KR102940350B1 - Pedestrian trajectory prediction method using trajectory descriptors representing actual walking patterns - Google Patents

Pedestrian trajectory prediction method using trajectory descriptors representing actual walking patterns

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Abstract

본 발명은 보행자의 실제 보행패턴을 반영할 수 있는 복수의 경로 기술자를 추출하고, 이를 이용하여 보행자 경로 예측 모델을 학습 및 활용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 방법은 복수 보행자의 보행경로에 특이값 분해를 적용하여 상기 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의하는 단계 및 상기 경로 기술자들의 선형 결합 계수를 훈련 데이터셋으로 설정하여 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for extracting a plurality of path descriptors capable of reflecting the actual walking patterns of pedestrians, and for training and utilizing a pedestrian path prediction model using the same. A pedestrian path prediction method according to one embodiment of the present invention is characterized by comprising the steps of: applying singular value decomposition to the walking paths of a plurality of pedestrians to define the walking paths as a linear combination of path descriptors; and setting the coefficients of the linear combination of the path descriptors as a training dataset to train a pedestrian path prediction model.

Description

실 보행패턴을 나타내는 경로 기술자를 이용한 보행자 경로 예측 방법{PEDESTRIAN TRAJECTORY PREDICTION METHOD USING TRAJECTORY DESCRIPTORS REPRESENTING ACTUAL WALKING PATTERNS}Pedestrian Trajourney Prediction Method Using Trajourney Descriptors Representing Actual Walking Patterns

본 발명은 보행자의 실제 보행패턴을 반영할 수 있는 복수의 경로 기술자를 추출하고, 이를 이용하여 보행자 경로 예측 모델을 학습 및 활용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extracting a plurality of path descriptors capable of reflecting a pedestrian's actual walking pattern, and for learning and utilizing a pedestrian path prediction model using these descriptors.

보행자 경로 예측 기술은 보행자의 과거 경로를 기반으로 미래 경로를 추정하는 기술로서, 행동 예측, 군중 이동 분석, 비정상 움직임 감지, 교통량 흐름 분석과 같은 다양한 영역에 적용될 수 있다.Pedestrian path prediction technology is a technique that estimates future paths based on a pedestrian's past path and can be applied to various fields such as behavior prediction, crowd movement analysis, abnormal movement detection, and traffic flow analysis.

보행자 경로 예측을 위해 다양한 컴퓨터 비전 기술이 이용되어 왔으며 최근에는 예측 정확도의 향상을 위해 딥러닝 기술이 적용되고 있다.Various computer vision technologies have been used to predict pedestrian paths, and recently, deep learning technology is being applied to improve prediction accuracy.

딥러닝을 적용한 전통적인 경로 예측 연구들은 보행자의 2차원 좌표(2D coordinate)에 기초하여 경로 예측 동작을 수행하였으나, 실제 보행자는 특정 좌표를 향해 움직이지 않으므로 경로 예측 모델이 실제 보행패턴을 반영하기 어렵다는 문제가 있었으며, 모델 학습에 이용해야 할 좌표의 수가 많아 데이터 차원이 매우 커져 경로 예측 모델이 매우 무거워지는 문제가 있었다.Traditional path prediction studies applying deep learning performed path prediction operations based on the pedestrian's 2D coordinates, but there was a problem in that it was difficult for the path prediction model to reflect actual walking patterns because actual pedestrians do not move toward specific coordinates, and there was a problem in that the path prediction model became very heavy due to the large number of coordinates that had to be used for model training, which increased the data dimension.

이를 해결하기 위해 최근에는 Bezier 곡선 함수 및 B-Spline 곡선 함수와 같은 파라메트릭(parametric) 곡선 피팅을 통해 데이터 차원을 줄이려는 시도가 이루어지고 있으나, 이러한 방법은 단순히 수학적 접근에 기반한 것으로 인간의 사회적 움직임을 표현하기에 적합하지 않다는 한계가 있다.To address this, recent attempts have been made to reduce data dimensionality through parametric curve fitting, such as Bezier and B-Spline curve functions; however, these methods are based solely on mathematical approaches and have limitations in that they are not suitable for representing human social movements.

본 발명은 신경망 모델을 이용하여 보행자 경로 예측을 수행함에 있어서, 2차원 좌표에 기초하여 경로를 예측하였던 전통적인 방법과 달리, 보행자의 실제 보행패턴을 나타내는 기술자(descriptor)를 이용하여 보행자 경로를 예측하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to predict a pedestrian path using a descriptor representing the actual walking pattern of a pedestrian, unlike traditional methods that predict paths based on two-dimensional coordinates, when performing pedestrian path prediction using a neural network model.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other unmentioned objects and advantages of the present invention may be understood from the following description and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Furthermore, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof set forth in the claims.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 방법은 복수 보행자의 보행경로에 특이값 분해를 적용하여 상기 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의하는 단계 및 상기 경로 기술자들의 선형 결합 계수를 훈련 데이터셋으로 설정하여 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A pedestrian path prediction method according to an embodiment of the present invention for achieving the aforementioned purpose is characterized by comprising the steps of: applying singular value decomposition to the walking paths of multiple pedestrians to define the walking paths as a linear combination of path descriptors; and setting the coefficients of the linear combination of the path descriptors as a training dataset to train a pedestrian path prediction model.

일 실시예에서, 상기 특이값 분해를 적용하는 단계는, 상기 복수 보행자 각각에 대한 2차원 좌표로 정의되는 보행경로에 특이값 분해를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of applying the singular value decomposition is characterized by including the step of applying the singular value decomposition to a walking path defined by two-dimensional coordinates for each of the plurality of pedestrians.

일 실시예에서, 상기 경로 기술자는 상기 복수 보행자의 보행경로에 특이값 분해를 적용하여 결정된 정사각의 직교행렬 내 특이 벡터(singular vector)인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the path descriptor is characterized as being a singular vector within a square orthogonal matrix determined by applying singular value decomposition to the walking paths of the plurality of pedestrians.

일 실시예에서, 상기 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의하는 단계는, 상기 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬을 상기 보행경로에 곱하여 상기 선형 결합 계수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of defining the walking path as a linear combination of path descriptors is characterized by including the step of calculating the linear combination coefficients by multiplying the walking path by the transpose of the orthogonal matrix determined through the singular value decomposition.

일 실시예에서, 상기 복수 기술자는 상기 복수 보행자의 보행경로에 절두(truncated) 특이값 분해를 적용하여 결정된 직사각의 직교행렬 내 특이 벡터인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of technicians are characterized as singular vectors within a rectangular orthogonal matrix determined by applying truncated singular value decomposition to the walking paths of the plurality of pedestrians.

일 실시예에서, 상기 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 단계는, 상기 선형 결합 계수를 시간의 흐름에 따라 제1 및 제2 계수로 구분하는 단계와,In one embodiment, the step of training the pedestrian path prediction model comprises: a step of dividing the linear combination coefficients into first and second coefficients according to the flow of time; and

상기 보행자 경로 예측 모델이 상기 제1 계수를 입력받아 상기 제2 계수를 출력하도록 지도 학습시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The above pedestrian path prediction model is characterized by including a step of supervising learning to receive the first coefficient as input and output the second coefficient.

일 실시예에서, 상기 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬을 타겟 보행자의 관측 보행경로에 곱하여 상기 관측 보행경로에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출하는 단계 및 상기 관측 선형 결합 계수를 상기 보행자 경로 예측 모델에 입력하고, 상기 보행자 경로 예측 모델에서 출력된 예측 선형 결합 계수에 상기 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬을 곱하여 각 보행자의 예측 경로를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method further comprises the steps of: calculating observed linear combination coefficients for an observed walking path by multiplying the transpose of an orthogonal matrix determined through the singular value decomposition by the observed walking path of a target pedestrian; inputting the observed linear combination coefficients into a pedestrian path prediction model; and generating a predicted path for each pedestrian by multiplying the predicted linear combination coefficients output from the pedestrian path prediction model by the orthogonal matrix determined through the singular value decomposition.

