place on userdefined virtual loops, through the intersections of tracked vehicles with the virtual loops. Tests were conducted using six different traffic videos, on a total of 80.000 frames. The results were compared with similar methods available in the literature, providing results equivalent or superior.

Esta dissertação apresenta o desenvolvido de um método, baseado em agrupamento de partículas, para realizar a contagem de veículos em vídeos de tráfego. Tal procedimento é importante em sistemas de tráfego inteligentes, ou como uma ferramenta auxiliar no planejamento de vias urbanas. Utilizando técnicas de processamento de imagens e agrupamento de partículas, o método proposto utiliza-se da coerência de movimento e posição espacial existente entre partículas extraídas das imagens de vídeo para agrupá-las, formando figuras convexas que são analisadas em busca de possíveis veículos. Essa análise leva em consideração a morfologia das figuras convexas e a informação de fundo da imagem, para unir ou dividir os agrupamentos. Após a identificação de um veículo, o mesmo é rastreado utilizando-se similaridade de histograma de cores, aplicado em janelas centradas nas partículas. A contagem dos veículos ocorre em laços virtuais definidos pelo usuário nas pistas desejadas, através da intersecção das figuras convexas rastreadas com estes laços virtuais. Testes foram realizados utilizando-se vídeos de seis cenas diferentes, totalizando 81.000 quadros. Os resultados das contagens de veículos obtidos foram comparados a dois métodos atuais. Um método possui abordagem similar ao método proposto (KIM, 2008), que tenta fixar agrupamentos de partículas em formas elipsoidais. O outro método (SÁNCHEZ et al., 2011) rastreia objetos conectados, quando estes são diferentes do fundo, através da intersecção destes objetos entre quadros adjacentes. Considerando-se o universo total de veículos analisados, 1085 veículos, os resultados obtidos pelo método proposto apresentaram uma diferença absoluta na contagem dos veículos intermediária aos métodos comparativos, 53 veículos contra 66 e 27 para (KIM, 2008) e (SÁNCHEZ et al., 2011) respectivamente, sendo o único método que contou menos veículos que o valor real, enquanto os métodos comparativos contaram veículos além do valor real. O método proposto perde 102 veículos, valor inferior ao método de (SÁNCHEZ et al., 2011), 181, e praticamente o mesmo número que o método de (KIM, 2008), 101. Já os veículos detectados mais de uma vez apresentam valores inferiores para o método proposto, 49, em relação aos métodos comparativos, 167 para (KIM, 2008) e 208 para (SÁNCHEZ et al., 2011). This dissertation presents the developed of a method based on particle group, to conduct the count of vehicles in traffic videos. This procedure is important in intelligent traffic systems, or as an auxiliary tool in the planning of urban streets. Using image processing techniques and grouping of particles, the proposed method uses the coherence of spatial position and movement between particles extracted from the video footage to assemble them into convex figures that are parsed in search of possible vehicles. This analysis takes into account the morphology of convex figures and background information of the image, to merge or split the groups. After the identification of a vehicle, it is tracked using color histogram similarity, applied in Windows centered on particles. The count of vehicles occurs in user-defined virtual loops on the tracks desired, through the intersection of convex figures traced with these virtual loops. Tests were performed using videos of six different scenes, totaling 81,000 frames. The results of vehicle counts obtained were compared to two current methods. A method has similar approach to proposed method (KIM, 2008), which attempts to establish groups of particles in ellipsoidal shapes. The other method (SÁNCHEZ et al., 2011) tracks connected objects, when these are different from the background, through the intersection of these objects between adjacent frames. Considering the total universe of vehicles examined, 1085, the results obtained by the proposed method showed an intermediate absolute difference in counting of vehicles to comparative methods, 53 against 66 and 27 vehicles for (KIM, 2008) and (SÁNCHEZ et al., 2011) respectively. The proposed method is the only one that counted vehicles less than the real value, while comparative methods counted vehicles beyond the real value. The proposed method loses 102 vehicles, lower than value to (SÁNCHEZ et al., 2011), 181, and roughly the same number as the method of (KIM, 2008), 101. The number of vehicles detected more than once are lower for the proposed method in relation to the comparative methods, 49 vehicles against 167 to (Kim, 2008) and 208 to (SANCHEZ et al., 2011).

