KR102458243B1 - Method and apparatus for analysis of facial image - Google Patents

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Abstract

얼굴 영상 분석 방법 및 장치가 개시된다. 얼굴 영상 분석 장치는, 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하는 잔차 네트워크(Residual network)에 얼굴 영상을 입력하고, 잔차 네트워크를 사용하여 얼굴 영상을 처리하고, 잔차 역합성곱 네트워크(Residual deconvolution network)를 사용하여 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득한다. 여기서, 잔차 네트워크는 N번째 잔차 블록의 출력을 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고, 잔차 역합성곱 네트워크는 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 복수의 잔차 역합성곱 블록은 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응된다.A face image analysis method and apparatus are disclosed. The face image analysis apparatus inputs a face image to a residual network including a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input to output direction, processes the face image using the residual network, and performs the residual inverse An analysis map is obtained from the output of an Nth residual block among a plurality of residual blocks by using a residual deconvolution network. Here, the residual network passes the output of the Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and is less than the number of total residual blocks of the residual network, and the residual deconvolution network is sequentially combined with a plurality of residual inverses. a convolution block, wherein the plurality of residual deconvolution blocks respectively correspond to first to Nth residual blocks among the plurality of residual blocks.

Figure 112017074564873-pat00001
Figure 112017074564873-pat00001

Description

얼굴 영상 분석 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYSIS OF FACIAL IMAGE}Facial image analysis method and apparatus {METHOD AND APPARATUS FOR ANALYSIS OF FACIAL IMAGE}

아래의 설명은 얼굴 영상을 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 뉴럴 네트워크의 합성곱 연산 또는 역합성곱 연산을 이용하여 얼굴 영상을 분석하는 기술에 관한 것이다.The following description relates to an apparatus and method for analyzing a face image, and to a technique for analyzing a face image using a convolution or deconvolution operation of a neural network.

컴퓨터 시각 기술은 카메라와 컴퓨터로 사람의 눈을 대체하여 타겟에 대한 식별, 추적과 측량 등의 동작을 자동화하는 기술로서, 영상 처리에 의해 처리된 신호는 사람의 눈 또는 컴퓨터 입력에 적합해진다. 딥 러닝(deep learning)을 사용하여 의미를 분석하는 것은 하나의 영상이 주어질 때 영상 내의 각 픽셀 포인트를 분석하는 것을 말한다. 딥 뉴럴 네트워크(deep neural network)는 입력 영상의 저차원 특징을 훌륭하게 추상화할 수 있다. 그러나 의미를 분석하는 단계에서 뉴럴 네트워크에 의해 특징을 추출하면서, 풀링 레이어(pooling layer)를 이용하여 특징의 해상도를 낮추고, 저차원 고효율의 특징맵을 고차원의 픽셀 레벨의 분석 결과로 전환하는 것은 난제이다.Computer vision technology is a technology that automates operations such as identification, tracking, and surveying of a target by replacing the human eye with a camera and computer, and a signal processed by image processing is suitable for human eye or computer input. Analyzing meaning using deep learning refers to analyzing each pixel point in an image when given an image. Deep neural networks are able to abstract the low-dimensional features of the input image nicely. However, it is difficult to extract features by the neural network in the stage of analyzing the meaning, lower the resolution of features using a pooling layer, and convert a low-dimensional and high-efficiency feature map into a high-dimensional pixel-level analysis result. to be.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다The above-mentioned background art is possessed or acquired by the inventor in the process of derivation of the present invention, and it cannot be said that it is necessarily known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 방법은, 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하는 잔차 네트워크(Residual network)에 얼굴 영상을 입력하는 단계, 상기 잔차 네트워크를 사용하여 얼굴 영상을 처리하는 단계 및 잔차 역합성곱 네트워크(Residual deconvolution network)를 사용하여 상기 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 잔차 네트워크는 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 상기 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고, 상기 잔차 역합성곱 네트워크는 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 상기 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응할 수 있다.A face image analysis method according to an embodiment includes: inputting a face image into a residual network including a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input to an output direction; processing an image and obtaining an analysis map from an output of an Nth residual block among the plurality of residual blocks by using a residual deconvolution network, wherein the residual network comprises the Nth residual block pass the output of the block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and less than the total number of residual blocks in the residual network, the residual deconvolution network comprising a plurality of sequentially combined residual deconvolution blocks and the plurality of residual deconvolution blocks may respectively correspond to first to N-th residual blocks among the plurality of residual blocks.

상기 얼굴 영상 분석 방법은, 사전정보(prior information) 획득 네트워크를 사용하여 얼굴 영상의 사전정보를 획득하는 단계 및 상기 사전정보와 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 출력을 결합하여 분석 결과를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.The face image analysis method includes the steps of: obtaining prior information of a face image using a prior information acquisition network; and obtaining an analysis result by combining the prior information and an output of the residual deconvolution network. may include more.

상기 얼굴 영상의 사전정보를 획득하는 단계는, 상기 얼굴 영상에 포함된 얼굴과 복수의 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터에 포함된 얼굴들을 비교하여 상기 얼굴 영상에 포함된 얼굴과 가장 유사한 얼굴을 포함하는 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 선택하고, 상기 가장 유사한 얼굴로부터 획득된 캘리브레이션(Calibration) 정보의 평균값을 상기 얼굴 영상의 사전정보로서 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The step of obtaining the prior information of the face image may include comparing a face included in the face image with faces included in a plurality of face image analysis training data, and a face including a face most similar to the face included in the face image. The method may include selecting training data for image analysis and obtaining an average value of calibration information obtained from the most similar face as prior information of the face image.

상기 분석 결과를 획득하는 단계는, 잔차 역합성곱 네트워크로부터 출력된 분석맵과 사전정보를 조합하여 조합맵을 획득하고, 합성곱 커널(convolution kernel)을 이용하여 상기 조합맵에 대해 합성곱을 수행함으로써 사전정보의 공헌도 플롯(contribution plot)을 획득하고, 상기 공헌도 플롯과 상기 분석맵을 엘레먼트 수준(element level)으로 더하여 상기 분석 결과를 획득할 수 있다.The obtaining of the analysis result includes obtaining a combination map by combining the analysis map output from the residual deconvolution network and prior information, and performing convolution on the combination map using a convolution kernel. A contribution plot of the prior information may be obtained, and the analysis result may be obtained by adding the contribution plot and the analysis map to an element level.

상기 얼굴 영상 분석 방법은, 밀집 조건 랜덤 필드(Dense condition random field) 방식을 이용하여 상기 분석 결과를 개선하는 단계를 더 포함할 수 있다.The facial image analysis method may further include improving the analysis result by using a dense condition random field method.

상기 분석 결과를 개선하는 단계는, 사전정보 획득 네트워크가 출력한 분석 결과를 밀집 조건 랜덤 필드의 단항(unary term)으로 설정함으로써 분석 결과를 개선할 수 있다.In the step of improving the analysis result, the analysis result may be improved by setting the analysis result output by the prior information acquisition network as a unary term of the dense condition random field.

일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치는, 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하는 잔차 네트워크에 얼굴 영상을 입력하는 프로세서, 얼굴 영상을 처리하는 잔차 네트워크 및 상기 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득하는 잔차 역합성곱 네트워크를 포함하고, 상기 잔차 네트워크는 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 상기 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고, 상기 잔차 역합성곱 네트워크는 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 상기 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응할 수 있다.An apparatus for analyzing a face image according to an embodiment includes a processor for inputting a face image into a residual network including a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input to an output direction, a residual network for processing the face image, and the plurality of a residual deconvolution network for obtaining an analysis map from an output of an Nth residual block among residual blocks, wherein the residual network passes the output of the Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number smaller than the total number of residual blocks of the residual network, wherein the residual deconvolution network includes a plurality of sequentially combined residual deconvolution blocks, wherein the plurality of residual deconvolution blocks is a first of the plurality of residual blocks. Each of the residual blocks from th to N th may correspond to each other.

일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법은, 얼굴 식별용 훈련 데이터를 이용하여 잔차 네트워크의 가중치(weight) 파라미터를 조정함으로써 상기 잔차 네트워크를 훈련하는 사전 훈련 단계 및 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터를 조정하고 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 추가로 조정함으로써 상기 잔차 네트워크와 상기 잔차 역합성곱 네트워크를 훈련하는 연합 훈련 단계를 포함하고, 얼굴 영상 분석 장치는 상기 잔차 네트워크 및 상기 잔차 역합성곱 네트워크를 포함하고, 상기 잔차 네트워크는, 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하고, 얼굴 영상을 처리하고, 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 상기 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고, 상기 잔차 역합성곱 네트워크는 상기 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득하고, 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 상기 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응할 수 있다.A training method of an apparatus for analyzing a face image according to an embodiment includes a pre-training step of training the residual network by adjusting a weight parameter of the residual network using training data for face identification and training data for analyzing a face image. a joint training step of training the residual network and the residual deconvolution network by adjusting a weight parameter of the residual deconvolution network using the a residual network and the residual deconvolution network, wherein the residual network comprises a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input to output direction, processing a face image, and outputting the Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and less than the total number of residual blocks of the residual network, and the residual deconvolution network obtains an analysis map from the output of an Nth residual block among the plurality of residual blocks. a plurality of residual deconvolution blocks obtained and sequentially combined, wherein the plurality of residual deconvolution blocks may respectively correspond to first to Nth residual blocks among the plurality of residual blocks.

상기 사전 훈련 단계는, 상기 얼굴 식별용 훈련 데이터를 상기 잔차 네트워크에 입력하고 얼굴 식별 동작을 수행하고 상기 잔차 네트워크의 마지막 잔차 블록의 출력에 대하여 평균 풀링(average pooling)을 수행하고, 상기 잔차 네트워크에 대하여 풀조인(full join) 동작을 수행하고 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 조정함으로써 상기 잔차 네트워크를 미리 훈련할 수 있다.The pre-training step includes inputting the training data for face identification into the residual network, performing a face identification operation, and performing average pooling on the output of the last residual block of the residual network, and adding to the residual network. The residual network may be pre-trained by performing a full join operation on the data and adjusting a weight parameter of the residual network.

상기 연합 훈련 단계는, 상기 사전 훈련 단계로부터 획득된 가중치 파라미터로 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 초기화하고 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터를 랜덤으로 초기화하고 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크에 입력하고, 상기 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 상기 잔차 네트워크에 입력하고 상기 잔차 네트워크와 상기 잔차 역합성곱 네트워크를 이용하여 얼굴 영상 분석 동작을 수행하여 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터와 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 조정할 수 있다.The joint training step initializes the weight parameter of the residual network with the weight parameter obtained from the pre-training step, randomly initializes the weight parameter of the residual deconvolution network, and converts the output of the Nth residual block to the residual inverse The weight parameter of the residual deconvolution network is input to a convolution network, the training data for facial image analysis is input to the residual network, and a face image analysis operation is performed using the residual network and the residual deconvolution network. and a weight parameter of the residual network can be adjusted.

