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국방용 합성이미지 데이터셋 생성을 위한 대립훈련신경망 기술 적용 연구
Synthetic Image Dataset Generation for Defense using Generative Adversarial Networks 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.22 no.1, 2019년, pp.49 - 59  

양훈민 (국방과학연구소 국방고등기술원)

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Generative adversarial networks(GANs) have received great attention in the machine learning field for their capacity to model high-dimensional and complex data distribution implicitly and generate new data samples from the model distribution. This paper investigates the model training methodology, a...

주제어

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • CycleGAN의 학습 목표는 가시광 도메인 X 와 적외선 도메인 Y 사이의 교차 변환을 위한 맵핑 함수를 학습하는 것이다. 맵핑 함수는 실제 가시광 이미지에서 적외선 합성이미지를 생성하는 G: X → Y와 그 반대인 F: Y → X로 정의된다.
  • 본 논문에서는, 대립훈련신경망 기술의 주요 아키텍처와 응용분야들에 대한 기술 분석을 수행하고 국방 빅데이터 분야에의 활용 방안에 관해 기술하고자 한다. 이를 위해, 대립훈련신경망을 이용하여 탱크, 항공 모함, 적외선영상과 같은 국방용 합성이미지 데이터를 생성하는 실험을 수행하고 결과를 분석하도록 한다.
  • 본 장에서는 대립훈련신경망 기술과 주요 아키텍처들에 대한 기술 분석을 수행하였고, 이미지 생성 및 변환, 준지도학습, 시뮬레이션 등의 적용 가능한 응용 분야들에 대해서 검토하였다.

가설 설정

  • 생성모델이란 비지도학습 기반으로 실제 데이터의 확률분포를 모델링하여 실제 데이터와 매우 유사한 합성 데이터를 생성하는 모델이며, 대립훈련신경망은 생성모델의 일종이다. 생성모델은 모델이 실제 데이터와 유사한 데이터를 생성해 낼 수 있다면, 그 모델은 데이터의 내부 특성을 잘 학습했을 것이라는 가정을 바탕으로 한다. 학습된 특성들을 잘 활용한다면, 유사한 데이터를 생성하거나, 새로운 데이터가 주어졌을 때 그것을 분류하고 평가하는 것이 용이하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대립훈련신경망의 장점은 무엇인가? 학습된 특성들을 잘 활용한다면, 유사한 데이터를 생성하거나, 새로운 데이터가 주어졌을 때 그것을 분류하고 평가하는 것이 용이하다. 대립훈련신경망은 생성모델학습의 어려움을 두 신경망 모델의 경쟁구도로 전환하여 해결함과 동시에 탁월한 성능을 냄으로써 여러 분야들에서 응용되고 있다.
데이터의 확보와 공유가 어려운 상황을 극복하기 위한 기술은 무엇인가? 하지만 보안상의 이유로 데이터의 확보와 공유가 더욱 더 어려운 실정이다. 이러한 데이터 부족문제 현상을 합성(synthetic) 데이터를 생성하여 학습데이터로 활용하고자 하는 다양한 연구결과들이 발표되고 있으며[1-8], 그와 관련하여 대립훈련 기반으로 새로운 데이터를 생성하는 대립훈련신경망 또는 생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Networks, GANs)[9] 기술이 크게 발전하고 있다.
대립훈련신경망이란 무엇인가? 생성모델이란 비지도학습 기반으로 실제 데이터의 확률분포를 모델링하여 실제 데이터와 매우 유사한 합성 데이터를 생성하는 모델이며, 대립훈련신경망은 생성모델의 일종이다. 생성모델은 모델이 실제 데이터와 유사한 데이터를 생성해 낼 수 있다면, 그 모델은 데이터의 내부 특성을 잘 학습했을 것이라는 가정을 바탕으로 한다.
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참고문헌 (26)

  1. J. Tremblay et al., "Training Deep Networks with Synthetic Data: Bridging the Reality Gap by Domain Randomization," Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR), 2018. 

  2. Z. Zheng et al., "Unlabeled Samples Generated by GAN Improve the Person Re-identification Baseline in Vitro," International Conference on Computer Vision(ICCV), 2017. 

  3. M. V. Giuffrida et al., "ARIGAN: Synthetic Arabidopsis Plants using Generative Adversarial Network," International Conference on Computer Vision(ICCV) CVPPP Workshop, 2017. 

  4. H. Yang et al., "Unsupervised Learning Based GANs Technology Review," KIMST Annual Conference Proceedings, 2017. 

  5. H. Yang et al., "GANs Based Machine Learning Training Image Generation," KIMST Annual Conference Proceedings, 2017. 

  6. H. Yang et al., "Visible-to-Infrared Image Translation using Adversarial Training," KIMST Annual Conference Proceedings, 2018. 

  7. H. Yang et al., "Cross-domain Image Translation for Large Shape Transformation using Generative Adversarial Networks," Korea Computer Congress (KCC), 2018. 

  8. H. Yang et al., "GANs Technology and Big Data Applications for Defense," Defense Science & Technology Plus, Vol. 239, 2018. 

  9. I. Goodfellow et al., "Generative Adversarial Network s," arXiv:1406.2661. 

  10. A. Radford et al., "Unsupervised Representation Learning with Deep Convolutional Generative Adversarial Networks," arXiv:1511.06434. 

  11. M. Arjovsky et al., "Wasserstein GAN," arXiv:1701.07875. 

  12. X. Mao et al., "Least Squares Generative Adversarial Networks," arXiv:1611.04076. 

  13. J. Donahue et al., "Adversarial Feature Learning," arXiv:1605.09782. 

  14. X. Chen et al., "InfoGAN: Interpretable Representation Learning by Information Maximizing Generative Adversarial Nets," arXiv:1606.03657. 

  15. A. Spurr et al., "Guiding InfoGAN with Semi-Supervision," arXiv:17.07.04487. 

  16. A. Odena, "Semi-Supervised Learning with Generative Adversarial Networks," arXiv:1606.01583. 

  17. M. Mirza et al., "Conditional Generative Adversarial Nets," arXiv:1411.1784. 

  18. A. Odena et al., "Conditional Image Synthesis with Auxiliary Classifier GANs," arXiv:1610.09585. 

  19. J. Zhao et al., "Energy-Based Generative Adversarial Networks," arXiv:1609.03126. 

  20. D. Berthelot et al., "BEGAN: Boundary Equilibrium Generative Adversarial Networks," arXiv:1703.10717. 

  21. O. Russakovsky et al., "ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge," International Journal of Computer Vision(IJCV), 2015. 

  22. J. Zhu, T. Park, P. Isola, A. Efros, "Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks," International Conference on Computer Vision(ICCV), 2017. 

  23. J. Johnson, et al., "Perceptual Losses for Real-Time Style Transfer and Super-Resolution," European Conference on Computer Vision(ECCV), 2016. 

  24. C. Ledig, et al., "Photo-realistic Single Image Super-Resolution using a Generative Adversarial Network," Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR), 2017. 

  25. D. Chung et al., "Getting the Most Out of Multi-GPU on Inference Stage using Hadoop-Spark Cluster," GPU Technology Conference(GTC), 2018. 

  26. E. Agustsson et al., "NTIRE 2017 Challenge on Singe Image Super-Resolution: Dataset and Study," CVPR Workshop, 2017. 

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