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2019-03-28T16:01:08Z No. of bitstreams: 1 MARCUS EDUARDO VILLARROEL ZURITA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2009..pdf: 1063373 bytes, checksum: 16afac596e25de04d1f55bf7177aa7dc (MD5) Made available in DSpace on 2019-03-28T16:01:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCUS EDUARDO VILLARROEL ZURITA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2009..pdf: 1063373 bytes, checksum: 16afac596e25de04d1f55bf7177aa7dc (MD5) Previous issue date: 2009-06 Assim como a complexidade dos sistemas digitais tem avançado continuamente ao longo dos anos, a dos dispositivos de lógica programável tem seguido o mesmo ritmo. Os FPGAs contêm atualmente milhões de portas e suas freqüências de operação podem chegar a 600 MHz. Isso os torna capazes de serem utilizados até mesmo na codificação e decodificação de vídeo em tempo real. Ao mesmo tempo, as constantes reduções no custo desses dispositivos aliado ao reduzido tempo de prototipagem em relação ao ASIC equivalente, tornam essa tecnologia FPGA atrativa para prototipagem de sistemas VLSI, auxiliando projetistas a melhor ajustarem e validarem soluções antes da sua fabricação em ASIC, ou mesmo as empregando como solução final para o mercado. Contudo, a complexidade dos sistemas digitais parece aumentar mais rapidamente do que o avanço das técnicas e ferramentas de projeto baseadas em RTL, criando um caminho tortuoso entre a modelagem do sistema (geralmente, um algoritmo C++) e o protótipo final. Este trabalho propõe um fluxo alternativo de projeto para acelerar a prototipagem em FPGA de algoritmos de processamento de vídeo. Baseada nas recentes ferramentas de síntese de alto nível (HLS) disponíveis no mercado, a metodologia estabelece regras gerais para orientar o projetista a implementar em FPGA sistemas descritos em C ou C++, com esforços e tempo de desenvolvimento reduzidos, atingindo ainda assim resultados minimamente satisfatórios. Um estudo de caso utilizando a metodologia proposta é apresentado ao final desse documento, discutindo as dificuldades encontradas e apresentando os resultados práticos obtidos na sua implementação. Como contribuição principal deste trabalho pode-se citar a avaliação da síntese de alto nível no desenvolvimento de sistemas de processamento de vídeo. Os estudos e resultados obtidos indicam um notável avanço das ferramentas de síntese de alto nível atualmente disponíveis no mercado, o que já as torna capazes de serem empregadas no desenvolvimento de sistemas complexos e exigentes, como os sistemas de processamento de vídeo. Adicionalmente, o Catapult, ferramenta de síntese utilizada no fluxo proposto, mostra-se hoje entre as mais poderosas do mercado, sendo adotada por multinacionais como a Panasonic, Siemens, STMicroelectronics, Nokia e a Alcatel. Apesar disso, nenhuma licença desse programa está atualmente atribuída ao Brasil. Desta forma, o trabalho aqui apresentado também contribui fornecendo à academia informações e avaliações independentes sobre esse utilitário. Following the constant increasing complexity of SoC devices, programmable logic devices as FPGA’s now contain millions of logic gates and can operate at speeds close to 600 MHz, enabling their use even for real time video coding and decoding. This increasing of capacity combined with fast prototyping time and relative low-cost for short production cycles makes FPGA’s a very attractive technology for systems validation or even as final market solution. However, the complexity of digital systems seems to increase faster than the advance of design techniques and tools based on RTL, creating a very tortuous path from the system modeling (usually a C++ algorithm) to the final prototype. This document proposes an alternative methodology for accelerating the FPGA prototyping of video processing subsystems for demonstrative purposes. Based on a High-Level Synthesis (HLS) design tool, the alternative design flow establishes the general rules to guide the designer from an algorithm system level C description to its FPGA prototyping, keeping satisfactory results with a minimal effort and development time. A case study using the proposed methodology is presented at the end of this document, discussing the difficulties encountered and showing the practical results obtained during its implementation. As a main contribution of this work we can cite the evaluation of high-level synthesis for the development of video processing systems. The studies and obtained results indicates a remarkable progress of high-level synthesis tools currently available on the market, which already makes them capable of being employed in the development of complex systems, as video processing systems. Additionally, the Catapult, the employed synthesis tool in the proposed flow, is now the most powerful synthesis tool on the market, being used by huge companies such as Panasonic, Siemens, STMicroelectronics, Nokia and Alcatel. Nevertheless, no Catapult licensing is currently assigned to Brazil. Thus, the presented work also contributes providing information and independent evaluations about its utility to the academy.