패턴 인식 기술 동향

1. 패턴 인식 기술 동향 김 진형 Computer Science Dept. KAIST

2. Contents • 패턴인식 일반 • 영상인식 응용 • 얼굴 인식 • 지문 인식 • 홍채 인식 • 음성 인식 • 데이터 마이닝 • 문자인식

3. 패턴 인식이란 • Pattern(American Heritage dictionary) • A consistent, characteristic form, style, or method • A composite of features characteristic of an individual or a group • 컴퓨터를 이용하여 자료에 함유된 패턴을 자동으로 추출하는 기술 • 인공지능의 한 분야 • 다양한 응용분야 • 산업, 의료, 교육, 보안, 금융, 국방 ……

4. 패턴인식의 응용 분야(예시) • 영상인식 • 공장 자동화, Robot Navigation • 얼굴인식 • 문자인식 • 문서 인식 • Pen computer, 서명인식 • 음성인식 • Speaker identification • Speech recognition • 생체인식 • 지문, 홍체, 장문, Typing 패턴 • Genome Sequence Analysis, Data Mining

5. 일반적인 패턴 인식 과정 P = 물리적 또는 논리적 패턴 V = 측정 벡터 (measurement vector) X = 특징 벡터 (feature vector) X’ = (개선된) 특징 벡터 D = 부류 결정 벡터 (class decision vector) V X D 특징추출기 P sensor 분류기 X’ 특징선택기

6. 팥 콩 패턴 분류 방법론(예시 1) 콩과 팥을 크기를 기준으로 분류 크기

7. 패턴 분류 방법론(예시 2)

8. 패턴 인식 성능의 평가 • (정) 인식률 = (p+q)/(p+q+r+s) or p/(p+r) • Miss detection = r/(p+r) • False alarm = s/(s+q) • 기각율 • 처리율 실제 A not A 인식결과 p s a q nota r

9. 영상인식 응용(I) • Gesture 인식을 통한 Slide Show 원격 제어

10. 영상인식 응용(II) • 손가락 모양 인식

11. 얼굴 인식 시스템 • 얼굴 발견 • 어디에 얼굴이 있느냐 ? • 얼굴 식별 • 카메라 상에 나타난 사람이 누구냐 ? • 얼굴 확인 • 갑의 얼굴이 맞느냐 ? • 얼굴의 특성 확인 • 어디 보고 있느냐 ? • 얼굴을 가리고 있느냐 ? • 얼굴 추적

12. 얼굴 인식의 응용 출입구 관리 보안 통제

13. Crime Capture System Face ID Image enhancement Software

14. 얼굴 인식의 응용 • 시선 방향 인식 및 응용

15. 지문 인식 • 유류 지문으로 범인 탐색 • 보안 솔류션으로 각광 • 특징점의 분포 분석에 의하여 • 어려움 • 회전에 무관 • 채취시 마다 모양 변이 • 저품질 지문 (부분)영상으로 판단해야 • Many Players in the Market

16. 지문 인식을 통한 인증시스템(예) 300억 달러 이상 지문인식에 대한 세계 시장 (출처 :Cetrop) 북미, 유럽: 70%, 아시아: 30%

17. 홍채 인식 • 홍채 영상에서 추출 가능한 특징: 400 여개

18. 홍채 인식 시스템의 일반적인 구성도 홍채 특징 DB 등록 등록자 홍채 영상 획득 영상 처리 및 분할(가공) 홍채 패턴 특징 추출 홍채 패턴 분류/검증 검증 대상자 결과확인

19. 홍채 인식 시스템 국내외 현황 • IriScan • Daugman 교수의 연구 결과를 바탕으로 세계적 특허권 독점 • 홍채 영상포착 장치 및 홍채 인식알고리즘에 대한 특허권 보유 • 세계 유수의 기업들이 IriScan사와 기술 제휴 • 독일 EyeTicket: 방문자 처리 서비스 분야 • 일본 OKI: 컴퓨터 보안 시스템 분야 • LG 전자 • 국내 최초로 홍채 영상 포착 장치 개발 • 전량 IriScan사에 납품 • 대학의 기초 연구

20. 홍채 인식 시장 규모 단위: 백만원/백만$ 자료근거 : 전자신문, IBG(International Biometric Group)

21. 음성 인식 • Comprehensive speech related web site • http://www.tiac.net/users/rwilcox/speech.html • 상품 및 기업, 연구기관정보 망라 • 상품 Category • Dictation Software • General purpose, medical, disabled • Recognition Engines • Mulitple speaker, single speaker (trainable) • Text-to-Speech Engines • Telephony and Call Center Engines • Embedded Device ICs • Software Development Tools

22. 생체인식 시스템 비교 (출처 : Nitgen)

