Hintergrundsubtraktion mit PTZ-Kameras

Abstract

Die Hintergrundsubtraktion ist eine bekannte Technik zur Erkennung von Vordergrundobjekten in Videodaten, die durch Subtraktion des Hintergrundmodells vom Kamerabild die Vordergrundobjekte extrahiert. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Hintergrundsubtraktion in PTZ-Kameras (eng. Pan-Tilt-Zoom cameras). Das entwickelte Verfahren verwendet ein sphärisches Hintergrundmodell, aus dem die Sicht eines beliebigen Winkels gesehen vom Standpunkt der Kamera aus hergeleitet werden kann. Das sphärische Hintergrundmodell ermöglicht es, den umgebenden Raum der Kamera vollständig zu modellieren. Daraus resultieren Vorteile hinsichtlich Speicherbedarf und Flexibilität im Vergleich zu anderen Lösungsansätzen. Ein weiterer Vorteil ist das einfache Erstellen von Panoramabildern. Andere Lösungsansätze werden im Kapitel "Verwandte Arbeiten" näher beschrieben. PTZ-Kameras liefern meist Bilder mit Bewegungsunschärfe. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Einsatzmöglichkeiten des Deblurring-Verfahrens in Hintergrundsubtraktion mit PTZ-Kameras untersucht. Es wird vorgeschlagen die Degradationsfunktion (eng. Point Spread Function, PSF) aus den optischen Flüssen der Bilder zu berechnen. Für das aktuelle Kamerabild wird das entsprechende Hintergrundmodell mithilfe der Bildregistrierung unter Verwendung von "SURF"-Merkmalen ermittelt. Um die Abbildung zwischen dem Hintergrundmodell und dem aktuellen Kamerabild zu ermöglichen, wird die Kartenprojektion "Rektangularprojektion" benutzt, welche die Oberfläche einer Kugel auf eine 2D Fläche überträgt.

Background subtraction is a well known technique for recognizing foreground objects in digital video, in which the background image is subtracted from the camera frame to reveal foreground objects. The goal of the thesis is the development of a new background subtraction method suitable for PTZ (Pan-Tilt-Zoom) cameras. The proposed method uses a spherical background model from which the camera view at any angle can be generated. The ability to model the camera surroundings completely creates advantages in terms of memory usage and flexibility. In addition, the background model can be used to easily create panorama views with PTZ cameras. Related works and their shortcomings are discussed in detail in Chapter "Verwandte Arbeiten". PTZ cameras often create videos with blurring effects. The thesis proposes the use of a deblurring technique as a solution, in which the PSF (Point Spread Function) is calculated from the optical flow of the frames. To find the background model corresponding to the current camera frame, image registration technique based on SURF properties is used. The relation between the current camera view and the background is created using the Equirectangular Projection, which projects the surface of a spherical body on a 2D surface.