Het getrainde computeroog spot feilloos bermbommen, maar ook darmkanker

Prof.dr.ir. Peter de With - Video Coding & Architectures

Nog niet zo lang geleden zag de computer videodata slechts als een vlak met gekleurde punten, en had verder geen enkel idee wat er te zien was. Maar dat verandert in rap tempo, onder meer door de technieken van de groep Video Coding & Architectures (VCA) van hoogleraar Peter de With. Denk bijvoorbeeld aan een videosysteem dat potentiële bermbommen herkent, of een systeem dat een bankoverval herkent en direct de politie belt. Maar ook de detectie van mogelijke vergroeiingen die kunnen leiden tot darmkanker.

Bermbommen

De meeste slachtoffers onder NAVO-soldaten vallen door zogenaamde IEDs, Improvised Explosive Devices. Deze ‘knutselbommen’ kunnen overal in verstopt kunnen zitten, dus het is moeilijk om te weten waar je naar moet kijken. De VCA-groep ontwikkelde daarom samen met het spin-off bedrijf ViNotion in opdracht van het ministerie van Defensie een videosysteem dat op (militaire) voertuigen kan worden gemonteerd, en dat heel nauwkeurig de beelden van de weg en de berm vergelijkt met de beelden van de vorige keer dat daar werd gesurveilleerd. Het systeem herkent automatisch alle veranderingen met afmetingen van een Rubik’s Cube of groter, tot een afstand van 40 tot 50 meter. Is er iets verdacht, dan geeft het systeem een waarschuwing, en laat op een monitor zien waar de verdachte objecten zich bevinden. Via de touchscreen monitor kan de bestuurder de camera vervolgens inzoomen, om te zien of het misschien een bom is.

Realtime

Het klinkt logisch, en misschien zelfs gemakkelijk, maar dit is een bijzonder knap staaltje werk. Zo moet de computer van elk opgeslagen beeld weten uit te vinden bij welk eerder opgenomen beeld het hoort, anders kan hij niet nauwkeurig vergelijken. Dat wordt bemoeilijkt doordat de auto nooit op exact dezelfde plek rijdt, dus is het beeld ook telkens net iets anders. Ondanks de enorme rekenkracht die dit alles vergt, moet de computer live de verdachte objecten vinden. De speciaal ontwikkelde algoritmes van De With’s groep slagen hierin, als enige. “Van de zes landen die een project indienden, waren wij de enige met een realtime systeem”, vertelt de hoogleraar, niet zonder trots.

Realtime beeldherkenning is volgens de hoogleraar een sterkte van zijn groep. De With: “In de combinatie van beeldherkenning en realtime, behoort onze groep tot de wereldtop. Er liggen heel slimme, worldclass algoritmes aan ten grondslag. Die algoritmes zijn  vaak gevalideerd met honderdduizenden beelden. Dat is enorm veel, je ziet in onze wereld ook wel eens papers met een validatie van slechts vijftig beelden.” Zijn groep gaat bovendien een stuk verder dan alleen de ontwikkeling van de algoritmes. Ze werkt ook aan de implementatie ervan op hardware of zeer efficiente software, en aan videocompressie.

Overvallen herkennen

Een ander systeem dat levens kan redden, is het overvaldetectiesysteem. Door geavanceerde algoritmes kan de computer op camerabeelden herkennen hoe groot de mate van dreiging is tussen personen, door te kijken naar het gedrag van de bedreiger, maar ook dat van de bedreigde. Het systeem herkent bijvoorbeeld feilloos wanneer een pistool getrokken wordt. Het geeft dan direct een stil alarm af. “Dit bestaat al zes jaar, en nog steeds knipperen mensen met hun ogen als ze het zien”, vertelt De With. “We hebben het live gedemonstreerd op beurzen. Mensen dachten soms dat we de boel belazerden, dat het maar filmpjes waren. Tot ze het zelf voor de camera’s uitprobeerden.” Een product is het echter niet geworden. De With vermoedt dat het komt doordat zijn systeem twee camera’s nodig heeft, en dat is waarschijnlijk te kostbaar. Jammer? “We hebben wel meer op de plank liggen dat niet geïmplementeerd is. Maar dat is in de industrie ook zo. We scoren wat dat betreft nog heel goed.”

Indringers zien

Veel ander werk haalde wel de praktijk, onder meer via het bedrijf ViNotion, een spin-off van de VCA-group, die qua R&D nauw samenwerkt met de TU/e. Bijvoorbeeld de terreinbeveiliging. Dit product herkent middels warmtecamera’s indringers, bij alle weersomstandigheden. 24 uur per dag met de volste concentratie. Wanneer de indringers een virtuele lijn overgaan, die de gebruiker zelf kan bepalen, gaat het alarm af, en kan met camera’s ingezoomd worden. Handig voor surveillance van bijvoorbeeld gebouwen, stations, havens of vliegvelden.