일 실시예에서, 상기 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 단계는, 상기 선형 결합 계수가 형성하는 복수 군집의 대표값을 앵커(anchor)로 설정하는 단계와, 상기 선형 결합 계수를 시간의 흐름에 따라 제1 및 제2 계수로 구분하는 단계와, 상기 보행자 경로 예측 모델이 상기 제1 계수를 입력받아 상기 제2 계수와 상기 앵커 간의 차이를 출력하도록 지도 학습시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of training the pedestrian path prediction model comprises: setting a representative value of a plurality of clusters formed by the linear combination coefficients as an anchor; dividing the linear combination coefficients into first and second coefficients over time; and supervising the pedestrian path prediction model to receive the first coefficients as input and output the difference between the second coefficients and the anchor.

일 실시예에서, 상기 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬을 타겟 보행자의 관측 보행경로에 곱하여 상기 관측 보행경로에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출하는 단계, 상기 관측 선형 결합 계수를 상기 보행자 경로 예측 모델에 입력하고, 상기 보행자 경로 예측 모델에서 출력된 차이를 상기 앵커에 적용하여 상기 예측 선형 결합 계수를 산출하는 단계 및 상기 예측 선형 결합 계수에 상기 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬을 곱하여 각 보행자의 예측 경로를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method further comprises the steps of: calculating observed linear combination coefficients for an observed walking path by multiplying the transpose of an orthogonal matrix determined through the singular value decomposition by the observed walking path of a target pedestrian; inputting the observed linear combination coefficients into a pedestrian path prediction model and applying the difference output from the pedestrian path prediction model to the anchor to calculate the predicted linear combination coefficients; and generating a predicted path for each pedestrian by multiplying the predicted linear combination coefficients by the orthogonal matrix determined through the singular value decomposition.

본 발명은 사회적으로 통상 발생하는 보행경로가 몇 가지 보행패턴의 조합으로 나타낼 수 있다는 점에 착안하여, 보행경로를 소수의 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의한 후 선형 결합 계수만을 이용하여 신경망 모델을 학습시킴에 따라, 모델이 보행자들의 실제 보행패턴을 학습할 수 있고, 학습을 위한 데이터 차원을 낮출 수 있어 모델의 학습 속도와 예측 정확도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.Based on the observation that socially common walking paths can be represented as a combination of several walking patterns, the present invention defines the walking path as a linear combination of a small number of path descriptors and trains a neural network model using only linear combination coefficients. Consequently, the model can learn the actual walking patterns of pedestrians and reduce the data dimensionality required for training, thereby offering the advantage of improving the model's training speed and prediction accuracy.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention are described together with the specific details for implementing the invention below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 방법을 도시한 순서도.
도 2는 보행자의 보행경로를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 보행자의 예측 경로를 도시한 도면.
도 4는 보행자 경로 예측을 위한 전통적인 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 보행경로에 특이값 분해를 적용하는 과정을 도시한 도면.
도 6은 보행경로에 절두 특이값 분해를 적용하는 과정을 도시한 도면.
도 7은 보행경로로부터 경로 기술자가 추출되는 과정을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 기술자를 시각화한 도면.
도 9는 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬을 이용하여 경로 기술자의 선형 결합 계수를 산출하는 모습을 도시한 도면.
도 10은 선형 결합 계수를 훈련 데이터셋으로 설정하여 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 과정을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 과정을 도시한 도면.
도 12는 보행자 경로 예측 모델의 학습에 선형 결합 계수에 대한 앵커를 이용하는 모습을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행자 경로 예측 과정을 도시한 도면.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a pedestrian path prediction method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing illustrating a pedestrian's walking path.
FIG. 3 is a drawing illustrating the predicted path of a pedestrian shown in FIG. 2.
Figure 4 is a diagram illustrating a traditional method for pedestrian path prediction.
Figure 5 is a diagram illustrating the process of applying singular value decomposition to a walking path.
FIG. 6 is a diagram illustrating the process of applying frustum singular value decomposition to a walking path.
Figure 7 is a diagram illustrating the process of extracting a path descriptor from a walking path.
FIG. 8 is a diagram visualizing a path descriptor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating the calculation of linear combination coefficients of path descriptors using an orthogonal matrix determined through singular value decomposition.
Figure 10 is a diagram illustrating the process of training a pedestrian path prediction model by setting linear combination coefficients as the training dataset.
FIG. 11 is a diagram illustrating a pedestrian path prediction process according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a diagram illustrating the use of anchors for linear coupling coefficients in the training of a pedestrian path prediction model.
FIG. 13 is a diagram illustrating a pedestrian path prediction process according to another embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The aforementioned objectives, features, and advantages are described in detail below with reference to the attached drawings, thereby enabling those skilled in the art to easily implement the technical concept of the present invention. In describing the present invention, detailed descriptions of known technologies related to the present invention are omitted if it is determined that such descriptions would unnecessarily obscure the essence of the invention. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.In this specification, terms such as "first," "second," etc. are used to describe various components, but these components are not limited by these terms. These terms are used merely to distinguish one component from another, and unless specifically stated otherwise, the first component may be the second component.

또한, 본 명세서에서 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.Additionally, in this specification, the statement that any configuration is disposed on the "upper (or lower)" or "upper (or lower)" of a component may mean not only that any configuration is disposed in contact with the upper (or lower) surface of said component, but also that another configuration may be interposed between said component and any configuration disposed on (or below) said component.

또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.Furthermore, where it is stated in this specification that one component is "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that while the components may be directly connected or connected to each other, another component may be "interposed" between each component, or each component may be "connected," "coupled," or "connected" through another component.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, singular expressions used in this specification include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as "composed of" or "comprising" should not be interpreted as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and should be interpreted as meaning that some of the components or steps may not be included, or that additional components or steps may be included.

또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다Additionally, in this specification, "A and/or B" means A, B, or A and B unless specifically stated otherwise, and "C to D" means C or more and D or less, unless specifically stated otherwise.

본 발명은 보행자의 실제 보행패턴을 반영할 수 있는 복수의 경로 기술자를 추출하고, 이를 이용하여 보행자 경로 예측 모델을 학습 및 활용하는 방법에 관한 것이다. 이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 실 보행패턴을 나타내는 경로 기술자를 이용한 보행자 경로 예측 방법(이하, 보행자 경로 예측 방법)을 구체적으로 설명하도록 한다.The present invention relates to a method for extracting a plurality of path descriptors capable of reflecting a pedestrian's actual walking pattern, and for learning and utilizing a pedestrian path prediction model using the same. Hereinafter, a pedestrian path prediction method using path descriptors representing actual walking patterns (hereinafter, pedestrian path prediction method) will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 13.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 방법을 도시한 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a pedestrian path prediction method according to one embodiment of the present invention.

도 2는 보행자의 보행경로를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 보행자의 예측 경로를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a drawing illustrating a pedestrian's walking path, and FIG. 3 is a drawing illustrating a predicted path of the pedestrian shown in FIG. 2.

도 4는 보행자 경로 예측을 위한 전통적인 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating a traditional method for predicting pedestrian paths.

도 5는 보행경로에 특이값 분해를 적용하는 과정을 도시한 도면이고, 도 6은 보행경로에 절두 특이값 분해를 적용하는 과정을 도시한 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating the process of applying singular value decomposition to a walking path, and Figure 6 is a diagram illustrating the process of applying frustum singular value decomposition to a walking path.

