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움직임 정보를 이용한 근접 돼지 분리와 추적 검증
Touching Pigs Segmentation and Tracking Verification Using Motion Information 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on software and data engineering. 소프트웨어 및 데이터 공학, v.7 no.4, 2018년, pp.135 - 144  

박창현 (고려대학교 컴퓨터정보학과) ,  사재원 (고려대학교 컴퓨터정보학과) ,  김희곤 (고려대학교 컴퓨터정보학과) ,  정용화 (고려대학교 컴퓨터정보학과) ,  박대희 (고려대학교 컴퓨터정보학과) ,  김학재 ((주)클래스액트)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

좁은 공간에 돼지들을 밀집 사육하는 구조가 대부분인 국내 돈사의 환경은 구제역과 같은 전염병 확산에 취약하다. 이러한 밀집 사육의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 감시 카메라를 활용한 돈사 내 개별 돼지들의 행동을 자동으로 분석하는 연구가 진행 되고 있다. 그러나 공격행동 등 복잡한 상황에서 개별 돼지들을 추적하기 위해서는 근접한 돼지들에 대한 올바른 분리가 우선적으로 수행되어야 하지만, 정확도가 떨어지는 키넥트 카메라의 깊이 정보를 이용할 경우 돼지들 간의 경계선이 정확히 추출되지 않는다는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 움직임 정보를 활용하여 근접 돼지를 분리하는 방법을 제안한다. 또한, 제안된 방법은 혼잡한 돈방에서 개별 돼지를 추적하는 경우 추적 오류를 탐지하는 문제에도 적용될 수 있다. 실험 결과, 실제 돈사에서 획득한 두 개의 근접 돼지 시퀀스에 대하여 86%의 정확도로 분리 가능함을 확인하였고, 객체 추적에 대한 검증을 통하여 식별 번호가 잘못 부여된 객체를 정확히 탐지할 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The domestic pigsty environment is highly vulnerable to the spread of respiratory diseases such as foot-and-mouth disease because of the small space. In order to manage this issue, a variety of studies have been conducted to automatically analyze behavior of individual pigs in a pig pen through a vi...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 먼저, 근접한 두 마리 돼지를 분리하기 위해서 두 돼지가 붙기 이전 3개 프레임에서의 위치를 통해 현재 프레임에서의 해당 돼지가 위치할 영역을 예측하고, 예측한 영역을 근거로 근접 돼지를 분리한다. 또한, 객체 추적에 대한 검증을 위하여 현재 프레임에서 개별 돼지들의 예측된 중심 좌표 주변 식별 정보 분포를 확인함으로써 객체 추적이 정상적으로 수행되었는지 확인할 수 있다.
  • 본 논문에서는 근접하는 집단 돼지를 개별 돼지로 분리하기 위하여 폐쇄된 돈방 내의 움직임 정보를 활용함으로써 근접 돼지를 분리하는 방법을 제안한다. 즉, 과거의 움직임 정보를 사용하여 현재 움직임을 계산하고, 이를 근거로 근접한 개별 돼지들의 현재 위치를 예측하여 근접 돼지를 분리한다.
  • 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 움직임 정보를 사용하여 다음 움직임을 예측하고, 예측한 정보를 기반으로 근접해 있는 두 마리 돼지를 분리하는 방법과 이를 확장하여 추적 오류를 탐지하는 방법을 제안하였다. 실험 결과, 공격 행동에 해당하는 대표적인 두 개의 근접 돼지 시퀀스에 대해서 평균 86%의 정확도로 분리가 가능하고, 관리자가 접근하면서 많은 돼지들이 같은 방향으로 빠르게 이동하는 시퀀스에 대하여오탐지없이 추적 오류를 탐지할 수 있음을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 돈방의 천장에 저가의 키넥트 카메라를 설치한 후, 획득된 비디오 데이터를 분석하여 24시간 개별 돼지에 대한 관리를 최종 목표로 한다. 그러나 키넥트의 RGB 정보는 조명과 그림자의 변화에 취약한 문제점이 있기 때문에,이러한 문제점을 해결하기 위하여 깊이 정보를 이용한다[9-11].

