컴퓨터 비전 소개와 연구개발 사례

1. 컴퓨터 비전 소개와 연구개발 사례 오일석 2007년 8월 30일 전북대학교 컴퓨터비전 연구실 Computer Vision Lab. Of CBNU

2. 목차 • 배경 • 컴퓨터 비전의 원리 • 컴퓨터 비전의 응용 • 연구개발 사례: 자동차번호판 인식 • 강의 시간: 두 시간 Computer Vision Lab. Of CBNU

3. 배경 • 차례 • 지능이란? • 현재 컴퓨터가 지능 기계인가? • 튜링 테스트 • 인지와 인식 • 시각의 중요성 Computer Vision Lab. Of CBNU

4. 지능이란? • 사전적 의미 • (1) 계산이나 문장 작성 따위의 지적 작업에서, 성취 정도에 따라 정하여지는 적응 능력. 지능지수 따위로 수치화할 수 있다. (2) 지혜와 재능을 통틀어 이르는 말. (3) 새로운 대상이나 상황에 부딪혀 그 의미를 이해하고 합리적인 적응 방법을 알아내는 지적 활동의 능력. (국립국어연구원 표준국어대사전, 1999) Computer Vision Lab. Of CBNU

5. 현재 컴퓨터는 지능 기계인가? • Pro • Deep Blue: 세계 체스 챔피언 카스팔로프를 이김 • Google: 전 세계 웹 정보를 수초 이내에 검색 • 아르미: 스캔된 문서를 빠른 속도와 합리적 인식률로 인식함 • 첫번째 시합 (카스팔로프 승) 전적 (2승 1패 3무승부, Deep Blue 승) Computer Vision Lab. Of CBNU

6. 현재 컴퓨터는 지능 기계인가? • Con • 컴퓨터 바둑 프로그램이 이창호를 이길 수 있나? • 이야기 장르 (슬픔, 기쁨, 웃음, 허구 등)를 구별할 수 있나? • 시를 창작하는 프로그램? • 아르미의 어이없는 오류 사오정이랑..사오정여자친구가.... 오토바이를 타구 장난아니게....드라이브를 하구 있었다,...갑자기...여자친구가.....사오정에게....."자기~~~~나 추워~~~~~!!!!" 그랬더니...사오정은 아무말도 안하고 더 빨리 달리는 것이 아닌가?그래서 다시 사오정에게 "자기야 나 춥다니깐~~"하니깐 사오정은 더더욱 빨리 달리는 것이 아닌가?여자친구는 하도 기가막혀서 막 화를 내면서" 자기야!! 나 춥다니깐!!" 하자사오정이 말하기를..."그래..나두 사랑해~~~~~" Computer Vision Lab. Of CBNU

7. 기계의 지능 여부를 어떻게 판단하나? • Turing 검사 (imitation game 사용) (George F. Luger, Artificial Intelligence, 5th Ed., Addison Wesley, 2005.)의 삽화 • Alan Turing: 컴퓨터 과학의 기초를 다진 사람 Computer Vision Lab. Of CBNU

8. 기계의 지능 여부를 어떻게 판단하나? • Lady Lovelace’s objection • (George F. Luger, Artificial Intelligence, 5th Ed., Addison Wesley, 2005.)의 본문 발췌 • Ada Lovelace: 여성 컴퓨터 과학자, 그녀 이름을 딴 Ada언어 개발됨 Computer Vision Lab. Of CBNU

9. 인지 (perception)와 인식 (recognition) • 시각 • 청각 • 촉각 • 후각 • 미각 • 인간의 가장 기본적이고 중요한 지능 행위 • 인간 정보처리의 대부분을 시각이 담당 Computer Vision Lab. Of CBNU

10. 인간 시각 • 눈 • 뉴론 (neuron) • 인간은 약 100 billion 뉴론을 가지고 탄생 Computer Vision Lab. Of CBNU

11. 컴퓨터 비전의 원리 • 차례 • 영상 획득 • 영상의 표현 • 영상의 처리 • 영상의 처리 + 컴퓨터그래픽스 • 영상의 인식 • 인식을 위한 기계 학습 Computer Vision Lab. Of CBNU

12. 128x128 64x64 256x256 영상 획득 Computer Vision Lab. Of CBNU

13. 영상의 표현 • 2차원 배열 • 화소 (pixel) • 해상도 • 명암 (gray-scale) 영상과 컬러 (color) 영상 Computer Vision Lab. Of CBNU

14. 영상의 처리 • 에지 탐지 Computer Vision Lab. Of CBNU

15. 영상의 처리 • 영역 분할 Computer Vision Lab. Of CBNU

16. 영상의 처리 • 모션 분석 Computer Vision Lab. Of CBNU

17. 영상처리 + 컴퓨터그래픽스 Computer Vision Lab. Of CBNU

18. 영상의 인식 Computer Vision Lab. Of CBNU

19. 인식을 위한 기계 학습 • 예) 필기 숫자 • state-of-the-art 인식률 = 98% 정도 Computer Vision Lab. Of CBNU

20. 컴퓨터 비전의 응용 • 로봇 네비게이션 http://ohzlab.kaist.ac.kr/index.html Computer Vision Lab. Of CBNU

21. 컴퓨터 비전의 응용 • 지능 자동차 Computer Vision Lab. Of CBNU

22. 컴퓨터 비전의 응용 • 3차원 비디오 http://vision.kuee.kyoto-u.ac.jp/ Computer Vision Lab. Of CBNU

23. 컴퓨터 비전의 응용 • 감시 http://image.korea.ac.kr/korean/Research/HumanMotionAnalysis/MA_index[1].html Computer Vision Lab. Of CBNU

