Method of real-time video stream synchronization in the working environment of an apple orchard
Вантажиться...
Дата
2023
Автори
Melnychenko, O.
Мельниченко, О.
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
Monitoring and analyzing the state of harvest in an apple orchard is essential for efficient horticulture. Unmanned aerial
vehicles (UAVs) have been increasingly used for this purpose due to their ability to capture high-resolution images and videos of the
orchard from different perspectives. However, synchronizing the video streams from multiple UAVs in real-time presents a significant
challenge. The traditional controller-worker architecture used for video stream synchronization is prone to latency issues, which can
negatively impact the accuracy of the monitoring system. To address this issue, the authors propose a decentralized method using a
consensus algorithm that allows the group of UAVs to synchronize their video streams in real time without relying on a centralized
controller device. The proposed method also addresses the challenges of limited network connectivity and environmental factors,
such as wind and sunlight. The automated system that utilizes the proposed method was tested in an actual apple orchard. The
experimental results show that the proposed approach achieves real-time video stream synchronization with minimal latency and high
accuracy. As such, the SSIM index varies from 0.79 to 0.92, with an average value of 0.87, and the PSNR index – varies from 22 to
39, which indicates the decent quality of the received information from combined images. Meanwhile, the effectiveness of the
developed system with the proposed approach was proven, which is confirmed by a high average value of 82.69% of the reliability
indicator of detecting and calculating the number of fruit fruits and a low average level of type I (14.67%) and II (18.33%) errors.
Overall, the proposed method provides a more reliable and efficient approach to real-time video stream synchronization in an apple
orchard, which can significantly improve the monitoring and management of apple orchards
Моніторинг та аналіз стану врожайності в яблуневому саду є важливими для здійснення ефективного садівництва. Безпілотні літальні апарати (БПЛА) усе частіше використовуються для цієї мети завдяки їхній здатності знімати зображення та відео високої роздільної здатності саду з різних ракурсів. Однак синхронізація відеопотоків із кількох БПЛА в реальному часі може спричиняти низку технічних проблем. Так, традиційна архітектура управління групою БПЛА під назвою «контролерпрацівник», яка використовується для синхронізації відеопотоку, схильна до проблем із затримкою, що може негативно вплинути на точність системи моніторингу. Тому, для вирішення подібної проблеми, у цій роботі пропонується децентралізований метод із використанням консенсусного алгоритму, який дає змогу групі БПЛА синхронізувати свої відеопотоки в режимі реального часу без огляду на централізований пристрій керування. Запропонований метод також вирішує проблеми обмеженого підключення до мережі та враховує негативний вплив чинників навколишнього середовища, таких як пориви вітру та високу хмарність. Розроблена автоматизована система, що ґрунтується на запропонованому методі, може працювати в середовищах із низьким рівнем підключення та справлятися з проблемами, пов’язаними із чинниками робочого середовища фруктового саду. У результаті проведення експериментальних досліджень над автоматизованою системою встановлено, що запропонований підхід забезпечує синхронізацію відеопотоку в реальному часі з мінімальною затримкою та високою точністю. Зокрема, оцінка синхронізації відеопотоків за індексом SSIM коливається від 0,79 до 0,92 із середнім значенням 0,87, а за індексом PSNR – від 22 до 39, що свідчить про високу ефективність роботи розробленої системи з відеопотоками та високою якістю отриманої інформації з комбінованих зображень. Заразом було доведено ефективність розробленої системи із запропонованим підходом, що підтверджується високим середнім значенням 82,69 % показника достовірності виявлення яблук та низьким середнім рівнем похибок І (14,67 %) та II (18,33 %) роду. Загалом запропонований метод забезпечує більш надійний та ефективний підхід до синхронізації відеопотоку в реальному часі в яблуневому саду, що може значно покращити моніторинг та управління яблуневими садами
Моніторинг та аналіз стану врожайності в яблуневому саду є важливими для здійснення ефективного садівництва. Безпілотні літальні апарати (БПЛА) усе частіше використовуються для цієї мети завдяки їхній здатності знімати зображення та відео високої роздільної здатності саду з різних ракурсів. Однак синхронізація відеопотоків із кількох БПЛА в реальному часі може спричиняти низку технічних проблем. Так, традиційна архітектура управління групою БПЛА під назвою «контролерпрацівник», яка використовується для синхронізації відеопотоку, схильна до проблем із затримкою, що може негативно вплинути на точність системи моніторингу. Тому, для вирішення подібної проблеми, у цій роботі пропонується децентралізований метод із використанням консенсусного алгоритму, який дає змогу групі БПЛА синхронізувати свої відеопотоки в режимі реального часу без огляду на централізований пристрій керування. Запропонований метод також вирішує проблеми обмеженого підключення до мережі та враховує негативний вплив чинників навколишнього середовища, таких як пориви вітру та високу хмарність. Розроблена автоматизована система, що ґрунтується на запропонованому методі, може працювати в середовищах із низьким рівнем підключення та справлятися з проблемами, пов’язаними із чинниками робочого середовища фруктового саду. У результаті проведення експериментальних досліджень над автоматизованою системою встановлено, що запропонований підхід забезпечує синхронізацію відеопотоку в реальному часі з мінімальною затримкою та високою точністю. Зокрема, оцінка синхронізації відеопотоків за індексом SSIM коливається від 0,79 до 0,92 із середнім значенням 0,87, а за індексом PSNR – від 22 до 39, що свідчить про високу ефективність роботи розробленої системи з відеопотоками та високою якістю отриманої інформації з комбінованих зображень. Заразом було доведено ефективність розробленої системи із запропонованим підходом, що підтверджується високим середнім значенням 82,69 % показника достовірності виявлення яблук та низьким середнім рівнем похибок І (14,67 %) та II (18,33 %) роду. Загалом запропонований метод забезпечує більш надійний та ефективний підхід до синхронізації відеопотоку в реальному часі в яблуневому саду, що може значно покращити моніторинг та управління яблуневими садами
Опис
Ключові слова
real-time video stream, synchronization, image stitching, apple orchard, unmanned aerial vehicles, decentralized approach, відеопотік у реальному часі, синхронізація, об’єднання зображень, яблуневий сад, безпілотні літальні апарати, децентралізований підхід.
Бібліографічний опис
Melnychenko O. Method of real-time video stream synchronization in the working environment of an apple orchard / O. Melnychenko // Computer Systems and Information Technologies. – 2023. – No 1. – P. 91-97.