상기 사전정보 획득 네트워크 훈련 단계는, 상기 사전정보 획득 네트워크를 훈련하는 제1 훈련 단계 및 상기 잔차 네트워크, 상기 잔차 역합성곱 네트워크 및 상기 사전정보 획득 네트워크를 훈련하는 제2 훈련 단계를 포함하고, 상기 제1 훈련 단계에서, 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터는 고정되고, 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터는 조정되고, 상기 제2 훈련 단계에서, 상기 조정된 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터를 이용하여 사전정보 획득 네트워크는 초기화되고, 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터는 가변이고, 상기 잔차 네트워크, 상기 잔차 역합성곱 네트워크 및 상기 사전정보 획득 네트워크의 전체에 대해 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 얼굴 영상 분석 동작이 수행됨으로써, 상기 잔차 네트워크 및 상기 잔차 역합성곱 네트워크가 조정되고 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 각각의 가중치 파라미터가 추가적으로 조정될 수 있다.The step of training the prior information acquisition network includes a first training step of training the prior information acquisition network and a second training step of training the residual network, the residual deconvolution network, and the prior information acquisition network, In the first training stage, all parameters other than the weight parameters in the prior information acquisition network are fixed, the weight parameters in the dictionary information acquisition network are adjusted, and in the second training stage, the adjusted weights in the dictionary information acquisition network The prior information acquisition network is initialized using the parameters, all parameters other than the weight parameters in the prior information acquisition network are variable, and face images are applied to the residual network, the residual deconvolutional network and the prior information acquisition network as a whole. As the facial image analysis operation is performed using the training data for analysis, the residual network and the residual deconvolution network may be adjusted, and each weight parameter in the prior information acquisition network may be additionally adjusted.

도 1은 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 잔차 네트워크에 대해 사전 훈련을 수행하는 동작을 도시한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 잔차 네트워크 및 잔차 역합성곱 네트워크에 대해 연합 훈련을 수행하는 동작을 도시한 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치를 훈련하는 동작을 도시한 흐름도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 잔차 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 잔차 네트워크 내의 잔차 블록을 도시한 도면이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 잔차 역합성곱 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 잔차 역합성곱 네트워크 내의 잔차 역합성곱 블록을 도시한 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 잔차 역합성곱 네트워크의 결과와 사전정보 획득 네트워크의 결과를 결합하는 구성을 도시한 도면이다.
도 11a는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치에 의한 결과와 VGG-역합성곱 결과를 비교한 예시이다.
도 11b는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치에 의한 결과와 VGG-역합성곱 결과를 비교한 예시이다.
도 11c는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치에 의한 결과와 VGG-역합성곱 결과를 비교한 예시이다.
도 11d는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치에 의한 결과와 VGG-역합성곱 결과를 비교한 예시이다.
1 is a diagram illustrating an overall configuration of an apparatus for analyzing a face image according to an exemplary embodiment.
2 is a flowchart illustrating an operation of performing pre-training on a residual network according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating an operation of performing joint training on a residual network and a residual deconvolution network according to an embodiment.
4 is a flowchart illustrating a face image analysis method according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating an overall configuration of an apparatus for analyzing a face image according to another exemplary embodiment.
6 is a flowchart illustrating an operation of training a face image analyzing apparatus according to another exemplary embodiment.
7 is a flowchart illustrating a face image analysis method according to another exemplary embodiment.
8A is a diagram illustrating a configuration of a residual network according to an embodiment.
8B is a diagram illustrating a residual block in a residual network according to an embodiment.
9A is a diagram illustrating a configuration of a residual deconvolution network according to an embodiment.
9B is a diagram illustrating a residual deconvolution block in a residual deconvolution network according to an embodiment.
10 is a diagram illustrating a configuration in which a result of a residual deconvolution network and a result of a prior information acquisition network are combined according to another embodiment.
11A is an example in which a result obtained by the apparatus for analyzing a face image according to an exemplary embodiment is compared with a result of VGG-deconvolution.
11B is an example of comparing a result obtained by the apparatus for analyzing a face image according to an exemplary embodiment and a result of VGG-deconvolution.
11C is an example in which a result obtained by the apparatus for analyzing a face image according to an exemplary embodiment is compared with a result of VGG-deconvolution.
11D is an example of comparing a result obtained by the apparatus for analyzing a face image according to an embodiment with a result of VGG-deconvolution.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for purposes of illustration only, and may be changed and implemented in various forms. Accordingly, the embodiments are not limited to a specific disclosure form, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical spirit.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 분석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although terms such as first or second may be used to describe various components, these terms should only be analyzed for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that another component may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 분석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 분석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be analyzed to have meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and should not be analyzed in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도와 다르게 수행될 수 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록들이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 해당 블록들의 순서가 뒤바뀌어 수행될 수도 있다.On the other hand, when a certain embodiment can be implemented differently, a function or operation specified in a specific block may be performed differently from the flowchart. For example, two consecutive blocks may be performed substantially simultaneously, or the order of the blocks may be reversed depending on a related function or operation.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted.

도 1은 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an overall configuration of an apparatus for analyzing a face image according to an exemplary embodiment.

일 실시예에 따르면, 얼굴 영상 분석 장치(100)는 프로세서(110), 잔차 네트워크(residual network) (120) 및 잔차 역합성곱 네트워크(residual deconvolution network) (130)를 포함한다.According to an embodiment, the facial image analysis apparatus 100 includes a processor 110 , a residual network 120 , and a residual deconvolution network 130 .

프로세서(110)는 분석할 입력 영상을 잔차 네트워크(120)에 입력할 수 있다. 입력은 얼굴 영상(101)을 비롯하여 다양한 종류의 영상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력은 얼굴 영상, 컴퓨터 그래픽에 의해 생성된 가상의 얼굴 또는 동물의 얼굴을 포함할 수 있다.The processor 110 may input an input image to be analyzed to the residual network 120 . The input may include various types of images including the face image 101 . For example, the input may include a face image, a virtual face generated by computer graphics, or an animal face.

잔차(residual)는 입력과 예측 값 또는 피팅 값 사이의 차이를 나타낸다. 잔차 네트워크의 출력은 복수의 합성곱 캐스케이드(convolution cascade)의 출력과 입력을 더하는 동작과 수정 선형부(ReLU)를 활성화하는 동작에 의해 획득될 수 있다. 여기서, 합성곱 레이어의 출력과 입력의 위상은 같을 수 있다. The residual represents the difference between the input and the predicted or fitted value. The output of the residual network may be obtained by adding outputs and inputs of a plurality of convolution cascades and activating a correction linear unit (ReLU). Here, the phase of the output and the input of the convolution layer may be the same.

잔차 네트워크(120)는 얼굴 영상을 처리할 수 있다. 잔차 네트워크(120)는 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함할 수 있다. 잔차 네트워크는 N번째 잔차 블록의 출력을 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작을 수 있다.The residual network 120 may process a face image. The residual network 120 may include a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input-to-output direction. The residual network passes the output of the Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and may be less than the total number of residual blocks in the residual network.

잔차 역합성곱 네트워크(130)는 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵(103)을 획득할 수 있다. 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 복수의 잔차 역합성곱 블록은 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응할 수 있다.The residual deconvolution network 130 may obtain the analysis map 103 from an output of an Nth residual block among a plurality of residual blocks. The residual deconvolution network 130 includes a plurality of sequentially combined residual deconvolution blocks, and the plurality of residual deconvolution blocks may respectively correspond to first to Nth residual blocks among the plurality of residual blocks. have.

미리 정한 N번째 잔차 블록이 입력에서 출력방향으로 배열한 순차적으로 결합한 잔차 블록 중에서 마지막 두 번째 잔차 블록인 경우 좋은 분석 결과를 획득할 수 있다. 또한, 미리 정한 N번째 잔차 블록은 입력에서 출력방향으로 배열한 순차적으로 결합한 잔차 블록 중 마지막 세 번째 잔차 블록일 수도 있다.A good analysis result can be obtained when the predetermined Nth residual block is the last second residual block among the sequentially combined residual blocks arranged in the input to output direction. Also, the predetermined N-th residual block may be the last third residual block among the sequentially combined residual blocks arranged in the input to output direction.

일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치(100)에서 잔차 네트워크(120)는 얼굴 식별 동작으로 사전 훈련이 수행됨으로써 얼굴 특징을 효과적으로 추출할 수 있다. 얼굴 영상 분석 장치(100)의 잔차 역합성곱 네트워크(130)에 대하여 얼굴 영상 분석 동작으로 연합 훈련이 수행됨으로써 고해상도의 특징맵이 생성되고 정확한 분석 결과가 도출될 수 있다. 얼굴 영상 분석 장치(100)는 사전 정보를 이용하여 전체 네트워크 훌륭하게 조정할 수 있다. 얼굴 영상 분석 장치(100)는 밀집 조건 랜덤 필드 방식을 이용하여 분석 결과를 더욱 개선할 수 있다.In the facial image analysis apparatus 100 according to an embodiment, the residual network 120 may effectively extract facial features by performing pre-training as a face identification operation. By performing joint training as a facial image analysis operation on the residual deconvolutional network 130 of the facial image analysis apparatus 100 , a high-resolution feature map may be generated and an accurate analysis result may be derived. The facial image analysis apparatus 100 may finely adjust the entire network by using the prior information. The facial image analysis apparatus 100 may further improve the analysis result by using the dense condition random field method.

도 2는 일 실시예에 따른 잔차 네트워크에 대해 사전 훈련을 수행하는 동작을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an operation of performing pre-training on a residual network according to an embodiment.

일 실시예에 따르면, 잔차 네트워크(120)는 사전 훈련 단계 동안 얼굴 식별 동작을 통해 미리 훈련될 수 있다. 사전 훈련 단계에서 얼굴 식별용 훈련 데이터를 이용하여 잔차 네트워크의 가중치(weight) 파라미터를 조정함으로써 잔차 네트워크는 훈련될 수 있다.According to an embodiment, the residual network 120 may be pre-trained through face identification operations during the pre-training phase. In the pre-training stage, the residual network may be trained by adjusting a weight parameter of the residual network using training data for face identification.

단계(210)에서 잔차 네트워크(120) 내의 합성곱 커널(convolution kernel)의 가중치 파라미터에 대하여 랜덤 초기화가 수행되고, 훈련 데이터 베이스에 저장된 얼굴 식별용 훈련 데이터는 잔차 네트워크(120)에 입력될 수 있다. 얼굴 식별용 훈련 데이터는 복수의 얼굴 영상을 포함할 수 있다.In step 210 , random initialization is performed on the weight parameters of the convolution kernel in the residual network 120 , and training data for face identification stored in the training database may be input to the residual network 120 . . The training data for face identification may include a plurality of face images.

단계(220)에서 얼굴 식별용 훈련 데이터를 이용하여 얼굴 식별 동작이 수행될 수 있다. 얼굴 식별 동작을 통해 잔차 네트워크에 대해 사전 훈련이 수행될 수 있다. 합성곱 블록과 잔차 블록은 입력된 얼굴 식별용 훈련 데이터에 대하여 얼굴 식별 동작을 수행할 수 있다. 잔차 네트워크(120)의 마지막 잔차 블록의 출력에 대하여 평균 풀링(average pooling)이 수행되고 잔차 네트워크(120)에 대하여 풀조인(full join) 동작이 수행될 수 있다. 잔차 네트워크(120)에 대하여 풀조인 동작이 수행됨으로써 잔차 네트워크(120)의 합성곱 커널의 가중치가 조정되고 소프트맥스(softmax) 함수가 최소화될 수 있다. 여기서 소프트맥스 함수는 손실 함수의 일종이다. In operation 220 , a face identification operation may be performed using training data for face identification. Pre-training may be performed on the residual network through the face identification operation. The convolution block and the residual block may perform a face identification operation on the input training data for face identification. Average pooling may be performed on the output of the last residual block of the residual network 120 , and a full join operation may be performed on the residual network 120 . By performing the pull-join operation on the residual network 120 , the weight of the convolution kernel of the residual network 120 may be adjusted and the softmax function may be minimized. Here, the softmax function is a kind of loss function.