도 7은 보행경로로부터 경로 기술자가 추출되는 과정을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 기술자를 시각화한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating the process of extracting a path descriptor from a walking path, and FIG. 8 is a diagram visualizing a path descriptor according to an embodiment of the present invention.

도 9는 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬을 이용하여 경로 기술자의 선형 결합 계수를 산출하는 모습을 도시한 도면이다.Figure 9 illustrates the calculation of linear combination coefficients of path descriptors using an orthogonal matrix determined through singular value decomposition.

도 10은 선형 결합 계수를 훈련 데이터셋으로 설정하여 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 과정을 도시한 도면이다.Figure 10 is a diagram illustrating the process of training a pedestrian path prediction model by setting linear combination coefficients as the training dataset.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 과정을 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a pedestrian path prediction process according to one embodiment of the present invention.

도 12는 보행자 경로 예측 모델의 학습에 선형 결합 계수에 대한 앵커를 이용하는 모습을 도시한 도면이다.Figure 12 illustrates the use of anchors for linear coupling coefficients in the training of a pedestrian path prediction model.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행자 경로 예측 과정을 도시한 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating a pedestrian path prediction process according to another embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자 경로 예측 방법은 크게 학습 단계와 적용 단계로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 1, a pedestrian path prediction method according to one embodiment of the present invention can be broadly divided into a learning phase and an application phase.

먼저, 학습 단계는 특이값 분해를 통해 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의하는 단계(S10) 및 경로 기술자들의 선형 결합 계수를 이용하여 보행자 경로 예측 모델을 학습시키는 단계(S20)를 포함할 수 있다.First, the learning step may include a step of defining a walking path as a linear combination of path descriptors through singular value decomposition (S10) and a step of training a pedestrian path prediction model using the linear combination coefficients of the path descriptors (S20).

또한, 적용 단계는 타겟 보행자의 관측 보행경로에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출하는 단계(S30) 및 보행자 경로 예측 모델에 관측 선형 결합 계수를 입력하여 예측 경로를 생성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.Additionally, the application step may include a step of calculating observed linear combination coefficients for the observed walking path of a target pedestrian (S30) and a step of generating a predicted path by inputting the observed linear combination coefficients into a pedestrian path prediction model (S40).

다만, 도 1에 도시된 보행자 경로 예측 방법은 일 실시예에 따른 것이고, 발명을 이루는 각 단계들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 단계들이 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.However, the pedestrian path prediction method illustrated in FIG. 1 is according to one embodiment, and the steps constituting the invention are not limited to the embodiment illustrated in FIG. 1, and some steps may be added, changed, or deleted as needed.

도 1에 도시된 각 단계들은 프로세서에 의해 수행될 수 있으며, 프로세서는 후술하는 발명의 동작을 수행하기 위하여 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controller), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 중 적어도 하나의 물리적인 요소를 포함할 수 있다.Each step illustrated in FIG. 1 can be performed by a processor, and the processor may include at least one physical element among ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), controllers, and microcontrollers to perform the operation of the invention described below.

프로세서는 보행자 경로 예측 모델의 학습을 위해 적어도 한 명의 보행자가 포함된 복수의 보행 영상(100)을 수집할 수 있다. 이러한 보행 영상(100)은 다양한 시점의 영상일 수 있고, 예컨대 1인칭 시점(First Person View; FPV)의 영상이거나 버드 아이 뷰(bird's eye view)의 영상일 수 있다.The processor may collect multiple pedestrian videos (100) containing at least one pedestrian for training a pedestrian path prediction model. These pedestrian videos (100) may be videos from various viewpoints, for example, first-person view (FPV) videos or bird's-eye view videos.

프로세서는 타 디바이스나 임의의 저장매체로부터 보행 영상(100)을 수집할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 프로세서는 차량으로부터 차량 전방의 보행 영상(100)을 수집할 수도 있고, CCTV로부터 관찰 영역(Field of View; FOV) 내 보행 영상(100)을 수집할 수도 있으며, 임의의 데이터베이스로부터 기 저장된 보행 영상(100)을 수집할 수도 있다.The processor may collect pedestrian images (100) from other devices or any storage medium. For example, the processor may collect pedestrian images (100) in front of a vehicle from a vehicle, may collect pedestrian images (100) within a field of view (FOV) from a CCTV, or may collect previously stored pedestrian images (100) from any database.

프로세서는 보행 영상(100)에서 보행자의 보행경로(L)를 식별할 수 있다.The processor can identify the pedestrian's walking path (L) in the walking video (100).

도 2를 참조하면, 보행경로(L)는 보행 영상(100)에서 보행자(110)가 이동한 경로를 의미하며, 연속되는 프레임의 이미지로부터 식별될 수 있다. 즉, 보행경로(L)는 시간에 따라 연속되는 보행자(110)의 위치에 의해 정의될 수 있다.Referring to FIG. 2, the walking path (L) refers to the path taken by the pedestrian (110) in the walking video (100) and can be identified from the images of consecutive frames. That is, the walking path (L) can be defined by the position of the pedestrian (110) over time.

프로세서는 보행자(110)의 위치를 보행 영상(100)의 프레임별로 탐지할 수 있고, 시계열적으로 변화하는 위치에 기초하여 보행경로(L)를 식별할 수 있다. 이를 위해, 프로세서는 당해 기술분야에서 알려진 임의의 객체 탐지(detection) 및 추적(tracking) 알고리즘을 이용할 수 있다. The processor can detect the position of the pedestrian (110) frame by frame of the walking video (100) and identify the walking path (L) based on the position changing over time. To this end, the processor may use any object detection and tracking algorithm known in the art.

도 3을 참조하면, 프로세서는 앞서 식별된 보행경로(L)에 기초하여 보행자(110)의 예측 경로(Lp)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 제1 시간구간(t1)에 대한 보행경로(L)에 기초하여 제1 시간구간(t1)에 연속되는 제2 시간구간(t2)의 예측 경로(Lp)를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 3, the processor can generate a predicted path (L p ) of a pedestrian (110) based on a previously identified walking path (L). Specifically, the processor can determine a predicted path (L p) of a second time interval (t2) that follows the first time interval (t1) based on the walking path (L) for the first time interval ( t1 ).

도 4를 참조하면, 전술한 보행자 경로 예측을 위해 전통적인 보행자 경로 예측 모델(200)은 보행자의 2차원 좌표(2D coordinate)에 기초하여 경로 예측 동작을 수행하였으며, 이 경우 도면에 도시된 것과 같이 입출력 파라미터가 매우 많아, 즉 데이터의 차원이 매우 커져 보행자 경로 예측 모델(200)이 매우 무거워지는 문제가 있었다.Referring to FIG. 4, for the aforementioned pedestrian path prediction, the traditional pedestrian path prediction model (200) performed the path prediction operation based on the pedestrian's 2D coordinates. In this case, as shown in the drawing, there were many input and output parameters, that is, the dimension of the data became very large, and there was a problem that the pedestrian path prediction model (200) became very heavy.

또한, 실제 보행자는 특정 좌표를 향해 움직이지 않으므로 보행경로(L)를 좌표화하는 것이 실제 보행패턴을 반영하지 못한다는 근본적인 한계가 있었으며, 이에 따라 보행자 경로 예측 모델(200)이 인간의 사회적 움직임을 반영하기 어렵다는 한계가 있었다.In addition, since actual pedestrians do not move toward specific coordinates, there was a fundamental limitation in that coordinateizing the walking path (L) did not reflect the actual walking pattern, and accordingly, there was a limitation in that the pedestrian path prediction model (200) could not reflect human social movement.

