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스켈레톤 벡터 정보와 RNN 학습을 이용한 행동인식 알고리즘
Using Skeleton Vector Information and RNN Learning Behavior Recognition Algorithm 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.23 no.5, 2018년, pp.598 - 605  

김미경 (부산대학교 전자공학과) ,  차의영 (부산대학교 정보컴퓨터공학과)

초록
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행동 인식은 데이터를 통해 인간의 행동을 인식하는 기술로서 비디오 감시 시스템을 통한 위험 행동과 같은 어플리케이션에 활용되어 질 수 있다. 기존의 행동 인식 알고리즘은 2차원 카메라를 통한 영상이나 다중모드 센서, 멀티 뷰와 같은 장비를 이용한 방법을 사용하거나 3D 장비를 이용하여 이루어져 왔다. 2차원 데이터를 사용한 경우 3차원 공간의 행위 인식에서는 가려짐과 같은 현상으로 낮은 인식율을 보였고 다른 방법은 복잡한 장비의 구성이나 고가의 추가적인 장비로 인한 어려움이 많았다. 본 논문은 RGB와 Depth 정보만을 이용하여 추가적인 장비 없이 CCTV 영상만으로 인간의 행동을 인식하는 방법을 제안한다. 먼저 RGB 영상에서 스켈레톤 추출 알고리즘을 적용하여 관절과 신체부위의 포인트를 추출한다. 이를 식을 적용하여 변위 벡터와 관계 벡터를 포함한 벡터로 변형한 후 RNN 모델을 통하여 연속된 벡터 데이터를 학습한다. 학습된 모델을 다양한 데이터 세트에 적용하여 행동 인식 정확도를 확인한 결과 2차원 정보만으로 3차원 정보를 이용한 기존의 알고리즘과 유사한 성능을 입증할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Behavior awareness is a technology that recognizes human behavior through data and can be used in applications such as risk behavior through video surveillance systems. Conventional behavior recognition algorithms have been performed using the 2D camera image device or multi-mode sensor or multi-vie...

주제어

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 RGB 영상 입력만으로 행동 인식이 가능한 방법을 제안하였다. 그리고 학습의 성능을 높이기 위해활성화 함수로 SELU를 적용하고 데이터 증대를 적용하여 학습을 하고 클래스의 분포를 SVM을 적용하여 얻은 결과를 최종클래스로 지정하여 행동 인식 분류 성능을 높일 수 있었다.
  • (2017)의 Art- Track[5]을 사용하여 영상에서 사람의 각 부위와 관절의 포인트를 추출하였다. 알고리즘은 이미지에서 관절의 위치를 포함한 여러 사람을 탐지하고 포즈를 추정하는 것을 목표로 한다. 장면에서 사람의 수를 먼저 추론하고 신체부위를 식별하는 방법으로, 사람들을 먼저 감지하고 이어서 몸자세를 추정하는 방법과 대조적이다.
  • 학습 방법 측면에서 보면 예전의 기계학습(Machine Learn- ing)방법에서는 추출할 특징들을 연구자가 직접 설계해야 하기 때문에 많은 시간이 필요하며 효율적인 특징 추출을 위해서는 어느 정도 전문적 지식이 필요하다, 이런 단점을 보완하기 위해 데이터로부터 직접 유용한 특징들을 학습하는 딥러닝 방식을 이용한 행동 인식에 관한 연구가 최근 활발히 진행되어 지고 있으며 본 논문은 딥러닝의 알고리즘을 이용하여 학습의 성능을 높이고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
RNN 구조는 어떻게 적용하였는가? 데이터를 training data와 validation data, test data는4:1:1로 나누어 RNN(recurrent Neural Network)의 학습에 사용하였다. RNN 구조는 2층의 BiGRU(Bidrectional gated recurrent unit)[7]와 학습 성능의 향상을 위해 Batch Normal- ization[8], 50%의 DropOut[9]을 적용하였다. GRU의 경우 별도의 파라미터를 둠으로써 입력 frame의 수만큼, 많은 층의back propagation시 loss에 대한 weight의 변화 값에 따른gradient vanishing, exploding 현상을 방지함으로써 학습이 잘 이루어지게 한다.
스켈레톤 추출 알고리즘의 목표는 무엇인가? (2017)의 Art- Track[5]을 사용하여 영상에서 사람의 각 부위와 관절의 포인트를 추출하였다. 알고리즘은 이미지에서 관절의 위치를포함한 여러 사람을 탐지하고 포즈를 추정하는 것을 목표로 한다. 장면에서 사람의 수를 먼저 추론하고 신체부위를식별하는 방법으로, 사람들을 먼저 감지하고 이어서 몸자세를 추정하는 방법과 대조적이다.
주어진 데이터를 분석하여 어떠한 행동을 하고 있는지 판단하는 행동 인식에 관한 연구가 필요한 이유는 무엇인가? 오늘날 우리가 생활하고 있는 일상에서는 위험 요소들이산재 되어 있어 비디오 감시 시스템을 통한 사회 안전 증대를 위해 많은 장소에 CCTV 감시 카메라를 구축하였지만많은 양의 영상을 사람의 집중과 판단에 의존하는 기존의시스템은 관리 소홀로 인한 취약점을 가진다[1]. 이를 해결하기 위해서는 주어진 데이터를 분석하여 어떠한 행동을하고 있는지 판단하는 행동 인식에 관한 연구가 필요하다.
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참고문헌 (24)

