Místo UFO raroh velký. FEL ČVUT s ETH Curych vyvíjí metodu na rekonstrukci rozmazaných objektů

Na záběrech z dronu z roku 2016 byl v americkém státě Utah zachycen neznámý, rychle letící objekt a řada lidí od té doby žila v domnění, že jde o UFO. Pět let poté, 4. června tohoto roku, se podařilo prokázat, že šlo ve skutečnosti o sokolovitého ptáka raroha velkého. K vyvrácení hypotézy o UFO přispěla podrobná analýza dostupných záběrů s pomocí metody DeFMO. Za speciálním algoritmem, který z jednoho rozmazaného obrázku dokáže zrekonstruovat původní objekt, stojí výzkumník Denys Rozumnyi z Fakulty elektrotechnické ČVUT (FEL). 

Absolvent Fakulty elektrotechnické ČVUT Denys Rozumnyi začal svůj výzkum rozvíjet již před pěti roky během bakalářského studia na FEL a pokračuje v něm i při současném doktorském studiu na nejlepší evropské technické univerzitě ETH Curych. Pod vedením odborníka na počítačové vidění, prof. Jiřího Matase z FEL ČVUT, začínal s detekcí rychle se pohybujících objektů. Následně přidal výpočet trajektorie a nakonec rekonstrukci, resp. doostření, rozmazaného pohybujícího se objektu. „Díky mému působení na ČVUT FEL a ETH Zurich jsem dokázal spojit dva světy – detekci rychlých objektů a jejich 3D rekonstrukci,” říká Denys Rozumnyi.

„Hlavní využití, na které jsme při vývoji metody DeFMO mysleli, jsou v dopravě nebo sportu. Cílem je naučit autonomní vozidla reagovat na náhlá nebezpečí nebo třeba odhalit rychlost podání nebo rotaci míčku v tenise nebo ve fotbale,” popisuje původní motivaci absolvent FEL ČVUT. Využití při identifikaci UFO autora metody nenapadlo, ale to patří k základnímu výzkumu, že najde uplatnění v nečekaných aplikacích a kontextech. „Kód je veřejně dostupný, takže metodu může použít kdokoli,” dodává Denys Rozumnyi.

K určení objektu stačí pouhý jeden snímek

Metoda funguje na bázi strojového učení. Trénink probíhá tak, že ostrý obrázek je nejprve synteticky rozmazán. Následně se algoritmus v daném počtu iterací snaží obrázek rekonstruovat a odstranit rozmazání tak, aby se výsledek co nejlépe přiblížil originálu. Jakmile se algoritmus naučí objekty dostatečně dobře rekonstruovat, je schopný rozmazané obrázky velmi přesvědčivě “doostřit” dokonce v reálném čase. Fascinující je, že metoda nepotřebuje na vstupu video nebo více snímků. Algoritmu stačí pouhý jeden snímek! Rozmazání objektu na snímku je způsobené pohybem, a proto je možné zpětně zrekonstruovat trajektorii objektu i objekt samotný.

https://lh4.googleusercontent.com/CcN5v67XyT34EGCUQFAL10Ek7FGSyIR9l2PmA8plX5foFWLrW-FIendhhHHaUBi9-18HjhCVgn7QyXUAcbb1alEAI3LkAv8htr5v5e486A8zB5hSAoh0ccNhQq9TG96zreAtoG3c

Výsledky výzkumného projektu, na kterém se vedle ETH Curych podílí Fakulta elektrotechnická ČVUT, prezentoval Denys Rozumnyi 25. června na nejlepší oborové konferenci v oboru informačních technologií – CVPR (Conference on Computer Vision and Pattern Recognition). Doostřením jednoho snímku to ale nekončí. Ve spolupráci se špičkovými vědci ze švýcarské univerzity ETH, Fakulty elektrotechnické ČVUT a Akademie věd ČR posouvá Denys Rozumnyi metodu k větší dokonalosti. Už teď jeho algoritmy umí rozmazaný objekt rekonstruovat do 3D modelu.

