T-Robotics: 너의 정체가 무엇이냐? Pattern Recognition

2013년 7월 30일 화요일

너의 정체가 무엇이냐? Pattern Recognition

안녕하세요! 앞으로 여러분과 함께 패턴인식과 이와 관련된 의료/재활로봇에 대한 이야기를 나눌 김민규라고 합니다^^ 오늘은 그 첫번째 시간으로 우리 주변에 이미 널리 활용되고있는 패턴인식의 활용에 대해 알아보도록 하겠습니다.

부모님도 구분하지 못하는 이 사진, 과연 패턴인식이 해결해줄 수 있을까요?

참 귀여운 쌍둥이의 사진이네요~ 얼굴은 기본이고 모자부터 시작해서 옷, 신발까지 목도리 색상 빼고는 다 똑같죠?? 과연 이 귀여운 쌍둥이 어린이 중에 형 동생을 쉽게 구별할 수 있을까요?? 부모님도 옷으로 겨우겨우 구분했다는 소문이 있어요 여튼~ 부모님도 누가 누군지 구분 못하는 이 사진, 과연 패턴인식은 해결해줄 수 있을까요?

패턴인식은 사실 매우 포괄적인 개념입니다.

"문자, 도형, 음성 등의 외부정보를 컴퓨터에 인식시켜 그 특징을 찾아내고 이를 식별/분류할 수 있도록 하는 것"

그 방법에도 분류(classification, 대상 객체를 특정 클래스에 할당하는 것), 회귀(regression, 주어진 데이터들의 연속적 규칙을 찾아내는 것), 군집합(clustering, 흩어져있는 데이터들을 의미있는 그룹으로 조직하는 것), 서술(description, 대상 객체를 우리가 알고있는 형태로 표현하는 것) 등 그 종류도 다양합니다.

그렇다면 가장 패턴인식 중 가장 대표적인 형태 중 하나인 classification의 과정을 알아봅시다. 분류! 말그대로 데이터들을 분류한다는 이야기입니다. 쌍둥이 중 형 동생 구별하는 할 때 이 둘의 특징(feature)을 결정지어 주는 요소들이 있겠죠? 예를 들면 입고있는 옷, 머리 스타일, 얼굴에 있는 점, 쌍꺼풀, 머리 가마의 수 등의 특징이 있을 것입니다. 데이터를 잘 분류하기 위해서는 이렇게 데이터의 차별성을 잘 나타내 주는 feature를 추출해 내는 것이 중요합니다. (지난 기사에서 미스코리아 얼굴들의 특성을 뽑기위해 사용하였던 PCA 방법 역시 특성을 뽑기위한 좋은 방법이라 할 수 있겠네요. 관련 글: 미스코리아 얼굴들은 다 똑같다? PCA의 마법)

Training : 특징들을 축으로 데이터를 나열한 후 이를 구분지을 가장 좋은 직선을 찾습니다.

특성을 추출한 다음에는 학습(training)의 과정이 필요합니다. 데이터의 특징과 이에 해당하는 클래스(분류)의 정보를 알려주어 이들을 구분하는 구분선을 찾도록 하는 것입니다. 위의 예에서는 가마의 개수가 두개이면 형, 하나이면 동생이라고 그 정보를 넘겨주는 것이 바로 학습의 과정이 되겠습니다.

마지막 단계는 구분(classify)하는 단계입니다. 새로운 정보가 들어왔을 때 이 정보가 어떠한 클래스에 속하는 지 판단하는 역할을 하는 것이 바로 분류기(classifier)입니다. 분류기는 어떠한 feature를 선택하느냐에 따라 그 결과가 달라질 수 있으며, 통계적 접근법, 구조적 접근법, 신경망 접근법 등 여러가지가 있습니다. 자세한 이야기는 다음에 advanced topic에서 천천히 다루어보도록 하죠.

Classification의 처리 과정

우리 주위를 살짝만 둘러보더라도 패턴인식이 활용되고있는 예를 쉽게 찾을 수 있는데요, 그 중 대표적인 것이 바로 일기예보입니다. 과거 날씨의 정보를 수집하고 그 특징들을 토대로 분류기를 구성한 후, 현재의 기후 상황을 토대로 앞으로 다가올 날씨를 예측하게 되죠. 또 다른 예로는 애플의 음성인식 시스템 SIRI가 있습니다. 사람의 음파신호의 특징들과 각 단어의 뜻을 매칭하여 입력되는 신호들이 어떠한 의미를 지니고 있는지 판단하는 것이죠. (말로는 쉽지만 실제는...ㅎㅎㅎ) 이 밖에도 차량의 번호판 인식 시스템, 뇌파 및 생체신호분석 등 패턴인식기술은 여러분야에서 매우 다양하게 활용되고 있답니다.

패턴인식의 다양한 활용: 뇌파측정, SIRI, 자동차 번호판 인식, 일기예보

저의 첫 글 어떠셨나요? 태웅이형이 블로그를 연 것을 보고 "흥미롭겠다!" 싶어서 저도 집필진에 참여하게 되었는데요, 써보니 글을 쓴다는게 참 만만한 일이 아니네요 >.< 마지막으로 엄청 신기한 영상을 하나 띄워드리죠. 바로 뇌의 자극 패턴만을 가지고 이 사람이 무엇을 보고있는지 영상을 재현해 낸 연구입니다. 먼저 피시험자에게 매우 많은 Youtube 영상을 보여주고 뇌의 자극 패턴과 영상과의 관계를 분석합니다. 그런 뒤 거꾸로 이 사람의 뇌의 자극 패턴만 보고 거기에 상응하는 영상들을 찾아서 순간순간 뿌려준 것이지요. 결과는 매우 성공적이었습니다! 영상 재생에 성공한 것이지요! 여러분 이제껏 꿈을 꾸고나서 다시 보고싶은데 기억나지 않은 적 많으셨죠? 이젠 뇌의 패턴을 레코딩하세요! 꿈을 재생시켜 드립니다!

Prof. Jack Gallant, U.C. Berkeley, "Vision Recontruction"

출처: http://youtu.be/6FsH7RK1S2E

보너스 영상을 하나 더 준비해보았는데요. 패턴인식을 활용한, 스마트폰 주인의 얼굴을 이용하여 잠금해제 할 수 있는 기술이 2년 전부터 나왔었죠? 기억하시나요? 이 기술도 역시!!! 패턴인식을 활용한 것입니다!