본 발명은 이러한 전통적인 방식의 문제를 해결하기 위해, 실제 사회적인 보행패턴을 반영할 수 있는 경로 기술자를 이용하는 것을 특징으로 하며, 이하 보행자 경로 예측 모델(200)의 학습 방법에 대해 먼저 설명하도록 한다.To solve the problem of this traditional method, the present invention is characterized by using a path descriptor capable of reflecting actual social walking patterns, and the learning method of the pedestrian path prediction model (200) will be explained first below.

프로세서는 복수 보행자의 보행경로(L)를 실 보행패턴을 나타내는 몇가지의 경로 기술자로 표현할 수 있다. 이를 위해 프로세서는 복수 보행자의 보행경로(L)에 특이값 분해(Singular Value Decomposition; SVD)를 적용하여 보행경로(L)를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의할 수 있다(S10).The processor can represent the walking path (L) of multiple pedestrians using several path descriptors that represent actual walking patterns. To do this, the processor can define the walking path (L) as a linear combination of path descriptors by applying Singular Value Decomposition (SVD) to the walking path (L) of multiple pedestrians (S10).

특이값 분해는 고유값 분해(Eigen Value Decomposition)의 일반화된 방식으로 행렬로 표현되는 데이터가 내포하는 중요한 정보, 즉 주성분을 추출하는데 이용될 수 있다. 특이값 분해 적용을 위해 프로세서는 복수 보행자 각각에 대한 보행경로(L)를 행렬로 정의할 수 있다.Singular Value Decomposition is a generalized method of Eigenvalue Decomposition that can be used to extract important information, namely principal components, contained in data represented as matrices. To apply Singular Value Decomposition, the processor can define the walking path (L) for each of multiple pedestrians as a matrix.

구체적으로, 프로세서는 복수 보행자 각각에 대한 2차원 좌표로 보행경로(L)를 정의할 수 있고, 이에 특이값 분해를 적용할 수 있다. 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이 보행경로(L)는 시간별 2차원 좌표의 집합일 수 있고, 프로세서는 시간에 따른 각 보행자의 좌표, (xn t, yn t)의 집합을 보행경로(L)로 정의할 수 있다.Specifically, the processor can define a walking path (L) as two-dimensional coordinates for each of multiple pedestrians and apply singular value decomposition thereto. As described with reference to FIG. 4, the walking path (L) may be a set of two-dimensional coordinates over time, and the processor can define the set of coordinates of each pedestrian over time, (x n t , y n t ), as the walking path (L).

도 5를 예로 들어 설명하면, 프로세서는 N명의 보행자에 대한 보행경로(L)를 의 행렬(이하 보행경로 행렬, T)로 정의하고, 아래 [수학식 1]로 정의되는 특이값 분해를 통해 두 직교행렬(U, VT)과 대각행렬()을 생성할 수 있다.Taking Fig. 5 as an example, the processor [represents] the walking path (L) for N pedestrians Defined as the matrix (hereinafter walking path matrix, T), and through the singular value decomposition defined by [Equation 1] below, two orthogonal matrices (U, V T ) and a diagonal matrix ( Can generate ).

[수학식 1][Mathematical Formula 1]

구체적으로, 프로세서는 보행경로 행렬(T)에 특이값 분해를 적용하여 의 직교행렬(이하 좌 직교행렬, U)과, 의 대각행렬(), 그리고 의 직교행렬(이하 우 직교행렬 VT)을 생성할 수 있다. 여기서 좌 직교행렬(U)에 속한 열 벡터와 우 직교행렬(VT)에 속한 행 벡터가 특이 벡터(singular vector)일 수 있다.Specifically, the processor applies singular value decomposition to the walking path matrix (T) The orthogonal matrix of (hereinafter the left orthogonal matrix, U) and, The diagonal matrix of ( ), and An orthogonal matrix (hereinafter referred to as the right orthogonal matrix V T ) can be generated. Here, the column vectors belonging to the left orthogonal matrix (U) and the row vectors belonging to the right orthogonal matrix (V T ) may be singular vectors.

프로세서는 특이값 분해를 통해 결정된 정사각의 직교행렬, 다시 말해 좌 직교행렬(U) 내 특이 벡터(이하 좌 특이 벡터, u1 ~ uL) 또는 우 직교행렬(VT) 내 특이 벡터(이하 우 특이 벡터, v1 T ~ vN T)를 경로 기술자로 설정할 수 있다. 다만, 보행경로 행렬(T)을 구성하는 행(row)이 2차원 좌표에 대응하므로, 좌표가 내포하는 주요 특징을 경로 기술자로서 추출하기 위해, 프로세서는 그 성분의 수가 좌표의 수에 대응되는 좌 특이 벡터(u1 ~ uL)를 경로 기술자로 설정할 수 있다.The processor may set a square orthogonal matrix determined through singular value decomposition, that is, a singular vector within the left orthogonal matrix (U) (hereinafter left singular vector, u 1 ~ u L ) or a singular vector within the right orthogonal matrix (V T ) (hereinafter right singular vector, v 1 T ~ v N T ) as a path descriptor. However, since the rows constituting the walking path matrix (T) correspond to 2D coordinates, in order to extract the main features contained in the coordinates as a path descriptor, the processor may set a left singular vector (u 1 ~ u L ) whose number of components corresponds to the number of coordinates as a path descriptor.

경로 기술자가 설정된 후, 프로세서는 보행경로(L)를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의할 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 보행자의 좌표를 아래 [수학식 2]과 같이 정의할 수 있다.After path descriptors are set, the processor can define a walking path (L) as a linear combination of path descriptors. Specifically, the processor can define the coordinates of the pedestrian as shown in [Equation 2] below.

[수학식 2][Mathematical Formula 2]

(여기서 n은 보행자 인덱스, cn은 선형 결합 계수)(Here, n is the pedestrian index, and c_n is the linear combination coefficient)

이어서, 프로세서는 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬(UT)을 보행경로(L)에 곱하여 보행자별 선형 결합 계수를 산출할 수 있다. 구체적으로 [수학식 2]는 [수학식 3]으로 변형될 수 있고, 프로세서는 [수학식 3]에 기초하여 선형 결합 계수(cn)를 산출할 수 있다.Next, the processor can calculate linear combination coefficients for each pedestrian by multiplying the transpose matrix (U T ) of the orthogonal matrix determined through singular value decomposition by the walking path (L). Specifically, [Equation 2] can be transformed into [Equation 3], and the processor can calculate linear combination coefficients (c n ) based on [Equation 3].

[수학식 3][Mathematical Formula 3]

UL은 전술한 L개의 경로 기술자에 의해 정의되며 Ln은 각 보행자의 시간별 좌표에 의해 정의되므로, 프로세서는 각 보행자에 대한 선형 결합 계수를 정량적으로 산출할 수 있다.Since U L is defined by the aforementioned L path descriptors and L n is defined by the time-sequential coordinates of each pedestrian, the processor can quantitatively calculate the linear combination coefficient for each pedestrian.

전술한 [수학식 3]과 같이 선형 결합 계수를 산출하는 경우 선형 결합 계수의 차원 수는 보행자의 좌표 수에 대응하는데, 프로세서는 후술될 보행자 경로 예측 모델(200)의 학습 데이터 차원을 줄이기 위해 보행경로(L)를 정의하는 경로 기술자의 수를 더 적게 추출할 수 있다.When calculating linear combination coefficients as described in [Equation 3] above, the number of dimensions of the linear combination coefficients corresponds to the number of pedestrian coordinates, and the processor can extract fewer path descriptors defining the walking path (L) to reduce the learning data dimensions of the pedestrian path prediction model (200) to be described later.

