Hough 영역 변환을 이용한 운동 변화량 추정

진성일,김종우,Chien, Sung-Il,Kim, Jong-Woo 대한전자공학회 1990 전자공학회논문지 Vol. No.

본 논문은 2-D 영상의 운동 변화량(크기, 회전, 이동)을 추정할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법은 입력 영상내의 직선 성분을 Hough 영역에서 한 점으로 대응시키는 Hough 변환 알고리듬을 사용하여 입력 영상에서 크기 변화가 있는 물체의 운동과 그 Hough space상의 특징점들의 변화를 나타내는 운동 변화량들에 대한 관계식을 유도한다. 유도한 관계식은 크기, 회전, 이동을 가지고 모든 입력 영상에 대해서 운동 변화량을 효율적으로 계산할 수 있다. 제안된 관계식을 항공기 영상에 적용하여 운동 변화량을 비교적 정확히 측정하였다. 또한 제안된 방식이 잡음이 섞인 영상에 대해서도 큰 오차 없이 추정 결과를 나타내고 있음을 보인다. A new method for determining the motion parameters (scale, rotation, translation) of 2-D image is introduced. It employs Hough transform that maps the straight lines in the input image to the points in the Hough space (HS). This method makes use of the relations between the motion of an object in input image and the translations of peak points in the HS and thus derives relating equations about motion parameters especially when scale changes are involved. The derived equations make is efficient and simple to estimate motion parameters of input image, even if the scale parameter of input image is varied. Performance of this approach on an aircraft image is provided in detail in the presence of noise.

Log-Polar 사상의 크기와 회전 불변 특성을 이용한 얼굴과 눈 검출

최일,진성일,Choi, Il,Chien, Sung-Il 대한전자공학회 1999 電子工學會論文誌, S Vol.s36 No.8

Detecting human face and facial landmarks automatically in an image is as essential step to a fully automatic face recognition system. In this paper, we present a new approach to detect automatically face and its eyes of input image with scale and rotation variations of faces by using an intensity based template matching with a single log-polar face template. In a template-based matching it is necessary to normalize the scale changes and rotations of an input image to a template ones. The log-polar mapping which simulates space-variant human visual system converts scale changes and rotations of input image into constant horizontal and cyclic vertical shifts in the output plane. Intelligent use of this property allows us to shift of the candidate log-polar faces mapped at various fixation points of an input image to be matched to a template over the log-polar plane. Thus, the proposed method eliminates the need of adapting multitemplate and multiresolution schemes, which inevitably give rise to intensive computation involved to cope with scale and rotation variations of faces. Through this scale and rotation involved to cope with scale and method can lead to detecting face and its eyes simultaneously. Experimental results on a database of 795 images show over 98% detection rate. 얼굴과 얼굴 구성 요소를 자동으로 검출하는 것은 얼굴 인식 시스템에서 반드시 필요한 과정이다. 본 논문에서는 얼굴의 크기와 회전 변화가 동시에 존재하는 영상에서 log-polar 사상(mapping)에 기반한 단일 log-polar 얼굴 탬플릿(template)을 사용하는 밝기 기반 템플릿 정합(matching)으로 얼굴과 눈을 자동으로 검출하는 새로운 방법을 제안한다. 템플릿 정합에서는 입력 영상의 크기와 회전 변화를 템플릿의 크기와 회전 각도에 대하여 정규화시키는 과정이 필요하다. 그런데 인간 시각 시스템의 space-variant 특성과 유사한 구조를 가지는 log-polar 사상은 입력 영상의 크기와 회전 변화를 log-polar 평면상에서 수평과 수직 순환 이동으로 변화시키는 특성을 갖는다. 이러한 특성을 이용하여 입력 상반신 영상의 fixation point들에서 사상된 후보 log-polar 얼굴들은 log-polar 얼굴들을 log-polar 평면상에서 수평과 수직 이동시켜 템플릿과 정합한다. 따라서 제안한 방법은 얼굴의 크기와 회전 변화에 대응하기 위하여 계산량이 증대되는 multitemplate와 multiresolution 기법들은 적용할 필요성이 없게된다. 이러한 크기와 회전 불변 정합을 이용하여 제안된 방법은 얼굴과 눈을 동시에 검출할 수 있다. 얼굴의 크기와 회전 변화가 존재하는 상반신 영상 795장에 제안한 방법을 적용하여 98.7%의 얼굴과 눈의 검출율을 달성하였다.