Mensen tellen

Een andere belangrijke toepassing die recent veel is gebruikt, is het tellen en volgen van mensen bij grote evenementen. Dit systeem is ingezet op grote festiviteiten zoals Koninginnedag en het lichtfestival Glow. Dit is nu even goed als met de hand tellen. Door de mensen te volgen kan ook het gedrag worden geanalyseerd. Zo is het mogelijk opstoppingen te herkennen, opstootjes, et cetera.  Een video van ViNotion over dit systeem: http://youtu.be/RZGHsQwqRFQ

Schepen in de haven

Een ander ViNotion-product waar de groep van De With een belangrijke bijdrage aan had, is het schipdetectiesysteem. Middels een videocamera detecteert het systeem schepen. Zelfs kleine speedbootjes, die de radar niet ziet. Na detectie zoomt een andere camera in en leest de naam van het schip op de romp, en berekent de GPS-positie en koers, en geeft die informatie door aan de havenmeester. Radarsystemen kunnen dat niet. Die zien schepen wel, maar geven geen visuele informatie over de grootte en type van het schip.

Gezichten

Ook mooi is het gezichtsherkenningssysteem. Gezichten vinden is stap 1, wat onder meer gebeurt door te zoeken naar huidskleur, want die blijkt vrij uniek. Vervolgens zoekt het systeem de cruciale ruimtelijke kenmerken, zoals oogafstand, onafhankelijk van de gezichtsuitdrukking, en daarna kijkt het naar meer details. In praktijk herkent het systeem in realtime mensen.

Voorstadia van kanker zien

De beeldherkenningstechnieken van De With kunnen ook gebruikt worden om medische beelden te analyseren. Zo loopt er momenteel een project in samenwerking met het Catharina Ziekenhuis Eindhoven waarin algoritmes zijn ontwikkeld die het voorstadium van darmkanker en slokdarmkanker herkennen op basis van endoscoop-beelden. De algoritmes halen inmiddels bijna net zo goede herkenningsscore als medisch specialisten. Die zouden in de toekomst dus wel eens ondersteuning kunnen krijgen van de computer, want het zoeken naar plekken met voorstadia van kanker is geen gemakkelijke taak. Deze presentatie geeft een beeld van het project.

Medisch dossier zelf beheren

Binnen de TU/e is De With de themaleider van het multidisciplinaire gebied Smart Diagnosis. Hij heeft een goed overzicht van de ontwikkelingen op dit gebied en ventileert af en toe zijn mening en ideeën in een column in het blad Bits & Chips. Recent opperde hij dat mensen in de toekomst zelf hun medische dossier kunnen gaan beheren, net zoals ze hun eigen financiële zaken beheren. Dat ondersteund door kleine mobiele apparaten, zoals hartslagmeters of apparaten die automatisch de medicijninname loggen. Hij voorziet een grote toekomst voor dit soort ‘personal health care’ apparaten. De Brainport-regio zou daarop moeten inspelen, vindt de hoogleraar. “We hebben er de klimaat en de infrastructuur voor. Philips heeft zich teruggetrokken uit de consumentenelektronica, maar op deze manier zouden we via de achterdeur tot nog een stukje van die markt kunnen pakken.”

Buitenspel

Niet levensreddend, maar wel belangrijk voor entertainment zijn de videotechnieken gericht op sportbeelden. Als de computer de bal, het veld en de spelers herkent, dan kan ineens van alles. Berekenen hoeveel meter een speler heeft afgelegd, buitenspel herkennen, de afstand van een vrije trap tot de goal, automatisch de doelpunten opsporen, etc. Daarvoor moesten wel wat noten gekraakt worden, want het veld komt altijd vertekend in beeld, vanuit verschillende hoeken, en niet compleet. En dan is een tennisbal ook nog eens een piepklein elementje, dat snel op en neer gaat, en dus moeilijk te zien is. http://vca.ele.tue.nl/demos/tennisanalysis/index.html

Bumperkleven

Voor velen wellicht minder amusant is dat de welbekende flitspalen een stuk slimmer worden, dankzij technologie van de VCA-groep. De With: “Er zat tot voor kort helemaal bijna geen intelligentie in die palen; veel voertuigdetectie gebeurt gewoon met een lus in de weg. In de nieuwe ovalen kasten bevatten technieken van ons en ViNotion. Het systeem ziet en herkent nu ook voertuigen en hun beweging. Daarmee kun je bijvoorbeeld ook gaan kijken naar overtredingen zoals bumperkleven. En flitsen en infrarood is straks niet meer nodig. Dankzij nieuwe algoritmes kan straks alles met omgevingslicht, ook ’s nachts.”

Het lijkt alsof niets verborgen blijft voor de beeldherkenningstechnieken die De With en zijn medewerkers ontwikkelen. Maar er blijven grenzen; sommige ogenschijnlijk simpele dingen zijn nog steeds amper te doen met algoritmes. De With: “Om te zeggen of een object een wit plastic bekertje is, of iets uit een printer, dat blijft heel moeilijk.”

Meer informatie over Peter de With: http://vca.ele.tue.nl/people/deWith.html

Terug naar het overzicht