가설 설정

  • 본 연구에서는 다수의 이유자돈(생후 25일령)들이 한 달 동안 폐쇄된 돈방에서 관리되는 환경을 가정한다. 따라서 두 마리의 돼지가 근접하기 전에는 각각의 개별 돼지로 분리되어 있고, 정확히 추적 되고 있다고 가정할 수 있다. 제안 방법에서 사용되는 정보는 이전 프레임에서의 객체 좌표를 통해 얻은 움직임 정보이다.
  • 본 연구에서는 다수의 이유자돈(생후 25일령)들이 한 달 동안 폐쇄된 돈방에서 관리되는 환경을 가정한다. 따라서 두 마리의 돼지가 근접하기 전에는 각각의 개별 돼지로 분리되어 있고, 정확히 추적 되고 있다고 가정할 수 있다.
  • 먼저 가장 간단한 추적 방법인 중심점 기반 추적기[5,17]를이용하여 돈방 내 13마리 돼지에 대한 추적 결과에 대한 검증을 진행하였다. 사용된 비디오 시퀀스는 관리자가 접근하면서 많은 돼지들이 놀라 서로 부딪치면서 빠르게 위에서 아래로 내려왔다가 다시 위로 올라가는 움직임을 보이는 400개 프레임 분량이고, 개별 돼지는 분리되었다고 가정한다. 먼저 움직임 정보를 이용하여 객체에 대한 현재 위치를 예측하였고, 현재 위치 예측을 사용한 객체 추적 검증을 통하여 객체의 식별 번호에 대한 확인을 수행하였다.
  • 우선 첫 번째 돼지는 빨간색, 두 번째 돼지는 파란색의 고유한 색을 가지고 있다고 가정하고, Fig. 4B와 같이 예측한 두 영역을 탐지된 근접 돼지 영역과 비교한다. 이후 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
감시 카메라를 활용한 돈사 내 개별 돼지들의 행동을 자동으로 분석하는 연구는 어떤 문제를 해결하기 위한 방법인가? 좁은 공간에 돼지들을 밀집 사육하는 구조가 대부분인 국내 돈사의 환경은 구제역과 같은 전염병 확산에 취약하다. 이러한 밀집 사육의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 감시 카메라를 활용한 돈사 내 개별 돼지들의 행동을 자동으로 분석하는 연구가 진행 되고 있다.
워터쉐드 기법은 무엇을 분석하는 기법인가? 근접 객체를 분리하는 대표적인 방법으로는 영역 확장 기반의 워터쉐드 기법[12, 13]과 클러스터링 기반의 K-평균 기법[14, 15]이있다. 워터쉐드 기법은 영상의 픽셀 값을 하나의 지형으로 간주하여 영상에서 나타나는 2차원의 지형의 높낮이를 분석한다. 영상 내 2차원 지형에 물방울을 떨어뜨려 지형의 골짜기(valley)를 채웠을 때 하나의 윤곽선으로 둘러싸인 물웅덩이를 기반으로 근접한 객체의 영역을 분리한다.
근접 객체를 분리하는 대표적인 방법에는 무엇이 있는가? 즉, 탐지된 돼지가 근접하게 되면 2마리의 객체가 1마리의 객체로 인식될 수 있는데, 24시간 개별 돼지 추적을 위해서는 근접한 돼지를 개별로 반드시 분리해주어야 한다. 근접 객체를 분리하는 대표적인 방법으로는 영역 확장 기반의 워터쉐드 기법[12, 13]과 클러스터링 기반의 K-평균 기법[14, 15]이있다. 워터쉐드 기법은 영상의 픽셀 값을 하나의 지형으로 간주하여 영상에서 나타나는 2차원의 지형의 높낮이를 분석한다.
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참고문헌 (19)

  1. Y. Chung, S. Oh, J. Lee, D. Park, H. -H. Chang, and S. Kim, "Automatic Detection and Recognition of Pig Wasting Diseases Using Sound Data in Audio Surveillance Systems," Sensors, Vol.13, No.10, pp.12929-12942, 2013. 

  2. I. Camerlink, S. P. Turner, W. W. Ursinus, I. Reimert, and J. E. Bolhuis, "Aggression and Affiliation during Social Conflict in Pigs," PLoS ONE, Vol.9, No.11, pp.e113502, 2014. 