풀조인 동작에 의해 훈련 데이터 베이스 내의 동일 신원의 사람의 수가 풀조인됨으로써 합성곱 커널의 가중치가 조정될 수 있다. 각 얼굴 식별용 훈련 데이터가 입력될 때 스프트맥스 함수의 값이 최소화됨으로써 잔차 네트워크(120)는 각 훈련 데이터의 얼굴로부터 신원을 정확하게 식별하도록 훈련될 수 있다. 예를 들면, 얼굴 식별 동작에 의해 데이터가 훈련되는 경우 훈련 데이터 베이스에 복수의 신원의 사람이 있으면 풀조인 동작에 의해 사람의 수에 상응하는 수가 출력될 수 있다.The weight of the convolution kernel can be adjusted by pulling the number of persons with the same identity in the training database by the pull-join operation. When the training data for each face identification is input, the value of the sptmax function is minimized, so that the residual network 120 can be trained to accurately identify the identity from the face of each training data. For example, when data is trained by a face identification operation, if there are a plurality of persons with identities in the training database, a number corresponding to the number of persons may be output by the pull-join operation.

단계(230)에서 최적화된 가중치 파라미터가 획득될 수 있다. 이처럼, 잔차 네트워크(120)의 가중치 파라미터를 조정함으로써 잔차 네트워크가 미리 훈련될 수 있다.In step 230, an optimized weight parameter may be obtained. As such, the residual network may be pre-trained by adjusting the weight parameters of the residual network 120 .

도 3은 일 실시예에 따른 잔차 네트워크 및 잔차 역합성곱 네트워크에 대해 연합 훈련을 수행하는 동작을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an operation of performing joint training on a residual network and a residual deconvolution network according to an embodiment.

연합 훈련 단계에서 잔차 네트워크(120)의 마지막 블록은 제거되고, 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 잔차 네트워크(120)에 누적적으로 결합되고, 전체 네트워크는 얼굴 영상 분석 동작에 의해 조정될 수 있다.In the joint training step, the last block of the residual network 120 is removed, the residual deconvolution network 130 is cumulatively coupled to the residual network 120 , and the entire network may be adjusted by a facial image analysis operation.

단계(310)에서 잔차 네트워크(120) 내의 가중치 파라미터는 사전 훈련 단계에서 획득된 가중치 파라미터로 초기화될 수 있다.In step 310, the weight parameters in the residual network 120 may be initialized to the weight parameters obtained in the pre-training step.

단계(320)에서 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터는 사전 훈련이 수행된 잔차 네트워크(120)에 입력될 수 있다. In operation 320 , training data for facial image analysis may be input to the residual network 120 on which pre-training has been performed.

단계(330)에서 특징맵이 획득될 수 있다. 특징맵은 잔차 네트워크(120)의 N번째 잔차 블록의 출력일 수 있다. 예를 들어, 특징맵은 마지막 두 번째 잔차 블록의 출력일 수 있다. 여기서 특징맵의 해상도는 낮을 수 있다.In step 330 , a feature map may be obtained. The feature map may be an output of the Nth residual block of the residual network 120 . For example, the feature map may be the output of the second and last residual block. Here, the resolution of the feature map may be low.

단계(340)에서 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 초기화될 수 있다. 잔차 역합성곱 네트워크(130)의 가중치 파라미터는 랜덤으로 초기화되고, N번째 잔차 블록의 출력은 잔차 역합성곱 네트워크(130)에 입력될 수 있다. 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 특징맵에 의해 추가적으로 처리될 수 있다.In step 340 the residual deconvolution network 130 may be initialized. The weight parameters of the residual deconvolution network 130 may be randomly initialized, and the output of the Nth residual block may be input to the residual deconvolution network 130 . The residual deconvolution network 130 may be further processed by a feature map.

단계(350)에서 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 얼굴 영상 분석 동작이 수행됨으로써 잔차 네트워크(120) 및 잔차 역합성곱 네트워크(130)가 연합하여 훈련될 수 있다. 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터를 조정하고 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 추가로 조정함으로써 잔차 네트워크와 잔차 역합성곱 네트워크는 연합하여 훈련될 수 있다.In operation 350 , a facial image analysis operation is performed using the training data for facial image analysis, so that the residual network 120 and the residual deconvolution network 130 may be jointly trained. By adjusting the weight parameter of the residual deconvolution network using training data for facial image analysis and further adjusting the weight parameter of the residual network, the residual network and the residual deconvolution network can be jointly trained.

잔차 역합성곱 네트워크(130) 내의 합성곱 커널의 가중치 파라미터가 최적화되고, 잔차 네트워크(120) 내의 합성곱 커널의 가중치 파라미터는 추가적으로 최적화될 수 있다. 잔차 역합성곱 네트워크(130)의 가중치 파라미터 및 잔차 네트워크(120)의 가중치 파라미터가 조정됨으로써 소프트맥스 함수는 최소화될 수 있다. The weight parameter of the convolution kernel in the residual deconvolution network 130 may be optimized, and the weight parameter of the convolution kernel in the residual network 120 may be further optimized. The softmax function can be minimized by adjusting the weight parameter of the residual deconvolution network 130 and the weight parameter of the residual network 120 .

사전 훈련 단계 및 연합 훈련 단계에서 사용되는 훈련 데이터는 전처리 단계를 거치지 않은 얼굴 영상일수도 있지만, 랜덤 미러링(random mirroring)이 수행된 훈련 데이터 또는 랜덤 컷 아웃(random cut out)이 수행된 훈련 데이터가 사용될 수도 있다. 랜덤 미러링은 좌우 반전 또는 상하 반전을 의미하고, 랜덤 컷 아웃은 얼굴 영상을 임의의 크기로 편집하는 전처리 동작을 의미할 수 있다. 훈련 데이터에 대하여 전처리 단계가 수행됨으로써 훈련 데이터의 양이 증가할 수 있다. 훈련 데이터는 얼굴 식별용 훈련 데이터 및 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 포함할 수 있다.The training data used in the pre-training step and the combined training step may be face images that have not been pre-processed, but the training data with random mirroring or random cut-out may be used. Random mirroring may mean left-right reversal or vertical reversal, and random cut-out may mean a pre-processing operation of editing a face image to an arbitrary size. The amount of training data may be increased by performing a preprocessing step on the training data. The training data may include training data for face identification and training data for face image analysis.

예를 들어, 얼굴 영상은 랜덤 컷 아웃에 의해 224*224 크기와 같은 임의의 크기의 영상으로 편집되거나 랜덤 미러링이 수행될 수 있다. 합성곱 블록에 대한 입력은 훈련 데이터의 원시 영상일 수 있고, 랜덤 미러링의 결과일 수도 있고, 랜덤 컷 아웃의 결과일 수 있고, 랜덤 미러링과 랜덤 컷 아웃이 함께 적용된 결과일 수도 있다. 전처리 단계에 의하면 동일한 영상을 이용하여 복수 번 훈련하는 경우에 발생하는 오버피팅 현상이 완화될 수 있다.For example, the face image may be edited into an image of any size such as 224*224 size by random cutout or random mirroring may be performed. The input to the convolution block may be a raw image of training data, may be a result of random mirroring, may be a result of random cutout, or may be a result of applying both random mirroring and random cutout. According to the pre-processing step, the overfitting phenomenon that occurs when training is performed multiple times using the same image can be alleviated.

도 4는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 방법을 도시한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a face image analysis method according to an exemplary embodiment.

단계(410)에서, 얼굴 영상은 사전 훈련이 수행된 잔차 네트워크에 입력될 수 있다. 단계(420)에서 잔차 네트워크는 얼굴 영상을 처리할 수 있다. 단계(430)에서 잔차 네트워크는 얼굴 영상의 처리 결과로서 특징맵을 출력할 수 있다. 특징맵은 잔차 네트워크의 마지막 두 번째 잔차 블록의 출력일 수 있다. 단계(440)에서 특징맵은 잔차 역합성곱 네트워크에 입력될 수 있다. 단계(450)에서 잔차 역합성곱 네트워크는 분석맵을 출력할 수 있다. 분석맵은 분석 결과로 지칭될 수 있다.In operation 410 , the face image may be input to the residual network on which pre-training has been performed. In step 420, the residual network may process the face image. In step 430 , the residual network may output a feature map as a result of processing the face image. The feature map may be the output of the second and last residual block of the residual network. In step 440, the feature map may be input to the residual deconvolution network. In step 450, the residual deconvolution network may output an analysis map. The analysis map may be referred to as an analysis result.

도 5는 다른 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an overall configuration of an apparatus for analyzing a face image according to another exemplary embodiment.

다른 실시예에 따르면, 얼굴 영상 분석 장치(100)는 프로세서(110), 잔차 네트워크(120), 잔차 역합성곱 네트워크(130) 및 사전 정보 획득 네트워크(510)를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the facial image analysis apparatus 100 may include a processor 110 , a residual network 120 , a residual deconvolution network 130 , and a prior information acquisition network 510 .

잔차 네트워크(120)에 얼굴 영상(101)이 입력될 수 있다. 프로세서(110)는 사전 정보 획득 네트워크(510)의 출력과 잔차 역합성곱 네트워크(130)의 출력을 결합하여 분석 결과(503)를 획득할 수 있다. 프로세서(110)는 밀집 조건 랜덤 필드 방식을 이용하여 분석 결과(503)를 개선할 수 있다. 프로세서(110)는 분석 결과(503)를 밀집 조건 램덤 필드의 단항(unary term)으로 설정하여 더욱 정확한 분석 결과를 획득할 수 있다.The face image 101 may be input to the residual network 120 . The processor 110 may obtain an analysis result 503 by combining the output of the prior information acquisition network 510 and the output of the residual deconvolution network 130 . The processor 110 may improve the analysis result 503 by using the dense condition random field method. The processor 110 may obtain a more accurate analysis result by setting the analysis result 503 as a unary term of the cluster condition random field.

도 6은 다른 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치를 훈련하는 동작을 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an operation of training a face image analyzing apparatus according to another exemplary embodiment.

얼굴 영상 분석 장치(100)의 잔차 네트워크(120)는 사전 훈련 단계에 의해 훈련되고, 잔차 네트워크(120) 및 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 연합 훈련 단계에 의해 훈련될 수 있다. 얼굴 영상 분석 장치(100)는 사전 훈련 단계 및 연합 훈련 단계에 의해 훈련된 잔차 네트워크(120) 및 잔차 역합성곱 네트워크(130)를 이용하여 사전 정보 획득 네트워크(510)를 훈련하고 잔차 네트워크(120) 및 잔차 역합성곱 네트워크(130)를 추가적으로 훈련할 수 있다.The residual network 120 of the facial image analysis apparatus 100 may be trained by a pre-training step, and the residual network 120 and the residual deconvolutional network 130 may be trained by a joint training step. The facial image analysis apparatus 100 trains the prior information acquisition network 510 using the residual network 120 and the residual deconvolution network 130 trained by the pre-training step and the joint training step, and the residual network 120 ) and the residual deconvolution network 130 may be additionally trained.

