Analyse automatique de la circulation automobile par vidéosurveillance routière

Automatic traffic analysis in video sequences

• Auteur / Autrice : Kannikar Intawong
• Direction : Serge Miguet, Mihaela Scuturici
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/09/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Informatique et Mathématiques
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LIRIS - Laboratoire d'informatique en images et systèmes d'information
• Jury : Président / Présidente : Fatima Boumghar Oulebsir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'aide à la décision

Circulation

Vidéosurveillance

Mots clés libres

Vidéo-surveillance

Détection d’objets en mouvement

Détection des zones entrée-sortie

Mesures de qualité

Video surveillance

Moving objects detection

Detection of input-output zones

Quality measure

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de l’analyse vidéo du trafic routier. Dans certaines grandes villes, des centaines de caméras produisent de très grandes quantités de données, impossible à manipuler sans traitement automatique. Notre principal objectif est d'aider les opérateurs humains en analysant automatiquement les données vidéo. Pour aider les contrôleurs de la circulation à prendre leurs décisions, il est important de connaître en temps réel, l'état du trafic (nombre de véhicules et vitesse des véhicules sur chaque segment de voie), mais aussi de disposer de statistiques temporelles tout au long de la journée, de la semaine, de la saison ou de l'année. Les caméras ont été déployées depuis longtemps pour le trafic et pour d'autres fins de surveillance, car elles fournissent une source d'information riche pour la compréhension humaine. L'analyse vidéo peut désormais apporter une valeur ajoutée aux caméras en extrayant automatiquement des informations pertinentes. De cette façon, la vision par ordinateur et l'analyse vidéo deviennent de plus en plus importantes pour les systèmes de transport intelligents (intelligent transport systems : ITSs). L’une des problématiques abordées dans cette thèse est liée au comptage automatique de véhicules. Pour être utile, un système de surveillance vidéo doit être entièrement automatique et capable de fournir, en temps réel, l'information qui concerne le comportement de l'objet dans la scène. Nous pouvons obtenir ces renseignements sur la détection et le suivi des objets en mouvement dans les vidéos, ce qui a été un domaine largement étudié. Néanmoins, la plupart des systèmes d'analyse automatique par vidéo ont des difficultés à gérer les situations particulières. Aujourd'hui, il existe de nombreux défis à résoudre tels que les occultations entre les différents objets, les arrêts longs, les changements de luminosité, etc… qui conduisent à des trajectoires incomplètes. Dans la chaîne de traitements que nous proposons, nous nous sommes concentrés sur l'extraction automatique de statistiques globales dans les scènes de vidéosurveillance routière. Notre chaîne de traitements est constituée par les étapes suivantes : premièrement, nous avons évalué différentes techniques de segmentation de vidéos et de détection d'objets en mouvement. Nous avons choisi une méthode de segmentation basée sur une version paramétrique du mélange de gaussiennes appliquée sur une hiérarchie de blocs, méthode qui est considérée actuellement comme l'un des meilleurs procédés pour la détection d'objets en mouvement. Nous avons proposé une nouvelle méthodologie pour choisir les valeurs optimales des paramètres d’un algorithme permettant d’améliorer la segmentation d’objets en utilisant des opérations morphologiques. Nous nous sommes intéressés aux différents critères permettant d’évaluer la qualité d’une segmentation, résultant d’un compromis entre une bonne détection des objets en mouvement, et un faible nombre de fausses détections, par exemple causées par des changements d’illumination, des reflets ou des bruits d’acquisition. Deuxièmement, nous effectuons une classification des objets, basée sur les descripteurs de Fourier, et nous utilisons ces descripteurs pour éliminer les objets de type piétons ou autres et ne conserver que les véhicules. Troisièmement, nous utilisons un modèle de mouvement et un descripteur basé sur les couleurs dominantes pour effectuer le suivi des objets extraits. En raison des difficultés mentionnées ci-dessus, nous obtenons des trajectoires incomplètes, qui donneraient une information de comptage erronée si elles étaient exploitées directement. Nous proposons donc d’agréger les données partielles des trajectoires incomplètes et de construire une information globale sur la circulation des véhicules dans la scène. Notre approche permet la détection des points d’entrée et de sortie dans les séquences d’images. Nous avons testé nos algorithmes sur des données privées provenant...

This thesis is written in the context of video traffic analysis. In several big cities, hundreds of cameras produce very large amounts of data, impossible to handle without automatic processing. Our main goal is to help human operators by automatically analyzing video data. To help traffic controllers make decisions, it is important to know the traffic status in real time (number of vehicles and vehicle speed on each path), but also to dispose of traffic statistics along the day, week, season or year. The cameras have been deployed for a long time for traffic and other monitoring purposes, because they provide a rich source of information for human comprehension. Video analysis can automatically extract relevant information. Computer vision and video analysis are becoming more and more important for Intelligent Transport Systems (ITSs). One of the issues addressed in this thesis is related to automatic vehicle counting. In order to be useful, a video surveillance system must be fully automatic and capable of providing, in real time, information concerning the behavior of the objects in the scene. We can get this information by detection and tracking of moving objects in videos, a widely studied field. However, most automated video analysis systems do not easily manage particular situations.Today, there are many challenges to be solved, such as occlusions between different objects, long stops of an object in the scene, luminosity changes, etc., leading to incomplete trajectories of moving objects detected in the scene. We have concentrated our work on the automatic extraction of global statistics in the scenes. Our workflow consists of the following steps: first, we evaluated different methods of video segmentation and detection of moving objects. We have chosen a segmentation method based on a parametric version of the Mixture of Gaussians, applied to a hierarchy of blocks, which is currently considered one of the best methods for the detection of moving objects. We proposed a new methodology to choose the optimal parameter values of an algorithm to improve object segmentation by using morphological operations. We were interested in the different criteria for evaluating the segmentation quality, resulting from a compromise between a good detection of moving objects, and a low number of false detections, for example caused by illumination changes, reflections or acquisition noises. Secondly, we performed an objects classification, based on Fourier descriptors, and we use these descriptors to eliminate pedestrian or other objects and retain only vehicles. Third, we use a motion model and a descriptor based on the dominant colors to track the extracted objects. Because of the difficulties mentioned above, we obtain incomplete trajectories, which, exploited as they are, give incorrect counting information. We therefore proposed to aggregate the partial data of the incomplete trajectories and to construct a global information on the vehicles circulation in the scene. Our approach allows to detect input and output points in image sequences. We tested our algorithms on private data from the traffic control center in Chiang Mai City, Thailand, as well as on MIT public video data. On this last dataset, we compared the performance of our algorithms with previously published articles using the same data. In several situations, we illustrate the improvements made by our method in terms of location of input / output zones, and in terms of vehicle counting.