KR102035184B1 - Method and Apparatus for detecting abnormal behavior - Google Patents

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KR102035184B1 KR1020130092658A KR20130092658A KR102035184B1 KR 102035184 B1 KR102035184 B1 KR 102035184B1 KR 1020130092658 A KR1020130092658 A KR 1020130092658A KR 20130092658 A KR20130092658 A KR 20130092658A KR 102035184 B1 KR102035184 B1 KR 102035184B1
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Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상 움직임 탐지 장치는 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 궤적을 파악하는 특징점추적부; 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음인 문서단위로 분류하고, 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 토픽온라인학습부; 및 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 움직임패턴온라인학습부; 를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an abnormal motion detection apparatus may include a feature point tracking unit for extracting feature points of an object moving in an input image and tracking a positional change over time of the extracted feature points; A topic online learning unit classifying the input image into a document unit which is a bundle of the trajectories, and identifying probability distribution states of topics constituting the classified documents; And a motion pattern online learning unit for inferring a spatiotemporal relationship between identified topics and learning a motion pattern. It includes.

Figure R1020130092658
Figure R1020130092658

Description

비정상 움직임 탐지 장치 및 방법{Method and Apparatus for detecting abnormal behavior}Apparatus and method for detecting abnormal behavior

본 발명은 온라인 학습 방법을 이용한 비정상 움직임 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for detecting abnormal motion using an online learning method.

영상 내 물체의 움직임 흐름을 학습하는 방법으로는 크게 궤적 기반과 지역적 특징점(local feature) 기반으로 학습하는 방법이 있다. 이러한 학습방법은 크게 3가지 종류로 나눌 수 있다. As a method of learning the motion flow of an object in an image, there are two methods of learning based on a trajectory and a local feature. These learning methods can be divided into three types.

첫째로 영상 내 이동물체들을 추적하여 그 궤적을 찾고, 그 궤적들을 몇 개의 주요한 패턴(pattern)으로 집단화(clustering)하여 영상을 학습하는 방법이 있다. 이러한 방법은 유사한 궤적들이 가까운 거리를 가지도록 궤적 사이의 거리를 정의하고, 이를 이용하여 유사한 궤적들을 각각의 패턴으로 분류하게 된다. First, there is a method of learning an image by tracking the moving objects in the image to find the trajectory, and clustering the trajectories into several major patterns. This method defines the distance between the trajectories so that similar trajectories have a close distance, and uses them to classify the similar trajectories into respective patterns.

둘째로 혼합 가우시안 모델(Gaussian mixture model)과 커널 밀도 추정(Kernel density estimation)을 사용하여 영상의 각 픽셀에서 다음 픽셀로의 전이확률을 정의하여 영상을 학습하는 방법이 있다. 이 방법은 궤적의 통상적인 패턴을 찾기 보다는 영상의 각 위치를 지나가는 물체의 속도와 크기를 통계적으로 학습한다. 이 방법은 첫번째 방법에 비하여 임의 각도로 투영된 영상에 대해 강인한 성능을 보이며, 또한 끊어진 궤적을 좀 더 효과적으로 처리할 수 있는 특징이 있다. Second, there is a method of learning an image by using a Gaussian mixture model and kernel density estimation to define the probability of transition from one pixel to the next. This method statistically learns the velocity and magnitude of the object passing through each position of the image, rather than looking for a typical pattern of trajectories. Compared to the first method, this method has more robust performance for images projected at an arbitrary angle, and can also handle broken trajectories more effectively.

셋째로 영상에서 광류(optical flow)와 같은 낮은 레벨의 지역적특징점을 추출하여 학습에 사용하는 접근방법이 있다. 이 방법은 혼합 가우시안 모델(Gaussian mixture model)이나 확률적 토픽 모델(probabilistic topic model)을 사용하여 학습모델을 생성한다.Third, there is an approach to extract low-level local features such as optical flow and use them in learning. This method creates a learning model using a Gaussian mixture model or a probabilistic topic model.

그러나 이러한 학습은 대부분 배치 학습방법(Batch learning scheme)을 이용하게 되어, 영상의 상황이 지속적으로 변화하는 경우 이 변화를 학습 모델에 반영할 수 없는 단점이 있다. However, most of such learning uses a batch learning scheme, and thus there is a drawback that this change cannot be reflected in the learning model when the situation of the image continuously changes.

KR 2011-0133476KR 2011-0133476

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 입력 영상 내의 임의의 국부 영역에서 여러 개의 정상적인 움직임 패턴이 시간차를 두고 발생하는 경우에도 학습이 가능하도록 구현하고자 한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, even when a plurality of normal movement patterns occur at a time difference in an arbitrary local region of the input image, it is possible to implement the learning.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서는 영상 내의 특징점의 속도와 방향정보를 학습이 가능하고, 각 패턴들 간의 시공간적 관계를 파악할 수 있는 비정상행위 탐지 방법을 제시한다. Another preferred embodiment of the present invention provides an abnormal behavior detection method capable of learning the speed and direction information of a feature point in an image and grasping the spatiotemporal relationship between the patterns.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 시간의 변화에 따른 영상 변화에 적응이 가능하고, 군중밀집 영상과 같이 복잡한 영상에서도 성능이 강인한 비정상행위 탐지방법을 제시한다. In addition, a preferred embodiment of the present invention provides a method for detecting abnormal behavior that is adaptable to changes in time according to a change in time, and robust in complex images such as crowded images.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상 움직임 탐지 장치는 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 특징점추적부; 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음인 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 토픽온라인학습부; 및 상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하고, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 움직임패턴온라인학습부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. In a preferred embodiment of the present invention, the abnormal motion detection apparatus extracts the feature points of the moving object in the input image, and then tracks the positional changes over time of the extracted feature points to identify the trajectories of the extracted feature points part; A topic online learning unit classifying the input image into document units which are the bundles of the trajectories, and determining a probability distribution state of topics constituting the classified documents by applying an online learning method that is a stochastic topic model; And a motion pattern online learning unit learning a motion pattern by learning a region, a speed, and a direction for each identified topic, and inferring a spatiotemporal relationship between the identified topics. Characterized in that it comprises a.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상 움직임 탐지 장치는 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 특징점추적부; 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음을 나타내는 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법으로 각 문서를 구성하는 토픽들의 히스토그램 분포를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값을 추론하여, 상기 각 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 궤적분류부;및 추론된 상기 다항분포 파라미터 확률벡터값을 기초로 시공간연관관계를 추론하는 시공간연관관계추론부;및 상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하여, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 움직임패턴온라인학습부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In a preferred embodiment of the present invention, the abnormal motion detection apparatus extracts the feature points of the moving object in the input image, and then tracks the positional changes over time of the extracted feature points to identify the trajectories of the extracted feature points part; The input image is classified into document units representing the bundles of the trajectories, and a polynomial distribution parameter probability vector value indicating a histogram distribution of topics constituting each document is inferred by an online learning method, which is a stochastic topic model. A trajectory classification unit for clustering the positions of the trajectories for each topic within the space; and a spatiotemporal relationship inference unit for infering the spatiotemporal relationship based on the inferred polynomial distribution parameter probability vector value; and the area, velocity, and direction for each identified topic. And a motion pattern online learning unit learning a motion pattern by inferring a spatiotemporal relationship between the identified topics.

바람직하게, 비정상 움직임 탐지 장치는 상기 학습된 움직임패턴의 가우시안 학습 결과를 이용하여 입력영상의 매 프레임에 포함된 궤적이 상기 학습된 움직임패턴에 포함될 확률이 낮은 경우 비정상 움직임패턴으로 구별하는 비정상탐지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the apparatus for detecting abnormal motion uses an Gaussian learning result of the learned motion pattern to determine the abnormal motion pattern when the trajectory included in every frame of the input image has a low probability of being included in the learned motion pattern. It characterized in that it further comprises;

바람직하게, 궤적은 단어 wji 집합 및 벡터차 vjiτ의 집합으로 표현되고, 상기 단어의 집합은 상기 입력 영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내며, 이 경우 wji 는 j번째 궤적이 i 번째 격자를 지나는 것을 표시하고, 상기 벡터차의 집합은 상기 단어 내 실제 특징점의 위치와 τ프레임 전 상기 실제 특징점의 위치간 벡터값의 차 vjiτ의 집합을 나타내는 것을 특징으로 한다. Preferably, the trajectory of the word w ji A set of words and a set of vector differences v ji τ , wherein the set of words represents a set of words indicating grid point positions through which the respective trajectories pass through the input image, in which case w ji is the i th trajectory Passing through a grid, wherein the set of vector differences represents a set of difference v ji τ of a vector value between the position of the actual feature point in the word and the position of the actual feature point before the τ frame.

바람직하게, 상기 문서를 구성하는 다수의 토픽들의 확률분포 상태를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값은 문서 -토픽 확률분포(θd)과 토픽-단어 확률분포 (φk)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the polynomial distribution parameter probability vector value indicating the probability distribution state of the plurality of topics constituting the document includes a document-topic probability distribution θ d and a topic-word probability distribution φ k . do.

