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딥러닝과 전이학습을 이용한 콘크리트 균열 인식 및 시각화
Recognition and Visualization of Crack on Concrete Wall using Deep Learning and Transfer Learning 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.61 no.3, 2019년, pp.55 - 65  

이상익 (Department of Rural Systems Engineering, Seoul National University) ,  양경모 (Department of Rural Systems Engineering, Seoul National University) ,  이제명 (Division of Environmental Science and Technology, Kyoto University) ,  이종혁 (Department of Rural Systems Engineering, Seoul National University) ,  정영준 (Department of Rural Systems Engineering, Seoul National University) ,  이준구 (Rural Research Institute, Korea Rural Community Corporation) ,  최원 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University)

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Although crack on concrete exists from its early formation, crack requires attention as it affects stiffness of structure and can lead demolition of structure as it grows. Detecting cracks on concrete is needed to take action prior to performance degradation of structure, and deep learning can be ut...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 균열 시각화는 딥러닝을 이용하여 주어진 사진에 대해 균열의 구체적인 위치를 얻는 것을 목적으로 한다. 균열이 존재하는 사진의 일정 영역에 대해 학습이 완료된 모델로 예측값을 얻으면 그 영역에 균열이 존재할 확률을 얻을 수 있으며, 그 확률이 매우 높을 경우 해당 영역에 균열이 있을 것으로 추측할 수 있다.
  • 위에서 언급한 두 오류는 전자가 1종 오류, 후자가 2종 오류에 해당하며 각각 false positive (FP), false negative (FN)라고도 한다. 본 연구에서는 FP를 균열 음성을 양성으로 판단한 경우로, FN을 균열 양성을 음성으로 판단한 경우로 한다.
  • 본 연구에서는 입력자료 사진의 크기 및 색 제거 여부에 따른 결과의 변화가 있을 것으로 예측하고 크기 조정 및 색 제거에 따라 결과를 비교하였다. 사진 크기의 영향에 따른 비교의 기준으로 가로 및 세로 224px를 이용하여 원본 사진을 이용했을 때와 가로 및 세로 224px로 크기 조정을 한 사진을 이용해 재학습했을 때의 예측 결과를 비교했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전이학습이란 무엇인가? 딥러닝을 실용적으로 이용하기에 대부분의 경우 많은 데이터를 구할 수 없어 학습에 불리하지만, 전이학습을 통해 학습의 성능을 크게 향상하고 데이터 라벨링에 들어가는 노력을 경감할 수 있어 적은 양의 데이터로도 우수한 성능을 나타낼 수 있다 (Pan and Yang, 2010). 전이학습은 이미 학습된 모델을 기반으로 학습 과정을 반복하여 새로운 모델을 얻고, 얻은 모델을 예측에 사용하는 방법이다. 전이학습에 사용하는 모델의 예시로는 합성곱 신경망의 일종인 AlexNet, Inception-v3 모델 등이 있다.
콘크리트의 균열은 어떤 경우에 발생하는가? 콘크리트는 균열 잠재성이 있는 재료로 균열을 가지는 것이 일반적이지만, 균열의 성장으로 파괴가 일어날 수 있다. 콘크리트의 균열은 일반적으로 부재의 인장 변형률에 의해서 발생하며 (Byun et al., 2000), 콘크리트를 선형, 탄성 재료라고 가정했을 경우 콘크리트의 인장 응력이 그 인장강도를 넘어 설 때 균열이 발생한다고 가정하기도 한다 (Yoon, 1991). 콘크리트 구조물에 균열이 발생하면 구조물의 성능저하 문제가 발생하며, 구체적으로는 구조물의 미관 저하, 구조물의 이용 가능성 저하, 철근 부식 보호 실패가 일어날 수 있다 (Yoon, 1991).
전이학습에 사용하는 모델 중 GoogLeNet을 개선한 모델을 사용한 사례는 무엇인가? Inception-v3 모델은 GoogLeNet을 개선한 것으로, 이는 한 계층에 여러 개의 필터 등을 적용하는 inception 모듈을 이용해 성능을 개선한 모델이 다. Xia et al. (2017)은 꽃 분류를 위해 Inception-v3 모델을 전이 학습하여 94∼95%의 정확도를 얻었으며, Devikar (2016) 은 개 품종 분류를 위해 Inception-v3 모델을 개 사진에 대해 재훈련하여 96%의 정확도를 얻은 바 있다.
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참고문헌 (21)

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  2. Byun, G. J., H. W. Song, W. Choi, and S. M. Wu, 2000. Crack evaluation technique and crack repair of concrete structures. Magazine of the Korea Concrete Institute 12(6): 97-108. 

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  4. Chilamkurthy, S., 2019. Transfer learning tutorial, https://pytorch.org/tutorials/beginner/transfer_learning_tutorial.html. Accessed 14 Apr. 2019. 

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  21. Yoon, W. H., 1991. About crack of concrete structure. Magazine of the Korea Concrete Institute 3(3): 66-74. 

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