단계(610)에서 훈련 데이터는 잔차 네트워크(120)에 입력될 수 있다. 여기서 훈련 데이터는 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 포함할 수 있다. 단계(620)에서 잔차 네트워크(120)는 훈련 데이터를 처리할 수 있다. 단계(630)에서 잔차 네트워크(120)는 처리 결과로서 특징맵을 출력할 수 있다. 여기서, 특징맵은 잔차 네트워크(120)의 마지막 두 번째 잔차 블록의 출력일 수 있다. 단계(640)에서 특징맵은 잔차 역합성곱 네트워크(130)에 입력될 수 있다. 단계(650)에서 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 분석맵을 출력할 수 있다.In step 610 the training data may be input to the residual network 120 . Here, the training data may include training data for face image analysis. In step 620, the residual network 120 may process the training data. In step 630 , the residual network 120 may output a feature map as a processing result. Here, the feature map may be an output of the second and last residual block of the residual network 120 . In step 640 , the feature map may be input to the residual deconvolution network 130 . In step 650 , the residual deconvolution network 130 may output an analysis map.

단계(660)에서 사전 정보 획득 네트워크(510)는 훈련 데이터로부터 사전 정보를 획득할 수 있다. 단계(670)에서 사전 정보 및 분석맵은 결합될 수 있다. 단계(680)에서 사전 정보 획득 네트워크(510)에 대하여 제1 훈련 단계가 수행될 수 있다. 단계(690)에서 잔차 네트워크(120), 잔차 역합성곱 네트워크(130) 및 사전 정보 획득 네트워크(510)에 대하여 제2 훈련 단계가 수행될 수 있다.In step 660 , the prior information acquisition network 510 may obtain prior information from the training data. In step 670, the prior information and the analysis map may be combined. In step 680 , a first training step may be performed on the prior information acquisition network 510 . In step 690 , a second training step may be performed for the residual network 120 , the residual deconvolution network 130 , and the prior information acquisition network 510 .

제1 훈련 단계에서, 사전 정보 획득 네트워크(510) 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터는 고정되고, 사전 정보 획득 네트워크(510) 내의 가중치 파라미터가 조정될 수 있다. 제1 훈련 단계에 의해 최적화된 가중치 파라미터가 획득되고 소프트맥스 함수는 최소화될 수 있다.In the first training step, all parameters other than the weight parameters in the dictionary information acquisition network 510 may be fixed, and the weight parameters in the dictionary information acquisition network 510 may be adjusted. The weight parameters optimized by the first training step are obtained and the softmax function can be minimized.

제2 훈련 단계에서, 조정된 가중치 파라미터를 이용하여 사전 정보 획득 네트워크(510)는 초기화되고, 사전 정보 획득 네트워크(510) 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터에 대한 고정은 해제될 수 있다. 사전 정보 획득 네트워크(510) 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터는 조정될 수 있다. In the second training step, the dictionary information acquisition network 510 is initialized using the adjusted weight parameters, and all parameters other than the weight parameters in the dictionary information acquisition network 510 may be released. All parameters other than the weight parameter in the prior information acquisition network 510 may be adjusted.

제2 훈련 단계에서, 잔차 네트워크, 잔차 역합성곱 네트워크 및 사전정보 획득 네트워크의 전체에 대해 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 얼굴 영상 분석 동작이 수행됨으로써, 잔차 네트워크 및 잔차 역합성곱 네트워크가 조정되고 사전정보 획득 네트워크 내의 각각의 가중치 파라미터가 추가적으로 조정될 수 있다.In the second training step, a facial image analysis operation is performed using training data for facial image analysis on all of the residual network, the residual deconvolution network, and the prior information acquisition network, so that the residual network and the residual deconvolution network are adjusted and each weight parameter in the prior information acquisition network may be further adjusted.

사전 정보 획득 네트워크(510)를 포함하는 전체 네트워크를 훈련하기 위한 훈련 데이터로서 전처리 단계를 거치지 않은 얼굴 영상이 사용될 수도 있지만, 랜덤 미러링이 수행된 훈련 데이터 또는 랜덤 컷 아웃이 수행된 훈련 데이터가 사용될 수도 있다. 훈련 데이터에 대하여 전처리 단계가 수행됨으로써 훈련 데이터의 양이 증가할 수 있다. 훈련 데이터는 얼굴 식별용 훈련 데이터 및 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 포함할 수 있다.As training data for training the entire network including the prior information acquisition network 510, a face image that has not undergone a preprocessing step may be used, but training data on which random mirroring is performed or training data on which random cutout is performed may be used. have. The amount of training data may be increased by performing a preprocessing step on the training data. The training data may include training data for face identification and training data for face image analysis.

예를 들어, 얼굴 영상은 랜덤 컷 아웃에 의해 224*224 크기와 같은 임의의 크기의 영상으로 편집되거나 랜덤 미러링이 수행될 수 있다. 합성곱 블록에 대한 입력은 훈련 데이터의 원시 영상일 수 있고, 랜덤 미러링의 결과일 수도 있고, 랜덤 컷 아웃의 결과일 수 있고, 랜덤 미러링과 랜덤 컷 아웃이 함께 적용된 결과일 수도 있다. 전처리 단계에 의하면 동일한 영상을 이용하여 복수 번 훈련하는 경우에 발생하는 오버피팅 현상이 완화될 수 있다.For example, the face image may be edited into an image of any size such as 224*224 size by random cutout or random mirroring may be performed. The input to the convolution block may be a raw image of training data, may be a result of random mirroring, may be a result of random cutout, or may be a result of applying both random mirroring and random cutout. According to the pre-processing step, the overfitting phenomenon that occurs when training is performed multiple times using the same image can be alleviated.

도 7은 다른 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a face image analysis method according to another exemplary embodiment.

단계(710)에서 분석될 얼굴 영상이 전체 네트워크에 입력될 수 있다. 단계(720)에서 사전 훈련 및 연합 훈련이 수행된 잔차 네트워크(120)에 의해 입력된 얼굴 영상이 처리될 수 있다. 단계(730)에서, 단계(720)의 처리 결과로서 특징맵이 잔차 네트워크(120)로부터 획득될 수 있다. 단계(740)에서 특징맵은 잔차 역합성곱 네트워크(130)에 입력될 수 있다. 여기서, 잔차 역합성곱 네트워크(130)에 대하여 미리 연합 훈련이 수행될 수 있다. 단계(750)에서 잔차 역합성곱 네트워크(130)로부터 분석맵이 획득될 수 있다.In operation 710 , the face image to be analyzed may be input to the entire network. In operation 720 , the input face image may be processed by the residual network 120 on which pre-training and joint training have been performed. In step 730 , a feature map may be obtained from the residual network 120 as a result of the processing in step 720 . In step 740 , the feature map may be input to the residual deconvolution network 130 . Here, association training may be performed on the residual deconvolution network 130 in advance. An analysis map may be obtained from the residual deconvolution network 130 in step 750 .

단계(760)에서 사전 정보는 입력된 얼굴 영상으로부터 사전 정보 획득 네트워크(510)에 의해 획득될 수 있다. 사전 정보는 입력된 영상과 연관된 정보이다. 얼굴 영상 분석 장치(100)는 훈련 데이터 베이스에 저장된 서로 다른 얼굴 영상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 캘리브레이션(calibration)을 통하여 각 얼굴 영상의 유형 정보가 표시될 수 있다. 예를 들어, 얼굴 영상 내의 각 부분은 배경, 피부, 머리카락 또는 감각 기관을 의미하는 오관 등으로 표시될 수 있다. In operation 760, the dictionary information may be acquired by the dictionary information acquisition network 510 from the input face image. The dictionary information is information related to an input image. The face image analysis apparatus 100 may use different face images stored in the training database. For example, type information of each face image may be displayed through calibration. For example, each part in the face image may be displayed as a background, skin, hair, or five tubes representing sensory organs.

얼굴 영상 분석 장치(100)는 얼굴 영상에 포함된 얼굴과 가장 유사한 얼굴을 포함하는 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 선택할 수 있다. 얼굴 영상 분석 장치(100)는 분석될 얼굴 영상 내의 얼굴과 훈련 데이터 베이스 안에 저장된 얼굴 영상 내의 얼굴을 비교하여 가장 유사한 얼굴 또는 얼굴의 그룹을 선택할 수 있다. 얼굴 영상 분석 장치(100)는 가장 유사한 얼굴로부터 획득된 캘리브레이션 정보의 평균값을 얼굴 영상의 사전정보로서 획득하거나 선택된 그룹의 평균값을 연산하여 사전정보를 획득할 수 있다.The face image analysis apparatus 100 may select training data for analyzing a face image including a face most similar to a face included in the face image. The facial image analysis apparatus 100 may select the most similar face or group of faces by comparing the face in the face image to be analyzed with the face in the face image stored in the training database. The face image analysis apparatus 100 may obtain an average value of calibration information obtained from the most similar face as prior information of the face image or may obtain the prior information by calculating an average value of a selected group.

단계(770)에서 얼굴 영상 분석 장치(100)는 사전 정보와 분석맵을 결합할 수 있다. 단계(780)에서 결합의 결과로서 얼굴 영상 분석 장치(100)는 분석 결과를 획득할 수 있다. 단계(790)에서 분석 결과는 밀집 조건 랜덤 필드 방식에 의해 처리될 수 있다. 단계(800)에서 처리 결과로서 얼굴 영상 분석 장치(100)는 개선된 분석 결과를 획득할 수 있다. In operation 770 , the facial image analysis apparatus 100 may combine the prior information and the analysis map. As a result of the combination in operation 780 , the facial image analysis apparatus 100 may obtain an analysis result. In operation 790, the analysis result may be processed by a dense condition random field method. As a processing result in operation 800 , the facial image analysis apparatus 100 may obtain an improved analysis result.

도 8a는 일 실시예에 따른 잔차 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 8A is a diagram illustrating a configuration of a residual network according to an embodiment.

잔차 네트워크(120)는 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합한 잔차 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 잔차 네트워크(120)는 입력에서 출력 방향으로 합성곱 블록(11) 및 잔차 블록(12) 내지 잔차 블록(16)을 포함할 수 있다. 잔차 네트워크(120)는 첫 번째 잔차 블록 이전에 위치한 합성곱 블록을 포함할 수 있다. 잔차 네트워크(120)는 순차적으로 결합된 잔차 블록 중에서 미리 정해진 N번째 잔차 블록을 잔차 역합성곱 네트워크(130)로 전달할 수 있다. 여기서, N은 자연수이고 잔차 네트워크(120)에 포함된 모든 잔차 블록의 수보다 작다. 예를 들어, 합성곱 블록(15)의 출력은 잔차 역합성곱 네트워크(130)로 전달될 수 있다. The residual network 120 may include sequentially combined residual blocks arranged in an input-to-output direction. For example, the residual network 120 may include a convolution block 11 and a residual block 12 through a residual block 16 in an input-to-output direction. The residual network 120 may include a convolutional block positioned before the first residual block. The residual network 120 may transmit a predetermined N-th residual block among the sequentially combined residual blocks to the residual deconvolution network 130 . Here, N is a natural number and is smaller than the number of all residual blocks included in the residual network 120 . For example, the output of the convolution block 15 may be passed to the residual deconvolution network 130 .

예를 들어, 합성곱 블록(11)은 두 개의 누적된 합성곱 레이어를 포함할 수 있다. 합성곱 레이어 내의 합성곱 커널의 크기는 3*3일 수 있고, 각 합성곱 레이어의 합성곱 커널의 수는 64개일 수 있다. 합성곱 블록(11)은 입력한 데이터를 잔차 블록의 수신에 적합한 형식으로 전환할 수 있다. 상술한 합성곱 커널의 크기 및 수는 예시일 뿐이고 이에 한정되지 않는다.For example, the convolution block 11 may include two accumulated convolution layers. The size of the convolution kernel in the convolution layer may be 3*3, and the number of convolution kernels in each convolution layer may be 64. The convolution block 11 may convert the input data into a format suitable for reception of the residual block. The size and number of the above-described convolution kernels are merely examples and are not limited thereto.

