December
09
DELIVERABLE – M12T1D1/
IWT SBO 2008
2009/12/152021/12/17009/12/152021/12/172009/12/15
Project IWT60851IWT60851
Forensic Biometric Authentication
Department of Electrical Engineering – ESAT/PSI
Dirk Vandermeulen, Thomas Fabry, Dirk SmeetsJohan Van Rompay
Software voor het uitvoeren van lengteschattingen.
Document reference Authors Partners Date Confidential
IWT60851/Error: Reference source not found Johan Van Rompay
K.U.Leuven - ESAT/PSI.U.Leuven - ESAT/PSI
YES
Inhoud
1 Inleiding... 3
2 Radiale distorsie... 4
2.1 Detectie van randen... 4
2.2 Selectie van randen... 5
2.3 Wegwerken van distorsie... 5
3 Bepalen van horizon en vluchtpunten... 6
3.1 Toolbox... 6
3.2 Tekenen van hulplijnen... 7
3.3 Bepalen van vluchtpunten... 8
3.4 Bepalen van horizonlijn en verticaal vluchtpunt...10
4 Lengteschatting... 11
4.1 Toolbox... 11
4.2 Tekenen van referentielengtes...12
4.3 Tekenen van objectlengtes... 13
4.4 Schatting... 14
4.5 Gevraagde nauwkeurigheid...15
4.6 Aantal referentielengtes... 15
5 Andere toepassingsmogelijkheden...17
6 Illustratie : praktijksituatie... 18
1 Inleiding
Het uitvoeren van lengteschattingen is een proces dat erg arbeidsintensief kan zijn. Veel hangt af van de kwaliteit van de beelden, en van de inhoud van de scene.
Gebruik van ongeschikte lenzen en slechte videobanden (bijvoorbeeld door veelvuldig hergebruik) zorgt er soms voor dat de kwaliteit van de opnames ondermaats is. Uiteraard is het veel moeilijker om op dergelijk materiaal betrouwbare schattingen uit te voeren. Omwille van radiale distorsie gaan rechte lijnen in de scene niet langer recht zijn, maar afgebogen. Ook dit gaat de nauwkeurigheid van de schatting beïnvloeden, het is dus belangrijk dat die lensvervorming zoveel mogelijk gecompenseerd wordt alvorens vluchtlijnen en -punten te bepalen, en de schatting uit te voeren.
Niet alleen lensdistorsie bemoeilijkt de schattingen, ook de beschikbare lijnen in het beeld zijn van doorslaggevend belang. Indien er onvoldoende lijnen aanwezig zijn om de nodige vluchtlijnen en -punten te bepalen, dan kunnen er eventueel wel bijkomende opnames gemaakt worden waarbij enkele hulpobjecten in de scene geplaatst worden. Dergelijke manipulaties zijn enkel mogelijk indien de camerapositie ongewijzigd bleef, en wanneer de mogelijkheid bestaat om aanvullend materiaal op te nemen.
Tenslotte zijn de positie van persoon/object ten opzichte van de camera en de grootte ervan in het beeld van heel groot belang. Hoe groter het op te meten object in beeld is, hoe nauwkeuriger de schatting, op voorwaarde dat de camera min of meer op ooghoogte staat. Hoe meer de camera afwijkt van deze positie, hoe moeilijker de schatting wordt.
We illustreren het proces van lengteschattingen met behulp van onderstaande afbeelding.
Figuur 1 : persoon met onbekende lengte
2 Radiale distorsie
Omwille van radiale distorsie gaan rechte lijnen in de scene niet langer recht zijn, maar afgebogen. Ook dit gaat de nauwkeurigheid van de schatting beïnvloeden, het is dus belangrijk dat die lensvervorming zoveel mogelijk gecompenseerd wordt alvorens vluchtlijnen en -punten te bepalen, en de schatting uit te voeren.
2.1 Detectie van randen
De randen in het beeld worden automatisch bepaald.
Figuur 2 : dialoogbox automatische randdetectie
Figuur 3 : automatische randdetectie op een beeld
2.2 Selectie van randen
Na automatische randselectie worden randen geselecteerd waarvan geweten is dat ze in werkelijkheid niet afgebogen maar wel recht zijn.
Figuur 4 : selectie van rechte randen
2.3 Wegwerken van distorsie
Op basis van de geselecteerde randen wordt de distorsie zoveel mogelijk gecompenseerd.
3 Bepalen van horizon en vluchtpunten
Het wegwerken van de distorsie is vaak een iteratief proces waarbij soms lijnen toegevoegd of weggelaten moeten worden. Indien een bevredigend resultaat bekomen wordt, dan kan men overgaan naar de volgende stap : bepalen van de horizon en het verticale vluchtpunt.
3.1 Toolbox
Om de vluchtlijnen en –punten te bepalen maken we gebruik van volgende toolbox :
Figuur 6 : dialoogbox ‘Vanishing Tool’.
In deze box kan men ondermeer de gewenste onzekerheden instellen, en biedt tevens de mogelijkheid om de data te bewaren en in te laden, zodat men indien nodig achteraf nog aanpassingen kan verrichten.
Het gebruik van meerdere verticale vluchtpunten en meerdere horizonlijnen wordt ondersteund.
3.2 Tekenen van hulplijnen
Om het verticale vluchtpunt en de horizonlijn te bepalen hebben we nood aan hulplijnen. Het snijpunt van een set parallelle hulplijnen geeft ons de nodige vluchtpunten. Bij het aanduiden van punten in het beeld geven we onmiddellijk een onzekerheidsellips mee rond de getekende punten. De zekerheid waarmee de punten –waardoor hulplijnen getekend worden- aangeduid kunnen worden, zal een invloed hebben op de nauwkeurigheid van de uiteindelijke hoogteschatting.
