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컬러 히스토그램과 CNN 모델을 이용한 객체 추적
Object Tracking using Color Histogram and CNN Model 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.23 no.1 = no.94, 2019년, pp.77 - 83  

박성준 (한국항공대학교 항공전자정보공학부) ,  백중환 (한국항공대학교 항공전자정보공학부)

초록
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본 논문에서는 컬러 히스토그램CNN 모델을 이용한 객체 추적 기법 알고리즘을 제안한다. CNN (convolutional neural network) 모델기반 객체 추적 알고리즘인 GOTURN (generic object tracking using regression network)의 정확도를 높이기 위해 컬러 히스토그램 기반 mean-shift 추적 알고리즘을 합성하였다. 두 알고리즘을 SVM (support vector machine)을 통해 분류하여 추적 정확도가 더 높은 알고리즘을 선택하도록 설계하였다. Mean-shift 추적 알고리즘은 객체 추적에 실패할 때 경계 박스가 큰 범위로 움직이는 경향이 있어 경계 박스의 이동거리에 제한을 두어 정확도를 향상시켰다. 또한 영상 평균 밝기, 히스토그램 유사도를 고려하여 두 알고리즘의 추적 시작 위치를 초기화하여 성능을 높였다. 결과적으로 기존 GOTURN 알고리즘보다 본 논문에서 제안한 알고리즘이 전체적으로 정확도가 1.6% 향상되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose an object tracking algorithm based on color histogram and convolutional neural network model. In order to increase the tracking accuracy, we synthesize generic object tracking using regression network algorithm which is one of the convolutional neural network model-based tr...

주제어

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 일반적인 객체를 모두 추적할 수 있고 속도가 빠르고 성능이 우수한 CNN 모델 기반 객체 추적기인 GOTURN을 사용하여 다양한 분야에 적용할 수 있는 범용의 객체 추적기를 설계하였다. 그러나 GOTURN은 객체의 위치 정보만을 학습하여 색으로 쉽게 구분할 수 있는 환경에서도 객체 추적을 실패하는 경우가 있었다.
  • 본 연구에서는 다양한 분야에서 응용이 될 수 있는 알고리즘을 설계하기 위해 어떠한 객체든 추적을 할 수 있어야 하고 실시간 성능 이상의 성능을 보이는 객체 추적 알고리즘을 선택하였다. 최근 VOT Challenge 과제에서 최고의 성능을 보여준 추적기인 MDnet, C-COT 등을 사용하려 했으나 속도가 실시간 성능 이하였고 최근 CNN기반 추적기인 GOTURN은 실시간 성능 이상의 성능을 보였다[5].
  • 따라서 무인항공기를 포함한 다양한 분야에서 기기의 오작동을 줄이고 응용이 되기 위해서는 좀 더 정확하고 구현 속도가 빠른 알고리즘이 필요하다. 이에 본 논문에서는 컬러 히스토그램 정보와 CNN 모델을 이용한 객체 추적 기법을 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SVM의 목표는 무엇인가? SVM은 주어진 데이터 집합을 두 범주로 나눌 때 분류하려는 데이터를 선형으로 분리하는 최적의 선형 경계를 찾는 알고리즘이다. SVM의 목표는 서로 다른 범주의 데이터들을 가장 큰 마진(margin)으로 분리해내는 모델을 찾는 것이다.
GOTURN의 장단점은? 따라서 offline 학습 데이터만을 사용하여 속도가 빠르고 어떠한 객체든 추적을 할 수 있다. 하지만 모션정보가 없어 추적객체의 일부 또는 전체가 다른 객체에 가려지게 되면 성능이 현저히 떨어진다. 또한 추적에 한 번이라도 실패하게 되면 실패한 추적의 위치를 토대로 계속해서 추적해 나가기 때문에 초기 추적 대상을 다시 찾지 못하게 된다. 따라서 본 연구에서는 초기 설정한 객체를 GOTURN이 추적에 실패했을 때에도 초기 설정객체의 색정보를 가지고 있으면 다시 추적할 것이라고 판단하였고, 앞서 언급한 단점들을 보완하기 위해 본 설계에서는 색정보기반추적기인 Mean-shift 알고리즘을 사용하였다.
Mean-shift란 무엇인가? Mean-shift란 데이터 분포의 중심을 찾는 방법으로 현재 자신의 주변에서 데이터가 가장 밀집된 방향으로 이동하는 방식의 알고리즘이다. Mean-shift가 영상 내 객체 추적에서 사용될 경우 지정된 객체의 색상 기반 히스토그램과 현재 입력 영상의 히스토그램을 비교하여 가장 유사한 히스토그램을 갖는 영역을 찾는 방식으로 사용된다.
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참고문헌 (10)

  1. D. Held, S. Thrun, and S. Savarese, "Learning to track at 100 fps with deep regression networks," in European Conference on Computer Vision, Netherlands: NL, pp. 749-765, 2016. 

  2. C. C. Chang, and C. J. Lin. "LIBSVM: a library for support vector machines," ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology(TIST), Vol. 2, No. 27, pp. 170-197, 2011. 

  3. M. Kristan, R. Pflugfelder, A. Leonardis, J. Matas, L. Cehovin, G. Nebehay, and A. Dimitriev, "The visual object tracking vot2014 challenge results," [Online] 2014. Available: http://votchallenge.net/vot2014/download/vot_20 14_paper.pdf. 

  4. M. Kristan, J. Matas, A. Leonardis, M. Felsberg, L. Cehovin, G. Fernandez, et al. "The visual object tracking vot2015 challenge results," in Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision Workshops, Chile: CHI, pp. 1-23, 2015. 

  5. U. Kart, J. K. Kamarainen, L. Fan, and M. Gabbouj, " Evaluation of Visual Object Trackers on Equirectangular Panorama," in International Conference on Computer Vision Theory and Applications (VISAPP), Portugal: POR, pp. 25-32, 2018. 

  6. darkprogrammer. Mean-shift Tracker Image [Internet]. Available: http://darkpgmr.tistory.com/64 

  7. D. Comaniciu, V. Ramesh and P. Meer, "Real-time tracking of non-rigid objects using mean shift," in Computer Vision and Pattern Recognition, 2000. Proceedings. IEEE Conference, Hilton Head Island, South Carolina: SC, pp. 142-149, 2000. 

  8. T. Vojir, N. Jana and M. Jiri, "Robust scale-adaptive mean-shift for tracking," Pattern Recognition Letters, Vol. 49, pp. 250-258, 2014. 

  9. bskyvision. SVM data classification Image [Internet]. Available: https://bskyvision.com/163 

  10. L. Cehovin, M. Kristan, A. Leonardis, "Is my new tracker really better than yours?" in 2014 IEEE Winter Conference on Applications of Computer Vision (WACV), Steamboat Springs, Colorado: CO, pp. 540-547, 2014. 

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