  3. L. Jin, S. Zuo, J. Lee, D. Park, and Y. Chung, "Aggressive Behavior Detection of Weaning Pigs," in Proc. of the KSII Fall Conference, pp.325-326, 2014. 

  4. J. Lee, L. Jin, D. Park, and Y. Chung, "Automatic Recognition of Aggressive Behavior in Pigs by using a Kinect Depth Sensor," Sensors, Vol.16, No.5, p.631, 2016. 

  5. S. Zuo, L. Jin, Y. Chung, and D. Park, "An Index Algorithm for Tracking Pigs in Pigsty," in Proc. of ICITMS, pp.797-803, 2014. 

  6. J. Sa, S. Han, S. Lee, H. Kim, S. Lee, Y. Chung, and D. Park, "Image Segmentation of Adjoining Pigs Using Spatio-Temporal Information," KIPS Tr. Software and Data Eng., Vol.4, No.10, pp.473-478, 2015. 

  7. M. Ju, H. Baek, J. Sa, H. Kim, Y. Chung, and D. Park, "Real-Time Pig Segmentation for Individual Pig Monitoring in a Weaning Pig Room," J. of Korea Multimedia Society, Vol.19, No.2, pp.215-223, 2016. 

  8. H. Baek, Y. Chung, M. Ju, Y. Chung, D. Park, and H. Kim, "Pig Segmentation using Concave Points and Edge Information," J. of Korea Multimedia Society, Vol.19, No.8, pp.1361-1370, 2016. 

  9. J. Choi, J. Lee, Y. Chung, and D. Park, "Individual Pig Detection Using Kinect Depth Information," KIPS Tr. Comp. and Comm. Sys., Vol.5, No.10, pp.319-326, 2016. 

  10. J. Choi, J. Lee, Y. Chung, and D. Park, "Individual Pig Detection using Fast Region-based Convolution Neural Network," J. of Korea Multimedia Society, Vol.20, No.2, pp.216-224, 2017. 

  11. J. Kim, Y. Chung, Y. Choi, J. Sa, H. Kim, Y. Chung, D. Park, and H. Kim, "Depth-based Detection of Standing-Pigs in Moving Noise Environments," Sensors, Vol.17, pp.2757, 2017. 

  12. S. Lee, K. Kim, and T. Yoon, "Individual Tooth Image Segmentation by Watershed Algorithm," Trans. Korean Inst. Elect. Eng., Vol.59, No.1, pp.210-216, 2010. 

  13. C. Koyuncu, S. Arslan, I. Durmaz, R. Cetin-Atalay, and C. Gunduz-Demir, "Smart Markers for Watershed-Based Cell Segmentation," PLoS one, Vol.7, No.11, pp.e48664, 2012. 

  14. G. Kim, G. Lee, and S. Lee, "An Edge Extraction Method Using K-means Clustering In Image," Journal of Digital Convergence, Vol.12, No.11, pp.281-288, 2014. 

  15. J. Peng, Y. Chen, M. Green, S. Sabatinos, S. Forsburg, and C. Hsu, "PombeX: Robust Cell Segmentation for Fission Yeast Transillumination Images," PLoS one, Vol.8, No.12, pp.e81434, 2013. 

  16. G. Bradski and A. Kaehler, Learning OpenCV: Computer Vision with the OpenCV Library, O'Reilly Media, Sebastopol, California, 2008. 

  17. R. Ghosh and W. Webb, "Automated Detection and Tracking of Individual and Clustered Cell Surface Low Density Lipoprotein Receptor Molecules," Biophysical Journal, Vol. 66, No.5, pp.1301-1318, 1994. 

  18. K. Bernardin and R. Stiefelhagen, "Evaluating Multiple Object Tracking Performance: The CLEAR MOT Metrics," EURASIP Journal on Image and Video Processing, Vol. 2008, No.1, pp.1-10, 2008. 

  19. J. Kim, Y. Choi, J. Kim, Y. Chung, Y. Chung, and D. Park, "Efficient Task Distribution for Pig Monitoring Applications using OpenCL," KIPS Tr. Comp. and Comm. Sys., Vol.6, No.10, pp.407-414, 2017. 

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