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다중 PCA모듈을 이용한 얼굴포즈 판별
Multiple PCA Module Face Pose Estimation 원문보기

2000 가을 학술발표논문집(Ⅱ), 2000 Oct., 2000년, pp.431 - 433  

고재필 (연세대학교 컴퓨터 과학과) ,  김선욱 (연세대학교 컴퓨터 과학과) ,  변혜란 (연세대학교 컴퓨터 과학과)

초록
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본 논문에서는 얼굴인식에 주로 사용되는 PCA를 얼굴포즈판별로 적용해 보았다. 얼굴포즈판별은 개개인의 얼굴특징을 강조해야 하는 얼굴인식과는 달리 일반적인 얼굴특징을 이용하기 때문에 PCA에 적합한 응용분야이다. 그러나, 다양한 얼굴포즈에 대한 영상을 하나의 표본집합으로 사용하면, 표본집합의 분산이 크기 때문에 포즈별로 표본집합을 달리하여 PCA모듈을 구성하는 것이 타당하다. 표본수집의 어려움은 3차원 한국인 표준모형을 이용해 극복하고, 이를 통하여 다양한 조명방향 및 얼굴포즈에 대한 표본을 수집하였다. 5방향의 얼굴포즈에 대한 판별 실험을 통하여 모율화된 PCA의 분류기로서의 가능성을 살펴보고, 조명에 따른 오류를 완하하고자 비 선형적 패턴을 나타내는 각 PCA모듈의 결과를 신경망에 적용하여 보았다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 각 모듈이 출력하는 차이 값의 최소값으로만 승자를 결정하는 경우의 오류를 줄여보고자 5개의 출력값들이 나타내는 비선형적 패턴을 신경망에 학습하여 성능을 실험하였다. 신경망은 3계층으로 입력, 히 든, 출력 노드 각각 5, 7, 5개로 구성하였으며, 학습알고리즘은 교사학습알고리즘의 대표인 백프로퍼게이션을 사용하였다.
  • 데이터 집합은 2가지로 包시선의 상중하, 5포즈, 포즈당 5장면을 선정한 총 75장의 영상과, 値)시선의 상중하, 5포즈, 포즈당 1장면, 장면당 광원 9군데로 총 135장의 영상을 수집하였다. 광원은 영상을 가로세로 3등분하여 교차하는 지점으로 설정하였다. 표본 영상은 ④에서 시선이 가운데인 표본을 사용하여 포즈별 5장을 사용하여 PCA 모듈을 구성하였다.
  • 다양한 표본수집 특히, 빛의 뱡향에 따른 표본 획득의 어려움은 3차원 모델을 통한 합성방안을 따랐다[3L 본 논문에서는 3차원 한국인 표준모형[4]을 통해 하나의 얼굴 영상에 대해 광원을 9군데로 변경시키면서 표본을 수집하였다.
  • 본 논문에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 5가지 얼굴 방향을 설정하여 표본을 수집하고, 이들에 대하여 PCA 모듈을 구성한다. 새로운 얼굴 영상과 5개의 PCA 모듈을 통해 복원한 영상올 비旦하여 이 중 오차가 가장 작은 복원 영상을 출력한 PCA 모듈의 얼굴 포즈를 입력 영상의 포즈로 결정한다.
  • 빛에 의한 오판을 줄이고자 포즈별 PCA 모듈을 통해 나온 결과를 신경망에 학습하여 포즈 분류 실험을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 5가지 얼굴 방향을 설정하여 표본을 수집하고, 이들에 대하여 PCA 모듈을 구성한다. 새로운 얼굴 영상과 5개의 PCA 모듈을 통해 복원한 영상올 비旦하여 이 중 오차가 가장 작은 복원 영상을 출력한 PCA 모듈의 얼굴 포즈를 입력 영상의 포즈로 결정한다.
  • 각 모듈이 출력하는 차이 값의 최소값으로만 승자를 결정하는 경우의 오류를 줄여보고자 5개의 출력값들이 나타내는 비선형적 패턴을 신경망에 학습하여 성능을 실험하였다. 신경망은 3계층으로 입력, 히 든, 출력 노드 각각 5, 7, 5개로 구성하였으며, 학습알고리즘은 교사학습알고리즘의 대표인 백프로퍼게이션을 사용하였다. 데이터 집합(④。 를 합한 총 210장의 영상에 대하여 각 모듈이 출력하는 5개의 차이 값 을 입력으로 하였으며, 10-fold-cross-validation 방법[6]으로 실험하여, 최고 98.
  • 포즈 분류성능은 3.1 절에서 보았듯이 입력 영상과 복원 영상 간의 픽셀 간 차이를 사용하였다. 가장 작은 값을 출력한 모듈을 숭자로 결정하 는 방법과, 이들 출력값의 비선형적 패턴을 신경망에 입력하여 승자를 결정하는 방법에 대하여 데이터 집합 (①①에 대하여 수행하였다.

대상 데이터

  • 다중 PCA 모듈의 성능을 실험하기 위하여 3차원 모델로부터 그림3 과 같은 얼굴 표본을 수집하였다. 데이터 집합은 2가지로 包시선의 상중하, 5포즈, 포즈당 5장면을 선정한 총 75장의 영상과, 値)시선의 상중하, 5포즈, 포즈당 1장면, 장면당 광원 9군데로 총 135장의 영상을 수집하였다. 광원은 영상을 가로세로 3등분하여 교차하는 지점으로 설정하였다.
  • 모듈 기능을 확인하기 위하여 19장의 얼굴 포즈 영상을 표본 영상으로 사용하였다. 그림 1-(b) 는 얼굴인식에서 사용하는 방법으로 표본에서 사용하지 않은 좌측을 향하고 있는 영상을 입력으로 하였을 때 표본에서 제일 좌측 PC와 유사도가 가장 큼을 확인할 수 있다.
  • 광원은 영상을 가로세로 3등분하여 교차하는 지점으로 설정하였다. 표본 영상은 ④에서 시선이 가운데인 표본을 사용하여 포즈별 5장을 사용하여 PCA 모듈을 구성하였다.
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