23. Data Mining 의사결정을 위한 정보 추출 데이타 의사결정 정보, 지식 • 인구통계 • Point of Sale • ATM • 금융통계 • 신용정보 • 문헌 • 첩보자료 • 진료기록 • 신체검사기록 • A상품 구매자의 80%가 B상품도 구매한다 • 미국시장의 자동차 구매력이 6개월간 감소 • A상품의 매출 증가가 B상품의 2배 • 탈수 증상을 보이면 위험 • 광고전략은 ? • 상품의 진열 • 최적의 예산 할당은 ? • 시장점유의 확대방안은 ? • 고객의 이탈 방지책은 ? • 처방은 ? 실용화 예 : 신용카드 사용 패턴 분석(LG 전자)

24. 문자 인식 taxonomy • 오프라인 vs. 온라인 • 오프라인 • 인쇄 vs. 필기 • 필기 • 정서 (hand-printed) vs. 자유 필기 (handwriting) • 문자 종류 • small-set classification: 숫자, 영문자, 일문자 등 • large-set classification: 한글, 한자 등 • 단일 문자 집합 vs. 다중 문자 (multi-lingual)

25. Paper and Pen Interface • Paper & Pen Interface • Pen Computers : Dream and Realization • Pen Computing 요소 기술 • Pen Computing을 위한 인식기술 • KAIST Approach • Killer Applications • Innovative Applications • KAIST Pen-based Arithmetic Tutor • Conclusion

26. "Paper and Pencil" Interface • 가장 자연스러운 Interface • (Probably) Between Computer and Humans • VDT, Keyboard, Mouse combination is limited • VDT syndrome : eyestrain, headaches, backaches, stiff necks, sore wrists • Mouse+keyboard vs Pen • Equation input • Drawing input • Large set Character input • 한자, 한글(?)

27. Pen Computer • Pen is the major input device • optional keyboard • various size and shape • Aims vertical market • Not a general purpose device • Some are already on the market • Not a big success yet • No killer applications yet

28. 펜 컴퓨터의 일반적인 사양 • 작고 가벼워서 들고 다닐 수 있다. • Mobile computing device, PDA • (전자)펜으로 글씨와 그림 작성, 메뉴 선택 • 무선 통신에 의한 정보 교환 • Handy internet terminal로 • MultiMedia 처리 • 글씨, 도형, 화상, 음성 • 값이 싸다.

29. Long History of Research • Dreams • DynaBook - Alan Kay • Knowledge Navigator - Apple Co. • Tablet - U. of Illinois Undergrads • Projects • Pattern Information Processing (Japan) • Electronic Paper (ESPRIT) • IBM, Sony, etc.

30. Samsung Penmaster 386

31. Samsung Export Model 1994(?)

35. PDA models

36. NeoPoint • Read and send email • Access Internet • Popular PDA programs • Contact • Schedule • To do • Sync data with PC • Wake-up-call

37. E-book : Rocket Book • Download book contents • Touch-Screen based interaction • Make note, annotation, book mark, under lining • No handwriting yet • Too expensive • No other usage • Need Internet Access

38. E-book : everybook

39. Pen Computing을 위한 인식 문제 • 인식 대상 (online) • Menu 선택 • Characters (한글, 영문자, 한자, 숫자, 특수문자) • Drawings, Gestures • 영문 인식 시스템 시장에 출현 • Limited Capability • Printed style Only : C+ • Cursive Style : C- • 적극적인 활용의 장애 요인 • Pattern Recognition 학계의 활발한 연구 주제

40. 필기 문자 • A Sequence of some writing units • Temporally ordered • (mostly) left-to-right

41. 필기 문자 인식 • Source of Difficulty • Static Variability - personal style • Dynamic Variability - shape deviation • Stroke connection - coarticulation effect • Problems to solve Free-Writing • Variability Modeling • simple model for high flexibility • Resolve coarticulation • segmentation problem

42. Handwritten Roman Styles

43. Non-Roman Character Recognition • 동양언어권에서의 펜 인식 요구가 강함 • 일본의 PDA products • 상자안에 쓴 KANA • 또박 또박 쓴 한자 • 상자안에 쓴 영문자 • 중국인들의 노력 • 한국에서의 노력 • 한글 실용화 수준에 도달 • KAIST에서 수년간 연구

44. Printed All alphabet separated One Syllable in a box Cursive Ligature within Syllable One Syllable in a box Handwritten Hangul Styles Cursive Ligature within Syllable Syllables may Overlab Spatially Cursive Ligature over Syllables

45. KAIST Online 필기문자 인식 연구 • 한글 인식기(2 개의 국내 특허) • 무제한 필기 형태, 백지위에 연속 필기 가능 • 인식률 95+% • 무제한 연속 필기 영문자 단어(US Patent) • Boxed, Run-on, unconstrained cursive word • 약 88% 의 인식률 • 한자 인식기 • Gesture Recognizer • 응용 연구 • 도형편집기 • Arithmetic Tutoring System 등

46. Cursive Hangul Recognition

47. Hangul Recognition (Segmentation Result)

48. Unconstained English Word Recognition

49. Unconstained English Word Recognition (Segmentation Result)

50. Intermixed Use of Languages