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[국내논문] 자동 암종 분류를 위한 딥러닝 영상처리 기법의 적용성 검토 연구
A Feasibility Study on Application of a Deep Convolutional Neural Network for Automatic Rock Type Classification 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.30 no.5, 2020년, pp.462 - 472  

추엔 팜 (한국과학기술연합대학원대학교 지반신공간공학과) ,  신휴성 (한국건설기술연구원)

초록
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암종 분류은 현장의 지질학적 또는 지반공학적 특성 파악을 위해 요구되는 매우 기본적인 행위이나 암석의 성인, 지역, 지질학적 이력 특성에 따라 동일 암종이라 하여도 매우 다양한 형태와 색 조성을 보이므로 깊은 지질학적 학식과 경험 없이는 쉬운 일은 아니다. 또한, 다른 여러 분야의 분류 작업에서 딥러닝 영상 처리 기법들이 성공적으로 적용되고 있으며, 지질학적 분류나 평가 분야에서도 딥러닝 기법의 적용에 대한 관심이 증대되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 동일 암종임에도 다양한 형태와 색을 갖게 되는 실제 상황을 감안하여, 정확한 자동 암종 분류를 위한 딥러닝 기법의 적용 가능성에 대해 검토하였다. 이러한 기법은 향후에 현장 암종분류 작업을 수행하는 현장 기술자들을 지원할 수 있는 효과적인 툴로 활용 가능할 것이다. 본 연구에서 사용된 딥러닝 알고리즘은 매우 깊은 네트워크 구조로 객체 인식과 분류를 할 수 있는 것으로 잘 알려진 'ResNet' 계열의 딥러닝 알고리즘을 사용하였다. 적용된 딥러닝에서는 10개의 암종에 대한 다양한 암석 이미지들을 학습시켰으며, 학습 시키지 않은 암석 이미지들에 대하여 84% 수준 이상의 암종 분류 정확도를 보였다. 본 결과로 부터 다양한 성인과 지질학적 이력을 갖는 다양한 형태와 색의 암석들도 지질 전문가 수준으로 분류해 낼 수 있는 것으로 파악되었다. 나아가 다양한 지역과 현장에서 수집된 암석의 이미지와 지질학자들의 분류 결과가 학습데이터로 지속적으로 누적이 되어 재학습에 반영된다면 암종분류 성능은 자동으로 향상될 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Rock classification is fundamental discipline of exploring geological and geotechnical features in a site, which, however, may not be easy works because of high diversity of rock shape and color according to its origin, geological history and so on. With the great success of convolutional neural net...

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AI 본문요약
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제안 방법

  • In this study, on the basis of recent breakthrough in Deep CNN we generate a deep learning based classification processes that assist geologist in identifying rock type more efficiently and accurately by using rock images taking during geological survey and also provide a helpful tool for student and junior geologists in practicing rock type classification. Usually, rock samples are collected during field survey, which is then analyzed at laboratory for lithological classification.
  • In other words, the images were collected without any standardizations, which may result in the lower overall accuracy but the higher generalization ability of the network comparing to other works. To train and evaluate the model, we randomly split the dataset into portions of 70%, 20% and 10% for training, validation and test set, respectively. The validation set is crucial for tuning model’s hyperparameters as giving an idea of how the model behaves on unseen samples during the training process.
  • One of the most straightforward ways to check the accuracy of the model is to measure how many correct guesses it obtained on the test set. Test result shows that the model can get an overall accuracy of 84% across 116 trials.

대상 데이터

  • The dataset is composed of more than 1000 images in 10 different classes of rock. Each class contains roughly 100 RGB images with different size, which are then resized to 256 × 256 × 3 pixels for model input (Fig.
  • The model was trained for 200 epochs with batch size of 16 and 32. Our experiments show that batch size of 16 produces the better result on generalization performance, which is consistent with previous work (LeCun et al.

이론/모형

  • The model used in this study is inspired by ResNet-50. The major breakthrough with ResNet is that it allows us to train an extremely deep neural networks (150 or more layers) successfully (Ng, 2019).
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참고문헌 (18)

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  2. Andrew, Ng., 2019, Machine Learning course. 

  3. Baykan, N.A. and Yilmaz N., 2010, Mineral identification using color spaces and artificial neural networks, Computers and Geosciences, 36, 91-97. 

  4. Chatterjee, S., 2013, Vision-based rock-type classification of limestone using multi-class support vector machine, Appl. Intell, 39, 14-27. 

  5. Chatterjee, S., Bhattacherjee, A., Samanta, B. and Pal, S.K., 2008, Rock-type classification of an iron ore deposit using digital image analysis technique, Int. J. Min. Miner. Eng, 1, 22. 

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  18. Zhang, Y., Li, M., Han, S., Ren, Q., and Shi, J., 2019, Intelligent Identification for Rock-Mineral Microscopic Images Using Ensemble Machine Learning Algorithms, Sensors (Basel, Switzerland), 19(18), 3914. 

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