예를 들어, RGB 3개 채널 및 224*224 크기의 얼굴 영상이 입력되는 경우, 얼굴 영상은 224*224*3으로 표시된다. 합성곱 블록(11)의 첫 번째 합성곱 레이어에 입력된 224*224*3 크기의 얼굴 영상에 대해 64개의 3*3 크기의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행되어 224*224*64의 중간 영상(801)이 생성될 수 있다. 중간 영상(801)에 대해 64개의 3*3 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행되어 224*224*64의 중간 영상(802)이 생성될 수 있다.For example, when three RGB channels and a face image with a size of 224*224 are input, the face image is displayed as 224*224*3. The convolution operation is performed by 64 3*3 convolution kernels on the face image of 224*224*3 size input to the first convolution layer of the convolution block 11, resulting in 224*224*64 An intermediate image 801 may be generated. A convolution operation may be performed again on the intermediate image 801 by 64 3*3 convolution kernels to generate an intermediate image 802 of 224*224*64.

각 잔차 블록들은 최대치 풀링(max pooling)을 통하여 연결될 수 있다. 최대치 풀링은 일정한 크기의 범위 내의 최대치를 해당 범위의 대표로 설정하는 연산이다. 예를 들어 입력 영상에 대하여 2*2의 최대치 풀링이 수행되는 경우, 입력 영상의 각 2*2 범위에서의 최대치가 2*2범위를 대표하도록 설정되고, 기타의 값은 생략될 수 있다. 평균 풀링은 일정한 크기의 범위 내의 평균치를 해당 범위의 대표로 설정하는 연산이다. 예를 들어, 입력 영상에 대하여 7*7의 평균 풀링이 수행되는 경우, 입력 영상의 각 7*7의 범위에서의 평균치가 7*7범위를 대표하도록 설정되고, 기타의 값은 생략될 수 있다.Each residual block may be connected through max pooling. Maximum pooling is an operation that sets the maximum value within a range of a certain size as a representative of the range. For example, when 2*2 maximum value pooling is performed on the input image, the maximum value in each 2*2 range of the input image is set to represent the 2*2 range, and other values may be omitted. Average pooling is an operation that sets the average value within a range of a certain size as a representative of the range. For example, when 7*7 average pooling is performed on the input image, the average value in each 7*7 range of the input image is set to represent the 7*7 range, and other values may be omitted. .

복수의 잔차 블록 중의 제1 잔차 블록의 출력에 대하여 최대치 풀링 처리가 수행되고, 최대치 풀링 처리가 수행된 결과는 제1 잔차 블록의 다음 레벨의 잔차 블록에 입력될 수 있다.A maximum pooling process may be performed on an output of a first residual block among the plurality of residual blocks, and a result of the maximum pooling process may be input to a residual block of a next level of the first residual block.

중간 영상(802)에 대해 최대치 풀링이 수행되면 112*112*64의 중간 영상(803)이 생성될 수 있다. 최대치 풀링에 의해 영상의 크기는 1/2배로 축소될 수 있다. 중간 영상(803)은 잔차 블록(12)에 입력되고, 잔차 블록(12)은 중간 영상(803)의 차원을 증가시켜 112*112*128의 중간 영상(804)을 출력할 수 있다. 이를 통해, 중간 영상(803)의 채널은 64개에서 128개로 증가할 수 있다.When maximum pooling is performed on the intermediate image 802 , an intermediate image 803 of 112*112*64 may be generated. By maximal pooling, the size of the image can be reduced to 1/2. The intermediate image 803 is input to the residual block 12 , and the residual block 12 increases the dimension of the intermediate image 803 to output an intermediate image 804 of 112*112*128. Through this, the number of channels of the intermediate image 803 may increase from 64 to 128.

중간 영상(804)에 대하여 최대치 풀링이 수행되고 56*56*128의 중간 영상(805)이 출력될 수 있다. 중간 영상(805)은 장차 블록(13)에 의해 56*56*256로 차원이 증가한 중간 영상(806)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(806)에 대하여 최대치 풀링이 수행되고 28*28*256의 중간 영상(807)이 출력될 수 있다. 중간 영상(807)은 잔차 블록(14)에 의해 28*28*512로 차원이 증가한 중간 영상(808)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(808)에 대하여 최대치 풀링이 수행되고 14*14*512의 중간 영상(809)이 출력될 수 있다. 중간 영상(809)은 잔차 블록(15)에 의해 14*14*1024로 차원이 증가한 중간 영상(810)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(810)에 대하여 최대치 풀링이 수행되고 7*7*1024의 중간 영상(811)이 출력될 수 있다. 중간 영상(811)은 잔차 블록(16)에 의해 7*7*1024의 중간 영상(812)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(812)에 대해 평균 풀링이 수행되고 1*1*1024의 중간 영상(813)이 출력될 수 있다. Maximum pooling may be performed on the intermediate image 804 and the intermediate image 805 of 56*56*128 may be output. The intermediate image 805 may be converted into an intermediate image 806 whose dimension is increased to 56*56*256 by the block 13 in the future. Maximum pooling is performed on the intermediate image 806 , and an intermediate image 807 of 28*28*256 may be output. The intermediate image 807 may be transformed into an intermediate image 808 whose dimension is increased to 28*28*512 by the residual block 14 . Maximum pooling is performed on the intermediate image 808 , and an intermediate image 809 of 14*14*512 may be output. The intermediate image 809 may be transformed into an intermediate image 810 whose dimension is increased to 14*14*1024 by the residual block 15 . Maximum pooling is performed on the intermediate image 810 and an intermediate image 811 of 7*7*1024 may be output. The intermediate image 811 may be transformed into an intermediate image 812 of 7*7*1024 by the residual block 16 . Average pooling is performed on the intermediate image 812 and an intermediate image 813 of 1*1*1024 may be output.

합성곱 블록(11)의 각 합성곱 레이어 내의 합성곱 커널의 개수(예를 들어, 64)와 잔차 블록에 의해 차원이 증가된 결과로서의 중간 영상의 채널의 수(예를 들어, 128, 256, 512, 1024)로 가중치 파라미터가 설정되는 경우 분석 결과의 정확도는 향상될 수 있다. The number of convolution kernels in each convolutional layer of the convolution block 11 (eg, 64) and the number of channels of the intermediate image as a result of which the dimension is increased by the residual block (eg, 128, 256, 512, 1024), the accuracy of the analysis result may be improved when the weight parameter is set.

도 8b는 일 실시예에 따른 잔차 네트워크 내의 잔차 블록을 도시한 도면이다.8B is a diagram illustrating a residual block in a residual network according to an embodiment.

도 8b는 도 8a의 잔차 블록(13)의 구조를 예시적으로 도시한 것이다. 도 8a의 잔차 블록(12) 내지 잔차 블록(16)은 잔차 구조를 포함한다. 잔차 블록(12) 내지 잔차 블록(16)의 구조는 서로 유사하지만 합성곱 커널의 수에서 차이가 있을 수 있다. 잔차 블록의 수는 4개 또는 5개일 수 있다.FIG. 8B exemplarily shows the structure of the residual block 13 of FIG. 8A . Residual block 12 - Residual block 16 of FIG. 8A includes a residual structure. The structures of the residual block 12 to the residual block 16 are similar to each other, but there may be differences in the number of convolution kernels. The number of residual blocks may be 4 or 5.

예를 들어, 도 8b를 참조하면, 56*56*128(길이*너비*채널수)의 입력 영상(821)이 입력될 수 있다. 입력 영상(821)에 대하여 128개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과는 128개의 3*3 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과는 256개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있고 56*56*256의 중간 영상(825)이 획득될 수 있다. For example, referring to FIG. 8B , an input image 821 of 56*56*128 (length*width*number of channels) may be input. A convolution operation may be performed on the input image 821 by 128 1*1 convolution kernels. The convolution operation may be performed again on the result of the operation by 128 3*3 convolution kernels. As a result of the operation, a convolution operation may be performed again by 256 convolution kernels having a size of 1*1, and an intermediate image 825 of 56*56*256 may be obtained.

입력 영상(821)에 대하여 256개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행되고 56*56*256의 중간 영상(823)이 획득될 수 있다. 가산기(adder)에 의해 중간 영상(823) 및 중간 영상(825)은 합산될 수 있다. A convolution operation is performed on the input image 821 by 256 convolution kernels having a size of 1*1, and an intermediate image 823 of 56*56*256 may be obtained. The intermediate image 823 and the intermediate image 825 may be summed by an adder.

합산된 결과에 대해 128개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과에 대해 128개의 3*3 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과에 대해 256개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있고 56*56*256의 중간 영상(827)이 획득될 수 있다. A convolution operation may be performed on the summed result by 128 1*1 convolution kernels. Convolution operation may be performed again on the corresponding operation result by 128 3*3 convolution kernels. A convolution operation may be performed again on the result of the operation by 256 convolution kernels having a size of 1*1, and an intermediate image 827 of 56*56*256 may be obtained.

가산기에 의해 중간 영상(823) 및 중간 영상(825)의 합산 결과와 중간 영상(827)은 다시 합산될 수 있다.A result of adding the intermediate image 823 and the intermediate image 825 and the intermediate image 827 may be summed again by the adder.

합산된 결과에 대해 128개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과에 대해 128개의 3*3 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과에 대해 256개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있고 56*56*256의 중간 영상(829)이 획득될 수 있다. A convolution operation may be performed on the summed result by 128 1*1 convolution kernels. Convolution operation may be performed again on the corresponding operation result by 128 3*3 convolution kernels. A convolution operation may be performed again by 256 convolution kernels having a size of 1*1 on the corresponding operation result, and an intermediate image 829 of 56*56*256 may be obtained.

가산기에 의해 이전의 합산 결과와 중간 영상(829)은 다시 합산되고 56*56*256 의 출력 영상(831)이 출력될 수 있다.The previous summing result and the intermediate image 829 are summed again by the adder, and an output image 831 of 56*56*256 may be output.

도 9a는 일 실시예에 따른 잔차 역합성곱 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.9A is a diagram illustrating a configuration of a residual deconvolution network according to an embodiment.

도 9a를 참조하면, 훈련된 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 잔차 네트워크(120) 의 N번째 잔차 블록, 예를 들어, 잔차 블록(15)의 출력인 특징맵(901)으로부터 분석맵(913)을 출력할 수 있다.Referring to FIG. 9A , the trained residual deconvolution network 130 receives an analysis map 913 from an Nth residual block of the residual network 120 , for example, a feature map 901 that is an output of the residual block 15 . ) can be printed.

잔차 역합성곱 네트워크(130)는 순차적으로 결합된 잔차 역합성곱 블록들을 포함한다. 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 마지막 잔차 역합성곱 블록 이후에 위치한 역합성곱 블록을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 잔차 역합성곱 블록(22) 내지 잔차 역합성곱 블록(25)을 포함하고, 잔차 역합성곱 블록(22) 내지 잔차 역합성곱 블록(25)은 잔차 네트워크(120)의 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째 잔차 블록(12)에서 N번째 잔차 블록(15)에 각각 대응할 수 있다.The residual deconvolution network 130 includes sequentially combined residual deconvolution blocks. The residual deconvolution network 130 may further include a deconvolution block located after the last residual deconvolution block. For example, the residual deconvolution network 130 includes a residual deconvolution block 22 through a residual deconvolution block 25 , and a residual deconvolution block 22 through a residual deconvolution block 25 . ) may respectively correspond to the Nth residual block 15 in the first residual block 12 of the plurality of residual blocks of the residual network 120 .