바람직하게, K-means 클러스터링 방식을 이용하여 시공간적 연관관계를 추론하는 것을 특징으로 한다. Preferably, it is characterized by inferring the spatiotemporal relationship using the K-means clustering method.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상 움직임 탐지 방법은 특징점추적부에서 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 단계; 토픽온라인학습부에서 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음인 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 단계; 및 움직임패턴온라인학습부에서 상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하고, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In a preferred embodiment of the present invention, the abnormal motion detection method extracts the feature points of the moving object in the input image from the feature point tracking unit, and then tracks the positional changes of the extracted feature points over time to track the traces of the extracted feature points. Identifying; Classifying the input image into a document unit which is a bundle of the trajectories in a topic online learning unit, and determining a probability distribution state of topics constituting a classified document by applying an online learning method that is a stochastic topic model; And learning area, speed, and direction by the identified topics in the motion pattern online learning unit, and inferring the spatiotemporal relationship between the identified topics to learn the motion patterns.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상 움직임 탐지 방법은 특징점추적부에서 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 단계; 궤적분류부에서 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음을 나타내는 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법으로 각 문서를 구성하는 토픽들의 히스토그램 분포를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값을 추론하여, 상기 각 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 단계;및 시공간연관관계추론부에서 추론된 상기 다항분포 파라미터 확률벡터값을 기초로 시공간연관관계를 추론하는 단계; 움직임패턴온라인학습부에서 상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하여, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the abnormal motion detection method extracts the feature points of the moving object in the input image from the feature point tracking unit, and then tracks the positional changes of the extracted feature points over time to track the traces of the extracted feature points. Identifying; The trajectory classification unit classifies the input image into document units representing the bundle of trajectories, and infers a polynomial distribution parameter probability vector value indicating a histogram distribution of topics constituting each document by an online learning method, which is a stochastic topic model. Clustering positions of trajectories for each topic in each document; and inferring a spatiotemporal relationship based on the polynomial distribution parameter probability vector value inferred by the spatiotemporal relationship inference unit; And learning the movement pattern by inferring the spatiotemporal relationship between the identified topics by learning regions, speeds, and directions for each of the identified topics in the movement pattern online learning unit.

본 발명은 사거리와 같은 복잡한 상황에서 자동차, 사람과 같은 영상 내 물체들의 주요한 움직임을 학습하고 이러한 학습 모델을 바탕으로, 영상에서 일어나는 비정상 행동들을 자동으로 찾아낼 수 있는 효과가 있다. 또한 교통상황의 종류에 관계없이 그 기능을 수행할 수 있는 것이 특징으로 이러한 기능은 다양한 실시간 감시(surveillance) 상황에서 비정상 행동을 자동으로 탐지하는 등의 응용이 가능하다. 교통상황 감시 시스템에 응용할 경우 무단횡단, 불법 U-turn과 같은 교통위반 상황을 비정상 행동으로써 자동으로 탐지가 가능하며 그 외 감시상황에서도 영상에서 확률적으로 발생빈도가 낮은 행동들을 비정상으로써 검출해 낼 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of learning the main movement of the objects in the image, such as cars and people in a complex situation, such as range, and based on this learning model, it is possible to automatically find the abnormal behavior that occurs in the image. In addition, it is possible to perform the function regardless of the traffic situation, such a function can be applied to automatically detect abnormal behavior in various real-time surveillance (surveillance) situation. When applied to the traffic monitoring system, traffic violations such as unauthorized crossings and illegal U-turns can be detected automatically as abnormal behaviors, and in other monitoring situations, it is possible to detect abnormally low-frequency behaviors as abnormal. It can be effective.

특히, 본 발명에서 제안하는 비정상 움직임 탐지 장치 및 방법은 영상 안의 임의의 국부 영역에서 여러 개의 정상적인 움직임 패턴이 시간차를 두고 발생하는 경우에도 학습이 가능한 이점이 있다. 그리고, 속도, 방향정보, 각 움직임 패턴들 사이의 시공간적 관계를 파악할 수 있다. 또한, 시간의 변화에 따른 영상 변화에 적응이 가능하며, 군중 밀집 영상과 같이 복잡한 영상에서도 강인한 성능을 나타내는 효과가 있다. In particular, the abnormal motion detection apparatus and method proposed by the present invention has an advantage that learning can be performed even when a plurality of normal motion patterns occur at a time difference in any local region in the image. And, it is possible to grasp the spatiotemporal relationship between speed, direction information, and each movement pattern. In addition, it is possible to adapt to the change of the image according to the change of time, there is an effect that shows the robust performance even in complex images, such as crowd crowded image.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상행위탐지장치(100)의 내부 구성도를 도시한다.
도 2a 및 2b 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, OLDA 학습방법을 이용하여 입력 영상을 문서 단위로 분류하고, 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 일 예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 입력 영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출하여, 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치 변화를 추적하여 궤적정보를 파악한 일 예를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 각 궤적 정보를 도시하는 방법의 일 예를 나타낸다
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로, K-means 클러스터링 기법을 이용하여 시공간적 연관성을 파악하는 일 예를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로, 토픽간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 일 예를 도시한다.
도 7 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법의 그래픽 유형을 도시한다.
도 8(a) 내지 (c)는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 단계적 추론 방식의 일 예를 도시한다.
도 9a 및 9b 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 일 실시예를 도시한다.
1 is a preferred embodiment of the present invention, and shows an internal configuration of the abnormal behavior detection apparatus 100.
2A and 2B illustrate an example of classifying an input image into document units and identifying probability distribution states of topics constituting the classified documents using the OLDA learning method.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which trajectory information is obtained by extracting feature points of a moving object in an input image and tracking a change in position of the extracted feature points over time according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 shows an example of a method for showing each locus information as a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates an example of identifying a spatiotemporal association using a K-means clustering technique as a preferred embodiment of the present invention.
6 illustrates an example of learning a movement pattern by inferring a spatiotemporal relationship between topics in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
7 illustrates a graphic type of an online learning method, which is a stochastic topic model, according to a preferred embodiment of the present invention.
8 (a) to 8 (c) show an example of a stepwise reasoning method as a preferred embodiment of the present invention.
9A and 9B illustrate a preferred embodiment of the present invention, which clusters positions of trajectories by topic.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비정상행위탐지장치(100)의 내부 구성도를 도시한다. 1 is a preferred embodiment of the present invention, and shows an internal configuration of the abnormal behavior detection apparatus 100.

비정상행위탐지장치(100)는 특징점추적부(110), 토픽온라인학습부(120), 움직임패턴온라인학습부(130) 및 비정상탐지부(140)를 포함한다. The abnormal behavior detection apparatus 100 includes a feature point tracking unit 110, a topic online learning unit 120, a movement pattern online learning unit 130, and an abnormal detection unit 140.

입력 영상이 교통상황 영상인 경우의 예를 들면, 특징점추적부(110)는 입력 영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출하여, 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치 변화를 추적하여 궤적정보를 파악한다. For example, when the input image is a traffic situation image, the feature point tracking unit 110 extracts feature points of an object moving in the input image, and tracks the positional changes of the extracted feature points over time to grasp the trajectory information.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 특징점추적부(110)에서 KLT추적 기술을 이용하여 입력 영상 내의 궤적정보를 주요 토픽별로(예, 직진 궤적정보, 좌회전 궤적정보, 우회전 궤적정보, U턴 궤적정보 등) 분류하고, 이를 통해 분류된 궤적들을 이용하여 영역, 속도 등을 학습하도록 구현된다. 이에 대한 일 실시예는 도 3을 참고한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the feature point tracking unit 110 uses the KLT tracking technique to track the trajectory information in the input image for each main topic (for example, straight trajectory information, left turn trajectory information, right turn trajectory information, and U turn trajectory information). Classify and learn the area, velocity, etc. using the classified trajectories. An embodiment thereof refers to FIG. 3.

토픽온라인학습부(120)에서는 특징점추적부(110)에서 파악된 궤적정보를 좌우방향 직진 궤적, 좌회전 궤적, U-turn 궤적, 상하방향 직진 궤적 등과 같은 주요 토픽별로 분류를 수행한다. The topic online learning unit 120 classifies the trajectory information identified by the feature point tracking unit 110 for each main topic such as a left-right straight trajectory, a left turn trajectory, a U-turn trajectory, and a vertical straight trajectory.

이를 위해, 토픽온라인학습부(120)에서는 입력영상을 궤적(Trajectory)의 묶음을 나타내는 문서(Document)단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 분류된 문서를 구성하는 단어들이 속하는 토픽의 확률분포 상태를 파악한다. 이에 대한 구체적인 일 실시예는 도 2a 내지 2b를 참고한다. To this end, the topic online learning unit 120 classifies an input image into document units representing a bundle of trajectories, and applies words to construct a classified document by applying an online learning method, which is a stochastic topic model. Identify the probability distribution status of the topics to which they belong. For a specific embodiment of this refer to Figures 2a to 2b.

이 후, 움직임패턴온라인학습부(130)는 토픽온라인학습부(120)에서 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하여, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 시공간적 연관관계를 추론하기 위하여 K-means 클러스터링 기법을 이용한다. 예를 들어, 좌회전 이후, U-Turn 이 발생하는 경우 등의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습한다. 이에 대한 실시예는 도 5를 참고한다.Thereafter, the movement pattern online learning unit 130 learns the region, the speed, and the direction for each topic identified by the topic online learning unit 120, and infers the spatiotemporal relationship between the identified topics. In a preferred embodiment of the present invention, the K-means clustering technique is used to infer the spatiotemporal relationship. For example, after a left turn, a motion pattern is learned by inferring a spatiotemporal relationship such as a case where U-Turn occurs. An embodiment thereof refers to FIG. 5.

