목표물의 고속 탐지 및 인식을 위한 효율적인 신경망 구조

Effcient Neural Network Architecture for Fat Target Detection and Recognition

목표물 탐지 및 인식은 신경망의 적용이 활발한 하나의 분야로서, 일반적인 형태인식 문제들의 요구 사항에 추가적으로 translation invariance와 실시간 처리를 요구한다. 본 논문에서는 이러한 요구 사항을 만족하는 새로운 신경망의 구조를 소개하고, 이의 효과적인 학습 방법을 설명한다. 제안된 신경망은 특징 추출 단계와 형태 인식 단계가 연속(Cascade)된 가중치 공유 신경망(Shared-weight Neural Network)을 기본으로하여 이를 확장한 형태이다. 이 신경망의 특징 추출 단계는 입력에 가중치 창(weight kernel)으로 코릴레이션 형태의 연산을 수행하며, 신경망 전체를 하나의 2차원 비선형 코릴레이션 필터로 볼 수 있다. 따라서, 신경망의 최종 출력은 목표물 위치에 첨예(peak)값을 갖는 코릴레이션 평면이다. 이 신경망이 갖는 구조는 병렬 또는 분산 처리 컴퓨터로의 구현에 매우 적합하며, 이러한 사실은 실시간 처리가 중요한 요인이 되는 문제에 적용할 수 있음을 의미한다. 목표물과 비목표물간의 숫자상 불균형으로 인하여 초래되는 오경보(false alarm) 발생의 문제를 극복하기 위한 새로운 학습 방법도 소개한다. 성능 검증을 위하여 제안된 신경망을 주차장내에서 이동하는 특정 차량의 탐지 및 인식 문제에 적용하였다. 그 결과 오경보 발생이 없었으며, 중형급 컴퓨터를 이용하여 약 190Km로 이동하는 차량의 추적이 가능한 정도의 빠른 처리 결과를 보여 주었다.

Target detection and recognition problems, in which neural networks are widely used, require translation invariant and real-time processing in addition to the requirements that general pattern recognition problems need. This paper presents a novel architecture that meets the requirements and explains effective methodology to train the network. The proposed neural network is an architectural extension of the shared-weight neural network that is composed of the feature extraction stage followed by the pattern recognition stage. Its feature extraction stage performs correlational operation on the input with a weight kernel, and the entire neural network can be considered a nonlinear correlation filter. Therefore, the output of the proposed neural network is correlational plane with peak values at the location of the target. The architecture of this neural network is suitable for implementing with parallel or distributed computers, and this fact allows the application to the problems which require realtime processing. Net training methodology to overcome the problem caused by unbalance of the number of targets and non-targets is also introduced. To verify the performance, the proposed network is applied to detection and recognition problem of a specific automobile driving around in a parking lot. The results show no false alarms and fast processing enough to track a target that moves as fast as about 190 km per hour.