이를 위해, 프로세서는 복수 보행자의 보행경로(L)에 절두(truncated) 특이값 분해를 적용할 수 있다. 여기서 절두 특이값 분해는 특이값 분해를 통해 생성되는 대각행렬()의 대각 원소 중 상위 k개만을 남겨 좌 직교행렬(U) 및 우 직교행렬(VT)을 정의하는 방법으로, 여기서 k는 사용자에 의해 설정될 수 있다.To this end, the processor can apply truncated singular value decomposition to the walking paths (L) of multiple pedestrians. Here, the truncated singular value decomposition is a diagonal matrix ( generated through singular value decomposition) A method of defining a left orthogonal matrix (U) and a right orthogonal matrix (V T ) by keeping only the top k diagonal elements of ), where k can be set by the user.

도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면, 프로세서는 보행경로 행렬(T)에 [수학식 4]로 정의되는 절두 특이값 분해를 적용하여 좌, 우 직교행렬(U, VT)과 대각행렬()을 생성할 수 있다. 이 때, 대각행렬()의 원소의 수(k)는 사용자에 의해 임의로 변경되므로 행렬 곱의 연산 결과는 실제 보행경로 행렬(T)이 아닌 이와 근사한 행렬(T')로 산출될 수 있다.To explain in detail with reference to Fig. 6, the processor applies the frustum singular value decomposition defined by [Equation 4] to the walking path matrix (T) to obtain the left and right orthogonal matrices (U, V T ) and the diagonal matrix ( ) can be generated. In this case, the diagonal matrix( Since the number of elements (k) of ) is arbitrarily changed by the user, the result of the matrix multiplication operation may be an approximate matrix (T') rather than the actual walking path matrix (T).

[수학식 4][Mathematical Formula 4]

결과적으로, 절두 특이값 분해를 통해 프로세서는 의 좌 직교행렬(U)과, 의 대각행렬(), 그리고 의 우 직교행렬(VT)을 생성할 수 있다. 특이값 분해와 마찬가지로 좌 직교행렬(U)에 속한 열 벡터와 우 직교행렬(VT)에 속한 행 벡터가 특이 벡터(singular vector)일 수 있다.Consequently, through frustum singular value decomposition, the processor The left orthogonal matrix (U) of, and, The diagonal matrix of ( ), and A right orthogonal matrix (V T ) can be generated. Similar to singular value decomposition, column vectors in the left orthogonal matrix (U) and row vectors in the right orthogonal matrix (V T ) can be singular vectors.

프로세서는 절두 특이값 분해를 통해 결정된 좌 특이 벡터(u1 ~ uk) 또는 우 특이 벡터(v1 T ~ vk T)를 경로 기술자로 설정할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 것과 같이 보행경로 행렬(T)을 구성하는 행(row)이 2차원 좌표에 대응하므로, 좌표가 내포하는 주요 특징을 경로 기술자로서 추출하기 위해, 프로세서는 그 성분의 수가 좌표의 수에 대응되는 좌 특이 벡터(u1 ~ uk)를 경로 기술자로 설정할 수 있다.The processor may set a left singular vector (u 1 ~ u k ) or a right singular vector (v 1 T ~ v k T ) determined through frustum singular value decomposition as a path descriptor. However, as previously explained, since the rows constituting the walking path matrix (T) correspond to 2D coordinates, in order to extract the main features contained in the coordinates as a path descriptor, the processor may set a left singular vector (u 1 ~ u k ) whose number of components corresponds to the number of coordinates as a path descriptor.

경로 기술자가 설정된 후, 프로세서는 각 보행자의 보행경로(L)를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의할 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 보행경로(L)를 아래 [수학식 5]과 같이 정의할 수 있다.After path descriptors are set, the processor can define each pedestrian's walking path (L) as a linear combination of path descriptors. Specifically, the processor can define the walking path (L) as shown in [Equation 5] below.

[수학식 5][Mathematical Formula 5]

이어서, 프로세서는 절두 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬을 보행경로(L)에 곱하여 보행자별 선형 결합 계수를 산출할 수 있다. 구체적으로 [수학식 5]는 [수학식 6]으로 근사될 수 있고, 프로세서는 [수학식 6]에 기초하여 선형 결합 계수(cn)를 산출할 수 있다.Next, the processor can calculate linear combination coefficients for each pedestrian by multiplying the transpose of the orthogonal matrix determined through frustum singular value decomposition by the walking path (L). Specifically, [Equation 5] can be approximated by [Equation 6], and the processor can calculate linear combination coefficients (c n ) based on [Equation 6].

[수학식 6][Mathematical Formula 6]

Uk은 전술한 k개의 경로 기술자에 의해 정의되며 Ln은 각 보행자의 시간별 좌표에 의해 정의되므로, 프로세서는 각 보행자에 대한 선형 결합 계수를 정량적으로 산출할 수 있다.Since U k is defined by the aforementioned k path descriptors and L n is defined by the time-sequential coordinates of each pedestrian, the processor can quantitatively calculate the linear combination coefficient for each pedestrian.

위와 같이 절두 특이값 분해를 적용하는 경우, 보행자별로 산출되는 L 차원의 선형 결합 계수는 사용자가 원하는 k 차원으로 줄어들 수 있고, 이를 통해 후술될 보행자 경로 예측 모델(200)의 학습 데이터 차원이 감소될 수 있다.When frustum singular value decomposition is applied as described above, the L-dimensional linear combination coefficients calculated for each pedestrian can be reduced to k dimensions desired by the user, and thereby the dimension of the training data of the pedestrian path prediction model (200) described later can be reduced.

도 7을 참조하여 정리하면, 프로세서는 각 보행자의 보행경로(L)에 절두 특이값 분해를 적용하여 직교행렬(U)을 생성할 수 있다. 이어서, 프로세서는 직교행렬 내 6개의 특이 벡터(u1 ~ u6)를 경로 기술자로 설정할 수 있다. 이 때, 6개의 특이 벡터(u1 ~ u6)는 사회적으로 통상 발생하는 실 보행패턴으로 가시화될 수 있다. Referring to Fig. 7, the processor can generate an orthogonal matrix (U) by applying frustum singular value decomposition to each pedestrian's walking path (L). Subsequently, the processor can set six singular vectors (u 1 to u 6 ) within the orthogonal matrix as path descriptors. At this time, the six singular vectors (u 1 to u 6 ) can be visualized as actual walking patterns that commonly occur in society.

도 8을 예로 들어 설명하면, 6개의 특이 벡터(u1 ~ u6)는 가로축(X), 세로축(Y), 시간축(T)에 따라 가시화될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 +x축 방향을 직진 방향으로 설명하도록 한다.Taking Fig. 8 as an example, the six singular vectors (u 1 to u 6 ) can be visualized along the horizontal axis (X), vertical axis (Y), and time axis (T). For convenience of explanation, the +x axis direction will be described as a straight direction below.