비정상탐지부(140)에서는 움직임패턴온라인학습부(130)에서 학습된 움직임패턴을 벗어나는 경우 비정상 행위가 발생한 것으로 판단한다. 비정상탐지부(140)에서는 움직임패턴온라인학습부(130) 학습된 움직임패턴의 가우시안 학습 결과를 이용하여(수학식 10 내지 12 참고) 입력영상의 매 프레임에 포함된 궤적이 학습된 움직임패턴에 포함될 확률이 낮은 경우 비정상 움직임패턴으로 구별한다.The abnormality detecting unit 140 determines that an abnormal behavior has occurred when the abnormality of the movement pattern is learned from the movement pattern online learning unit 130. In the abnormality detection unit 140, the trajectories included in every frame of the input image are included in the learned motion pattern using the Gaussian learning result of the motion pattern trained by the motion pattern online learning unit 130 (see Equations 10 to 12). If the probability is low, it is distinguished by an abnormal movement pattern.

도 2a 및 2b 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 토픽온라인학습부(도 1, 120)에서 OLDA 학습방법을 이용하여 입력 영상을 문서 단위로 분류하고, 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 일 예를 도시한다. 2A and 2B illustrate a preferred embodiment of the present invention. The topic online learning unit (FIGS. 1 and 120) classifies an input image into document units using an OLDA learning method, and probability distribution of topics constituting the classified documents. An example of grasping a state is shown.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 확률적 토픽모델인 온라인 학습방법의 일 예로 Variational Bayes(VB)를 이용하는 온라인 LDA(Online Latent dirichlet allocation) 학습방법을 이용한다.In an exemplary embodiment of the present invention, an online latent dirichlet allocation (LDA) learning method using Variational Bayes (VB) is used as an example of an online learning method that is a stochastic topic model.

OLDA는 자연어 처리 분야에서 주로 사용되는 확률적 토픽 모델로써 여러 개의 문서를 주제별로 분류하고, 또 문서 안의 단어가 어떠한 주제에 속하는 지를 찾아내는 기술이다. 이는 자연어 처리 분야 외에도 컴퓨터 영상 처리 분야에도 현재 다양하게 응용되고 있다.OLDA is a stochastic topic model mainly used in the field of natural language processing. It is a technique of classifying several documents by subject and finding out which subject the words in the document belong to. In addition to the field of natural language processing, it is currently applied to various fields of computer image processing.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 온라인 학습방법을 이용함으로써, 입력 영상의 상황이 지속적으로 변화하는 경우에도, 변화를 학습 모델에 반영할 수 있는 이점이 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 온라인 LDA 학습방법을 이용하여 순차적으로 들어오는 입력에 따라 출력 결과를 계속 업데이트가 가능하다. According to an exemplary embodiment of the present invention, even when the situation of the input image is continuously changed by using the online learning method, there is an advantage that the change can be reflected in the learning model. In an exemplary embodiment of the present invention, the output result may be continuously updated according to the input sequentially input using the online LDA learning method.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 온라인 학습방법을 이용함으로써 입력 영상 내의 임의의 국부 영역에서 여러 개의 정상적인 움직임 패턴이 시간차를 두고 발생하는 경우에도 각각의 움직임 패턴을 학습할 수 있다. In addition, according to an exemplary embodiment of the present invention, even if a plurality of normal motion patterns occur at a certain time in a local area of the input image by using the online learning method, each motion pattern may be learned.

도 2a 를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 입력 영상을 궤적의 묶음을 나타내는 문서 단위(201, 202, 203)로 분류한다. 이 경우, 각 문서 d1, d2, d3...(201, 202, 203)는 m개 단위(m은 자연수)의 궤적의 묶음으로 구성된다. Referring to FIG. 2A, in an exemplary embodiment of the present invention, the input image is classified into document units 201, 202, and 203 representing a bundle of trajectories. In this case, each of the documents d1, d2, d3 ... (201, 202, 203) is composed of a bundle of trajectories of m units (m is a natural number).

도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 분류된 문서를 구성하는 단어가 속한 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 일 예를 도시한다. 2B illustrates an example of identifying probability distribution states of topics belonging to words constituting a classified document by applying an online learning method, which is a stochastic topic model, according to an exemplary embodiment of the present invention.

일 실시예로서, 문서 d1(201)은 Tr1, Tr2,Tr3, ..., Trm 개의 궤적들로 구성되고, 각 궤적(210)은 각 궤적들의 위치를 표시하는 단어의 집합(220)으로 구성된다. In one embodiment, the document d1 201 is composed of Tr 1 , Tr 2 , Tr 3 ,..., And Tr m trajectories, and each trajectory 210 is a set of words indicating the position of each trajectory ( 220).

구체적으로, 입력 영상의 각 프레임은 n*n 크기 격자로 나뉘어지고, 각 궤적이 지나는 격자 위치를 단어로 표시한다. 예를 들어, j 번째 궤적이 i 번째 격자를 지나면 Wji 로 표시한다. 이러한 방법으로, j 번째 궤적은 단어의 집합 {Wji, i=1,2,...,n}(220)으로 표현된다. 이후 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 각 궤적을 구성하는 각 단어가 어떠한 토픽에 속하는지에 대한 확률 분포를 파악한다. In detail, each frame of the input image is divided into an n * n size grid, and a grid position at which each trajectory passes is represented by a word. For example, if the j th trajectory crosses the i th grid, it is denoted by W ji . In this way, the j th trajectory is represented by a set of words {W ji , i = 1,2, ..., n} 220. After that, we apply the online learning method, which is a probabilistic topic model, to grasp the probability distribution of which topics belong to each word constituting each trajectory.

이 경우, 궤적의 묶음을 나타내는 문서는 다항분포(multinomial distribution) 에 의해 생성되는 다수의 토픽으로 구성되어 있는 것을 전제로 한다. 또한, 입력 영상을 구성하는 각 궤적은 입력 영상 내의 대표적인 K 개의 흐름을 의미하는 잠재 토픽(latent topic) 중 하나에 속해 있다고 가정한다.In this case, it is assumed that a document representing a bundle of trajectories is composed of a plurality of topics generated by a multinomial distribution. In addition, it is assumed that each trajectory constituting the input image belongs to one of latent topics that represent representative K flows in the input image.

도 2b 를 참고하면, Tr1(210)을 구성하는 단어의 집합 {W1i, i=1,2,...,n}(220)은 230과 같은 확률 분포를 나타내며, 토픽1(T1, 직진 궤적)에 속할 확률이 높은 것으로 나타난다. Referring to FIG. 2B, the set {W 1i, i = 1, 2, ..., n} 220 of words constituting Tr 1 210 indicates a probability distribution such as 230, and topic 1 (T1, It appears that the probability of belonging to the straight trajectory) is high.

마찬가지로, Tr2(211)도 토픽1(T1, 직진 궤적)에 속할 확률이 높은 것으로 나타나며, Tr3(213)은 토픽2(T2, 좌회전 궤적)에 속할 확률이 높은 것으로, Trm(213)은 토픽3(T3, 우회전 궤적)에 속할 확률이 높은 것으로 나타난다. Similarly, Tr 2 (211) also appears to belong to topic 1 (T1, straight trajectory), Tr 3 (213) is likely to belong to topic 2 (T2, left turn trajectory), Tr m (213) Appears to belong to topic 3 (T3, right turn trajectory).

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 도 2b의 일 실시예와 같이 입력 영상을 궤적의 묶음을 나타내는 문서(Document)단위로 분류하여, 문서를 구성하는 단어들이 속한 토픽들의 확률분포 상태를 파악한다. 이 과정을 통해 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링할 수 있다. 예를 들어, 입력 영상 전체에 대해 토픽별로 궤적들을 분류할 수 있다. 토픽1(T1, 직진 궤적)에 속하는 궤적은 Tr1(210), Tr2(211),... 등으로, 토픽2(T2, 좌회전 궤적)에 속하는 궤적은 Tr3(213),...등으로, 토픽3(T3, 우회전 궤적)에 속하는 궤적은 Trm(213),... 등으로 클러스터링 할 수 있다. 이 과정을 통해 입력 영상에서 시간대별로 가장 많이 발생하는 토픽의 분포, 토픽별로 궤적의 위치 등과 같은 분석이 가능하다. According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in the embodiment of FIG. 2B, the input image is classified into document units representing a bundle of trajectories, and the probability distribution states of the topics included in the words are included. Through this process, the positions of the trajectories can be clustered for each topic. For example, the trajectories may be classified by topic for the entire input image. The trajectories belonging to topic 1 (T1, straight trajectory) are Tr 1 (210), Tr 2 (211), ..., etc. The trajectories belonging to topic 2 (T2, left turn trajectory) are Tr 3 (213), ... Etc., the trajectories belonging to topic 3 (T3, right turn trajectory) can be clustered by Tr m (213), ... Through this process, it is possible to analyze the distribution of topics that occur most frequently in each time zone in the input image and the position of the trajectory for each topic.

도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 입력 영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출하여, 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치 변화를 추적하여 궤적정보를 파악한 일 예를 도시한다. FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which trajectory information is obtained by extracting feature points of a moving object in an input image and tracking a change in position of the extracted feature points over time according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, t1의 입력 영상 내에서 특징점 A, B, C 및 D(310, 320, 330, 340)을 추출한다. 이 후, t2, t3,..., tT 등 시간에 따른 위치 변화를 추적한다. Referring to FIG. 3, feature points A, B, C, and D (310, 320, 330, and 340) are extracted from an input image of t1. After that, the position change over time such as t2, t3, ..., tT is tracked.

일 예로, 특징점 A는 310, 311, 312 와 같이 시간에 따라 위치가 변화되고, 특징점 B는 320, 321, 322로, 특징점 C는 330, 331, 332로, 그리고 특징점 D는 340, 341, 342로 위치 변화를 추적한다. For example, the location of the feature point A changes with time, such as 310, 311, and 312, the feature point B is 320, 321, and 322, the feature point C is 330, 331, and 332, and the feature point D is 340, 341, and 342. Keep track of position changes.