예를 들어, 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 입력에서 출력방향으로 결합된 잔차 역합성곱 블록(25) 내지 잔차 역합성곱 네트워크(22) 및 하나의 역합성곱 블록(21)을 포함할 수 있다. 잔차 네트워크(120)와 유사하게, 잔차 역합성곱 네트워크(130)는 3 또는 4개의 잔차 역합성곱 블록을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지 않는다. For example, the residual deconvolution network 130 may include a residual deconvolution block 25 to a residual deconvolution network 22 and one deconvolution block 21 coupled from an input to an output direction. can Similar to the residual network 120 , the residual deconvolution network 130 may include, but is not limited to, three or four residual deconvolution blocks.

복수의 잔차 역합성곱 블록 중의 제1 잔차 역합성곱 블록의 출력에 대하여 최대치 안티 풀링(max anti pooling) 처리가 수행되고, 최대치 안티 풀링 처리가 수행된 결과는 제1 잔차 역합성곱 블록의 다음 레벨의 잔차 역합성곱 블록에 입력될 수 있다.A maximum anti-pooling process is performed on the output of the first residual deconvolution block among the plurality of residual deconvolution blocks, and the result of the maximum anti-pooling process is the next of the first residual deconvolution block. It can be input to the residual deconvolution block of the level.

잔차 블록(15)의 출력은 최대치 풀링이 수행된 후에 잔차 역합성곱 네트워크(130)에 입력되고, 최대치 안티 풀링에 의해 14*14*1024의 중간 영상(902)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(902)은 잔차 역합성곱 블록(25)에 의해 14*14*512의 중간 영상(903)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(903)은 최대치 안티 풀링에 의해 28*28*512의 중간 영상(904)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(904)은 잔차 역합성곱 블록(24)에 의해 28*28*256의 중간 영상(905)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(905)은 최대치 안티 풀링에 의해 56*56*256의 중간 영상(906)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(906)은 잔차 역합성곱 블록(23)에 의해 56*56*128의 중간 영상(907)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(907)은 최대치 안티 풀링에 의해 112*112*128의 중간 영상(908)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(908)은 잔차 역합성곱 블록(22)에 의해 112*112*64의 중간 영상(909)으로 변환될 수 있다. 중간 영상(909)은 최대치 안티 풀링에 의해 224*224*64의 중간 영상(910)으로 변환될 수 있다.The output of the residual block 15 may be input to the residual deconvolution network 130 after maximal pooling is performed, and may be transformed into an intermediate image 902 of 14*14*1024 by maximal anti-pooling. The intermediate image 902 may be transformed into an intermediate image 903 of 14*14*512 by the residual deconvolution block 25 . The intermediate image 903 may be converted into an intermediate image 904 of 28*28*512 by maximum anti-pooling. The intermediate image 904 may be transformed into an intermediate image 905 of 28*28*256 by the residual deconvolution block 24 . The intermediate image 905 may be converted into the intermediate image 906 of 56*56*256 by maximum anti-pooling. The intermediate image 906 may be transformed into the intermediate image 907 of 56*56*128 by the residual deconvolution block 23 . The intermediate image 907 may be converted into the intermediate image 908 of 112*112*128 by maximum anti-pooling. The intermediate image 908 may be transformed into an intermediate image 909 of 112*112*64 by the residual deconvolution block 22 . The intermediate image 909 may be converted into the intermediate image 910 of 224*224*64 by maximum anti-pooling.

중간 영상(910)에 대해 역합성곱 블록(21)에 의해 1*1의 합성곱 연산이 수행되어 분석맵(913)이 획득될 수 있다. 예를 들어, 역합성곱 블록(21) 두 개의 역합성곱 레이어을 포함할 수 있고, 각 역합성곱 레이어는 64개의 3*3의 역합성곱 커널을 포함할 수 있다.An analysis map 913 may be obtained by performing a 1*1 convolution operation on the intermediate image 910 by the deconvolution block 21 . For example, the deconvolution block 21 may include two deconvolution layers, and each deconvolution layer may include 64 3*3 deconvolution kernels.

도 9b는 일 실시예에 따른 잔차 역합성곱 네트워크 내의 잔차 역합성곱 블록을 도시한 도면이다. 9B is a diagram illustrating a residual deconvolution block in a residual deconvolution network according to an embodiment.

도 9b는 도 9a의 잔차 역합성곱 블록(23)의 구조를 예시적으로 도시한 것이다. 잔차 역합성곱 블록(22) 내지 잔차 역합성곱 블록(25)의 구조는 서로 유사하지만 역합성곱 커널의 수에서 차이가 있을 수 있다.9B exemplarily shows the structure of the residual deconvolution block 23 of FIG. 9A. The structures of the residual deconvolution block 22 to the residual deconvolution block 25 are similar to each other, but there may be differences in the number of deconvolution kernels.

잔차 역합성곱 블록들 각각은 밀집기(910), 디테일 학습기(920) 및 차원감소기(930)를 포함할 수 있다. 밀집기(910)는 세 가지 역합성곱 연산을 수행하고, 디테일 학습기(920)는 세 가지 역합성곱 연산 및 합산을 수행 하며, 차원감소기(930)는 네 가지 역합성곱 연산과 합산을 수행할 수 있다.Each of the residual deconvolution blocks may include a compactor 910 , a detail learner 920 , and a dimension reducer 930 . The clusterer 910 performs three deconvolution operations, the detail learner 920 performs three deconvolution operations and summation, and the dimension reducer 930 performs four deconvolution operations and summation. can be done

예를 들어, 56*56*256(길이*너비*채널수)의 입력 영상(901)이 밀집기(910)에 입력되고, 밀집기(910) 내의 128개의 1*1 크기의 역합성곱 커널은 입력 영상(901)에 대하여 역합성곱 연산을 수행할 수 있다. 해당 연산 결과에 대해 128개의 3*3 크기의 역합성곱 커널에 의해 다시 역합성곱 연산이 수행되고, 해당 연산 결과에 대해 256개의 1*1 크기의 역합성곱 커널에 의해 다시 역합성곱 연산이 수행될 수 있다.For example, an input image 901 of 56*56*256 (length*width*number of channels) is input to the compactor 910 , and 128 1*1 size deconvolutional kernels in the compactor 910 . may perform a deconvolution operation on the input image 901 . The deconvolution operation is again performed by 128 3*3 size deconvolution kernels on the result of the operation, and the deconvolution operation is again performed on the corresponding operation result by 256 1*1 size deconvolution kernels. This can be done.

디테일 학습기(920)는 잔차 브랜치(residual branch)(922)와 역합성곱 브랜치(deconvolution branch)(923)를 포함할 수 있다. 역합성곱 브랜치(923)는 세 가지의 서로 다른 역합성곱 연산을 포함하고, 역합성곱 브랜치(923)의 연산 결과는 잔차 브랜치(922)로 전달된 밀집기(910)의 연산 결과와 합산될 수 있다. The detail learner 920 may include a residual branch 922 and a deconvolution branch 923 . The deconvolution branch 923 includes three different deconvolution operations, and the operation result of the deconvolution branch 923 is summed with the operation result of the clusterer 910 transferred to the residual branch 922 . can be

예를 들어, 밀집기(910)의 연산 결과는 디테일 학습기(920)에 전달되고, 디테일 학습기(920) 내의 128개 1*1 크기의 역합성곱 커널은 밀집기(910)의 연산 결과에 대해 역합성곱 연산을 수행할 수 있다. 해당 연산 결과와 128개의 3*3 크기의 역합성곱 커널에 의해 다시 역합성곱 연산이 수행되고, 해당 연산 결과에 대해 256개의 1*1 크기의 역합성곱 커널에 의해 다시 역합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과는 잔차 브랜치(922)로 전달된 밀집기(910)의 연산 결과와 합산될 수 있다. 합산된 결과는 차원 감소기(930)로 전달될 수 있다. 잔차 브랜치(922)는 그래디언트가 분산되지 않도록 함으로써 잔차 역합성곱 네트워크(130)를 보다 쉽게 최적화시킬 수 있다.For example, the operation result of the clusterer 910 is transmitted to the detail learner 920 , and 128 1*1 size deconvolution kernels in the detail learner 920 are calculated for the operation result of the clusterer 910 . Deconvolution operation can be performed. The deconvolution operation is again performed by the corresponding operation result and 128 3*3 size deconvolution kernels, and the deconvolution operation is again performed on the corresponding operation result by 256 1*1 size deconvolution kernels. can be performed. The corresponding operation result may be summed with the operation result of the clusterer 910 transmitted to the residual branch 922 . The summed result may be transmitted to the dimension reducer 930 . The residual branch 922 can more easily optimize the residual deconvolution network 130 by ensuring that the gradient is not dispersed.

디테일 학습기(920)의 출력은 차원 감소기(930)로 전달될 수 있다. 디테일 학습기(920)의 출력에 대하여 128개의 1*1 크기의 역합성곱 커널에 의해 역합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과는 128개의 3*3 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있다. 해당 연산 결과는 128개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 다시 합성곱 연산이 수행될 수 있고 56*56*128의 중간 영상(931)이 획득될 수 있다. The output of the detail learner 920 may be transmitted to the dimension reducer 930 . A deconvolution operation may be performed on the output of the detail learner 920 by 128 1*1 size deconvolution kernels. The convolution operation may be performed again on the result of the operation by 128 3*3 convolution kernels. As a result of the operation, a convolution operation may be performed again by 128 convolution kernels having a size of 1*1, and an intermediate image 931 of 56*56*128 may be obtained.

디테일 학습기(920)의 출력에 대하여 128개의 1*1 크기의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행되고 56*56*128의 중간 영상(932)이 획득될 수 있다. 가산기에 의해 중간 영상(931) 및 중간 영상(932)은 합산되고 56*56*128의 출력 영상이 획득될 수 있다.A convolution operation is performed on the output of the detail learner 920 by 128 1*1 convolution kernels, and an intermediate image 932 of 56*56*128 may be obtained. The intermediate image 931 and the intermediate image 932 are summed by the adder, and an output image of 56*56*128 may be obtained.

도 10은 다른 실시예에 따른 잔차 역합성곱 네트워크의 결과와 사전정보 획득 네트워크의 결과를 결합하는 구성을 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a configuration in which a result of a residual deconvolution network and a result of a prior information acquisition network are combined according to another embodiment.

도 10을 참조하면, 잔차 역합성곱 네트워크로부터 출력된 분석맵과 사전정보를 조합하여 조합맵이 획득될 수 있다. 합성곱 커널을 이용하여 상기 조합맵에 대해 합성곱을 수행함으로써 사전정보의 공헌도 플롯(contribution plot)을 획득하고, 공헌도 플롯과 분석맵을 엘레먼트 수준(element level)으로 더하여 분석 결과가 획득될 수 있다.Referring to FIG. 10 , a combination map may be obtained by combining the analysis map output from the residual deconvolution network and prior information. By performing convolution on the combination map using a convolution kernel, a contribution plot of prior information may be obtained, and an analysis result may be obtained by adding the contribution plot and the analysis map to an element level.

