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서베일런스에서 회선 신경망 기술을 이용한 사람 추적 기법
Human Tracking Technology using Convolutional Neural Network in Visual Surveillance 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.15 no.2, 2017년, pp.173 - 181  

강성관 (인하대학교 정보공학과) ,  천상훈 (인천재능대학교 정보통신과)

초록
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본 논문에서는 현재와 이전의 영상 프레임 뿐 만 아니라 영상의 축척과 이전 위치에 주어진 객체의 비율과 위치 추정에 대한 학습 문제로서 사람 추적 문제를 다룬다. 본 논문에서는 회선 신경망 분류기를 이용한 사람 검출방법을 제안한다. 제안하는 방법은 신경망을 정규화하고 검출 작업을 위한 특징 표현을 자동으로 최적화함으로써 사람 검출의 정확성을 향상시킨다. 제안하는 방법에서는 감시 영상 시스템에서 실시간 영상이 들어오면 제일 먼저 위치를 추정하는 작업을 수행하기 위하여 회선신경망을 학습시킨다. 기존의 다른 학습 방법과 달리 회선신경망은 두쌍의 연속된 영상 프레임으로부터 공간적이고 시간적인 특징을 모두 공동으로 학습시킨다. 회선 신경망에 의해 학습된 특징을 이용하는 SVM 분류기의 정확성은 회선 신경망의 정확성과 일치한다. 이것은 자동적으로 최적화된 특징의 중요성을 확인시켜 준다. 그러나, 회선 신경망을 이용한 사람 객체의 분류에 대한 계산 시간은 사용된 특징의 타입과 관계없이 SVM의 것보다 약 40분의 1정도로 작다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we have studied tracking as a training stage of considering the position and the scale of a person given its previous position, scale, as well as next and forward image fraction. Unlike other learning methods, CNN is thereby learning combines both time and spatial features from the im...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본장에서는 기존에 연구되었던 사람 검출 방법을 설명하고 이동-가변적인 사람 객체, 방해물이 있는 배경 등에 강인한 결과를 보이는 다양한 사람 검출 연구들을 분석하여 문제점 및 개선 방향을 제시한다. 그리고 본 논문에서 제안하는 방법 및 사람 추적 시스템의 구조에 대하여 설명한다.
  • 또한 신경망 시뮬레이터로 거의 폭넓게 사용된 회선 신경망의 구현의 부족함 등이 있었는데 이러한 것들은 다른 분류기에 비해서 회선 신경망을 조직적으로 연구하는 그룹들이 적었기 때문이다[7]. 따라서, 본 논문에서는 최근 사람 검출 시스템에서 가장 범용적인 분류기인 SVM과 잘 제어된 회선 신경망의 성능 비교 결과를 제안한다.
  • 마지막으로, 분류 단계는 사람 모양과 일치하는 후보들의 집합 안에 있는 영역들을 식별하는 것을 목표로 한다. 분류기는 주어진 영역과 관련된 특징 벡터를 입력으로 받아들이고, 전형적으로 그러한 영역이 사람을 포함하는 영역인지 아닌지를 가리키는 이진 레이블을 산출한다.
  • 실험에서는 회선 신경망에 대한 최대 마진 학습의 중요성을 평가하고 또한 서로 다른 특징 표현을 이용하는 SVM 분류기와 비교한다. 본 논문에서는 다양하게 변화하는 실시간 동영상에 대하여 제안하는 회선신경망 추적기에 대하여 실험을 진행하였다. 실험은 서로 다른 환경하에서 강인함과 알고리즘의 몇 가지 요소의 성능을 평가하기 위하여 설계된 두 부분으로 나뉘어진다.
  • 본 논문에서는 사람 검출 시스템에서 분류기로서 회선 신경망의 사용을 제안하고 평가하였다. 실험 결과로부터 가장 중요한 결론은 검출 작업에 자동적으로 최적화된 좋은 특징들이 높은 정확도의 검출을 위하여 필수적 이라는 것이다.
  • 본 논문에서는 실시간 영상에 대하여 회선 신경망 기술이 기존의 SVM과 비교하여 더 우수한 검출 정확성을 나타낸다는 것을 보인다. 회선 신경망 기술이 기존의 연구들에서 정면 사람 검출에 대하여 성공적으로 수행되었는데, 이것은 변화가 심한 자연 환경에서 윤곽선 정보를 필요로 하는 객체 검출을 위한 응용에 대한 뛰어난 기술이다.
  • 추적에 있어서 기존의 회선신경망 적용의 방해 요소는 인식이나 검출 작업에는 적합하지만 추적 작업에는 부적당한 이동-불변적인 구조를 가지고 있다는 것이다[11]. 본 논문에서는 이동-가변적인 구조를 가지는 회선신경망 추적기를 설계하고 구현한다. 그러한 구조는 회선신경망 모델이 검출기로부터 추적기로 전환되도록 하는 핵심 역할을 수행한다.
  • 회선 신경망 기술이 기존의 연구들에서 정면 사람 검출에 대하여 성공적으로 수행되었는데, 이것은 변화가 심한 자연 환경에서 윤곽선 정보를 필요로 하는 객체 검출을 위한 응용에 대한 뛰어난 기술이다. 본 논문에서는 학습 과정에 있어서 회선 신경망과 SVM의 두드러진 차이점을 적용함에 의하여 회선 신경망의 일반화 능력을 향상시키는 방법을 제안하고 회선 신경망에 의해 추출된 특징을 가지고 SVM을 훈련시킴으로써 회선 신경망과 SVM의 본질적 결합을 평가한다. 이러한 융합적 SVM의 정확성이 기본 회선 신경망의 정확성보다 더 높을 지라도 그것은 단지 정규화 된 회선 신경망의 정확성과 거의 일치한다[8].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실시간 감시 영상에서 침입탐지는 어떻게 발전하고 있는가? 실시간 감시 영상에서 침입탐지는 특정 지역의 접근 보안을 위하여 사람의 영상정보를 이용한 사람 검출 및 추적 시스템을 개발하는 것으로 발전하고 있다. 그러한 시스템에서 신뢰성 있는 사람 검출은 영상정보를 사용하는 모든 요소의 기반이 되며, 해당 정보를 이용한 여러 가지 응용에 사용되어지므로, 정확한 사람 객체의 검출 및 추적이 필요하다.
객체 추적은 어디에서 근본적인 문제인가? 객체 추적은 컴퓨터 비전에서 근본적인 문제이다. 색상 기반 방법과 동작 주체 기반과 같은 기존의 특징 기반 방법들은 추적 대상의 단순한 모델을 유지시키고 모델을 과도하게 적응시킴에 의하여 객체 추적을 수행한다[3][4].
사람 영상 정보를 이용한 보안에 많은 필요성이 증가되고, 국내외적으로 수요가 급증하는 이유는? 실시간 감시 영상에서 침입탐지는 특정 지역의 접근 보안을 위하여 사람의 영상정보를 이용한 사람 검출 및 추적 시스템을 개발하는 것으로 발전하고 있다. 그러한 시스템에서 신뢰성 있는 사람 검출은 영상정보를 사용하는 모든 요소의 기반이 되며, 해당 정보를 이용한 여러 가지 응용에 사용되어지므로, 정확한 사람 객체의 검출 및 추적이 필요하다. 이러한 이유로, 현재 사람 영상 정보를 이용한 보안에 많은 필요성이 증가되고, 국내외적으로 수요가 급증하고 있는 추세이다.
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참고문헌 (15)