도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 각 궤적 정보를 도시하는 방법의 일 예를 나타낸다.4 illustrates an example of a method for displaying respective trajectory information as a preferred embodiment of the present invention.

궤적 Tr(410)= {(x1,y1,1), (x2,y2,2),(x3,y3,3),(x4,y4,4)...,(xT,yT,T)} Trajectory Tr (410) = {(x 1 , y 1 , 1), (x 2 , y 2 , 2), (x 3 , y 3 , 3), (x 4 , y 4 , 4) ..., (x T , y T , T)}

도 4를 참고하면 궤적 Tr1(410)은 단어 wji의 집합 및 벡터차 vjiτ의 집합으로 표현된다. 단어 wji 집합은 입력 영상 내에서 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타낸다. 도 4의 일 실시예를 참고하면, wji (420)는 j번째 궤적이 i 번째 격자를 지나는 것을 표시하고, j 번째 궤적은 단어의 집합 {Wji, i=1,2,...,Nj}으로 표현된다. Referring to FIG. 4, the trajectory Tr 1 410 is represented by a set of words w ji and a set of vector differences v ji τ . The word w ji set represents a set of words indicating a grid point position through which each trajectory passes in the input image. Referring to one embodiment of FIG. 4, w ji 420 indicates that the j th trajectory crosses the i th grid, and the j th trajectory is a set of words {W ji , i = 1,2, ..., N j }.

벡터차의 집합은 단어 내 실제 특징점의 위치(420)와 τ프레임 전 상기 실제 특징점의 위치간 벡터값의 차 vjiτ의 집합을 나타낸다. The set of vector differences represents a set of difference v jiτ of the vector value between the position 420 of the actual feature point in the word and the position of the actual feature point before the τ frame.

도 4를 참고하면, 실제 특징점의 위치(420)와 1프레임 전 위치(x1,y1,1)(421) 간의 벡터차 vji1(430), 실제 특징점의 위치(420)와 2프레임 전 위치(x2,y2,2)(422)간의 벡터차 vji2(440), 및 실제 특징점의 위치(420)와 τ프레임 전 위치(xT,yT,T)간의 벡터차 vjiτ(450)의 집합으로 표시된다. 바람직하게, 벡터 차 vjiτ(450)는 가우시안 분포를 가지며 N(μ,Σ)의 형태로 표현된다. 이는 아래 수학식 6을 참고한다. Referring to FIG. 4, the vector difference v ji1 430 between the position 420 of the actual feature point and the position (x 1 , y 1 , 1) 421 before the frame 1 , and the position 420 and 2 frame before the actual feature point Vector difference between positions (x 2 , y 2 , 2) 422 v ji2 440 and vector difference between position 420 of the actual feature point and the position before frame τ (x T , y T , T) v jiτ ( 450). Preferably, the vector difference v ji tau 450 has a Gaussian distribution and is expressed in the form of N (μ, Σ). See Equation 6 below.

이 경우, vji1=(Δxji1,Δyji1), vji2=(Δxji2, Δyji2),...,vjiτ=(Δxjiτ, Δyjiτ)으로 각각 표시할 수 있다. In this case, v ji1 = (Δx ji1 , Δy ji1 ), v ji2 = (Δx ji2 , Δy ji2 ),..., V jiτ = (Δx jiτ , Δy jiτ ).

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 단어 내에 궤적이 지나가는 실제 특징점의 위치와 τ프레임 전 상기 실제 특징점의 위치간 벡터값의 차 vjiτ 정보를 이용하여 토픽별로 τ프레임 전에 단어가 어느 정도 떨어져 있는지 가우시안 분포를 파악할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, a Gaussian distribution of how far the word is before the τ frame for each topic by using the information v jiτ information between the position of the actual feature point through which the trajectory passes through the word and the position of the actual feature point before the τ frame. Can be identified.

도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로, K-means 클러스터링 기법을 이용하여 시공간적 연관성을 파악하는 일 예를 도시한다.FIG. 5 illustrates an example of identifying a spatiotemporal association using a K-means clustering technique as a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, K-means 클러스터링 기법을 이용하여 문서(document)와 토픽간의 확률분포(θd)를 파악이 가능하다. 구체적인 내용은 도 8b와 관련된 내용을 참고한다. In a preferred embodiment of the present invention, it is possible to determine the probability distribution θ d between a document and a topic using a K-means clustering technique. For details, refer to the content related to FIG. 8B.

도 6 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로, 토픽간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 일 예를 도시한다. 6 illustrates an example of learning a movement pattern by inferring a spatiotemporal relationship between topics in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 이상과 같이 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하고, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하기 위해 도 7과 같은 온라인 학습 모델을 이용한다. In an exemplary embodiment of the present invention, an online learning model as shown in FIG. 7 is used to learn a region, a velocity, and a direction for each topic as described above, and to learn a movement pattern by inferring a spatiotemporal relationship between identified topics.

도 7 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법의 그래픽 유형을 도시한다.7 illustrates a graphic type of an online learning method, which is a stochastic topic model, according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, KLT 추적 기술 기반으로 파악된 궤적을 수학식 1 내지 6을 이용하여 도 7 에 도시된 확률적 토픽 모델에 기반한 온라인 학습 모델의 형태로 변형시킨다. As a preferred embodiment of the present invention, the trajectory determined based on the KLT tracking technique is transformed into an online learning model based on the stochastic topic model shown in FIG.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 온라인 학습방법과정은 각 궤적 zj은 입력 영상 내의 대표적인 K 개의 흐름을 의미하는 잠재 토픽(latent topic) 중 하나에 속해 있다고 가정한다. 잠재 토픽은 영상 내에서 직진, 좌회전과 같은 주요한 움직임 패턴을 의미한다.In a preferred embodiment of the present invention, the online learning method assumes that each trajectory z j belongs to one of the latent topics representing the representative K flows in the input image. Potential topics refer to major movement patterns such as going straight and turning left in the image.

또한, 궤적의 묶음을 나타내는 문서는 다항분포(multinomial distribution) 에 의해 생성되는 다수의 토픽으로 구성되어 있는 것을 전제로 한다. 이 경우, 문서 내 토픽들의 확률분포는 상태(state) sd에 의해 생성되는 다항분포의 파라미터 확률벡터θd와 연관되어 있다. 여기서, 상태 sd란 각 시간단위마다 발생하는 행동 주제들의 집합을 의미한다. 따라서, 시간에 따른 상태천이를 확인하면, 시간별로 어떠한 행동들이 주로 나타나는지를 확인할 수 있다. In addition, a document representing a bundle of trajectories is assumed to be composed of a plurality of topics generated by a multinomial distribution. In this case, the probability distribution of the topics in the document is associated with the parameter probability vector θ d of the polynomial distribution generated by state s d . Here, the state s d means a set of behavioral topics that occur at each time unit. Therefore, by checking the state transition over time, it can be confirmed what actions are mainly shown by time.

본 발명의 바람직한 일 실시예인 확률적 토픽 모델에서는 수학식 1 내지 6을 이용한다. In the stochastic topic model, which is a preferred embodiment of the present invention, Equations 1 to 6 are used.

Figure 112013070815852-pat00001
Figure 112013070815852-pat00001

수학식 1에서, sd는 현재 상태(state)를, sd-1은 직전 상태를 표시하며, Multi()는 다항분포를 나타낸다. 상태(state)는 순서 d에서 어떠한 움직임 패턴(또는 토픽)들이 주요하게 나타났는지에 대한 정보를 가지고 있다. In Equation 1, s d represents a current state, s d-1 represents a previous state, and Multi () represents a polynomial distribution. A state holds information about which movement patterns (or topics) were the main ones in order d.

수학식 1은 현재 순서 d에서 어떤 상태(sd)가 나타날 지는 이전 순서 d-1에서 어떠한 상태였는지(sd-1)에 대해서만 영항을 받는다는 것을 의미한다. Equation 1 means that what state (s d ) appears in the current order d is affected only by what state (s d-1 ) in the previous order d-1.

Figure 112013070815852-pat00002
Figure 112013070815852-pat00002

수학식 2에서, sd는 현재 상태를 나타내고, θd는 다항분포의 파라미터 확률벡터를 나타내며, Dir()은 디리클레 분포를 나타내고, α는 디리클레 분포의 하이퍼 파라미터(Hyper-parameter)를 나타낸다.In Equation 2, s d represents a current state, θ d represents a parameter probability vector of a polynomial distribution, Dir () represents a Dirichlet distribution, and α represents a Hyper-parameter of the Dirichlet distribution.

수학식 2는 전체적 model을 bayesian으로 가정할 때, θd는 어떤 분포를 표시하는 확률의 형태로 나타난다는 것을 의미한다.Equation 2 means that θ d appears in the form of a probability indicating a certain distribution, assuming that the overall model is bayesian.

Figure 112013070815852-pat00003
Figure 112013070815852-pat00003

수학식 3에 φk는 단어-토픽 분포(word-topic distribtion)를 나타내고, Dir()은 디리클레 분포를 나타내며, β는 디리클레 분포의 하이퍼 파라미터(Hyper-parameter)를 나타낸다.In Equation 3, φ k represents a word-topic distribtion, Dir () represents a Dirichlet distribution, and β represents a Hyper-parameter of the Dirichlet distribution.

Figure 112013070815852-pat00004
Figure 112013070815852-pat00004

수학식 4는 각 단어가 어떤 토픽 인덱스를 갖게되는지 판단하는 변수 z 는 해당 문서가 어떤 토픽에 속했는지를 나타내는 확률 분포인 θd에 의해 도출된다는 것을 가정한다. Equation 4 assumes that the variable z for determining which topic index each word has is derived by θ d , which is a probability distribution indicating which topic the document belongs to.

