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[국내논문] 자연스러운 손 추출 및 추적
Natural Hand Detection and Tracking 원문보기

한국HCI학회 2006년도 학술대회 1부, 2006 Feb. 13, 2006년, pp.148 - 153  

김혜진 (한국전자통신연구원) ,  곽근창 (한국전자통신연구원) ,  김도형 (한국전자통신연구원) ,  배경숙 (한국전자통신연구원) ,  윤호섭 (한국전자통신연구원) ,  지수영 (한국전자통신연구원)

초록
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인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 기술은 과거 컴퓨터란 어렵고 소수의 숙련자만이 다루는 것이라는 인식을 바꾸어 놓았다. HCI 는 컴퓨터 사용자인 인간에게 거부감 없이 수용되기 위해 인간과 컴퓨터가 조화를 이루는데 많은 성과를 거두어왔다. 컴퓨터 비전에 기반을 두고 인간과 컴퓨터의 상호작용을 위하여 사용자 의도 및 행위 인식 연구들이 많이 행해져 왔다. 특히 손을 이용한 제스처는 인간과 인간, 인간과 컴퓨터 그리고 최근에 각광받고 있는 인간과 로봇의 상호작용에 중요한 역할을 해오고 있다. 본 논문에서 제안하는 손 추출 및 추적 알고리즘은 비전에 기반한 호출자 인식과 손 추적 알고리즘을 병행한 자연스러운 손 추출 및 추적 알고리즘이다. 인간과 인간 사이의 상호간의 주의집중 방식인 호출 제스처를 인식하여 기반하여 사용자가 인간과 의사소통 하는 것과 마찬가지로 컴퓨터/로봇의 주의집중을 끌도록 하였다. 또한 호출 제스처에 의해서 추출된 손동작을 추적하는 알고리즘을 개발하였다. 호출 제스처는 카메라 앞에 존재할 때 컴퓨터/로봇의 사용자가 자신에게 주의를 끌 수 있는 자연스러운 행동이다. 호출 제스처 인식을 통해 복수의 사람이 존재하는 상황 하에서 또한 원거리에서도 사용자는 자신의 의사를 전달하고자 함을 컴퓨터/로봇에게 알릴 수 있다. 호출 제스처를 이용한 손 추출 방식은 자연스러운 손 추출을 할 수 있도록 한다. 현재까지 알려진 손 추출 방식은 피부색을 이용하고 일정 범위 안에 손이 존재한다는 가정하에 이루어져왔다. 이는 사용자가 제스처를 하기 위해서는 특정 자세로 고정되어 있어야 함을 의미한다. 그러나 호출 제스처를 통해 손을 추출하게 될 경우 서거나 앉거나 심지어 누워있는 상태 등 자연스러운 자세에서 손을 추출할 수 있게 되어 사용자의 불편함을 해소 할 수 있다. 손 추적 알고리즘은 자연스러운 상황에서 획득된 손의 위치 정보를 추적하도록 고안되었다. 제안한 알고리즘은 색깔정보와 모션 정보를 융합하여 손의 위치를 검출한다. 손의 피부색 정보는 신경망으로 다양한 피부색 그룹과 피부색이 아닌 그룹을 학습시켜 얻었다. 손의 모션 정보는 연속 영상에서 프레임간에 일정 수준 이상의 차이를 보이는 영역을 추출하였다. 피부색정보와 모션정보로 융합된 영상에서 블랍 분석을 하고 이를 민쉬프트로 추적하여 손을 추적하였다. 제안된 손 추출 및 추적 방법은 컴퓨터/로봇의 사용자가 인간과 마주하듯 컴퓨터/로봇의 서비스를 받을 수 있도록 하는데 주목적을 두고 있다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 한편, 음성 인식이 충분히 기능을 할 수 있는 상황에서 호출자 인식은 음성 인식과 더불어 보다 정확히 무의미한 행위를 구분해 내 줄 수 있겠다. 본 논문에서는 누워있는 자세에서 호출행위에 대한 실험을 시도했다. 그러나 현재까지 개발된 얼굴 추출 프로그램은 얼굴이 옆으로 눕혀 있는 상황에서는 추출이 어렵기 때문에 이는 추후 작업으로 남겨두었다.
  • 즉, 이웃 해 있는 사람의 호출 행위로 오인되거나 혹은 이웃 해 있는 사람의 움직임 일 수 있다는 위험 요소가 존재한다. 본 논문은 이러한 위험 요소를 줄이기 위해 손의 움직임인지 사람의 움직임인지를 확인하고 또한 호출 행위를 하는 손이 누구의 손인가를 확인하도록 하였다.
  • 본 논문에서는 얼굴 추출을 위하여 OpenCV 에서 제공하는 얼굴 추출 알고리즘을 이용하였다. 이 알고리즘은 사람 여부에 대한 중요한 정보를 제공 해 주지만 정면 얼굴에서만 적용되며 한 프레임 당 많은 계산량을 요하기 때문에 본 논문은 얼굴 추출 알고리즘을 가능한 적게 사용하면서 호출자를 인지할 수 있는 방법을 제안하였다. 즉, 먼저 추출된 사람들의 얼굴 정보와 함께 상반신의 옷 색상 정보를 모델링하여 이를 추적하도록 하였다(그림 2).

가설 설정

  • 2) 호출 손짓은 어깨선, 머리 혹은 그 위쪽에서 일어나게 된다.
  • 3) 호출 손짓은 가까운 거리 뿐만이 아니라먼 거리에서 볼 수 있는 움직임이다.
  • 호출자 식별의 중요한 가치는 복잡한 상황에서도 용이하게 식별 가능한 행위라는 것이다. 본 논문은 여러 가지의 상황을 가정하여 실험을 해보았다. 그림 4.
  • 본 논문은 호출 행위는 복잡하고 다양한 환경에서도 인지 가능하다는 가정에 기반 한다. 즉, 제안된 호출자 인식 알고리즘은 복수의 사람이 존재하며 호출 행위가 일어나는 상황이 다양 – 서있음, 앉아있음, 누워있음- 할 수 있음을 알고 이 가운데 한 명의 호출자를 추출할 수 있다.
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