제1 특이 벡터(u1)는 보행자가 일정 거리 직진하는 보행패턴에 대응할 수 있고, 제2 특이 벡터(u2)는 보행자가 일정 거리 좌측으로 이동하는 보행패턴에 대응할 수 있다. 또한, 제3 특이 벡터(u3)는 보행자가 일정 거리 직진하다가 뒤로 돌아 반대 방향으로 돌아가는 보행패턴에 대응할 수 있고, 제4 특이 벡터(u4)는 보행자가 일정 거리 우측으로 이동하다가 뒤로 돌아 반대 방향으로 돌아가는 보행패턴에 대응할 수 있다. 또한, 제5 특이 벡터(u5)는 보행자가 직진과 후진을 반복하면서 서성이는 보행패턴에 대응할 수 있고, 제6 특이 벡터(u6)는 보행자가 좌우를 반복 이동하면서 서성이는 보행패턴에 대응할 수 있다.The first singular vector (u 1 ) can correspond to a walking pattern in which a pedestrian moves straight for a certain distance, and the second singular vector (u 2 ) can correspond to a walking pattern in which a pedestrian moves to the left for a certain distance. Additionally, the third singular vector (u 3 ) can correspond to a walking pattern in which a pedestrian moves straight for a certain distance, then turns around and returns in the opposite direction, and the fourth singular vector (u 4 ) can correspond to a walking pattern in which a pedestrian moves to the right for a certain distance, then turns around and returns in the opposite direction. Additionally, the fifth singular vector (u 5 ) can correspond to a walking pattern in which a pedestrian lingers while repeatedly moving straight and backward, and the sixth singular vector (u 6 ) can correspond to a walking pattern in which a pedestrian lingers while repeatedly moving left and right.

도 9를 참조하면, 프로세서는 각 보행자의 보행경로(L)에 앞서 결정된 직교행렬의 전치행렬(UT)을 곱하여 선형 결합 계수를 산출할 수 있고, 각 보행경로(L)를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의할 수 있다.Referring to FIG. 9, the processor can calculate linear combination coefficients by multiplying each pedestrian's walking path (L) by the transpose of the previously determined orthogonal matrix (U T ), and can define each walking path (L) as a linear combination of path descriptors.

전술한 과정을 통해 선형 결합 계수들이 결정되면, 프로세서는 선형 결합 계수를 훈련 데이터셋(training dataset)으로 설정하여 보행자 경로 예측 모델(200)을 학습시킬 수 있다(S20).Once the linear combination coefficients are determined through the process described above, the processor can set the linear combination coefficients as a training dataset to train the pedestrian path prediction model (200) (S20).

본 발명에서 보행자 경로 예측 모델(200)의 학습 및 적용 방법은 두 가지로 구분될 수 있는데, 이하 첫번째 방법을 먼저 설명하도록 한다.In the present invention, the learning and application method of the pedestrian path prediction model (200) can be divided into two types, and the first method will be explained first below.

보행자 경로 예측 모델(200)은 훈련 데이터셋에 의해 지도 학습(supervised learning)될 수 있다. 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이, 보행자 경로 예측 모델(200)은 과거의 보행경로(L)에 기초하여 미래의 보행경로(Lp)를 예측하는 태스크(task)를 수행하므로, 프로세서는 과거의 보행경로(L)에 대응하는 인자를 입력 데이터로 설정하고 미래의 보행경로(Lp)에 대응하는 인자를 출력 데이터로 설정할 수 있다.The pedestrian path prediction model (200) can be supervised learning by a training dataset. As described with reference to FIG. 4, the pedestrian path prediction model (200) performs a task of predicting a future pedestrian path (L p ) based on a past pedestrian path (L), so the processor can set an argument corresponding to the past pedestrian path (L) as input data and an argument corresponding to the future pedestrian path (L p ) as output data.

이를 위해, 프로세서는 단계(S10)에서 결정된 선형 결합 계수를 시간의 흐름에 따라 제1 및 제2 계수로 구분할 수 있다. 선형 결합 계수는 시간에 따라 관측된 각 보행자의 모든 보행경로(L)에 의해 결정될 수 있고, 프로세서는 전체 관측시간을 제1 시구간과 제1 시구간에 연속되는 제2 시구간으로 분할한 뒤, 제1 시구간의 보행경로(L)에 의해 산출된 선형 결합 계수를 제1 계수로, 제2 시구간의 보행경로(L)에 의해 산출된 선형 결합 계수를 제2 계수로 분할할 수 있다.To this end, the processor may divide the linear combination coefficient determined in step (S10) into first and second coefficients according to the flow of time. The linear combination coefficient may be determined by all walking paths (L) of each pedestrian observed over time, and the processor may divide the total observation time into a first time interval and a second time interval that is continuous with the first time interval, and then divide the linear combination coefficient calculated by the walking path (L) of the first time interval into the first coefficient and the linear combination coefficient calculated by the walking path (L) of the second time interval into the second coefficient.

이어서 도 10을 참조하면, 프로세서는 보행자 경로 예측 모델(200)이 제1 계수를 입력받아 제2 계수를 출력하도록 지도 학습시킬 수 있다. 다시 말해, 프로세서는 보행자 경로 예측 모델(200)의 입력 데이터 및 출력 데이터를 각각 제1 및 제2 계수로 설정하여 보행자 경로 예측 모델(200)을 지도 학습시킬 수 있다.Next, referring to FIG. 10, the processor can supervise the pedestrian path prediction model (200) so that it receives a first coefficient as input and outputs a second coefficient. In other words, the processor can supervise the pedestrian path prediction model (200) by setting the input data and output data of the pedestrian path prediction model (200) as the first and second coefficients, respectively.

여기서 보행자 경로 예측 모델(200)은 당해 기술분야에서 보행자 경로 예측에 활용되는 다양한 베이스라인(baseline) 네트워크로, 예컨대 STGCNN(A Social Spatio-Temporal Graph Convolutional Neural Network for Human Trajectory Prediction), SGCN(Sparse Graph Convolution Network), STGAT(Spatial-Temporal Graph Attention network), PECNet(Predicted Endpoint Conditioned Network), Trajectron++, LB-EBM(Latent Belief Energy-Based Model), MID(Stochastic trajectory prediction via Motion Indeterminacy Diffusion) 등으로 구현될 수 있다.Here, the pedestrian path prediction model (200) is a variety of baseline networks used for pedestrian path prediction in the relevant technical field, such as STGCNN (A Social Spatio-Temporal Graph Convolutional Neural Network for Human Trajectory Prediction), SGCN (Sparse Graph Convolution Network), STGAT (Spatial-Temporal Graph Attention network), PECNet (Predicted Endpoint Conditioned Network), Trajectron++, LB-EBM (Latent Belief Energy-Based Model), MID (Stochastic trajectory prediction via Motion Indeterminacy Diffusion), etc.

지도 학습에 따라 보행자 경로 예측 모델(200)은 제1 시구간의 선형 결합 계수와 제2 시구간의 선형 결합 계수 간의 관련성을 학습하게 되고, 학습이 완료된 이후에는 학습에 이용되지 않았던 시구간의 선형 결합 계수를 입력받아 해당 시구간에 연속되는 다른 시구간의 선형 결합 계수()를 출력할 수 있다.According to supervised learning, the pedestrian path prediction model (200) learns the relationship between the linear combination coefficient of the first time section and the linear combination coefficient of the second time section, and after the learning is completed, receives the linear combination coefficient of the time section that was not used in the learning and the linear combination coefficient of another time section that is continuous with the corresponding time section ( Can output ).

이하에서는 전술한 첫번째 방법에 따라 학습이 완료된 보행자 경로 예측 모델(200)을 이용하여 타겟 보행자의 예측 경로(Lp)를 생성하는, 본 발명의 적용 단계를 구체적으로 설명하도록 한다.Below, the application step of the present invention will be specifically described, which involves generating a predicted path (L p ) of a target pedestrian using a pedestrian path prediction model (200) that has been trained according to the first method described above.

먼저, 프로세서는 타겟 보행자의 관측 보행경로에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출할 수 있다(S30).First, the processor can calculate the observed linear combination coefficients for the observed walking path of the target pedestrian (S30).

도 11을 참조하면, 경로 예측의 대상이 되는 타겟 보행자의 보행경로(L)가 관측된 경우, 프로세서는 앞서 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬(UT)을 타겟 보행자의 관측 보행경로(L)에 곱하여 관측 보행경로(L)에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 11, when a walking path (L) of a target pedestrian that is the subject of path prediction is observed, the processor can calculate the observed linear combination coefficients for the observed walking path (L) by multiplying the transpose matrix (U T ) of the orthogonal matrix determined earlier through singular value decomposition by the observed walking path (L) of the target pedestrian.