Figure 112013070815852-pat00005
Figure 112013070815852-pat00005

수학식 5는 각 단어가 토픽 분포(topic distribution)에서 생성되는 것을 표시하고, 각 단어가 어떠한 토픽 분포에서 생성되는지는 토픽 인덱스 z 에 의해 결정된다. Equation 5 indicates that each word is generated in a topic distribution, and in which topic distribution each word is generated is determined by topic index z.

수학식 5에서 j번째 궤적의 단어 집합Wji

Figure 112013070815852-pat00006
(R은 R차원을 표시함)를 파라미터로 하는 다항분포를 따른다.In Equation 5, the word set W ji of the j th trajectory is
Figure 112013070815852-pat00006
Follow the polynomial distribution with R as the parameter.

Figure 112013070815852-pat00007
Figure 112013070815852-pat00007

수학식 6에서 각각의 단어에 속한 벡터 차 vjiτ는 가우시안 분포를 가지며 N(μ,Σ)의 형태로 표현된다. 또한, 벡터 차 vjiτ 속도를 표시할 수 있다.
In Equation 6, the vector difference v jiτ belonging to each word has a Gaussian distribution and is expressed in the form of N (μ, Σ). In addition, the vector car v jiτ is You can display the speed.

다만, 이상의 수학식 1 내지 6을 이용하여 KLT 추적 방식을 통해 추출된 궤적들을 온라인 학습 방법에서 이용할 수 있는 형태로 변형할 경우, 변형된 입력을 이용하여 은닉 변수(hidden variable)들을 추론하는 것이 불가능하다. 도 6에 도시된 확률적 토픽 모델에 기반한 온라인 학습 방법은 적분이 정의되어 있지 않기 때문에 은닉 변수를 추론할 수 없기 때문이다. However, when the trajectories extracted through the KLT tracking method are transformed into a form that can be used in the online learning method by using Equations 1 to 6, it is impossible to infer hidden variables using the modified input. Do. This is because the online learning method based on the stochastic topic model shown in FIG. 6 cannot infer a hidden variable because the integral is not defined.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 6에 도시된 확률적 토픽 모델에 기반한 온라인 학습 방법에 샘플링 방법(Sampling Method)과 같은 근사화 방법을 추가로 적용한다. In an exemplary embodiment of the present invention, an approximation method such as a sampling method is additionally applied to the online learning method based on the stochastic topic model shown in FIG. 6 to solve this problem.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 근사화 방법의 일 예로, 단계적 추론(Cascade Inference) 방법을 적용한다. 도 7(a) 내지 (c)는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 단계적 추론 방식의 일 예를 도시한다. In a preferred embodiment of the present invention, as an example of the approximation method, a cascade inference method is applied. 7 (a) to 7 (c) show an example of a stepwise reasoning method as a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에서는 3단계의 단계적 추론 방법을 적용하고, 각 단계에서 추론된 은닉 변수들을 다음 단계에서 관찰값(Observation)으로 이용하여, 각 단계에서 은닉 변수를 추론한다. In an embodiment of the present invention, a three-step inference method is applied, and the hidden variables inferred in each step are inferred in each step by using the hidden variables inferred in the next step.

3단계 단계적 추론 방법은 아래와 같다. The three-step estimating method is as follows.

1. 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 단계1. Clustering locations of trajectories by topic within a document

2. 토픽들의 시공간적 연관성을 파악하는 단계2. Identify the spatiotemporal association of topics

3. 클러스터링된 궤적의 정보를 관찰값으로 하여 양자화되지 않은 움직임패턴을 가우시안 형태로 모델링하는 단계3. Modeling the unquantized motion pattern in Gaussian form using the information of clustered trajectories as observations

문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 단계를 통해 문서 내에서 토픽의 히스토그램 분포를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터(θd , φk)(도 8a, 820, 821)값을 추론하고, 추론된 θd , φk 값을 관찰값으로 하여 토픽들의 시공간적 연관성을 파악한다. 토픽들의 시공간적 연관성 파악 과정을 통해 일반적인 움직임행동 패턴을 파악한다. Clustering the positions of the trajectories for each topic in the document to infer the value of the polynomial distribution parameter probability vector (θ d, φ k ) (FIG. 8A, 820, 821) indicating the histogram distribution of the topic in the document, and inferring Using the observed values of θ d and φ k as observations, we identify the spatiotemporal relationships among the topics. Through the process of identifying the temporal and temporal association of the topics, the general movement behavior pattern is identified.

이 후, 각 단어가 속한 토픽 정보값 zdji(도 8a, 830)를 관찰값으로 하여 양자화되지 않은 행동패턴을 가우시안의 형태로 표시하여 학습을 수행한다. 학습된 가우시안 학습 결과를 이용하여 매 프레임마다 들어오는 궤적이 모델 내에 존재할 확률을 구하여 확률이 낮은 궤적들을 비정상으로써 판별해 낼 수 있다.
Subsequently, learning is performed by displaying a non-quantized behavior pattern in the form of Gaussian using the topic information value z dji (FIGS. 8A and 830) to which each word belongs as an observation value. Using the trained Gaussian learning results, the probability that an incoming trajectory exists in each frame can be determined to determine the trajectories with low probability as abnormal.

각 단계를 상세히 살펴보면 다음과 같다. Looking at each step in detail as follows.

1. 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 단계1. Clustering locations of trajectories by topic within a document

먼저 도 8a에 도시된 바와 같이 문서-토픽 분포(θd )(820), 토픽(zdji)(830) 및 단어(wdji)(840) 간의 결합확률을 파악한다. 문서(800) 내의 M 개의 궤적에 포함된 단어 Nj 개의 단어wdji(740)들이 각각 어떤 토픽 zdji(730)에 속하게 될지에 대한 확률분포를 근사화 한다. 이 후, 단계적 추론을 적용하여 문서 -토픽 확률분포 (θd )(820)과 토픽-단어 확률분포 φk(821) 은닉변수 값을 추론할 수 있다. 이 과정을 통해 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링할 수 있다. 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 바람직한 일 실시예는 도 9a 및 9b를 참고한다. First, as shown in FIG. 8A, a probability of association between a document-topic distribution θ d 820, a topic z dji 830, and a word w dji 840 is determined. The probability distribution of which topic z dji 730 each of the words N j words w dji 740 included in the M trajectories in the document 800 belongs to is approximated. Subsequently, stepwise inference may be applied to infer the value of the document-topic probability distribution (θ d ) 820 and the topic-word probability distribution φ k 821. Through this process, the positions of the trajectories can be clustered for each topic. A preferred embodiment of clustering positions of trajectories for each topic is described with reference to FIGS. 9A and 9B.

도 8a를 참고하면, 수학식 2 내지 3을 통해 디리클레 파라미터 α,β(810, 811)가 주어졌을 때, 문서-토픽 분포(θd )(820), 토픽(zdji)(830) 및 단어(wdji)(840) 간의 결합확률은 수학식 7과 같다. Referring to FIG. 8A, given the Dirichlet parameters α, β (810, 811) via Equations 2 to 3, the document-topic distribution (θ d ) 820, topic (z dji ) 830 and words The coupling probability between (w dji ) 840 is expressed by Equation 7.

문서는 다항분포(multinomial distribution)에 의해 생성되는 다수의 토픽으로 구성되어 있고, 상기 문서 내 토픽들의 확률분포는 각 상태 sd에 의해 생성되는 다항분포의 파라미터 확률벡터θd와 연관되어 있다. 여기서, 다항분포 파라미터 확률벡터(θd,φ)(820, 821)는 문서 내에서 토픽의 히스토그램 분포를 표시한다. The document consists of a number of topics created by a multinomial distribution, and the probability distribution of the topics in the document is associated with a parameter probability vector θ d of the polynomial distribution created by each state s d . Here, the polynomial distribution parameter probability vectors θ d and φ 820 and 821 indicate histogram distributions of the topics in the document.

Figure 112013070815852-pat00008
Figure 112013070815852-pat00008

수학식 7에서 φ는 토픽-단어 확률분포(821)를, 문서-토픽 분포 확률분포 θd (820)는 문서 내 토픽의 분포를 나타내고, zdji(830)는 토픽을, wdji(840)는 단어를 각각 표시한다. 이 경우, 첨자 d는 문서를 식별하는 식별자이고, j∈{1,2,...,M}(M은 문서 내의 궤적의 개수)을 표시하고 문서 내에 포함된 각 궤적의 인덱스를 표시한다. 그리고, i∈{1,2,...,Ndj}(Ndj은 j번째 궤적 내의 단어의 개수)는 궤적 내의 단어들의 인덱스를 표시한다.In Equation 7, φ denotes a topic-word probability distribution 821, a document-topic distribution probability distribution θ d (820) denotes a distribution of a topic in a document, z dji (830) denotes a topic, and w dji (840) Marks each word. In this case, the subscript d is an identifier for identifying the document, indicating j∈ {1,2, ..., M} (M is the number of trajectories in the document) and the index of each trajectory included in the document. And i∈ {1,2, ..., N dj } (where N dj is the number of words in the j th trajectory) indicates an index of words in the trajectory.

수학식 7에서, Variational Bayes(VB)를 이용한 온라인 LDA 학습방법을 통해 추론이 이루어진다. 이 과정에서 잠재 변수에 대한 Variational 분포를 수학식 8과 같이 설정한다. 잠재 변수란 확률모델에서 실제로 관찰할 수 없는 모든 변수를 의미한다. In Equation 7, inference is made through an online LDA learning method using Variational Bayes (VB). In this process, the Variational distribution of latent variables is set as shown in Equation 8. A latent variable is any variable that cannot actually be observed in a probability model.

