Σχεδιασμός, Ανάπτυξη και Αξιολόγηση Μοντέλων Εμφάνισης
 με Εφαρμογή στην Οπτική Παρακολούθηση

Τσιρώνης, Βασίλειος; Tsironis, Vasileios

dc.contributor.author	Τσιρώνης, Βασίλειος	el
dc.contributor.author	Tsironis, Vasileios	en
dc.date.accessioned	2018-03-19T11:17:37Z
dc.date.available	2018-03-19T11:17:37Z
dc.date.issued	2018-03-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46722
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8102
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μαθηματική Προτυποποίηση σε Σύγχρονες Τεχνολογίες και στα Χρηματοοικονομικά”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοντέλα Εμφάνισης	el
dc.subject	Όραση Υπολογιστών	el
dc.subject	Περιγραφείς	el
dc.subject	Οπτική Παρακολούθηση	el
dc.subject	Μοντελοποίηση Αντικειμένων	el
dc.subject	Appearance Models	en
dc.subject	Computer Vision	el
dc.subject	Descriptors	el
dc.subject	Visual Tracking	el
dc.subject	Color Spaces	el
dc.title	Σχεδιασμός, Ανάπτυξη και Αξιολόγηση Μοντέλων Εμφάνισης με Εφαρμογή στην Οπτική Παρακολούθηση	el
dc.title	Design, Implementation and Validation of Appearance Models for Visual Tracking	en
dc.contributor.department	Remote Sensing Laboratory NTUA	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΚΑΙ ΟΡΑΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ	el
heal.classification	ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ	el
heal.classification	PERCEPTION AND COMPUTER VISION	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/12c1c913dbe758d67c4c509a6768bdbc7905830c
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/29f3834f510e2fcbee2fcce329a355775dd48e27
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/12c1c913dbe758d67c4c509a6768bdbc7905830c
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-01
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια στην επιστήμη της Όρασης Υπολογιστών έχει πραγματοποιηθεί αξιοσημείωτη πρόοδος σε πολλά επιμέρους πεδία, επιτρέποντας την επιτυχημένη υλοποίηση πολλών εφαρμογών με σημαντική πολυπλοκότητα. Σε πολλές από αυτές τις εφαρμογές χρησιμοποιούνται μοντέλα που περιγράφουν χωρικά και φασματικά την εμφάνιση των αντικειμένων ενδιαφέροντος, όπως μοντέλα εμφάνισης ανθρώπων. Η παρούσα εργασία επικεντρώθηκε αρχικά στην βιβλιογραφική έρευνα για τα μοντέλα εμφάνισης, τη χρησιμότητα και αξιοποίησή τους, καθώς και την ανάπτυξη και αξιολόγηση πρωτότυπων μοντέλων εμφάνισης για την περιγραφή ανθρώπων ή αντικειμένων. Όσον αφορά το πρώτο σκέλος, γίνεται ρητή αναφορά σε πολλαπλές δυνατές κατηγοριοποιήσεις των μοντέλων εμφάνισης τόσο βάσει της διαχωριστικής τους ικανότητας, όσο και βάσει της μεθοδολογίας που ακολουθούν για να περιγράψουν την εκάστοτε εμφάνιση. Επιπλέον, παρουσιάζονται διάφορες και ποικίλες εφαρμογές των μοντέλων εμφάνισης, όπως αυτές συναντώνται στη βιβλιογραφία, ενώ αναπτύσσεται ένα στιβαρό πλαίσιο τόσο για το θεωρητικό υπόβαθρο για τις μεθοδολογίες που αξιοποιεί πιθανώς ένα μοντέλο, όσο και για την αξιολόγηση των μοντέλων εμφάνισης. Στο δεύτερο σκέλος παρουσιάζονται τρία πρωτότυπα μοντέλα εμφάνισης. Ως εφαρμογή αναφοράς των συγκεκριμένων μοντέλων επιλέγεται η οπτική παρακολούθηση (visual tracking), γεγονός που απαιτεί από τα αναπτυχθέντα μοντέλα να παρουσιάζουν υψηλή διακριτική ικανότητα μεταξύ ομοειδών αντικειμένων. Το κύριο μοντέλο που αναπτύσσεται βασίζεται στην περιγραφή της εμφάνισης του ανθρώπου (ή του εκάστοτε αντικειμένου) τόσο με τη χρήση της χρωματικής πληροφορίας, όσο και με την ενσωμάτωση χωρικών στοιχείων στην περιγραφή. Η αναπαράσταση της χρωματικής πληροφορίας στον κατάλληλο χώρο χρώματος (CIELab) είναι κρίσιμη καθώς απαιτείται, θεωρητικά, η ομοιομορφία των χρωματικοτήτων. Η χωρική πληροφορία ενσωματώνεται στην περιγραφή υπό την έννοια της γραμμικής χωρικής αναφοράς που δίνεται σε κάθε στοιχείο ομοιόμορφης χρωματικής πληροφορίας. Τελικά, το αποτέλεσμα της άνωθεν περιγραφής δεν είναι παρά ένα 3Δ νέφος σημείων σε ένα 3Δ χώρο που δη-μιουργείται από 2 χρωματικές και μία χωρική συνιστώσα. Τα έτερα δύο μοντέλα που αναπτύχθηκαν αποτελούν παραλλαγές του αρχικού ώστε να προκύπτει τελικά ένας διανυσματικός περιγραφέας. Το μεν χρησιμοποιεί κατάλληλη χωρική διαμέριση και την έννοια του χρωματικού μέσου για να παραγάγει ένα σχετικά περιορισμένου μήκους διάνυσμα περιγραφής, ενώ το δε στηρίζεται στη διαμέριση του πλήρους 3Δ χώρου, με διαφορετικά εύρη κβάντισης, όμως, για τη χωρική και τις χρωματικές συνιστώσες. Τελικά και στις δύο περιπτώσεις προκύπτει μία διανυσματική περιγραφή της εμφάνισης του εκάστοτε ανθρώπου, γεγονός που