Ter illustratie tekenen we hieronder een hulplijn op een voeg tussen tegels op de vloer. De onzekerheids- ellips is hier louter illustratief gekozen, in een echte schatting zou de ellips anders georiënteerd zijn.
Figuur 7 : tekenen van punten waardoor hulplijnen gefit zullen worden
Nadat twee of meerdere punten getekend werden in beeld, kan er een lijn door gefit worden.
Figuur 8 : fitten van lijn door onzekerheidspunten
Informatie over de getekende lijn wordt tevens toegevoegd aan het logvenster in de toolbox.
Figuur 9 : informatie over gefitte lijn wordt getoond in toolbox
De onzekerheidspunten kunnen op elk moment nog aangepast worden met behulp van dialoogboxen :
Figuur 10 : aanpassen onzekerheidspunten
3.3 Bepalen van vluchtpunten
Wanneer een set van hulplijnen getekend is, kunnen vluchtpunten bepaald worden door het snijpunt van de hulplijnen te zoeken.
Figuur 11 : set hulplijnen
Het is mogelijk om een beeld van het snijpunt te tonen, en desgevallend ook op te slaan.
Figuur 12 : vluchtpunt berekend uit set van hulplijnen
Twee vluchtpunten die bepaald worden met behulp van lijnen die parallel lopen met het grondvlak leveren de horizon op, het snijpunt van verticale rechten in het beeld wordt het verticale vluchtpunt genoemd.
Figuur 13 : hulplijnen, nodig voor de bepaling van de horizon en het verticale vluchtpunt
3.4 Bepalen van horizonlijn en verticaal vluchtpunt
Vluchtpunten worden in de toolbox ingevuld onder ‘Intersection Points’.
Door combinatie van twee of meerdere vluchtpunten krijgt men de horizonlijn, het vluchtpunt dat fungeert als verticaal vluchtpunt wordt ook geselecteerd in de lijst.
Tenslotte worden 1 horizonlijn en 1 verticaal vluchtpunt geselecteerd, en die worden opgeslagen in een bestand dat kan ingeladen worden in de ‘Measurement Tool’.
4 Lengteschatting
Vooraleer men een lengteschatting kan doen moet dus eerst het nodige voorbereidingswerk uitgevoerd worden. Wanneer horizon en verticaal vluchtpunt gekend zijn, kan men de schatting aanvatten.
4.1 Toolbox
Figuur 14 : dialoogbox ‘Measurement Tool’
Om te beginnen worden de horizonlijn en het verticale vluchtpunt binnengeladen.
Daarna kan men starten met het tekenen van referentielengtes en het op te meten object.
4.2 Tekenen van referentielengtes
Figuur 15 : tekenen van referentielengtes
Lengteschattingen kunnen gemaakt worden op basis van 1 of meerdere referentielengtes. Meerdere referentielengtes gebruiken kan de nauwkeurigheid van de schatting opdrijven.
De kenmerken van een referentielengte kunnen op ieder moment aangepast worden met behulp van onderstaande box :
4.3 Tekenen van objectlengtes
Figuur 17 : tekenen van objectlengtes
De kenmerken van een objectlengte kunnen op ieder moment aangepast worden met behulp van onderstaande box :
4.4 Schatting
Wanneer referentie- en objectlijnen getekend zijn, dan kan in de toolbox aangeduid worden welke lengtes effectief gebruikt moeten worden voor de schatting.
Figuur 19: selectie van te gebruiken referentielengtes
Figuur 20 : lengteschatting op basis van 3 referentielengtes
4.5 Gevraagde nauwkeurigheid
Men heeft de keuze tussen 6 mogelijke nauwkeurigheden op de schatting :
Figuur 21 : nauwkeurigheid op de schatting Effect op de schatting in het gebruikte voorbeeld :
4.6 Aantal referentielengtes
Door meerdere referentielengtes te gebruiken zal doorgaans de nauwkeurigheid opgedreven kunnen worden.
Figuur 22 : labotest i.v.m. gebruik van meerdere referentielengtes
Bij de illustratie die we totnogtoe gebruikten geeft dit :
Figuur 23 : schatting op basis van 1 referentielengte
Figuur 24 : schatting op basis van 2 referentielengtes
Figuur 25 : schatting op basis van 3 referentielengtes
5 Andere toepassingsmogelijkheden
Het systeem wordt vooral gebruikt voor hoogteschatting, schattingen gemaakt volgens de verticale richting dus. Maar er zijn ook andere toepassingen van het systeem mogelijk :
6 Illustratie : praktijksituatie
Figuur 27 : originele opname
Figuur 28 : automatisch randdetectie
Figuur 30 : compensatie van radiale distorsie
Figuur 31 : hulplijnen voor bepaling van vluchtpunten
Figuur 32 : bepaling van vluchtpunt 1
Figuur 33 : bepaling van vluchtpunt 2
Figuur 34 : bepaling verticaal vluchtpunt
Figuur 35 : referentie- en controlelengtes
Figuur 36 : schatting 1
Figuur 37 : schatting 2
Uit bovenstaande illustratie blijkt duidelijk dat de positie van de persoon ten opzichte van de camera heel belangrijk is. Schattingen zijn doorgaans veel beter indien de camera zich op ooghoogte bevindt, of indien het op te meten object op voldoende afstand van de camera verwijderd is. Indien de camera uit de hoogte kijkt is de schatting veel minder betrouwbaar, ook omdat de beweging en de houding dan veel moeilijker te interpreteren vallen.