A co dál? „Další směr výzkumu je využít několik snímků. Pro nás to znamená mnohem více informací. Uvidíme pohybující se objekt z několika úhlů a uvidíme, jak se hýbe. To je pro 3D rekonstrukci zásadní,” říká Denys Rozumnyi o dalších plánech.

Revoluční metoda je ve fázi základního výzkumu. Zdrojový kód je ale otevřený a na případu s UFO vidíme první příklad použití v praxi. Pro chytré algoritmy může najít uplatnění kdokoliv další a spolupráce firem jako Google a Microsoft na výzkumu nasazení metod v praxi určitě urychlí. Výzkumník říká: „Z videa s 30 snímky za sekundu už teď dokážeme udělat 1000 snímků za sekundu.” Zdá se, že doba, kdy každý z nás bude mít v kapse “vysokorychlostní” kameru, není daleko.

Další informace najdete zde:

video: https://youtu.be/pmAynZvaaQ4

zdrojový kód: https://github.com/rozumden/DeFMO

tweet: https://twitter.com/DRozumnyi/status/1400803693709172739

Samostatná Fakulta elektrotechnická ČVUT vznikla v roce 1950. V dnešní době se skládá ze 17 kateder umístěných ve dvou budovách: v rámci hlavního kampusu ČVUT v Dejvicích a v naší historické budově na Karlově náměstí. Fakulta elektrotechnická poskytuje prvotřídní vzdělání v oblasti elektrotechniky a informatiky, elektroniky, telekomunikací, automatického řízení, kybernetiky a počítačového inženýrství. Fakulta se dlouhodobě řadí mezi prvních pět výzkumných institucí v České republice. Produkuje přibližně 30% výzkumných výsledků celého ČVUT a má navázanou rozsáhlou vědeckou spolupráci se špičkovými světovými univerzitami i výzkumnými ústavy. Od roku 1950 Fakulta elektrotechnická vydala cca 30 000 diplomů, které byly vždy vysoce hodnoceny jako doklad prvotřídního vzdělání. Více informací najdete na http://www.fel.cvut.cz.


České vysoké učení technické v Praze patří k největším a nejstarším technickým vysokým školám v Evropě. Podle Metodiky 2017+ je nejlepší českou technikou ve skupině hodnocených technických vysokých škol. V současné době má ČVUT osm fakult (stavební, strojní, elektrotechnická, jaderná a fyzikálně inženýrská, architektury, dopravní, biomedicínského inženýrství, informačních technologií). Studuje na něm přes 17 800 studentů. Pro akademický rok 2021/22 nabízí ČVUT svým studentům 227 akreditovaných studijních programů a z toho 94 v cizím jazyce. ČVUT vychovává odborníky v oblasti techniky, vědce a manažery se znalostí cizích jazyků, kteří jsou dynamičtí, flexibilní a dokáží se rychle přizpůsobovat požadavkům trhu. Podle výsledků takzvaného škálování všech výzkumných organizací dle Metodiky 2017+, které schválila na konci března 2021 Rada pro výzkum, vývoj a inovace, bylo ČVUT hodnoceno ve skupině pěti technických vysokých škol a obdrželo nejvyšší hodnocení stupněm A. ČVUT v Praze je v současné době na následujících pozicích podle žebříčku QS World University Rankings, který hodnotil 1604 univerzit po celém světě. V celosvětovém žebříčku QS World University Rankings je ČVUT na 432. místě a na 12. pozici v regionálním hodnocení „Emerging Europe and Central Asia“. V rámci hodnocení pro „Engineering – Civil and Structural“ je ČVUT mezi 151. – 200. místem, v oblasti „Engineering – Mechanical“ na 201. – 250. místě, u „Engineering – Electrical“ na 201. až 250. pozici. V oblasti „Physics and Astronomy“ na 201. až 250. místě, „Natural Sciences“ jsou na 254. příčce. V oblasti „Computer Science and Information Systems“ je na 201. – 250. místě, v oblasti „Material Sciences“ na 301. až 350. místě, v oblasti „Mathematics“ na 351. až 400. místě a v oblasti „Engineering and Technology“ je ČVUT na 221. místě.