One-dimensional Object Tracking using LSTM Neural Network

Object tracking is a technique of signal processing that estimates objects locations based on past locations and present time observed data. While, Kalman filter and particle filter are among the most notable object tracking schemes, these filters need to know the system model to achieve optimal performance. The recursive neural network (RNN) with a feedback loop added to the perceptron neural network can be used for object tracking. Also, RNN evolved into long-short term memory (LSTM) that solved the long-term dependence problem and is being used in various fields. In this paper, in order to study the tracking performance of LSTM, we consider a simple problem of one-dimensional object tracking, and compare the tracking performance with Kalman and particle filters. In order to test the tracking performance in diverse observation environments, various noise models such as Gaussian, Laplace, exponential, and uniformly distributed noises are considered. Under the various circumstances, we observe that LSTM neural network achieves fairly stable performance without knowing the system model.

LSTM 신경망을 이용한 1차원 객체추적

객체추적은 객체의 위치변화를 찾는 것으로, 이전시간의 객체의 위치와 주어진 관측 데이터를 바탕으로 객체의 위치를 추적하는 신호처리의 한 분야이다. 객체추적 기법에는 대표적으로 칼만필터와 파티클필터가 있는데, 두 필터 모두 시스템 모델을 알고 있어야 좋은 성능을 낼 수 있다. 퍼셉트론 신경망에 피드백 루프를 추가한 재귀신경망은 데이터의 시계열적 상관관계를 활용할 수 있어 객체 추적에도 사용되고 있으며, 장기의존성 문제를 해결한 LSTM으로 발전하여 다양한 분야에 활용되고 있다. 본 논문에서는 이러한 LSTM의 추적 성능을 검증하기 위하여 1차원 객체 추적이라는 공통의 문제를 설정하고, 칼만필터, 파티클필터와의 추적 성능을 비교한다. 보다 다양한 관측 환경에서의 추적 성능 비교검증을 위하여 가우시안 잡음 외에도 라플라스, 지수, 균등 분포의 잡음이 있는 경우도 상정하였다. 그 결과 LSTM 신경망은 시스템 모델이 주어지지 않고, 학습데이터만으로 학습을 하여 안정적인 성능을 낼 수 있다는 것을 확인하였다.