다음으로, 프로세서는 학습이 완료된 보행자 경로 예측 모델(200)에 관측 선형 결합 계수를 입력하여 예측 경로를 생성할 수 있다(S40).Next, the processor can generate a predicted path by inputting observed linear combination coefficients into the trained pedestrian path prediction model (200) (S40).

다시 도 11을 참조하면, 프로세서는 관측 선형 결합 계수(c1 ~ c6)를 학습이 완료된 보행자 경로 예측 모델(200)에 입력할 수 있다. 도 10을 참조하여 설명한 것과 같이, 보행자 경로 예측 모델(200)은 연속되는 시구간에 대한 선형 결합 계수 간의 관련성을 학습한 상태이므로, 보행자 경로 예측 모델(200)은 타겟 보행자가 관측된 이후 시점에 대한 예측 선형 결합 계수를 출력할 수 있다.Referring again to FIG. 11, the processor can input the observed linear combination coefficients ( c1 to c6 ) into the pedestrian path prediction model (200) that has completed learning. As described with reference to FIG. 10, since the pedestrian path prediction model (200) has learned the correlation between the linear combination coefficients for consecutive time intervals, the pedestrian path prediction model (200) can output the predicted linear combination coefficients for the time after the target pedestrian is observed.

프로세서는 보행자 경로 예측 모델(200)에서 출력된 예측 선형 결합 계수를 2차원상에 표현하기 위해, 앞서 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬(U)을 예측 선형 결합 계수에 곱하여 각 보행자의 예측 경로(Lp)를 생성할 수 있다.The processor can generate a predicted path (L p ) for each pedestrian by multiplying the predicted linear combination coefficients output from the pedestrian path prediction model ( 200 ) by the orthogonal matrix (U) determined earlier through singular value decomposition in order to represent them in two dimensions.

다음으로, 보행자 경로 예측 모델(200)의 두번째 학습 및 적용 방법을 설명하도록 하며, 첫번째 방법에서 설명된 사항에 대해서는 더 이상의 설명을 생략하도록 한다. 이에 따라, 이하 설명되지 않은 내용은 첫번째 방법과 동일한 것으로 이해되어야 한다.Next, the second method of training and applying the pedestrian path prediction model (200) will be described, and further explanation regarding the matters described in the first method will be omitted. Accordingly, any content not described below should be understood as identical to the first method.

도 12를 참조하면, 프로세서는 단계(S10)에서 결정된 모든 선형 결합 계수(도면에서는 설명의 편의를 위해 두 개의 선형 결합 계수(c1, c2)만을 도시함)를 군집화(clustering)하고, 복수 군집의 대표값을 앵커(anchor)로 설정한 뒤 앵커 뱅크(140)에 미리 저장해둘 수 있다. 이 때, 군집화와 대표값 설정에는 당해 기술분야에서 이용되는 다양한 방법이 적용될 수 있다. Referring to FIG. 12, the processor may cluster all linear combination coefficients determined in step (S10) (only two linear combination coefficients ( c1 , c2 ) are shown in the drawing for convenience of explanation), set representative values of multiple clusters as anchors, and store them in advance in an anchor bank (140). At this time, various methods used in the relevant technical field may be applied to clustering and setting representative values.

이어서, 프로세서는 첫번째 방법과 동일하게 단계(S10)에서 결정된 선형 결합 계수를 시간의 흐름에 따라 제1 및 제2 계수로 구분하고, 보행자 경로 예측 모델(200)이 제1 계수를 입력받아 제2 계수와 앵커 간의 차이(이하, 차이 벡터)를 출력하도록 지도 학습시킬 수 있다. 다시 말해, 프로세서는 보행자 경로 예측 모델(200)의 입력 데이터를 제1 계수로 설정하고, 출력 데이터를 차이 벡터로 설정하여 보행자 경로 예측 모델(200)을 지도 학습시킬 수 있다.Next, the processor can classify the linear combination coefficients determined in step (S10) into first and second coefficients over time, just like the first method, and supervise the pedestrian path prediction model (200) so that it receives the first coefficient as input and outputs the difference between the second coefficient and the anchor (hereinafter, difference vector). In other words, the processor can supervise the pedestrian path prediction model (200) by setting the input data of the pedestrian path prediction model (200) as the first coefficient and the output data as the difference vector.

지도 학습에 따라 보행자 경로 예측 모델(200)은 제1 시구간의 선형 결합 계수와 제2 시구간의 차이 벡터 간의 관련성을 학습하게 되고, 학습이 완료된 이후에는 학습에 이용되지 않았던 시구간의 선형 결합 계수를 입력받아 해당 시구간에 연속되는 다른 시구간에 대한 차이 벡터를 출력할 수 있다. According to supervised learning, the pedestrian path prediction model (200) learns the relationship between the linear combination coefficient of the first time interval and the difference vector of the second time interval, and after the learning is completed, it can receive the linear combination coefficient of the time interval that was not used in the learning and output the difference vector for another time interval that is consecutive to the corresponding time interval.

이와 같이, 앵커를 활용하는 경우 보행자 경로 예측 모델(200)이 선형 결합 계수를 직접 예측하는 대신 미세 조정 값(refinement value), 즉 차이 벡터만을 예측하면 되므로, 예측 정확도 및 학습 속도가 향상될 수 있다.In this way, when using anchors, the pedestrian path prediction model (200) only needs to predict the refinement value, i.e., the difference vector, instead of directly predicting the linear combination coefficients, so the prediction accuracy and learning speed can be improved.

이하에서는 전술한 두번째 방법에 따라 학습이 완료된 보행자 경로 예측 모델(200)을 이용하여 타겟 보행자의 예측 경로(Lp)를 생성하는, 본 발명의 적용 단계를 구체적으로 설명하도록 한다.Below, the application step of the present invention will be specifically described, which involves generating a predicted path (L p ) of a target pedestrian using a pedestrian path prediction model (200) that has been trained according to the second method described above.

먼저, 프로세서는 타겟 보행자의 관측 보행경로에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출할 수 있다(S30).First, the processor can calculate the observed linear combination coefficients for the observed walking path of the target pedestrian (S30).

도 13을 참조하면, 경로 예측의 대상이 되는 타겟 보행자의 보행경로(L)가 관측된 경우, 프로세서는 앞서 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬(UT)을 관측 보행경로(L)에 곱하여 관측 보행경로(L)에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 13, when a walking path (L) of a target pedestrian that is the subject of path prediction is observed, the processor can calculate the observed linear combination coefficients for the observed walking path (L) by multiplying the observed walking path (L) by the transpose matrix (U T ) of the orthogonal matrix determined earlier through singular value decomposition.

다음으로, 프로세서는 학습이 완료된 보행자 경로 예측 모델(200)에 관측 선형 결합 계수를 입력하여 예측 경로를 생성할 수 있다(S40).Next, the processor can generate a predicted path by inputting observed linear combination coefficients into the trained pedestrian path prediction model (200) (S40).

다시 도 13을 참조하면, 프로세서는 관측 선형 결합 계수를 보행자 경로 예측 모델(200)에 입력할 수 있다. 도 12를 참조하여 설명한 것과 같이, 보행자 경로 예측 모델(200)은 연속되는 시구간에 대한 선형 결합 계수와 차이 벡터 간의 관련성을 학습한 상태이므로, 보행자 경로 예측 모델(200)은 타겟 보행자가 관측된 이후 시점에 대한 차이 벡터를 출력할 수 있다.Referring again to FIG. 13, the processor can input the observed linear combination coefficients into the pedestrian path prediction model (200). As described with reference to FIG. 12, since the pedestrian path prediction model (200) has learned the relationship between the linear combination coefficients and the difference vector for consecutive time intervals, the pedestrian path prediction model (200) can output the difference vector for the time after the target pedestrian is observed.

