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 알아봅시다분류말그대로 데이터들을 분류한다는 이야기입니다쌍둥이 중 형 동생 구별하는 할 때 이 둘의 특징(feature)을 결정지어 주는 요소들이 있겠죠예를 들면 입고있는 옷머리 스타일얼굴에 있는 점쌍꺼풀, 머리 가마의 수 등의 특징이 있을 것입니다데이터를 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 필요합니다데이터의 특징과 이에 해당하는 클래스(분류)의 정보를 알려주어 이들을 구분하는 구분선을 찾도록 하는 것입니다. 위의 예에서는 가마의 개수가 두개이면 형하나이면 동생이라고 그 정보를 넘겨주는 것이 바로 학습의 과정이 되겠습니다.

마지막 단계는 구분(classify)하는 단계입니다새로운 정보가 들어왔을 때 이 정보가 어떠한 클래스에 속하는 지 판단하는 역할을 하는 것이 바로 분류기(classifier)입니다분류기는 어떠한 feature를 선택하느냐에 따라 그 결과가 달라질 수 있으며, 통계적 접근법구조적 접근법신경망 접근법 등 여러가지가 있습니다자세한 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 SIRI 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!

video
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!

"Galaxy Nexus and Face unlock : Smile"
출처: http://youtu.be/5l4D2tn_-kQ


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