  1. Y. Li, H. Ai, T. Yamashita, S. Lao, and M. Kawade, "Tracking in low frame rate video: A cascade particle filter with discriminative observers of different life spans," IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., Vol. 30, No. 10, pp. 1728-1740, Oct. 2008. 

  2. D. Ramanan, D. A. Forsyth, and A. Zisserman, "Tracking people by learning their appearance," IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., Vol. 29, No. 1, pp. 65-81, Jan. 2007. 

  3. B. Wu and R. Nevatia, "Detection and tracking of multiple, partially occluded humans by Bayesian combination of edgelet based part detectors,"Int. J. Comput. Vis., Vol. 75, No. 2, pp. 247-266, Nov. 2007. 

  4. C. Papageorgiou, T. Evgeniou, and T. Poggio, "A trainable pedestrian detection system," in Proc. Intelligent Vehicle Symposium IV'98, Stuttgart,Germany, Oct. 1998. 

  5. D. Valentin, H. Abdi, A. J. Otoole, and G. W. Cottrell, "Connectionist Models of Face Processing: A Survey", Pattern Recognition, Vol. 27, pp. 1209-1230, 1994. 

  6. L. Zhao and C. Thorpe, "Stereo and neural network-based pedestrian detection," IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol. 1, No. 3, pp. 148-154, Sept. 2000. 

  7. D. A. Ross, J. Lim, R.-S. Lin, and M.-H. Yang, "Incremental learning for robust visual tracking," Int. J. Comput. Vis., Vol. 77, No. 1-3, pp. 125-141, May 2008. 

  8. P. Viola, M. Jones, and D. Snow, "Detecting pedestrians using patterns of motion and appearance," in Proc. IEEE International Conference on Computer Vision, ICCV 2003, Nice, France, Oct. 2003. 

  9. A. Shashua, Y. Gdalyahu, and G. Hayun, "Pedestrian detection for driving assistance systems: Single-frame classification and system level performance," in Proc. IEEE Intelligent Vehicle Symposium, IV 2004, Parma, Italy, June 2004. 

  10. A. Broggi, A. Fascioli, M. Carletti, T. Graf, and M. Meinecke, "A ultiresolution approach for infrared vision-based pedestrian detection," in Proc. IEEE Intelligent Vehicle Symposium, IV 2004, Parma, Italy, June 2004. 

  11. J. Fan, M. Yang, and Y. Wu, "A bi-subspace model for robust visual tracking," in Proc. IEEE Int. Conf. Image Process., San Diego, CA, pp. 2660-2663, Oct. 2008, 

  12. Zhai. Yujia, "Stable Tracking Control to a Non-linear Process Via Neural Network Model", International Conference on Convergence Technology, Vol. 5, No. 4, pp.163-169, 2014. 

  13. Nipon. Theera-Umpon,Lee. Sanghyuk, "Similarity Measure Design on High Dimensional Data", International Conference on Convergence Technology, Vol. 4, No. 1, pp.43-48, 2013. 

  14. Sunghyuck Hong, "New Authentication Methods based on User's Behavior Big Data Analysis on Cloud", Journal of Convergence Society for SMB, Vol. 6, No. 4, pp.31-36, 2016. 

  15. Hyung-Song Shin, Kyun-Tak Kim , Kyu-Jin Lee, Kye-San Lee, "A study on Scalable Video Coding Signals Transmission using inter-layer Differential OVSF code allocation scheme in MC-CDMA", Journal of Convergence Society for SMB, Vol. 6, No. 3, pp.49-55, 2016. 

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