영상의 저 비트 변환을 이용한 SAD 블록 정합 알고리즘

김상철(Sang-Chul Kim),박순용(Soon-Yong Park),진성일(Sung-Il Chien) 대한전자공학회 2014 전자공학회논문지 Vol.51 No.1

영상의 저 비트 변환 기반의 비트 플레인 정합방법(Bit-Plane Matching : BPM)은 기존의 블록 정합 방법들과 비교해 계산량을 줄이고 간단한 하드웨어 구조 설계를 통해 블록 정합 결과를 획득할 수 있지만, 블록 정합의 정확도가 비교적 낮은 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 기존의 BPM방법들과 비교해 블록 정합의 정확도를 증가시키면서 동시에 논리 연산으로 정합 결과를 계산할 수 있는 저 비트 변환 기반의 절대 오차합(Reduced-bit transform based Sum of Absolute Difference : R-SAD)을 이용한 블록 정합 알고리즘을 제안한다. 이 방법은 현재 영상과 참조영상을 각각 2-bit의 영상으로 변환하고, 2-bit의 4레벨에 대한 입출력 관계를 이용하여 진리표를 획득한다. 진리표는 Karnaugh map을 통해 간소화 되어 논리 연산으로 절대 오차를 계산할 수 있다. 제안된 방법의 성능 평가를 위한 움직임 보상(Motion Compensation) 실험에서, R-SAD는 기존의 블록 정합 방법들과 비교해 높은 정확도의 정합결과를 획득할 수 있었다. The reduced-bit transform based bit-plane matching algorithm (BPM) can obtain the block matching result through its simple calculation and hardware design compared to the conventional block matching algorithms (BMAs), but the block matching accuracy of BPMs is somewhat low. In this paper, reduced-bit transform based sum of the absolute difference (R-SAD) is proposed to improve the block matching accuracy in comparison with the conventional BPMs and it is shown that the matching process can be obtained using the logical operations. Firstly, this method transforms the current and the reference images into their respective 2-bit images and then a truth table is obtained from the relation between input and output 2-bit images. Next, a truth table is simplified by Karnaugh map and the absolute difference is calculated by using simple logical operations. Finally, the simulation results show that the proposed R-SAD can obtain higher accuracy in block matching results compared to the conventional BPMs through the PSNR analysis in the motion compensation experiments.

적응적 오차 확산법을 이용한 하프톤 영상의 경계선 개선

김상철(Sang-Chul Kim),진성일(Sung-Il Chien) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.48 No.6

제한된 계조를 사용하는 영상장치들은 연속계조 영상과 시각적으로 유사한 영상을 획득하기 위해 하프토닝(halftoning) 방법을 사용한다. 다양한 하프토닝 방법 중 오차 확산법은 짧은 계산시간과 좋은 화질의 하프톤 영상(halftone image) 획득이 가능하여 다양한 응용 분야에 널리 사용되고 있다. 하지만 이 방법은 인접 픽셀에 오차를 확산하는 과정에서 경계선을 흩트리며 이로 인해 경계선이 약화 되고 영상의 선명도를 저하시킨다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 논문에서 제안된 방법은 Floyd-Steinberg 오차확산법의 필터 가중치를 기반으로 처리 픽셀의 오차와 인접픽셀의 경계선 정보를 고려하여 오차 필터를 적응적으로 결정한다. 이 방법은 경계선 강화를 위한 기존 방법들과 비교해 처리절차가 간단하여 상대적으로 적은 양의 프로세스 자원을 사용한다. 그럼에도 불구하고 제안된 방법은 하프톤 영상의 경계선을 상당히 개선할 수 있었다. 이와 함께 객관적인 화질 평가를 위해 경계 상관도와 국부 평균 일치도를 이용하여 제안된 방법과 기존방법의 성능을 비교한다. A halftoning method is used to obtain a binary image visually similar to a continuous gray-level image through the image output devices employing the limited number of gray-levels. As a halftoning method the error diffusion method is widely used in various applications because of its low computational complexity and good image quality. However this method weakens the edge in the process of error diffusion to the neighboring pixels. In this case degradation of the edge quality and damage of the vivid image is expected. To solve these problems the proposed method determines the adaptive error filter considering the error information of the present pixel and edge distribution of the neighbor pixels. Compared with the conventional methods for enhancing edges the proposed method involves relatively a few process resources because of its simple procedure still considerably improving the edges in the halftone image. To evaluate the objective image quality the performance of the proposed method is compared with that of the conventional method in terms of the edge correlation and the local average accordance.