Figure 112013070815852-pat00009
Figure 112013070815852-pat00009

수학식 8에서

Figure 112013070815852-pat00010
는 수학식 7을 근사화 하기 위해 이용되는 Variational parameter를 나타낸다. 수학식 8은 종래에는 서로 조건적으로 의존적이던(conditionally dependent) 변수를 각각 독립적이라고 가정한다.
Figure 112013070815852-pat00011
Variational parameter 값들은 입력으로 들어오는 궤적을 변환한 정보들의 로그 라이클리우드(log-likelihood) 값의 하한에 접근하는 방법으로 추론된다. 이러한 추론 과정을 통해 각 궤적 내의 단어들이 어떠한 토픽을 가지고 있는지를 알 수 있다. 추론 과정은 수학식 8이 수학식 7에 얼마나 유사하게 접근하는지를
Figure 112013070815852-pat00012
값들을 변화시켜가며 찾아가는 과정으로 이루어져 있다. In equation (8)
Figure 112013070815852-pat00010
Denotes a Variational parameter used to approximate Equation 7 . Equation 8 conventionally assumes that each of the variables conditionally dependent on each other is independent.
Figure 112013070815852-pat00011
Variational parameter values are inferred by approaching the lower limit of the log-likelihood value of the information that transforms the trajectory coming into the input. Through this reasoning process, we can know what topics the words in each trajectory have. The inference process determines how similarly Equation 8 approaches Equation 7.
Figure 112013070815852-pat00012
It consists of a process of changing values.

이 후, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 문서(800) 내의 M 개의 궤적마다 단어(wdji)(840) 및 토픽(zdji)(830) 간의 히스토그램을 만든 후 최빈값(Mode)을 취하여 궤적의 토픽을 정하는 방법을 통해 클러스터링을 수행한다. 이 과정에서 최빈값을 이용함으로써 에러를 최소화할 수 있다.
After that, in the preferred embodiment of the present invention, a histogram between the word (w dji ) 840 and the topic (z dji ) 830 is created for every M trajectories in the document 800, and then the mode is taken to take the mode. Clustering is done by topic definition. In this process, errors can be minimized by using the mode.

도 9a 및 9b 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 일 실시예를 도시한다. 9A and 9B illustrate a preferred embodiment of the present invention, which clusters positions of trajectories by topic.

도 9a를 참고하면, 각 궤적 Tr1, Tr2, Tr3,...(910, 920, 930) 별로 각 단어들이 속한 토픽의 확률 분포를 파악한다(911, 921, 931). 이 후, 각 궤적별로 확률적으로 가장 발생하기 높은 토픽을 정한다. 일 예로, Tr1 궤적(910)에서는 토픽1(T1), Tr2 궤적(920)에서는 토픽1(T1), 그리고 Tr3 궤적(930)에서는 토픽2(T2)가 가장 발생 확률이 높은 토픽이 된다. 이러한 방식으로 입력 영상의 전체 궤적에 대한 토픽을 조사한다. Referring to FIG. 9A, a probability distribution of a topic to which each word belongs is determined for each trajectory Tr1, Tr2, Tr3, ... (910, 920, 930) (911, 921, and 931). After that, the topic most likely to occur most likely is determined for each trajectory. For example, the topic 1 (T1) in the Tr1 trajectory 910, the topic 1 (T1) in the Tr2 trajectory 920, and the topic 2 (T2) in the Tr3 trajectory 930 are the most likely topics. In this way, we examine the topic of the entire trajectory of the input image.

이 후, 도 9b와 같이 각 토픽별로 궤적을 클러스터링 한다. Thereafter, as shown in FIG. 9B, the trajectories are clustered for each topic.

예를 들어 토픽1(T1)이 발생할 확률이 높은 궤적은 Tr1, Tr2, Tr10, Tr11, Tr 12, Tr 17, Tr18 로, 토픽2(T2)가 발생할 확률이 높은 궤적은 Tr3, Tr5, Tr6, Tr21, 토픽3(T3)가 발생할 확률이 높은 궤적은 Tr4, 토픽4(T4)가 발생할 확률이 높은 궤적은 Tr7, Tr8, 토픽k(Tk)가 발생할 확률이 높은 궤적은 Tr9 등으로 클러스터링을 수행한다.
For example, the trajectories with the highest probability of occurrence of topic 1 (T1) are Tr1, Tr2, Tr10, Tr11, Tr 12, Tr 17, Tr18, and the trajectories with the highest probability of occurrence of topic 2 (T2) are Tr3, Tr5, Tr6, Tr21 and T3 are the most likely to occur in Tr4, T4 is the most likely to occur in Tr7, Tr8 and Tk are the most likely to occur in Tr9. do.

2. 토픽들의 시공간적 연관성을 파악하는 단계2. Identify the spatiotemporal association of topics

본 발명의 바람직한 일 실시예에서 토픽들의 시공간적 연관성을 파악하는 기본 개념은 도 5 내지 6 부분을 참고한다. In the preferred embodiment of the present invention, the basic concept of identifying the spatiotemporal association of topics is described with reference to FIGS. 5 to 6.

도 8b는 토픽들의 시공간적 연관성을 파악하기 위한 모델의 개념도를 도시한다. 도8b에 도시된 확률 분포는 상태(state) sd에 의해 생성되는 다항분포 파라미터 θd와 연관되어 있다. 이 경우, 각 상태 sd는 각 시간마다 발생하는 행동 토픽들의 집합을 나타낸다. 따라서, 시간에 따른 상태의 천이를 확인하면, 각 시간마다 어떠한 행동들이 주로 나타나는지 확인할 수 있다.8B shows a conceptual diagram of a model for identifying the spatiotemporal association of topics. The probability distribution shown in FIG. 8B is associated with the polynomial distribution parameter θ d generated by state s d . In this case, each state s d represents a set of behavioral topics that occur each time. Therefore, by checking the transition of the state over time, it is possible to confirm which actions are mainly shown each time.

본 단계에서는 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 단계에서 파악한 θd값을 이용하여 역으로 각 상태간의 천이상태를 확인하여, 토픽들 간의 시공간적 연관성을 파악한다.In this step, the transition state between states is inversely checked by using the θ d value obtained in the step of clustering the positions of the trajectories for each topic in the document, thereby identifying the spatiotemporal relationship between the topics.

이 과정에서 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 K-meas 클러스터링 방법을 이용하여 시공간적 연관관계를 파악하기 위한 최소의 상태(state) 그룹을 선택한다.In this process, in the preferred embodiment of the present invention, a minimum state group is selected to determine the spatiotemporal relationship using the K-meas clustering method.

토픽들의 시공간적 연관성을 파악하는 단계에서, θd는 K 차원 벡터를 나타낸다. 다시 말해, 주어진 K 개의 토픽이 나올 각 확률을 하나의 엘리먼트(element)로 보아 K 차원의 벡터를 가정한다. In the step of identifying the spatiotemporal association of topics, θ d represents a K-dimensional vector. In other words, we assume a vector of K-dimensionality, considering each probability that a given K topic appears as an element.

본 발명의 바람직한 일 실시에서는 D개의 히스토그램

Figure 112013070815852-pat00013
이 주어졌을 때 이를 Nc개의 그룹 {C1, C2, ...,CNC}로 나누었다. 이 때 Nc는 디자인 파라미터(Design Paramter)로 각각 상태(State)의 가짓수를 의미한다. 시공간적 연관관계를 파악하기 위하여 선택하는 그룹의 수 Nc는 수학식 9를 최소로 하는 값으로 설정되며, 일반적으로 2~3 사이의 수가 선택된다.In a preferred embodiment of the present invention, D histograms
Figure 112013070815852-pat00013
Is given, it is divided into Nc groups {C 1 , C 2 , ..., C NC }. In this case, Nc is a design parameter and indicates the number of states of each state. The number of groups Nc selected to grasp the spatiotemporal relationship is set to a value that minimizes Equation 9, and a number between 2 and 3 is generally selected.

Figure 112013070815852-pat00014
Figure 112013070815852-pat00014

수학식 9에서 집합

Figure 112013070815852-pat00015
안의 벡터의 평균을
Figure 112013070815852-pat00016
으로 정의하며
Figure 112013070815852-pat00017
는 토픽 개수를 나타내는 K차원별로
Figure 112013070815852-pat00018
를 노말라이즈한 결과를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 수학식 9를 최소화 하기 위하여 K Means- clustering을 수행하여 {sd}와
Figure 112013070815852-pat00019
를 구하였다. 이 경우 K 값은 Nc 값이 된다. {sd}는 해당하는
Figure 112013070815852-pat00020
의 클러스터링 인덱스를 나타낸다. 이 경우 sd 에서는 어떠한 토픽 주요하게 나오는지에 관한 정보를 지니고 있다. Set from Equation 9
Figure 112013070815852-pat00015
The average of the vectors inside
Figure 112013070815852-pat00016
Is defined as
Figure 112013070815852-pat00017
Is for each K dimension that represents the number of topics
Figure 112013070815852-pat00018
Shows the result of normalizing. In a preferred embodiment of the present invention by performing the K Means-clustering to minimize the equation (9) and {s d } and
Figure 112013070815852-pat00019
Was obtained. In this case, the K value becomes the Nc value. {s d } is equivalent to
Figure 112013070815852-pat00020
Represents the clustering index of. In this case, s d contains information about which topic is the main topic.

