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고정 카메라에서의 시공간적 경계 정보를 이용한 이동 객체 윤곽선 검출 방법
Moving Object Contour Detection Using Spatio-Temporal Edge with a Fixed Camera 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.15 no.4, 2010년, pp.474 - 486  

곽재호 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과) ,  김회율 (한양대학교 전자컴퓨터통신공학과)

초록
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본 논문에서는 시간적, 공간적 경계 정보를 이용한 이동 객체의 윤곽선 검출 방법을 제안한다. 일반적으로 이동 객체의 경우 객체의 윤곽선(contour)을 구성하는 경계(edge) 픽셀에서 시간 축과 공간 축을 중심으로 큰 변화량(gradient)을 가진다. 따라서 시간 축과 공간 축을 중심으로 변화량이 큰 경계 픽셀을 구하면 이동 객체의 윤곽선을 검출할 수 있다. 본 논문에서는 임의의 픽셀에 대하여 시간 축을 중심으로 한 경계 정보를 구하기 위해 Temporal Edge라는 새로운 형태의 변화량 계산 방법을 제안한다. Temporal Edge는 시간 t와, t-2에서 입력된 두 그레이 스케일 영상의 차를 시간 축을 기준으로 x방향, y방향으로 Sobel Mask를 적용하여 구한다. 검출된 Temporal Edge를 이용하여 이동 객체의 윤곽선이 존재하는 후보 영역을 검출하고, 검출된 후보 영역을 중심으로 공간적 경계 정보를 구하여 이동 객체의 대강의 윤곽선을 검출 한다. 후처리 과정에서 검출된 대강의 윤곽선으로부터 배경 경계와 노이즈 픽셀을 제거한 후 최종적으로 이동 객체의 윤곽선을 검출한다. 제안한 방법은 기존의 배경 차 방법과는 다르게 별도의 배경 영상을 만들지 않기 때문에 배경 차 방법이 가지는 문제점을 극복하였으며, 빠른 연산 속도로 실시간 적용이 가능하다. 실험을 통하여 야간에도 강인한 윤곽선을 검출할 수 있음을 확인하였고, 엔트로피 방법과의 비교를 통해 제안하는 방법의 우수성을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a new method for detection moving object contour using spatial and temporal edge. In general, contour pixels of the moving object are likely present around pixels with high gradient value along the time axis and the spatial axis. Therefore, we can detect the contour of the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 시간적, 공간적 경계 정보를 이용한 이동 객체 윤곽선 검출 방법을 제안 하였다. 제안한 방법은 시간 t와 t-2에서 입력되는 영상을 이용하여 시간적 경계 정보를 추출하였으며, 시간 t에서 입력되는 영상에서 Canny Edge를 검출하여 공간적 경계 정보로 활용하였다.
  • 배경 영상을 활용하는 방법과는 달리 시공간적 경계 정보만을 추출하기 때문에 별도의 배경 이미지를 만들지 않아 배경 영상법이 가지고 있는 단점을 효율적으로 극복할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 장점을 활용하여 시공간 경계정보를 이용한 이동물체 검출 방법을 제안한다. 본 논문에서는 임의의 픽셀에 대하여 시간 축을 중심으로 한시간적 경계 정보를 구하기 위해 Temporal Edge라는 새로운 형태의 변화량 계산 방법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 이러한 장점을 활용하여 시공간 경계정보를 이용한 이동물체 검출 방법을 제안한다. 본 논문에서는 임의의 픽셀에 대하여 시간 축을 중심으로 한시간적 경계 정보를 구하기 위해 Temporal Edge라는 새로운 형태의 변화량 계산 방법을 제안한다. Temporal Edge는 시간 t와, t-2에서 입력된 두 그레이 스케일 영상의 차를 시간 축을 기준으로 x방향, y방향으로 Sobel Mask를 적용하여 구한다.
  • 본 논문은 시간적 경계 정보를 검출하기 위해 새로운 변화량 계산 방법인 Temporal Edge를 제안했다는 점에서 그의의가 있다고 하겠다. 시간 t를 중심으로 한 3개의 이미지와 차 영상만으로 구성되어 연산속도가 매우 빨라 실시간 응용이 가능하다.
  • 서론에서 우리는 배경 영상을 사용하는 기존 방법에 대해 잔상효과의 문제점을 지적 했었다. 즉, 배경 영상을 사용하는 기존 방법의 경우 아주 천천히 움직이는 객체나 오랜 시간 정지해 있는 객체는 배경으로 포함되어 모델링 되고 이후 이 객체가 다시 움직일 경우 배경 영상에 잔상으로 남아 있게 되어 이동 객체로 잘못 검출되는 문제가 있다.
  • 시공간적 경계 정보 추출은 1989년대부터 많이 연구된 분야이야. 여기에서는 시공간적 경계 정보를 추출하는 다양한 방법들에 대해 고찰하고자 한다.

