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초록
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본 논문에서는 일정 크기로 자른 영상의 가운데 픽셀SIFT 특징점인지를 판별함으로써 SIFT 특징점을 추출하는 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network)를 제안한다. 이 네트워크의 데이터 세트는 DIV2K 데이터 세트를 $33{\times}33$ 크기로 잘라서 구성하고, 흑백 영상으로 판별하는 SIFT와는 달리 RGB 영상을 사용한다. 그라운드 트루스(ground truth)는 옥타브(scale, octave)를 0, 시그마(sigma)는 1.6, 간격(intervals)은 3으로 설정하여 추출한 RobHess SIFT 특징들로 구성한다. VGG-16을 기반으로 컨볼루션 층을 13개에서 23개와 33개로 점점 깊은 네트워크를 구성하고, 영상의 스케일을 증가시키는 방법을 바꿔가며 실험을 수행한다. 출력 층활성화 함수시그모이드(sigmoid) 함수를 사용한 결과와 소프트맥스(softmax) 함수를 사용한 결과를 비교하여 분석한다. 실험결과 제안한 네트워크가 99% 이상의 추출 정확도를 가질 뿐 아니라 왜곡된 영상에 대해서도 높은 추출 반복성을 가진다는 것을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a deep neural network which extracts SIFT feature points by determining whether the center pixel of a cropped image is a SIFT feature point. The data set of this network consists of a DIV2K dataset cut into $33{\times}33$ size and uses RGB image unlike SIFT which...

주제어

표/그림 (8)

AI 본문요약
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문제 정의

  • GPU(Graphic Processing Unit)와 같은 하드웨어 발전으로 방대한 양의 연산을 짧은 시간에 수행할 수 있게 되었고, 빅 데이터(big data)로 분석 가능한 데이터의 양이 많아져 딥 러닝 연구는 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 딥 러닝을 기반으로 SIFT 특징점을 추출하는 방법과 그 발전 가능성을 제안한다. 딥 러닝 모델은 VGG-16을 기반으로 네트워크 구조와 깊이를 변화시켜 그 결과를 비교, 분석하며 제안하는 네트워크가 높은 추출 정확도를 갖는다는 것을 실험을 통해 보인다.
  • 본 논문에서는 딥 러닝을 사용한 SIFT 특징점 추출 DNN을 제안하였다. DNN은 VGG DNN(VGG-16)을 기반으로 네트워크의 깊이(컨볼루션 계층 수)를 증가하고, 풀링 방법과 활성화 함수를 달리하여 총 5개의 DNN을 구성하였다.
  • 뿐만 아니라 DNN은 영상처리 분야에서 뛰어난 성능을 보이고 있기 때문에 네트워크가 갖고 있는 가중치들을 충분히 활용한다면 추출 반복성에 있어서도 충분한 성능을 보일 것으로 기대할 수 있다. 이에 본 논문에서는 영상처리에 높은 성능을 보이는 컨볼루션-기반의 DNN의 성능을 개선하는 방안을 제안하여 높은 SIFT 특징점 추출률과 추출 반복성을 갖고 있음을 보이고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
특징점을 추출하는 알고리즘 중 현재 가장 널리 사용되는 것은 무엇인가? 특징점을 추출하는 알고리즘 중 현재 가장 널리 사용되는 SIFT 알고리즘은 RGB 영상을 흑백 영상으로 변환한 후, 옥타브와 간격(intervals)에 따라 영상의 크기를 확대, 축소 및 블러링을 수행하여 scale space(영상의 크기를 변화시킨 여러 스케일의 영상들을 모아놓은 집합체)를 만든다. 블러링을 수행할 때 가우시안(Gaussian) 필터를 사용하는데, 분산(σ)을 파라미터로 블러링의 정도를 결정하며, σ는 옥타브에 의해 간접적으로 결정된다.
특징점 추출 DNN은 어떤 것을 판단할 수 있는가? 본 논문에서 제안하는 특징점 추출 DNN(feature extraction DNN)은 입력 영상의 가운데 픽셀이 SIFT 특징점인지 아닌지를 판단한다. SIFT 특징점을 추출해 데이터 세트를 구성하는 방법을 먼저 설명하고, 그 다음에 DNN의 구조를 소개한다.
특징점 추출 기술을 사용할 때 가장 중요한 것은 무엇인가? 특징점 추출(feature extraction)은 객체 인식, 얼굴 인식, 영상 매칭과 같은 컴퓨터 비전의 기술의 하나로 연구되고 있다. 이때 영상의 형태나 크기, 카메라의 시점이나 조명변화에 영향을 받지 않는, 변형에 강인한 점을 찾는 것이 중요하다. 특징점을 찾는 가장 초기 방법은 영상에서 코너점을 찾는 해리스 코너(Harris corner) 검출기이었다[1].
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참고문헌 (13)

  1. C. Harris, M. Stephens, "A combined corner and edge detector," Proceedings of the Alvey Vision Conference, pp.147-151, 1988. 

  2. K. Mikolajczyk, C. Schmid, "Indexing based on scale invariant interest points," ICCV, Vol.1, pp. 525-531, 2001. 

  3. J. Shi, C. Tomasi, "Good features to track," 9th IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, Springer, Heidelberg, 1994. 

  4. D. G. Lowe, "Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints," International Journal of Computer Vision, Vol.60, No.2, pp.91-110, 2004. 

  5. H. Bay, T. Tuytelaars, and L. Van Gool, "Surf: Speeded up robust features," In European Conference on Computer Vision, Vol.1, No.2, May 2006. 

  6. E. Rosten, T. Drummond, "Machine learning for high-speed corner detection," Proc. 9th European Conference on Computer Vision (ECCV'06), May 2006. 

  7. E. Mair, G. Hager, D. Burschka, M. Suppa, and G. Hirzinger, "Adaptive and generic corner detection based on the accelerated segment test," Computer Vision-ECCV 2010, Vol.2, No.2, pp.183-196, 2010. 

  8. M. WonJun, S. Youngho, and K. Dongwook, "Parameter Analysis for Time Reduction in Extracting SIFT Keypoints in the Aspect of Image Stitching," Journal of Broadcast Engineering, Vol.23, No.4, pp.559-573, July 2018. 

  9. E. Rublee, V. Rabaud, K. Konolige, and G. Bradski, "ORB: an efficient alternative to SIFT or SURF," In Proc. of the IEEE Intl. Conf. on Computer Vision (ICCV), Vol.13, 2011. 

  10. E. Agustsson, R. Timofte, "NTIRE 2017 Challenge on Single Image Super-Resolution: Dataset and Study," In The IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR) Workshops, 2017. 

  11. R. Hess, "An Open-Source SIFT Library," ACM Multimedia, pp.1493-1496, 2010. 

  12. K. Simonyan, A. Zisserman, "Very deep convolutional networks for large-scale image recognition," In Proc. International Conference on Learning Representations (ICLR), 2015. 

  13. K. Mikolajczyk, C. Schmid, "Scale and affine invariant interest point detectors," IJCV, Vol.1, No.60, pp.63-86, 2004. 

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