일 실시예로서, Nc가 3인 경우 도 8b와 같이 표시되며, 도 8 b에서 sd-1(850)은 이전 상태, sd(860)는 현 상태 그리고 sd+1(870) 은 직후 상태를 각각 나타내고, 히든 마르코드 모델(Hidden Markov model)과 비슷한 형태로 구현된다.As an example, when Nc is 3, it is displayed as shown in FIG. 8B, and in FIG. 8B, s d-1 850 is a previous state, s d 860 is a current state, and s d + 1 870 is immediately after. Each state is represented and implemented in a form similar to the Hidden Markov model.

또한, 각 상태(예, sd)는 히드 마르코드 모델과 비슷한 형태로 천이확률 행렬 Π에 의해 다른 상태(예, sd-1, sd+1)로 천이하게 된다.In addition, each state (e.g., s d ) is similar to the Hide Marcode model, and the state (e.g., s d-1 , s d + 1 ).

히든 마르코브 모델은 observation이 markov chain의 state에서 발생된다고 가정하는 모델로 이 때 markov chain을 구성하는 state들은 실제로 관찰되지 않는다The Hidden Markov model assumes that observation occurs in the state of the markov chain, where the states that make up the markov chain are not actually observed.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이상과 같이 정의한 파라미터

Figure 112013070815852-pat00021
은 가로로 움직이는 자동차들의 움직임(
Figure 112013070815852-pat00022
)이나 세로로 움직이는 자동차들의 움직임(
Figure 112013070815852-pat00023
)과 같은, 영상 내 행동들의 시공간적인 연관관계를 기준으로 묶은 일반적인 움직임패턴들을 의미한다. 상태 인덱스의 집합
Figure 112013070815852-pat00024
는 시간이 지남에 따라 발생하는 영상 내 상태 변화를 표현한다. As a preferred embodiment of the present invention, the parameters defined as above
Figure 112013070815852-pat00021
Is the movement of cars moving horizontally
Figure 112013070815852-pat00022
) Or vertically moving cars
Figure 112013070815852-pat00023
) Refers to general movement patterns grouped based on the spatiotemporal relationship of actions in the image. Set of state indices
Figure 112013070815852-pat00024
Represents the state change in the image that occurs over time.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 온라인 학습 방법은 점진적 학습 방법을 이용하기 위하여 지정된 슬라이딩 윈도우(Sliding window)의 크기를 이용하여 영상의 변화에 적응하는 것이 가능하다. 슬라이딩 윈도우의 크기는 Online LDA의 미니 배치 크기와 연관이 되어 있다.
As a preferred embodiment of the present invention, the online learning method can adapt to the change of the image by using the size of the sliding window designated in order to use the progressive learning method. The size of the sliding window is related to the mini batch size of the Online LDA.

3. 클러스터링된 궤적의 정보를 관찰값으로 하여 양자화되지 않은 움직임패턴을 가우시안 형태로 모델링하는 단계3. Modeling the unquantized motion pattern in Gaussian form using the information of clustered trajectories as observations

본 단계에서는 각각의 토픽별로 움직임 패턴을 모델링한 결과를 가지게 된다. 영상을 나눈 각 격자마다 그 위치를 지나는 궤적의 t1..tT시간 전의 위치가 어디에 있었는지를 Single Gaussian model의 형태로 저장되게 된다.
In this step, each topic has a result of modeling a movement pattern. For each grid that divides the image, the location of the trajectory passing through that location before t1..t T time is stored in the form of a single Gaussian model.

도 8c는 클러스터링된 궤적의 정보(Zj, 880)를 관찰값으로 하여 양자화되지 않은 움직임패턴을 가우시안 형태로 모델링하기 위한 개념도를 도시한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 인접한 위치의 픽셀들은 비슷한 형태의 행동 패턴을 갖는다는 가정하에 각각의 셀(cell)별로 행동 패턴을 파악하였다.FIG. 8C illustrates a conceptual diagram for modeling a non-quantized movement pattern in Gaussian form using the clustered trajectory information Z j and 880 as observation values. In a preferred embodiment of the present invention, the behavior pattern of each cell is identified on the assumption that the pixels of adjacent positions have similar behavior patterns.

Figure 112013070815852-pat00025
Figure 112013070815852-pat00025

수학식 10은 Gaussian model의 증가하는(incremental) 업데이트를 나타내는 수식으로 새로운 입력값이 들어올 때 평균(mean)과 분산(variance)를 업데이트한다.Equation 10 represents an incremental update of the Gaussian model and updates the mean and variance when a new input value is input.

수학식 10에서 ρ는 학습율을 의미한다. 분산(Covariance)을 학습하기 위하여 제곱의 평균값을 수학식 11과 같이 업데이트 한다.In Equation 10, ρ means a learning rate. In order to learn the variance, the mean value of squares is updated as shown in Equation (11).

Figure 112013070815852-pat00026
Figure 112013070815852-pat00026

수학식 11의 결과를 이용하여 수학식 12와 같이 분산 행렬을 구할 수 있다. Using the result of Equation 11, a variance matrix can be obtained as shown in Equation 12.

Figure 112013070815852-pat00027
Figure 112013070815852-pat00027

수학식 12는 Sigma를 incremental하게 업데이트 하기 위한 수식이다.Equation 12 is an equation for incrementally updating Sigma.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 이상의 수식을 이용하여 각 토픽(움직임 패턴)별로 나타나는 행동 및 연관관계들이 확률분포의 형태로 모델링 되어 있으므로 입력되는 행동중 확률분포에 의한 확률값이 높게 나타나는 행동들을 정상, 그렇지 못한 행동을 비정상으로 나눈다.In the preferred embodiment of the present invention, since the behaviors and associations that appear for each topic (movement pattern) are modeled in the form of a probability distribution using the above equations, the behaviors having a high probability value due to the probability distribution among the input actions are normal, Divide bad behavior into abnormalities.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

Claims (23)