καθιστά τα δύο αυτά μοντέλα ως άμεσα αξιοποιήσιμα και εφαρμόσιμα σε αλγορίθμους οπτικής παρακολούθησης, σε αντίθεση με το πρώτο (μη διανυσματικό) μοντέλο που αναπτύχθηκε. Το τελευταίο κομμάτι της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας αποτελούν η αξιολόγηση των μοντέλων και η εξαγωγή ειδικότερων και γενικότερων συμπερασμάτων. Όσον αφορά την αξιολόγηση ακολουθείται μία ιεραρχική δομή πειραμάτων με κλιμακούμενη πολυπλοκότητα. Τελικά τα μοντέλα δοκιμάζονται σε ένα πραγματικό σύστημα οπτικής παρακολούθησης πολλαπλών αντικειμένων με τα αποτελέσματα να αναδεικνύουν τη σημαντικότητα των μοντέλων. Η μεθοδολογία της αξιολόγησης στηρίζεται σε ευρέως χρησιμοποιούμενες μετρικές σφάλματος για την περίπτωση των διανυσματικών περιγραφέων, ενώ για το πρωταρχικό μοντέλο αναπτύσσεται μία σειρά μετρικών ώστε να αντιμετωπισθεί η (μη διανυσματική) φύση του ως 3Δ σημειοσυνόλου. Στο τελευταίο κεφάλαιο εξάγονται συμπεράσματα τόσο για την άμεση χρησιμότητα των μοντέλων εμφάνισης όσο και για τις μελλοντικές κατευθύνσεις του κλάδου.	el
heal.abstract	Appearance modelling constitutes a critical part of many modern Computer Vision (CV) algorithms. Appearance Models can be found in various forms in the literature and are usually the main submodule of various CV procedures and algorithms, e.g. in Object Recognition and Detection algorithms or in Visual Tracking systems (of both single and multiple objects). This thesis discusses two main topics; first a research part about the types and the integration of the appearance models in a variety of algorithms and applications. Second, the design, development and evaluation of prototype models for human (in most cases) appearance description. In the first part of the thesis, several possible categorizations of appearance models are presented. Two main types of categorizations are dominant; the one based on the discriminative ability of the models and the other one based on the principal features upon which each model is based. Furthermore, a selection of applications using diverse types of appearance models is presented based on bibliography. Finally, the theoretical background of both methodologies behind the appearance models and their respective evaluation criteria are thoroughly presented. The second part of the thesis, on the other hand, discusses the design, implementation and evaluation of three prototype appearance models. The reference application for these models is visual tracking with emphasis on multiple pedestrian tracking that requires a high intra-object discriminative ability for the models. The main model, namely “ab-Y”, is based on modelling both the spectral and spatial features of an object. The spectral representation is implemented on the CIELab color space mainly due to its uniformity abilities. The resulting descriptor con-sists of a 3D point cloud where each point is described using two spectral and one spatial component. That descriptor, however, is not easily applicable due to its non-vectorized nature. Thus, two more appearance models were developed to address this issue. The first one, namely “Levels”, is based on the quantization of the spatial component followed by an aggregation method for the remaining two spectral components. The resulting description vector is characterized by its limited length and high information compression. The second, namely “Voxels”, uses a binary description vector that models the binary density of the “ab-Y” point cloud quantizing both the spectral and spatial components. Both models are far easier to reclaim and could potentially be used as a “plug-and-play” component in most visual tracking systems. In the final two chapters, all three developed appearance models are evaluated in a series of tests of escalating difficulty and complexity using both qualitative and quantitative criteria. The final test is their integration in a real-world multiple object tracking system where their real potential and advantages-disadvantages are discovered. From these tests certain assumptions are extracted and extensively discussed. Finally, a discussion about further work and, in general, further future scientific progress takes place.	en
heal.advisorName	Κωνσταντίνος, Καράντζαλος	el
heal.committeeMemberName	Κωνσταντίνος, Καράντζαλος	el
heal.committeeMemberName	Γεώργιος, Καρράς	el
heal.committeeMemberName	Δημήτριος, Αργιαλάς	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	106 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true