프로세서는 차이 벡터를 앵커 뱅크(140)에 저장된 앵커에 적용하여 예측 선형 결합 계수를 산출할 수 있고, 예측 선형 결합 계수를 2차원상에 표현하기 위해, 앞서 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬(U)을 예측 선형 결합 계수에 곱하여 각 보행자의 예측 경로(Lp)를 생성할 수 있다The processor can calculate the predicted linear combination coefficients by applying the difference vector to the anchors stored in the anchor bank (140), and to represent the predicted linear combination coefficients in two dimensions, it can generate the predicted path (L p ) of each pedestrian by multiplying the predicted linear combination coefficients by the orthogonal matrix (U) determined earlier through singular value decomposition.

전술한 바와 같이, 본 발명은 보행자 경로 예측 모델(200)의 학습을 위해, 복수 보행자의 보행경로가 내포하는 중요한 정보, 즉 주요 특징을 경로 기술자로서 추출하고, 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의한 후, 선형 결합 계수만을 이용하여 모델을 학습시킴에 따라 모델이 사회적으로 발생하는 보행자들의 실제 보행패턴을 학습할 수 있다는 장점이 있다.As described above, the present invention has the advantage that, for the training of a pedestrian path prediction model (200), important information, namely key features, contained in the walking paths of multiple pedestrians are extracted as path descriptors, and the walking path is defined as a linear combination of path descriptors, and the model is trained using only the linear combination coefficients, thereby enabling the model to learn the actual walking patterns of pedestrians that occur in society.

또한, 도 9를 참조하여 설명한 것과 같이 사회적으로 통상 발생하는 보행경로는 소수(예컨대, 6개)의 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의될 수 있으며, 본 발명은 소수의 선형 결합 계수만을 이용하여 모델을 학습시킴에 따라 낮은 차원의 데이터만으로 높은 예측 성능의 모델을 생성할 수 있다는 효과가 있다.In addition, as explained with reference to Fig. 9, socially common walking paths can be defined as a linear combination of a small number (e.g., 6) of path descriptors, and the present invention has the effect of being able to generate a model with high prediction performance using only low-dimensional data by training the model using only a small number of linear combination coefficients.

정리하면, 본 발명은 사회적으로 통상 발생하는 보행경로가 몇 가지 보행패턴의 조합으로 나타낼 수 있다는 점에 착안하여, 보행경로를 소수의 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의한 후 선형 결합 계수만을 이용하여 신경망 모델을 학습시킴에 따라, 모델이 보행자들의 실제 보행패턴을 학습할 수 있고, 학습을 위한 데이터 차원을 낮출 수 있어 모델의 학습 속도와 예측 정확도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.In summary, the present invention takes into account the fact that socially common walking paths can be represented as a combination of several walking patterns. By defining the walking path as a linear combination of a small number of path descriptors and training a neural network model using only linear combination coefficients, the model can learn the actual walking patterns of pedestrians and reduce the data dimensionality for training, thereby having the advantage of improving the model's training speed and prediction accuracy.

이상과 같이 본 발명에 대 해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.Although the present invention has been described above with reference to the illustrated drawings, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in this specification, and it is obvious that various modifications can be made by a person skilled in the art within the scope of the technical concept of the present invention. Furthermore, even if the effects of the configuration according to the present invention were not explicitly described while explaining the embodiments of the present invention above, it is natural to acknowledge that the effects predictable by said configuration should also be recognized.

Claims (9)

복수 보행자의 보행경로에 특이값 분해를 적용하여 상기 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의하는 단계;
상기 경로 기술자들의 선형 결합 계수가 형성하는 복수 군집의 대표값을 앵커(anchor)로 설정하는 단계;
상기 선형 결합 계수를 시간의 흐름에 따라 제1 및 제2 계수로 구분하는 단계;
상기 보행자 경로 예측 모델이 상기 제1 계수를 입력받아 상기 제2 계수와 상기 앵커 간의 차이를 출력하도록 상기 보행자 경로 예측 모델을 지도 학습시키는 단계;
상기 특이값 분해를 적용하여 타겟 보행자의 관측 보행경로에 대한 관측 선형 결합 계수를 산출하는 단계;
상기 관측 선형 결합 계수를 상기 학습된 보행자 경로 예측 모델에 입력하고, 상기 보행자 경로 예측 모델에서 출력된 차이 벡터에 기초하여 예측 선형 결합 계수를 산출하는 단계; 및
상기 예측 선형 결합 계수에 기초하여 각 보행자의 예측 경로를 생성하는 단계를 포함하는
보행자 경로 예측 방법.
A step of defining the walking path as a linear combination of path descriptors by applying singular value decomposition to the walking paths of multiple pedestrians;
A step of setting a representative value of a multiple cluster formed by the linear combination coefficients of the above path descriptors as an anchor;
A step of dividing the above linear combination coefficients into first and second coefficients according to the flow of time;
A step of supervising the pedestrian path prediction model so that the pedestrian path prediction model receives the first coefficient as input and outputs the difference between the second coefficient and the anchor;
A step of calculating observed linear combination coefficients for the observed walking path of a target pedestrian by applying the above singular value decomposition;
A step of inputting the observed linear combination coefficients into the learned pedestrian path prediction model and calculating the predicted linear combination coefficients based on the difference vector output from the pedestrian path prediction model; and
A step comprising generating a predicted path for each pedestrian based on the above-mentioned predictive linear combination coefficients
Pedestrian path prediction method.
제1항에 있어서,
상기 특이값 분해를 적용하는 단계는
상기 복수 보행자 각각에 대한 2차원 좌표로 정의되는 보행경로에 특이값 분해를 적용하는 단계를 포함하는
보행자 경로 예측 방법.
In paragraph 1,
The step of applying the above singular value decomposition is
The step of applying singular value decomposition to a walking path defined by two-dimensional coordinates for each of the plurality of pedestrians.
Pedestrian path prediction method.
제1항에 있어서,
상기 경로 기술자는 상기 복수 보행자의 보행경로에 특이값 분해를 적용하여 결정된 정사각의 직교행렬 내 특이 벡터(singular vector)인
보행자 경로 예측 방법.
In paragraph 1,
The above path descriptor is a singular vector within a square orthogonal matrix determined by applying singular value decomposition to the walking paths of the above multiple pedestrians.
Pedestrian path prediction method.
제1항에 있어서,
상기 보행경로를 경로 기술자들의 선형 결합으로 정의하는 단계는
상기 특이값 분해를 통해 결정된 직교행렬의 전치행렬을 상기 보행경로에 곱하여 상기 선형 결합 계수를 산출하는 단계를 포함하는
보행자 경로 예측 방법.
In paragraph 1,
The step of defining the above walking path as a linear combination of path descriptors
A step comprising calculating the linear combination coefficients by multiplying the transpose of the orthogonal matrix determined through the singular value decomposition by the walking path.
Pedestrian path prediction method.
제1항에 있어서,
상기 복수 기술자는 상기 복수 보행자의 보행경로에 절두(truncated) 특이값 분해를 적용하여 결정된 직사각의 직교행렬 내 특이 벡터인
보행자 경로 예측 방법.
In paragraph 1,
The above multiple technical experts are singular vectors within a rectangular orthogonal matrix determined by applying truncated singular value decomposition to the walking paths of the above multiple pedestrians.
Pedestrian path prediction method.
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