다층 신경망을 사용한 항공기 인식 및 3차원 방향 추정

김대영,진성일,손현,Kim, Dae-Young,Chien, Sung-Il,Son, Hyon 한국통신학회 1991 韓國通信學會論文誌 Vol.16 No.1

본 논문에서는 Backpropagation 학습 이론을 사용한 다층 구조 신경 회로망을 이용하여 3차원적으로 왜곡된 항공기 인식과 항공기의 3차원 회전 방향 추정을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 수행하였다. 항공기 영상으로 부터 2차원 영상에서 왜곡 불변 (distortion invariant)특정을 가지는 피치 $(L,\;{\Phi})$를 추출하여 신경 회로망 항공기 인식기의 학습(training)에 사용하였다. 그리고 신경 회로망 인식기 설계시 그 구조를 최적화 함으로써 높은 인식률을 가지는 항공기 인식기를 구성하였다. 신경 회로망 학습 과정에서 학습 이론으로는 변형된 backpropagation 학습 이론을 도입하고 아울러 학습 수행중에 학습 변수(learning parameter)값을 변화 시키는 방법을 사용하여 전체 학습 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있었다. Multi layer neural network using backpropagation learning algorithm is used to achieve identification and orientation estimation of different classes of aircraft in the variety of 3-D orientations. In-plane distortion invarient$(L,\;{\Phi})$ feature was extracted from each aircraft image to be used for training neural network aircraft classifier. For aircraft identification the optimum structure of the neural network classifier is studied to obtain high classification performance. Effective reductioin of learning time was achieved by using modified backpropagation learning algorithm and varying, learning parameters.

Generalized Hough Transform을 이용한 이차원 물체인식 비젼 시스템 구현에 대한 연구

구본철,박진수,진성일,Koo, Bon-Cheol,Park, Jin-Soo,Chien Sung-Il 대한전자공학회 1996 전자공학회논문지-B Vol.b33 No.1