입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 특징점추적부;
상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음인 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 토픽온라인학습부; 및
상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하고, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 움직임패턴온라인학습부; 를 포함하며,
상기 궤적은 단어의 집합 및 벡터차의 집합으로 표현되고, 상기 단어들의 집합은 상기 입력영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
A feature point tracking unit for extracting feature points of a moving object in an input image and identifying a trajectory of the extracted feature points by tracking a change in position of the extracted feature points over time;
A topic online learning unit classifying the input image into document units which are the bundles of the trajectories, and determining a probability distribution state of topics constituting the classified documents by applying an online learning method that is a stochastic topic model; And
A motion pattern online learning unit learning a motion pattern by learning a region, a speed, and a direction for each identified topic, and inferring a spatiotemporal relationship between the identified topics; Including;
The trajectory is represented by a set of words and a set of vector differences, and the set of words indicates a set of words indicating grid point positions through which the respective trajectories pass in the input image.
제 1 항에 있어서,
상기 학습된 움직임패턴의 가우시안 학습 결과를 이용하여 입력영상의 매 프레임에 포함된 궤적이 상기 학습된 움직임패턴에 포함될 확률이 낮은 경우 비정상 움직임패턴으로 구별하는 비정상탐지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 1,
And an abnormality detection unit for distinguishing a trajectory included in each frame of the input image into an abnormal motion pattern by using the Gaussian learning result of the learned motion pattern when the probability of including the trajectory included in each frame of the input image is low. Abnormal motion detection device.
◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 3 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항에 있어서, 상기 특징점추적부는
KLT 추적 방식으로 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 1, wherein the feature point tracking unit
Abnormal motion detection device characterized in that to extract the feature points of the moving object in the input image by the KLT tracking method.
제 1 항에 있어서, 상기 토픽온라인학습부에서
상기 문서는 다항분포(multinomial distribution) 에 의해 생성되는 다수의 토픽으로 구성되고, 상기 문서를 구성하는 다수의 토픽들의 확률분포 상태를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값을 추론하여, 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
According to claim 1, wherein in the topic online learning unit
The document is composed of a plurality of topics generated by a multinomial distribution, and infers a polynomial distribution parameter probability vector value indicating a probability distribution state of a plurality of topics constituting the document. Abnormal motion detection device characterized in that for clustering.
제 1 항에 있어서,
상기 문서를 구성하는 다수의 토픽들의 확률분포 상태를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값은 문서-토픽 확률분포(θd)과 토픽-단어 확률분포 (φk)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 1,
The polynomial distribution parameter probability vector value indicating a probability distribution state of a plurality of topics constituting the document includes a document-topic probability distribution θ d and a topic-word probability distribution φ k . Detection device.
제 1 항에 있어서, 상기 궤적은
단어 wji 집합 및 벡터차 vjiτ의 집합으로 표현되고, 상기 단어의 집합은 상기 입력 영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내며, 이 경우 wji 는 j번째 궤적이 i 번째 격자를 지나는 것을 표시하고, 상기 벡터차의 집합은 상기 단어 내 실제 특징점의 위치와 τ프레임 전 상기 실제 특징점의 위치간 벡터값의 차 vjiτ의 집합을 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 1, wherein the trajectory is
Of the word w ji A set of words and a set of vector differences v ji τ , wherein the set of words represents a set of words indicating grid point positions through which the respective trajectories pass through the input image, in which case w ji is the i th trajectory And passing through a grid, wherein the set of vector differences represents a set of difference v jiτ between a vector value position between the position of the actual feature point in the word and the position of the actual feature point before the τ frame.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 6 항에 있어서,
상기 단어 wji는 다항분포를 따르고, 상기 각 단어에 속한 벡터차 vjiτ는 가우시안 분포를 지니는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 6,
The word w ji follows a polynomial distribution, and the vector difference v jiτ belonging to each word has a Gaussian distribution.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 8 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제 6 항에 있어서,
특정 격자의 현재 프레임의 위치값과 상기 특정 격자의 τ프레임 전 실제 위치값을 이용하여 각 단어 위치마다 속도를 파악하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 6,
Abnormal motion detection device characterized in that the speed is determined for each word position by using the position value of the current frame of the particular grid and the actual position value before the τ frame of the particular grid.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 9 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항에 있어서,
상기 온라인 학습방법은 Online LDA(Latent dirichlet distribution) 학습방법인 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 1,
The online learning method is an abnormal motion detection device, characterized in that the Online LDA (Latent dirichlet distribution) learning method.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 10 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 9 항에 있어서,
상기 Online LDA 학습방법은 Variational Bayes(VB)를 이용하여 LDA를 추론하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 9,
The online LDA learning method is an abnormal motion detection device, characterized in that to infer the LDA using Variational Bayes (VB).
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 11 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임패턴온라인학습부는
K-means 클러스터링 방식을 이용하여 시공간적 연관관계를 추론하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 1, wherein the movement pattern online learning unit
Abnormal motion detection apparatus characterized by inferring the spatiotemporal relationship using the K-means clustering method.
입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 특징점추적부;
상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음을 나타내는 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법으로 각 문서를 구성하는 토픽들의 히스토그램 분포를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값을 추론하여, 상기 각 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 궤적분류부;및
추론된 상기 다항분포 파라미터 확률벡터값을 기초로 시공간연관관계를 추론하는 시공간연관관계추론부;및
상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하여, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 움직임패턴온라인학습부;를 포함하고,
상기 궤적은 단어의 집합 및 벡터차의 집합으로 표현되고, 상기 단어들의 집합은 상기 입력영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
A feature point tracking unit for extracting feature points of a moving object in an input image and identifying a trajectory of the extracted feature points by tracking a change in position of the extracted feature points over time;
The input image is classified into document units representing the bundles of the trajectories, and a polynomial distribution parameter probability vector value indicating a histogram distribution of topics constituting each document is inferred by an online learning method, which is a stochastic topic model. Trajectory classification unit for clustering the position of the trajectories for each topic in the;
A spatiotemporal relationship inference unit for inferring a spatiotemporal relationship based on the inferred polynomial distribution parameter probability vector value; and
A motion pattern online learning unit learning a motion pattern by learning a region, a speed, and a direction for each identified topic, and inferring a spatiotemporal relationship between the identified topics;
The trajectory is represented by a set of words and a set of vector differences, and the set of words indicates a set of words indicating grid point positions through which the respective trajectories pass in the input image.
제 12 항에 있어서,
상기 학습된 움직임패턴의 가우시안 학습 결과를 이용하여 입력영상의 매 프레임에 포함된 궤적이 상기 학습된 움직임패턴에 포함될 확률이 낮은 경우 비정상 움직임패턴으로 구별하는 비정상탐지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 12,
And an abnormality detection unit for distinguishing a trajectory included in each frame of the input image into an abnormal motion pattern by using the Gaussian learning result of the learned motion pattern when the probability of including the trajectory included in each frame of the input image is low. Abnormal motion detection device.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 14 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 12 항에 있어서, 상기 다항분포 파라미터 확률벡터 값은
문서 -토픽 확률분포(θd)과 토픽-단어 확률분포 (φk)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 12, wherein the polynomial distribution parameter probability vector value is
An abnormal motion detection apparatus comprising a document-topic probability distribution (θ d ) and a topic-word probability distribution (φ k ).
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 15 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 12 항에 있어서, 상기 시공간연관관계추론부는
K-means 클러스터링 방식을 이용하여 시공간적 연관관계를 추론하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 12, wherein the space-time relationship inference unit
Abnormal motion detection apparatus characterized by inferring the spatiotemporal relationship using the K-means clustering method.
제 12항에 있어서, 상기 궤적은
단어 wji 집합 및 벡터차 vjiτ의 집합으로 표현되고, 상기 단어의 집합은 상기 입력 영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내며, 이 경우 wji 는 j번째 궤적이 i 번째 격자를 지나는 것을 표시하고, 상기 벡터차의 집합은 상기 단어 내 실제 특징점의 위치와 τ프레임 전 상기 실제 특징점의 위치간 벡터값의 차 vjiτ의 집합을 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 12, wherein the trajectory is
Of the word w ji A set of words and a set of vector differences v ji τ , wherein the set of words represents a set of words indicating grid point positions through which the respective trajectories pass through the input image, in which case w ji is the i th trajectory And passing through a grid, wherein the set of vector differences represents a set of difference v jiτ between a vector value position between the position of the actual feature point in the word and the position of the actual feature point before the τ frame.
◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 17 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 16 항에 있어서,
상기 단어 wji는 다항분포를 따르고, 상기 각 단어에 속한 벡터차 vjiτ는 가우시안 분포를 지니는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 16,
The word w ji follows a polynomial distribution, and the vector difference v jiτ belonging to each word has a Gaussian distribution.
◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 18 was abandoned when the set registration fee was paid. 제 16 항에 있어서,
특정 격자의 현재 프레임의 위치값과 상기 특정 격자의 τ프레임 전 실제 위치값을 이용하여 각 단어 위치마다 속도를 파악하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 16,
Abnormal motion detection device characterized in that the speed is determined for each word position by using the position value of the current frame of the particular grid and the actual position value before the τ frame of the particular grid.
◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 19 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 12 항에 있어서, 상기 특징점추적부는
KLT 추적 방식으로 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치.
The method of claim 12, wherein the feature point tracking unit
Abnormal motion detection device characterized in that to extract the feature points of the moving object in the input image by the KLT tracking method.
◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 20 was abandoned when the set registration fee was paid. 제 12 항에 있어서, 상기 온라인 학습방법은 Online LDA(Latent dirichlet distribution) 학습방법인 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 장치. 13. The apparatus of claim 12, wherein the online learning method is an online latent distribution distribution (LDA) learning method. 특징점추적부에서 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 단계;
토픽온라인학습부에서 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음인 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법을 적용하여 분류된 문서를 구성하는 토픽들의 확률분포 상태를 파악하는 단계; 및
움직임패턴온라인학습부에서 상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하고, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 단계;를 포함하고,
상기 궤적은 단어의 집합 및 벡터차의 집합으로 표현되고, 상기 단어들의 집합은 상기 입력영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 방법.
Extracting a feature point of an object moving in the input image by a feature point tracker, and tracking a positional change of the extracted feature points over time to identify a trajectory of the extracted feature points;
Classifying the input image into a document unit which is a bundle of the trajectories in a topic online learning unit, and determining a probability distribution state of topics constituting a classified document by applying an online learning method that is a stochastic topic model; And
Learning a motion pattern by learning a region, a speed, and a direction for each identified topic in the motion pattern online learning unit, and inferring a spatiotemporal relationship between the identified topics;
The trajectory is represented by a set of words and a set of vector differences, and the set of words indicates a set of words indicating a grid point position through which the respective trajectories pass in the input image.
◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 22 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 21 항에 있어서, 비정상탐지부에서 상기 학습된 움직임패턴의 가우시안 학습 결과를 이용하여 입력영상의 매 프레임에 포함된 궤적이 상기 학습된 움직임패턴에 포함될 확률이 낮은 경우 비정상 움직임패턴으로 구별하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 방법. 22. The method of claim 21, wherein the abnormal detection unit uses the Gaussian learning result of the learned motion pattern to distinguish the abnormal motion pattern when the trajectory included in each frame of the input image has a low probability of being included in the learned motion pattern. Abnormal motion detection method characterized in that it further comprises. 특징점추적부에서 입력영상 내에서 움직이는 물체의 특징점을 추출한 후, 상기 추출된 특징점들의 시간에 따른 위치변화를 추적하여 상기 추출된 특징점들의 궤적을 파악하는 단계;
궤적분류부에서 상기 입력영상을 상기 궤적의 묶음을 나타내는 문서단위로 분류하고, 확률적 토픽 모델인 온라인 학습방법으로 각 문서를 구성하는 토픽들의 히스토그램 분포를 표시하는 다항분포 파라미터 확률벡터 값을 추론하여, 상기 각 문서 내에서 토픽별로 궤적들의 위치를 클러스터링하는 단계;및
시공간연관관계추론부에서 추론된 상기 다항분포 파라미터 확률벡터값을 기초로 시공간연관관계를 추론하는 단계;
움직임패턴온라인학습부에서 상기 파악된 토픽별로 영역, 속도 및 방향을 학습하여, 파악된 토픽 간의 시공간적 연관관계를 추론하여 움직임패턴을 학습하는 단계;를 포함하고,
상기 궤적은 단어의 집합 및 벡터차의 집합으로 표현되고, 상기 단어들의 집합은 상기 입력영상 내에서 상기 각 궤적이 지나는 격자점 위치를 표시하는 단어들의 집합을 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상 움직임 탐지 방법.
Extracting a feature point of an object moving in the input image by a feature point tracker, and tracking a positional change of the extracted feature points over time to identify a trajectory of the extracted feature points;
The trajectory classification unit classifies the input image into document units representing the bundle of trajectories, and infers a polynomial distribution parameter probability vector value indicating a histogram distribution of topics constituting each document by an online learning method, which is a stochastic topic model. Clustering positions of trajectories for each topic within each document; and
Inferring a spatiotemporal relationship based on the polynomial distribution parameter probability vector value inferred by the spatiotemporal relationship inference unit;
Learning a motion pattern by learning a region, a speed, and a direction for each of the identified topics in the motion pattern online learning unit, and inferring the spatiotemporal relationship between the identified topics;
The trajectory is represented by a set of words and a set of vector differences, and the set of words indicates a set of words indicating a grid point position through which the respective trajectories pass in the input image.
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