Algoritmo paralelo para ‘principal component pursuit’ en la arquitectura cuda con casos de estudio orientados a seguridad ciudadana y de ayuda a personas discapacitadas

Investigadores

RODRÍGUEZ VALDERRAMA, Paul Antonio

Unidad

Departamento de Ingeniería

Fuentes de financiamiento

Fondo para la Innovación, Ciencia y Tecnología (FINCyT)

Año

2013

Recientemente se ha propuesto el método Principal Component Pursuit (PCP) [2,3] como una alternativa robusta (ante datos irregulares) a técnicas mas tradicionales (p.e. Principal Component Analysis [7] y técnicas derivadas). PCP es exitosamente usado para segmentar automáticamente objetos en movimiento del fondo (objetos estáticos) en aplicaciones médicas [26] y en seguridad ciudadana [4,8,27,29], entre otras aplicaciones [5,6,28,33,34]. Sin embargo, vía los algoritmos existentes [1,2,3,4,6,29,30], el costo computacional de PCP es muy elevado y no permite aplicaciones practicas en tiempo real, p.e. análisis de imágenes aéreas de alta resolución orientado a seguridad ciudadana [27,36,39]. Este proyecto propone desarrollar un nuevo algoritmo paralelo, computacionalmente eficiente, para el computo de PCP y aplicaciones, teniendo especial énfasis en el modelo de programación SIMT o CUDA [25]. Se destaca que en [21], artículo escrito por el investigador principal, aceptado en ICIP’13 [22], se plantean las ideas base del nuevo algoritmo. Además se proponen dos casos de estudio: Segmentación automática en tiempo real de objetos en movimiento en vídeos digitales (1920×1080 pixel, 30 cuadros por seg.) grabados desde un UAV (Unmanned aerial vehicle), orientado a seguridad ciudadana (conteo de vehiculos, personas y ciclistas), y desde una silla de ruedas instrumentada; el segundo caso está relacionado al proyecto Coalas [13] de la Entidad Asociada (universidad francesa Esigelec).

Objetivos

1.Desarrollar un nuevo algoritmo paralelo, computacionalmente eficiente, para el computo de Principal Component Pursuit y aplicaciones, con énfasis en el modelo de programación CUDA (Compute Unified Device Architecture). Desarrollo de dos casos de estudio, relacionados a seguridad ciudadana y al proyecto Coalas [13] (de la Entidad Asociada).

Resultados

1.Tres publicaciones en conferencias internacionales arbitrada

1.Una librería flexible y robusta, capaz de solucionar una variedad de problemas prácticos basados en Principal Componenet Pursuit.

1.Implementación de dos casos de estudio análisis de videos de flujo vehicular en tiempo real registrados desde un UAV (Unmanned aerial vehicle). Se orienta a seguridad ciudadana: segmentar y contar automáticamente en tiempo real los objetos en movimiento (vehículos, personas y ciclistas). * análisis de vídeos registrados desde una silla de ruedas instrumentada (relacionado el proyecto Coalas [13] de la Entidad Asociada). Se orienta a la segmentación de personas (objetos móviles).

1.Reconocimiento internacional CUDA Research Center por la compañia Nvidia

2.Nuevo algoritmo paralelo para solucionar el problema Principal Component Pursuit (el algoritmo estará basado en [21], documento científico escrito por el investigador principal, aceptado en ICIP’

2.Nuevo algoritmo de alineamiento de imágenes basado en el nuevo algoritmo paralelo del resultado anterior.

3.Desarrollo de una librería base que permita enlazar programas escritos en C/C++ con * programas que utilizan la tecnología CUDA programas que utilizan la librería ffmpeg (permite leer vídeos en formato digitales de modo directo.

3.Implementación en lenguaje C/C++ de la versión serializada de Principal Component Pursuit o PCP.

3.Implementación en lenguaje C/C++ de la versión serializada del algoritmo de alineamiento de imágenes basado en PCP

3.Implementación en lenguaje C/C++ de la versión paralela de Principal Component Pursuit o PCP que utiliza la tecnologia CIUDA.

3.mplementación en lenguaje C/C++ de la versión paralela de alineamiento de imágenes basado en PCP CIUDA.

4. Creación de una base de datos

4.Análisis de los vídeos en tiempo real (tiempo de procesamiento requerido para generar los resultados es menor o igual a la duración del vídeo original.

4.Una publicación en base a los resultados obtenidos

5.Base de datos (vídeos registrados desde una silla de ruedas instrumentada)

5.Análisis de los vídeos

5.Evaluación de potencial integración de resultados al proyecto Coala

Publicación en base a los resultados obtenidos.

Impacto

La tecnología desarrollada en el presente proyecto posibilita el uso de Principal Component Pursuit (PCP) en aplicaciones tiempo real para vídeos full-HD. Cabe señalar que PCP es considerado el estado del arte [52] para segmentar automáticamente objetos en movimiento del fondo (objetos estáticos) en aplicaciones médicas [26] y de seguridad ciudadana [4,8,27,29]. Generación de publicaciones científicas en conferencias internacionales (al menos tres) y revistas arbitradas e indexadas (al menos una), en el área de procesamiento de señales digitales. El desarrollo de los dos casos de estudio tienen la potencialidad de convertirse en soluciones tecnológicas innovadoras para (i) seguridad ciudadana (p.e. el entendimiento del comportamiento y características de del tránsito, que son datos necesarios para el planeamiento de calles y avenidas o carreteras) y (ii) para el proyecto Coalas [13], el cual apunta a afrontar el creciente problema de personas discapacitados en Europa.

Si los casos de estudio evolucionan y se conviertan en aplicaciones per se, existen dos posibles impactos económicos: (i) en relación a seguridad ciudadana, los posibles consumidores del servicio prestado (conteo automático del número de vehículos, peatones y ciclistas para lograr el entendimiento del comportamiento y características del transito en avenidas) serían Municipalidades o entidades del Estado; en este caso, el grupo beneficiado sería aquel que está circunscrito a dicha institución estatal. (ii) en relación al proyecto Coalas [13], si los resultados del presente proyecto son adoptados por [13] en su solución final, sería posible obtener un porcentaje en las regalías del (posible) producto comercial derivado; en este caso, el grupo beneficiado serian personas discapacitadas. En ambos caso, el indicador de sostenibilidad sería el número de servicios prestados o unidades vendidas en un lapso de tiempo a determinarse

Si el estudio orientado a seguridad ciudadana se convierta en una aplicación per se y sea adoptada por Municipalidades u otros organismos, su impacto social abarcaría a las personas circunscritas a dicha institución. Adicionalmente, debido a su naturaleza móvil (registro de vídeo desde un UAV) la tecnología desarrollada podría adaptarse para reconocer (de modo automático) o ayudar a la evaluación de embotellamientos (transito), manifestaciones (de personas), etc. Si los resultados del segundo caso de estudio son adoptados por el proyecto Coalas [13] (que apunta a afrontar el creciente problema de personas discapacitados en Europa), el impacto social del presente proyecto beneficiaría a dicho grupo. Adicionalmente, dicha tecnología podría ser adaptada y utilizada a la realidad peruana. Un impacto social derivado es la formación de jóvenes investigadores: El equipo técnico esta formado por recientes graduados del posgrado (maestría) así como por alumnos de maestría y pregrado.

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