잔차 역합성곱 네트워크(130)로부터 출력된 분석맵(31)과 사전 정보는 조합될 수 있다. 사전 정보 획득 네트워크(510)로부터 출력된 사전 정보에 대하여 224*224*(3+3)의 합성곱 커널에 의해 합성곱 연산이 수행되고, 해당 연산 결과로서 공헌도 플롯(34)이 출력될 수 있다. 예를 들어, 채널이 N이고 영상의 크기가 W*H이면, 분석맵(31)과 사전 정보의 크기는 W*H*N이고 조합맵의 크기는 W*H*2N일 수 있다. 공헌도 플롯(34)은 각 채널에 대한 공헌도 플롯이고, 그 크기는 W*H*N일 수 있다. 공헌도 플롯(34)과 잔차 역합성곱 네트워크(130)로부터 출력된 분석맵(31)은 엘레먼트 수준으로 합산되고 소프트맥스 함수에 의해 소프트맥스 함수 값(1010)이 출력되고 분석 결과가 획득될 수 있다. The analysis map 31 output from the residual deconvolution network 130 and the prior information may be combined. A convolution operation is performed on the dictionary information output from the dictionary information acquisition network 510 by a convolution kernel of 224*224*(3+3), and a contribution plot 34 may be output as a result of the operation. . For example, if the channel is N and the size of the image is W*H, the size of the analysis map 31 and the dictionary information may be W*H*N, and the size of the combination map may be W*H*2N. The contribution plot 34 is a contribution plot for each channel, and the size may be W*H*N. The contribution plot 34 and the analysis map 31 output from the residual deconvolution network 130 are summed to the element level, the softmax function value 1010 is output by the softmax function, and the analysis result can be obtained. .

도 11a 내지 도 11d는 일 실시예에 따른 얼굴 영상 분석 장치에 의한 결과와 VGG-역합성곱 결과를 비교한 예시이다.11A to 11D are examples of comparing a result obtained by the apparatus for analyzing a face image according to an exemplary embodiment and a result of VGG-deconvolution.

도 11a 내지 도 11d는 LFW 얼굴 데이터 베이스를 이용한 결과이다. LFW 얼굴 데이터 베이스는 국제적으로 권위 있는 데이터 베이스이다. 도 11a 내지 도 11d의 원시 영상은 처리되지 않은 얼굴 영상을 의미하고, VGG-역합성곱 결과는 종래의 VGG-역합성곱 방식에 의한 결과이며, 얼굴 영상 분석 장치의 결과는 일 실시예에 다른 얼굴 영상 분석 장치(100)에 의한 결과이다. 예를 들면, 도 9C에서, VGG-역합성곱 방식의 결과는 머리카락의 일부와 배경을 함께 분석하지만, 얼굴 영상 분석 장치의 결과는 머리카락과 배경을 정확하게 구분한다.11A to 11D are results of using the LFW face database. The LFW face database is an internationally authoritative database. The raw image of FIGS. 11A to 11D means an unprocessed face image, the VGG-deconvolution result is a result of the conventional VGG-deconvolution method, and the result of the facial image analysis apparatus is different from one embodiment. It is a result by the face image analysis apparatus 100 . For example, in FIG. 9C , the result of the VGG-deconvolution method analyzes a part of the hair and the background, but the result of the facial image analysis apparatus accurately distinguishes the hair and the background.

얼굴 영상 분석 장치에 의한 결과Results by face image analysis device VGG-역합성곱 방식의 결과Results of VGG-Deconvolution Method 리우의 방식의 결과Consequences of Liu's Method 픽셀 정확도pixel accuracy 97.53%97.53% 97.06%97.06% 95.12%95.12% 모델의 크기size of the model 103M103M 960M960M 127M127M

표 1은 각종 방법의 픽셀 정확도와 모델의 크기를 나타낸다. 종래의 VGG-역합성곱 방식 또는 리우의 방식(Liu's work)과 비교할 때, 얼굴 영상 분석 장치(100)에 의한 픽셀 정확도는 97.53%에 달하고 모델의 크기는 103M에 불과하다. 이처럼, 얼굴 영상 분석 장치(100)는 높은 정확도를 가지면서도 모델의 크기를 줄일 수 있다.Table 1 shows the pixel accuracy of the various methods and the size of the model. Compared with the conventional VGG-deconvolution method or Liu's work, the pixel accuracy by the facial image analysis apparatus 100 reaches 97.53% and the size of the model is only 103M. As such, the facial image analysis apparatus 100 may reduce the size of a model while having high accuracy.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented by a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the apparatus, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 분석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device for analysis by or providing instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer-readable medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

Claims (27)

