Um novo sistema para rastreamento visual automático de cupins

Abstract

Rastreamento simultâneo de muitos objetos é necessário nos casos de investigação do comportamento de organismos vivos, principalmente insetos [1]. Os métodos atuais apresentam dificuldades em registrar com precisão este tipo de comportamento e/ou são de alto custo monetário[2-4].      O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um algoritmo e uma ferramenta computacional capaz de registrar com precisão o movimento simultâneo de dezenas de insetos.      Foi desenvolvido um novo método a partir da combinação de técnicas de estimação de fundo e iluminação, operações de morfologia matemática e rastreamento usando critério de minimização da distância global. No início é estimado o fundo estático por meio da criação de um modelo da iluminação do ambiente com o uso de cálculo da entropia local. O fundo estimado é subtraído do valor de luminância de todos os quadros do vídeo. Após uma limiarização das imagens, é aplicada uma série de operações morfológicas com o objetivo de segmentar somente os insetos, e são registrados os componentes conectados que representam os insetos. A posição de cada elemento é registrada e a cada um determinado intervalo de tempo, a critério do usuário, é calculada a trajetória dos insetos. O algoritmo de rastreamento escolhe a configuração que minimiza a distância global, ou seja, a soma de todas as trajetórias.      O sistema proposto foi testado em setup de experimentos realizados no campo da biologia comportamental de insetos, especificamente, cupins. Foram utilizados vídeos de cupins em condições experimentais de iluminação infravermelha. O movimento dos cupins registrado pelo sistema e diversos parâmetros foram calculados, entre número total, número de cupins entrando e saindo da arena, velocidade, tempo na arena, distância percorrida e tamanho dos cupins. A Figura 1 apresenta algumas destas medidas: (1a) o número de cupins que entraram ou saíram da arena ao longo do tempo; (1b) a velocidade média dos cupins em a cada trecho de 10 segundos dos vídeos. Em ambas figuras são apresentados resultados para dois vídeos em situações comportamentais diferentes, início e meio do experimento comportamental. Os resultados foram satisfatórios, correspondendo aos valores esperados e apresentando o nível de precisão necessário para a área.      Foi desenvolvida ainda uma intuitiva interface gráfica para usuários a fim de facilitar a operação de usuários não especializados na área em computação, com controle sobre diversos parâmetros da execução (Fig. 2).      Os resultados como um todo sugerem que o novo sistema auxiliará pesquisadores no registro de comportamento animal e resultará em uma grande economia em tempo de registro manual [...]