본 논문은 GHT(Generalized Hough Transform)을 이용하여 물체의 위치, 회전각 및 크기변화를 인식하게 하는 것을 목표로 한다. 특히 회전 및 가려진 물체를 잘 인식함을 보이고자 한다. GHT는 일종의 모델베이스 물체인식 알고리즘으로써 먼저 물체의 정보를 R-table(Reference table) 형태로 저장한 뒤, 그 R-table을 사용하여 물체를 인식한다. 본 논문에서는 GHT 알고리즘을 실제적인 비젼 시스템에 적용하기 위하여 GHT 알고리즘을 개선하였다. 첫째, R-table 작성시 물체의 부분적인 경계선으로부터 R-table을 작성하였으며 영상을 디지털화 하였을 경우 발생되는 에러를 보상하기 위하여 클러스터링(clustering) 알고리즘을 사용하였다. 둘째, 기존의 Ballard의 GHT 알고리즘은 물체의 위치, 회전각 및 크기변화를 인식하기 위하여 4차원의 배열이 필요하지만 단지 2차원의 배열만으로 물체인식이 가능하도록 하였다. 특히 크기변화를 인식하는 간단한 방법을 제안하였다. 테스트 결과 제안된 GHT 알고리즘이 실제적인 비젼 시스템에 있어서 비교적 잘 동작함을 알 수 있었다. 특히 겹쳐진 물체를 잘 인식함을 알 수 있었다. The purpose of this paper is object recognition even in the presence of occlusion by using generalized Hough transform(GHT). The GHT can be considered as a kind of model based object recognition algorithm and is executed in the following two stages. The first stage is to store the information of the model in the form of R-table (Reference table). The next stage is to identify the existence of the objects in the image by using the R-table. The improved GHT method is proposed for the practical vision system. First, in constructing the R-table, we extracted the partial arc from the portion of the whole object boundary, and this partial arc can be used for constructing the R-table. Also, clustering algorithm is employed for compensating an error arised by digitizing an object image. Second, an efficient method is introduced to avoid Ballard's use of 4-D array which is necessary for estimating position, orientation and scale change of an object. Only 2-D array is enough for recognizing an object. Especially, scale token method is introduced for calculating the scale change which is easily affected by camera zoom. The results of our test show that the improved hierarchical GHT method operates stably in the realistic vision situation, even in the case of object occlusion.

선택적 주의집중 Hough 변환과 신경망을 이용한 얼굴 검출

최일,서정익,진성일,Choi, Il,Seo, Jung-Ik,Chien, Sung-Il 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.41 No.4

A face boundary can be approximated by an ellipse with five-dimensional parameters. This property allows an ellipse detection algorithm to be adapted to detecting faces. However, the construction of a huge five-dimensional parameter space for a Hough transform is quite unpractical. Accordingly, we Propose a selectively attentional Hough transform method for detecting faces from a symmetric contour in an image. The idea is based on the use of a constant aspect ratio for a face, gradient information, and scan-line-based orientation decomposition, thereby allowing a 5-dimensional problem to be decomposed into a two-dimensional one to compute a center with a specific orientation and an one-dimensional one to estimate a short axis. In addition, a two-point selection constraint using geometric and gradient information is also employed to increase the speed and cope with a cluttered background. After detecting candidate face regions using the proposed Hough transform, a multi-layer perceptron verifier is adopted to reject false positives. The proposed method was found to be relatively fast and promising. 머리가 포함된 얼굴 윤곽선은 5차원의 매개변수들을 가지는 타원 형태와 유사하다. 이 특성은 타원 검출 알고리듬을 얼굴검출 방법에 이용할 수 있도록 한다. 그렇지만 허프 변환으로 5 차원의 매개변수 공간을 구축하기에는 매우 어렵다. 본 논문에서는 선택적 주의집중을 가지는 허프 변환 방법으로 주어진 영상에서 대칭 윤곽선을 가지는 얼굴을 검출하는 방법을 제안한다. 이 방법은 고정된 얼굴의 장단 비율, 그래디언트 정보, 주사선 기반 선택적 방향 분해를 이용하여, 5 차원의 매개변수 공간을 타원의 중심과 특정한 회전 방향을 추정하는 2 차원의 매개변수 공간과 단축의 길이를 추정하는 1 차원의 매개변수 공간으로 분해가 가능하도록 한다. 부가적으로 이 방법에 그래디언트와 지리적인 정보를 결합하는 두 점 선택 제약 조건을 적용하여 복잡한 배경을 가지는 영상에서 허프 변환의 속도를 증대시킨다. 제안하는 허프 변환으로 추출된 후보 얼굴 영역들 가운데에서 얼굴이 아닌 타원 영역들을 다층 퍼셉트론으로 기각시켜 얼굴을 최종적으로 검출한다. 본 논문에서 제안하는 얼굴 검출 방법을 얼굴이 포함된 다양한 영상들에 적용하여 실험한 결과로부터, 제안하는 방법은 처리 속도와 효율성에서 우수함을 확인하였다.