  1. C. Jung,and D. Kang,"A Recognition Algorithm of Suspicious Human Behaviors using Hidden Markov Models in an Intelligent Surveillance System, " Journal of multimedia information system, Vol.11, No.11, pp.1491-1500,Nov. 2008. 

  2. TRAN, Du, et al. "Learning spatiotemporal features with 3d convolutional networks. arXiv preprint arXiv:1412.0767, 2014. 

  3. LI, Wanqing, ZHANG, Zhengyou, LIU, Zicheng. "Action recognition based on a bag of 3d points". Computer Vision and Pattern Recognition Workshops (CVPRW), 2010 IEEE Computer Society Conference on. IEEE, p. 9-14.2010. 

  4. HU, Jian-Fang, et al. "Jointly learning heterogeneous features for RGB-D activity recognition. " Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition. pp. 5344-5352. 2015. 

  5. INSAFUTDINOV, Eldar, et al. ArtTrack: "Articulated multi-person tracking in the wild," IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). 2017. 

  6. Diogo Carbonera Luvizon, Hedi Tabia, David Picard, "Learning features combination for human action recognition from skeleton sequences," Pattern Recognition Letters, Volume 99, pp 13-20, ISSN 0167-8655. 2017. 

  7. CHO, Kyunghyun, et al. "Learning phrase representations using RNN encoder-decoder for statistical machine translation," arXiv preprint arXiv:1406.1078, 2014. 

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  9. SRIVASTAVA, Nitish, et al. Dropou, "A simple way to prevent neural networks from overfitting," Journal of machine learning research, 15.1: 1929-1958. 2014. 

  10. KINGMA, Diederik; BA, Jimmy. Adam: "A method for stochastic optimization," arXiv preprint arXiv:1412.6980, 2014. 

  11. NAIR, Vinod, HINTON, Geoffrey E, "Rectified linear units improve restricted boltzmann machines," Proceedings of the 27th international conference on machine learning (ICML-10). pp. 807-814. 2010. 

  12. KLAMBAUER,Gunter,et al."Self-Normalizing Neural Networks," arXiv preprint arXiv: 1706.02515, 2017. 

  13. CHANG, Chih-Chung, LIN, Chih-Jen. LIBSVM, "A library for support vector machines," ACM transactions on intelligent systems and technology (TIST), 2.3: 27, 2011. 

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  17. MAJI, Subhransu, BOURDEV, Lubomir, MALIK, Jitendra. "Action recognition from a distributed representation of pose and appearance," Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2011 IEEE Conference on. IEEE, pp. 3177-3184. 2011. 

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  22. ZHANG, Yu; YEUNG, Dit Yan. "Multi-task learning in heterogeneous feature spaces," 25th AAAI Conference on Artificial Intelligence and the 23rd Innovative Applications of Artificial Intelligence Conference, AAAI-11/IAAI-11, San Francisco, CA, United States, 7-11 August 2011, Code 87049, Proceedings of the National Conference on Artificial Intelligence. pp. 574. 2011. 

  23. S.Shin, and J.Cha, "Human Activity Recognition System Using Multimodal Sensor and Deep Learning Based on LSTM,", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers-A 42(2), pp 111-121. 2018.2, 

  24. S.Jo, H.Kang, "Real-time object tracking in Multi-Camera environments,", Journal of Computing Science and Engineering, 2004.10, Vol. 31, No. 2 (II),pp691-693 

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