24. 컴퓨터 비전의 응용 • 비디오 검색 Computer Vision Lab. Of CBNU

25. 컴퓨터 비전의 응용 • 문서 인식 및 검색 Computer Vision Lab. Of CBNU

26. 컴퓨터 비전의 응용 • 군사 Computer Vision Lab. Of CBNU

27. 컴퓨터 비전의 응용 • 우주 탐사 Computer Vision Lab. Of CBNU

28. 사례 연구: 국내 자동차 번호판 인식 • 국내 실용화되어 사용중임 Computer Vision Lab. Of CBNU

29. 사례 연구: 국내 자동차 번호판 인식 • 현재 개략적인 인식 성능 • 90%인식률 (약 10%의 기각) • 1% 오류율 • 연구 개발 목표 • 95% 이상의 인식률 (5% 미만의 기각) • 1% 이하의 오류율 • 어떤 효과? (경찰청 입장) • 하루 10만대 촬영 가정하면 • 100,000만대*(0.95-0.90)*50,000만원= 하루 2.5억 원의 추가 수입 Computer Vision Lab. Of CBNU

30. 개발 툴 Computer Vision Lab. Of CBNU

31. OpenCV 활용 • OpenCV • 인텔에서 개발한 open source 컴퓨터비전 라이브러리 • Intel Pentium Processor에 최적화 • Windows용과 Linux용 제공 • 개발에 사용한 함수들 • Image Handle Function • cvLoadImage, cvSaveImage, cvCreateImage, SetImageROI, cvPoint, cvRect, cvSize, IplImage, • Operators • cvCanny, cvSobel, cvFindContour, cvApproxPoly, cvAdaptiveThresholding Computer Vision Lab. Of CBNU

32. 차량 번호판 추출 • 차량 번호판 추출을 위한 두 가지 알고리즘 • 선분 그루핑 알고리즘 • 에지 맵 (edge map) 추출 • 선분 (line segment) 추출 • 선분 그룹핑 (번호판 성립 조건 사용) • 에지 밀도 맵 (edge density map) 알고리즘 • 에지 맵 (edge map) 추출 • 잡영 제거 • 번호판 추출 윈도우 적용 Computer Vision Lab. Of CBNU

33. p1 p1 l1 L2 p2 p2 선분 그루핑 알고리즘 • 알고리즘 • 선분 추출 • 기울어진 선분과 짧은 선분 제거 • 각도에 따라 수평과 수직으로 구분 • 선분 그룹핑 • 평행 조건 • 마주봄 조건 • 번호판 규격 조건 Computer Vision Lab. Of CBNU

34. l3 V1 V2 Cross angle l1 l2 V3 l4 V4 선분 그루핑 알고리즘 • 알고리즘 (계속) • 수평 선분쌍과 수직 선분쌍을 짝지음 • 직사각형을 만족하는 각도 조건 • 번호판 규격 조건 Computer Vision Lab. Of CBNU

35. D1 D2 lp1.V1 lp1.V2 lp2.V1 lp2.V2 lp1.V3 lp1.V4 lp2.V3 lp2.V4 선분 그루핑 알고리즘 • 알고리즘 (계속) • 후보 영역 추출 • 직사각형이 집중적으로 분포하는 위치를 찾음 Computer Vision Lab. Of CBNU

36. 선분 그루핑 알고리즘 • 시스템 데모 (2) Line Segment (1) Edge 영상 (3) Line Pair (2) 결과 영상 Computer Vision Lab. Of CBNU

37. 에지 밀도 맵 알고리즘 • 알고리즘 • Sobel 수직 에지 추출 • 이진화 • 세선화 (Thinning) • 잡영 제거 • 후보 영역 찾기 Computer Vision Lab. Of CBNU

38. 차량 번호판 추출– Vertical Edge Density • 시스템 데모 (1) 원 영상 (2) Vertical Edge Density Map (3) 결과 영상 Computer Vision Lab. Of CBNU

39. 2 3 1 45 0 4 0 7 5 6 번호판 개인용/영업용 구분 • 알고리즘 개요 • 번호판 영역의 에지 방향 분포를 이용  개인용 차량 원 영상 Edge Direction 영상  영업용 차량 원 영상 Edge Direction 영상 Computer Vision Lab. Of CBNU

40. 글자 영역 분할 • 알고리즘 • 기울기 교정 • 적응적 이진화 • 모폴로지 이용한 잡영 제거 • 프로젝션 분석에 의한 분할 선 추정 Computer Vision Lab. Of CBNU

41. 4 3 2 분리선 1 1 2 글자 영역 분할 Computer Vision Lab. Of CBNU

42. 글자 인식 • 글자 데이터베이스 수집 Computer Vision Lab. Of CBNU

43. 정규화 이전 정규화 글자 인식 • 크기 정규화 Computer Vision Lab. Of CBNU

44. 글자 인식 • 특징 추출 • DDD, Wavelet, projection, profile, Etc. Computer Vision Lab. Of CBNU

45. 448 Dimension 25bit 추출된 특징 벡터의 예 Class distribution map 글자 인식 • Perfect Metrics 인식기 Computer Vision Lab. Of CBNU

46. 글자 인식 • 신경망 인식기 Computer Vision Lab. Of CBNU

47. 입력 데이터 인식 결과 글자 인식 • 숫자 인식 Computer Vision Lab. Of CBNU

48. Same type of character 글자 인식 • 한글 인식 Computer Vision Lab. Of CBNU

49. 글자 인식 • 지역 필드 인식 Computer Vision Lab. Of CBNU

50. 또 다른 방법 추구 - 에지 정보를 이용한 글자 분할 Computer Vision Lab. Of CBNU