입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하는 잔차 네트워크(Residual network)에 얼굴 영상을 입력하는 단계;
상기 잔차 네트워크를 사용하여 얼굴 영상을 처리하는 단계; 및
잔차 역합성곱 네트워크(Residual deconvolution network)를 사용하여 상기 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득하는 단계를 포함하고,
상기 잔차 네트워크는 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 상기 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고,
상기 잔차 역합성곱 네트워크는 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 상기 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응하는
얼굴 영상 분석 방법.
inputting a face image to a residual network including a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input to an output direction;
processing a face image using the residual network; and
obtaining an analysis map from the output of an Nth residual block among the plurality of residual blocks using a residual deconvolution network,
the residual network passes the output of the Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and is less than the total number of residual blocks of the residual network;
The residual deconvolution network includes a plurality of sequentially combined residual deconvolution blocks, wherein the plurality of residual deconvolution blocks respectively correspond to first to Nth residual blocks among the plurality of residual blocks.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
사전정보(prior information) 획득 네트워크를 사용하여 얼굴 영상의 사전정보를 획득하는 단계; 및
상기 사전정보와 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 출력을 결합하여 분석 결과를 획득하는 단계
를 더 포함하는, 얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
obtaining prior information of the face image using a prior information acquisition network; and
obtaining an analysis result by combining the prior information and an output of the residual deconvolution network
Further comprising, a face image analysis method.
제2항에 있어서,
상기 얼굴 영상의 사전정보를 획득하는 단계는,
상기 얼굴 영상에 포함된 얼굴과 복수의 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터에 포함된 얼굴들을 비교하여 상기 얼굴 영상에 포함된 얼굴과 가장 유사한 얼굴을 포함하는 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 선택하고, 상기 가장 유사한 얼굴로부터 획득된 캘리브레이션(Calibration) 정보의 평균값을 상기 얼굴 영상의 사전정보로서 획득하는 단계를 포함하는,
얼굴 영상 분석 방법.
3. The method of claim 2,
The step of obtaining the prior information of the face image comprises:
A face included in the face image and faces included in a plurality of training data for analyzing facial images are compared to select training data for face image analysis including a face most similar to the face included in the face image, and the most similar Comprising the step of obtaining an average value of the calibration information obtained from the face as prior information of the face image,
Face image analysis method.
제2항에 있어서,
상기 분석 결과를 획득하는 단계는,
잔차 역합성곱 네트워크로부터 출력된 분석맵과 사전정보를 조합하여 조합맵을 획득하고, 합성곱 커널(convolution kernel)을 이용하여 상기 조합맵에 대해 합성곱을 수행함으로써 사전정보의 공헌도 플롯(contribution plot)을 획득하고, 상기 공헌도 플롯과 상기 분석맵을 엘레먼트 수준(element level)으로 더하여 상기 분석 결과를 획득하는
얼굴 영상 분석 방법.
3. The method of claim 2,
The step of obtaining the analysis result is,
A combination map is obtained by combining the analysis map output from the residual deconvolution network and the prior information, and the contribution plot of the prior information is obtained by performing convolution on the combination map using a convolution kernel. to obtain the analysis result by adding the contribution plot and the analysis map to an element level
Face image analysis method.
제2항에 있어서,
밀집 조건 랜덤 필드(Dense condition random field) 방식을 이용하여 상기 분석 결과를 개선하는 단계
를 더 포함하는, 얼굴 영상 분석 방법.
3. The method of claim 2,
improving the analysis result by using a dense condition random field method;
Further comprising, a face image analysis method.
제5항에 있어서,
상기 분석 결과를 개선하는 단계는,
사전정보 획득 네트워크가 출력한 분석 결과를 밀집 조건 랜덤 필드의 단항(unary term)으로 설정함으로써 분석 결과를 개선하는
얼굴 영상 분석 방법.
6. The method of claim 5,
The step of improving the analysis result is,
The analysis result is improved by setting the analysis result output by the prior information acquisition network as a unary term of the random field of the dense condition.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
상기 잔차 네트워크는 첫 번째 잔차 블록 이전에 위치한 합성곱 블록을 더 포함하고, 상기 잔차 역합성곱 네트워크는 마지막 잔차 역합성곱 블록 이후에 위치한 역합성곱 블록을 더 포함하는
얼굴 영상 분석 방법.
The method of claim 1,
The residual network further comprises a convolution block positioned before a first residual block, and the residual deconvolution network further comprises a deconvolution block positioned after the last residual deconvolution block.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
상기 복수의 잔차 블록 중의 제1 잔차 블록의 출력에 대하여 최대치 풀링(max pooling) 처리가 수행되고, 상기 최대치 풀링 처리가 수행된 결과는 상기 제1 잔차 블록의 다음 레벨의 잔차 블록에 입력되고,
상기 복수의 잔차 역합성곱 블록 중의 제1 잔차 역합성곱 블록의 출력에 대하여 최대치 안티 풀링(max anti pooling) 처리가 수행되고, 상기 최대치 안티 풀링 처리가 수행된 결과는 상기 제1 잔차 역합성곱 블록의 다음 레벨의 잔차 역합성곱 블록에 입력되는
얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
A maximum pooling process is performed on an output of a first residual block among the plurality of residual blocks, and a result of the maximum pooling process is input to a residual block of a next level of the first residual block,
A maximum anti-pooling process is performed on an output of a first residual deconvolution block among the plurality of residual deconvolution blocks, and the result of the maximum anti-pooling process is the first residual deconvolution block. input to the residual deconvolution block of the next level of the block
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 각각 밀집기, 디테일 학습기 및 차원 감소기를 포함하는
얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
Each of the plurality of residual deconvolution blocks includes a compactor, a detail learner, and a dimensionality reducer.
Face image analysis method.
제9항에 있어서,
상기 디테일 학습기는 잔차 브랜치(residual branch)와 역합성곱 브랜치(deconvolution branch)를 포함하는
얼굴 영상 분석 방법.
10. The method of claim 9,
The detail learner includes a residual branch and a deconvolution branch.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
상기 잔차 네트워크는 4개 또는 5개의 잔차 블록을 포함하고, 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 잔차 역합성곱 블록의 수는 상기 잔차 네트워크의 잔차 블록의 수보다 하나 적은
얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
The residual network includes 4 or 5 residual blocks, and the number of residual deconvolution blocks of the residual deconvolution network is one less than the number of residual blocks of the residual network.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
상기 잔차 네트워크 내의 합성곱 블록의 각 합성곱 레이어는 64개의 합성곱 커널을 포함하고, 상기 잔차 역합성곱 네트워크 내의 역합성곱 블록의 각 역합성곱 레이어는 64개의 역합성곱 커널을 포함하는,
얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
each convolutional layer of a convolution block in the residual network comprises 64 convolution kernels, and each deconvolution layer of a deconvolution block in the residual deconvolution network comprises 64 deconvolution kernels.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
잔차 블록은 입력 데이터의 채널수를 2배로 확장하고, 잔차 역합성곱 블록은 입력 데이터의 채널수를 1/2배로 축소하는
얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
The residual block doubles the number of channels of the input data, and the residual deconvolution block reduces the number of channels of the input data by half.
Face image analysis method.
제1항에 있어서,
상기 N번째 잔차 블록은 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록 중의 마지막으로부터 두 번째 잔차 블록 또는 마지막으로부터 세 번째 잔차 블록을 포함하는,
얼굴 영상 분석 방법.
According to claim 1,
wherein the Nth residual block comprises a second to last residual block or a third to last residual block among a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input-to-output direction.
Face image analysis method.
입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하는 잔차 네트워크에 얼굴 영상을 입력하는 프로세서;
얼굴 영상을 처리하는 잔차 네트워크; 및
상기 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득하는 잔차 역합성곱 네트워크
를 포함하고,
상기 잔차 네트워크는 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 상기 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고,
상기 잔차 역합성곱 네트워크는 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 상기 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응하는
얼굴 영상 분석 장치
a processor for inputting a face image into a residual network including a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input-to-output direction;
a residual network for processing face images; and
A residual deconvolution network for obtaining an analysis map from an output of an Nth residual block among the plurality of residual blocks
including,
the residual network passes the output of the Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and is less than the total number of residual blocks of the residual network;
The residual deconvolution network includes a plurality of sequentially combined residual deconvolution blocks, wherein the plurality of residual deconvolution blocks respectively correspond to first to Nth residual blocks among the plurality of residual blocks.
face image analysis device
제15항에 있어서,
얼굴 영상의 사전정보를 획득하고, 상기 사전정보와 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 출력을 결합하여 분석 결과를 획득하는 사전정보 획득 네트워크를 더 포함하는, 얼굴 영상 분석 장치.
16. The method of claim 15,
The apparatus of claim 1, further comprising: a prior information acquisition network configured to acquire prior information of a face image, and obtain an analysis result by combining the prior information and an output of the residual deconvolution network.
제16항에 있어서,
상기 프로세서는, 밀집 조건 랜덤 필드 방식을 이용하여 상기 분석 결과를 개선하는, 얼굴 영상 분석 장치.
17. The method of claim 16,
The processor is configured to improve the analysis result by using a dense condition random field method.
얼굴 식별용 훈련 데이터를 이용하여 잔차 네트워크의 가중치(weight) 파라미터를 조정함으로써 상기 잔차 네트워크를 훈련하는 사전 훈련 단계; 및
얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터를 조정하고 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 추가로 조정함으로써 상기 잔차 네트워크와 상기 잔차 역합성곱 네트워크를 훈련하는 연합 훈련 단계
를 포함하고,
얼굴 영상 분석 장치는 상기 잔차 네트워크 및 상기 잔차 역합성곱 네트워크를 포함하고,
상기 잔차 네트워크는, 입력에서 출력 방향으로 배열된 순차적으로 결합된 복수의 잔차 블록을 포함하고, 얼굴 영상을 처리하고, N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크로 전달하고, N은 자연수이고 상기 잔차 네트워크의 전체 잔차 블록의 수보다 작고,
상기 잔차 역합성곱 네트워크는 상기 복수의 잔차 블록 중의 N번째 잔차 블록의 출력으로부터 분석맵을 획득하고, 순차적으로 결합된 복수의 잔차 역합성곱 블록을 포함하고, 상기 복수의 잔차 역합성곱 블록은 상기 복수의 잔차 블록 중의 첫 번째부터 N번째까지의 잔차 블록에 각각 대응하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
a pre-training step of training the residual network by adjusting a weight parameter of the residual network using training data for face identification; and
A joint training step of training the residual network and the residual deconvolution network by adjusting a weight parameter of the residual deconvolution network using training data for face image analysis and further adjusting a weight parameter of the residual network
including,
The facial image analysis apparatus includes the residual network and the residual deconvolution network,
The residual network includes a plurality of sequentially combined residual blocks arranged in an input to output direction, processes a face image, and passes an output of an Nth residual block to the residual deconvolution network, where N is a natural number and is less than the total number of residual blocks of the residual network,
The residual deconvolution network obtains an analysis map from an output of an Nth residual block among the plurality of residual blocks, and includes a plurality of sequentially combined residual deconvolution blocks, wherein the plurality of residual deconvolution blocks include: corresponding to the first to Nth residual blocks among the plurality of residual blocks, respectively,
A training method for a facial image analysis device.
제18항에 있어서,
상기 사전 훈련 단계는,
상기 얼굴 식별용 훈련 데이터를 상기 잔차 네트워크에 입력하고 얼굴 식별 동작을 수행하고 상기 잔차 네트워크의 마지막 잔차 블록의 출력에 대하여 평균 풀링(average pooling)을 수행하고, 상기 잔차 네트워크에 대하여 풀조인(full join) 동작을 수행하고 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 조정함으로써 상기 잔차 네트워크를 미리 훈련하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
19. The method of claim 18,
The pre-training step is
Input the training data for face identification into the residual network, perform a face identification operation, perform average pooling on the output of the last residual block of the residual network, and perform a full join on the residual network ) and pre-training the residual network by adjusting the weight parameters of the residual network,
A training method for a facial image analysis device.
제19항에 있어서,
상기 사전 훈련 단계는,
상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 조정하여 소프트맥스(softmax) 함수를 최소화하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
20. The method of claim 19,
The pre-training step is
adjusting a weight parameter of the residual network to minimize a softmax function,
A training method for a facial image analysis device.
제18항에 있어서,
상기 사전 훈련 단계는,
상기 잔차 네트워크 중의 가중치 파라미터를 랜덤으로 초기화하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
19. The method of claim 18,
The pre-training step is
randomly initializing a weight parameter in the residual network,
A training method for a facial image analysis device.
제18항에 있어서,
상기 연합 훈련 단계는,
상기 사전 훈련 단계로부터 획득된 가중치 파라미터로 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 초기화하고 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터를 랜덤으로 초기화하고 상기 N번째 잔차 블록의 출력을 상기 잔차 역합성곱 네트워크에 입력하고, 상기 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 상기 잔차 네트워크에 입력하고 상기 잔차 네트워크와 상기 잔차 역합성곱 네트워크를 이용하여 얼굴 영상 분석 동작을 수행하여 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터와 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 조정하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
19. The method of claim 18,
The combined training phase is
Initialize the weight parameter of the residual network with the weight parameter obtained from the pre-training step, randomly initialize the weight parameter of the residual deconvolution network, and input the output of the Nth residual block to the residual deconvolution network, , input the training data for facial image analysis into the residual network, and perform a facial image analysis operation using the residual network and the residual deconvolution network to obtain a weight parameter of the residual deconvolution network and a weight of the residual network to adjust the parameters,
A training method for a facial image analysis device.
제18항에 있어서,
상기 연합 훈련 단계는,
상기 잔차 역합성곱 네트워크의 가중치 파라미터와 상기 잔차 네트워크의 가중치 파라미터를 조정하여 소프트맥스 함수를 최소화하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
19. The method of claim 18,
The combined training phase is
Adjusting a weight parameter of the residual deconvolution network and a weight parameter of the residual network to minimize a softmax function,
A training method for a facial image analysis device.
제18항에 있어서,
상기 얼굴 영상 분석 장치는, 상기 얼굴 영상의 사전정보를 획득하는 사전정보(prior information) 획득 네트워크를 더 포함하고, 상기 사전정보와 상기 잔차 역합성곱 네트워크의 출력을 결합하여 분석 결과를 획득하고,
얼굴 영상 분석 동작에 의해 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터를 조정함으로써 사전정보 획득 네트워크를 훈련하는 사전정보 획득 네트워크 훈련 단계를 더 포함하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
19. The method of claim 18,
The facial image analysis apparatus further comprises a prior information acquisition network for acquiring prior information of the face image, combining the prior information and an output of the residual deconvolution network to obtain an analysis result,
Further comprising a prior information acquisition network training step of training the prior information acquisition network by adjusting a weight parameter in the prior information acquisition network by a facial image analysis operation,
A training method for a facial image analysis device.
제24항에 있어서,
상기 사전정보 획득 네트워크 훈련 단계는,
상기 사전정보 획득 네트워크를 훈련하는 제1 훈련 단계; 및
상기 잔차 네트워크, 상기 잔차 역합성곱 네트워크 및 상기 사전정보 획득 네트워크를 훈련하는 제2 훈련 단계를 포함하고,
상기 제1 훈련 단계에서, 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터는 고정되고, 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터는 조정되고,
상기 제2 훈련 단계에서, 상기 조정된 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터를 이용하여 사전정보 획득 네트워크는 초기화되고, 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터 이외의 모든 파라미터는 가변이고, 상기 잔차 네트워크, 상기 잔차 역합성곱 네트워크 및 상기 사전정보 획득 네트워크의 전체에 대해 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 이용하여 얼굴 영상 분석 동작이 수행됨으로써, 상기 잔차 네트워크 및 상기 잔차 역합성곱 네트워크가 조정되고 상기 사전정보 획득 네트워크 내의 각각의 가중치 파라미터가 추가적으로 조정되는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
25. The method of claim 24,
The pre-information acquisition network training step includes:
a first training step of training the prior information acquisition network; and
a second training step of training the residual network, the residual deconvolution network, and the prior information acquisition network;
In the first training step, all parameters other than the weight parameters in the prior information acquisition network are fixed, and the weight parameters in the dictionary information acquisition network are adjusted;
In the second training step, the prior information acquisition network is initialized by using the weight parameter in the adjusted prior information acquisition network, all parameters other than the weight parameter in the dictionary information acquisition network are variable, the residual network, the residual A facial image analysis operation is performed on the entire deconvolution network and the prior information acquisition network using training data for facial image analysis, so that the residual network and the residual deconvolution network are adjusted and within the prior information acquisition network. Each weight parameter is further adjusted,
A training method for a facial image analysis device.
제25항에 있어서,
상기 사전정보 획득 네트워크 훈련 단계는,
상기 사전정보 획득 네트워크 내의 가중치 파라미터를 조정하여 소프트맥스 함수를 최소화하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
26. The method of claim 25,
The pre-information acquisition network training step includes:
Adjusting a weight parameter in the prior information acquisition network to minimize a softmax function,
A training method for a facial image analysis device.
제18항에 있어서,
상기 얼굴 식별용 훈련 데이터 또는 상기 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터에 대한 전처리 단계를 더 포함하고,
상기 전처리 단계는, 상기 얼굴 식별용 훈련 데이터 또는 상기 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터를 변경하지 않고 상기 잔차 네트워크에 직접 입력하거나, 상기 얼굴 식별용 훈련 데이터 또는 상기 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터에 대하여 랜덤 미러링(random mirroring)을 수행하거나, 상기 얼굴 식별용 훈련 데이터 또는 상기 얼굴 영상 분석용 훈련 데이터에 대하여 랜덤 컷 아웃(random cut out)을 수행하는,
얼굴 영상 분석 장치의 훈련 방법.
19. The method of claim 18,
Further comprising a pre-processing step for the training data for face identification or the training data for face image analysis,
The pre-processing step may include directly inputting the training data for face identification or the training data for face image analysis into the residual network without changing it, or performing random mirroring ( performing random mirroring, or performing a random cut out on the training data for face identification or the training data for analyzing the face image,
A training method for a facial image analysis device.
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