로그폴라 사상과 어파인 변환을 이용한 새로운 템플릿 기반 얼굴 인식

김문갑,최일,진성일,Kim, Mun-Gab,Choi, Il,Chien, Sung-Il 대한전자공학회 2002 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.39 No.2

이 논문에서는 크기와 영상 평면상에서 회전 (in-plane rotation) 변화를 가지는 정면 얼굴 영상의 인식성능을 향상시키기 위하여, 새로운 템플릿 (template) 기반 접근 방법들을 제안한다. 인식 성능을 향상시키기 위한 템플릿들은 크기와 회전 변화가 다른 다수의 영상들을 선형 또는 비선형 연산에 의하여 생성된다. 얼굴의 크기와 영상 평면에서 회전 변화에 무관한 얼굴의 특징을 추출하기 위하여 어파인 (affine) 변환, 로그폴라 (log-polar) 사상, 그리고 로그폴라 영상에 기반한 FFT들이 이용된다. 제안된 방법들은 인식률과 수행 시간 측면에서 비교된다. 실험 결과로부터 제안된 템플릿을 이용한 방법들의 인식률이 한 장의 영상으로 생성된 템플릿을 이용한 방법들의 인식률보다 우수함을 나타낸다. 어파인 변환을 이용한 방법의 인식률이 로그폴라 사상을 이용한 방법과 로그폴라 영상에 기반한 FFT 방법의 인식률보다 우수하며, 수행 시간 측면에서는 로그폴라 사상을 이용한 방법이 가장 빠르다. This paper presents the new template based human face recognition methods to improve the recognition performance against scale and in-plane rotation variations of face images. To enhance the recognition performance, the templates are generated by linear or nonlinear operation on multiple images including different scales and rotations of faces. As the invariant features to allow for scale and rotation variations of face images, we adopt the affine transformation, the log-polar mapping, and the log-polar image based FFT. The proposed recognition methods are evaluated in terms of the recognition rate and the processing time. Experimental results show that the proposed template based methods lead to higher recognition rate than the single image based one. The affine transformation based face recognition method shows marginally higher recognition rate than those of the log-polar mapping based method and the log-polar image based FFT, while, in the aspect of processing time, the log-polar mapping based method is the fastest one.

모듈화된 신경회로망 통합에 의한 다중 숫자체의 인식

류강수(Gang Soo Ryu),진성일(Sung Il Chien) 한국정보과학회 1995 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2A

본 논문에서는 인쇄체와 필기체가 혼용된 문서를 인식하기 위한 인식기로서 신경회로망을 사용하였다. 인식기는 3단계의 계층적 구조를 가지고 있다. 인식기에 사용된 데이터는 두종류의 필기체 데이터 베이스인 KPNU 데이터와 Concordia 데이터 및 한 종류의 인쇄에 숫자 데이터를 사용하였다. 첫번째 단계는 각 숫자체별로 인식기를 구성하였으며, 두번째 단계와 세번째 단계는 각 전단계의 신경회로망 중간층을 이용하였다. 특히 필기체 숫자는 변형이 심하므로 첫번째 단계에서 필기체 숫자의 인식기는 다중 특징에 따라 모듈화된 구조를 갖는다. 첫번째 단계의 인식률에 비해 첫번째 단계를 통합한 두번째 단계의 인식률이 높게 나타났으며, 이때 숫자체별 인식률은 KPNU의 경우 98.98%, Concordia 데이터의 경우 98% 및 인쇄체 숫자 데이터의 경우는 99.74%를 나타내었다. 세번째 단계는 다중 숫자체를 통합 인식하는 단계로서 각 숫자체별 인식률은 KPNU의 경우 98.08%, Concordia 데이터의 경우 97.1% 및 인쇄체 숫자 데이터의 경우는 98.21%를 나타내었다.

고화질 PDP를 위한 Fuzzy Sub-Field 맵핑 알고리즘

구본철(Bon-Cheol Koo),진성일(Sung-Il Chien),최두현(Doo-Hyun Choi) 대한전자공학회 2003 대한전자공학회 학술대회 Vol.2003 No.11