가설 설정

  • 1에서 추출한 Temporal Edge #를 활용한다. 서론에서 우리는 이동 객체의 윤곽선을 구성하는 픽셀의 경우 시간적, 공간적 축을 중심으로 높은 변화량(gradient)을 가진다고 가정했었다. Ⅲ.
  • 그림 6은 이동 객체에 대한 대강의 윤곽선 검출 결과이다. 서론에서 우리는, 이동 객체의 윤곽선은 공간적으로나 시간적으로 변화량이 큰 부분에 존재 한다고 가정했었다. 그림 6에서 보듯이 이동 객체에 대한 대강의 윤곽선이 Temporal Edge와 Spatial Edge가 동시에 큰 부분에서 검출 됨에 따라 이 가정이 정당함을 확인 할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지능형 영상 보안 시스템이란 무엇인가? 최근 늘어나는 강력 범죄로 인하여 보안에 대한 요구가 증가함에 따라 CCTV나 카메라와 같은 영상 장비를 활용한 지능형 영상 보안 시스템의 개발이 중요한 연구 분야로 대두되고 있다[1]. 지능형 영상 보안 시스템이란 영상 장비로부터 입력되는 영상으로부터 이동 객체의 정보를 자동으로 추출하고, 이 정보를 바탕으로 이동 객체의 움직임 정보나 이동 경로를 자동으로 검출하여 비정상적인 행위에 대해서 경보를 알려 줌으로써 인간을 대신하여 감시 역할을 수행할 수 있는 자동화 된 시스템을 말한다. 지능형 영상 보안 시스템의 가장 기본이 되는 기능은 영상 장비로부터 입력되는 영상에서 자동으로 이동 객체를 검출하는 것이다.
이동 객체의 특징은 무엇인가? 본 논문에서는 시간적, 공간적 경계 정보를 이용한 이동 객체의 윤곽선 검출 방법을 제안한다. 일반적으로 이동 객체의 경우 객체의 윤곽선(contour)을 구성하는 경계(edge) 픽셀에서 시간 축과 공간 축을 중심으로 큰 변화량(gradient)을 가진다. 따라서 시간 축과 공간 축을 중심으로 변화량이 큰 경계 픽셀을 구하면 이동 객체의 윤곽선을 검출할 수 있다.
배경 영상 차 방법의 단점은 무엇인가? 외부 조명의 변화가 심하지 않은 상황에서 배경 영상이 잘 유추 되었을 경우 이 방법은 뛰어난 검출 결과를 보인다. 그러나 자연광이나 인공조명등의 외부 요인에 의해 갑작스러운 조명 변화가 있을 경우 신뢰성 있는 배경 영상이 생성되기 어렵기 때문에 검출 성능이 저하된다는 단점이 있다. 신뢰성 있는 배경을 유추하기 위해서는 다양한 형태의 부가적인 연산이 포함되게 되고 결국 많은 연산 량을 필요로 하게 되므로 속도가 느려진다는 단점도 있다. 또한 배경 영상 유추 단계에서, 장시간 정지 상태에 있는 객체의 경우 배경 영상으로 간주되어 배경 영상이 만들어 지며, 이객체가 다시 움직일 경우 객체가 배경으로 모델링 된 부분이 잘못 검출되는 잔상효과가 나타난다. 잔상효과는 배경 차이 기법이 가지고 있는 가장 큰 문제 중에 하나이다.
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참고문헌 (11)

  1. 유장희, 문기영, 조현숙, "지능형 영상보안 기술현황 및 동향", 전자통신동향분석, 제23권, 제4호, pp.80-88, 2008년, 8월 

  2. I. Hariataoglu, D. Harwood, and L. Davis, "W4: A real time surveillance of people and their activities," Proc. IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 22, no. 8, pp. 809-830, 2000 

  3. C. Stauffer and W. Grimson, "Adaptive background mixture models for real-time tracking," Proc. Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 246-252, 1999 

  4. A. Elgammal, D. Harwood, and L.S. Davis, "Non-parametric model for background subtraction," Proc. European Conference Computer Vision, vol. 2, pp. 751-767, 2000 

  5. A. N. Stein and M. Herbert, "Local Detection of Occlusion Boundaries in Video," IVC(27), No. 5, 2 pp. 514-522, 2009 

  6. S. H. Kim, "A Novel Approach to Moving Edge Detection Using Cross Entropy," GVIP05, pp. 21-24, 2005 

  7. W. Chen and N. Nandhakumar, "A Simple scheme for motion boundary detection," Proc. IEEE Inter Conf. on Systems, Man and Cybernetics. 1994. 

  8. S. Suzuki and J. Sklansky, "Extracting nonrigid moving objects by temporal edges," Proc. IEEE Inter Conf. on Pattern Recognition, pp. 69-73, 1992 

  9. J. H. Duncan and T. C. Chou, "Temporal edges: the detection of motion and the computation of optical flow," University of Maryland, Center for Automation Research, CAR-Tech. Rep.-362, 1988 

  10. C. H. Hayden, R. C. Gonzalez, and A. Ploysongsang, "A temporal edge-based image segmentor," PR(20), No. 3, pp. 281-290, 1987 

  11. Canny, J., "A Computational Approach To Edge Detection," Proc. IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 8, pp. 679-714, 1986 

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