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심층 학습을 이용한 물리탐사 자료 잡음 제거 기술 소개 (Introduction to Geophysical Exploration Data Denoising using Deep Learning)

  • ;조아현;유희은;정인석;송서영;조성오;김빛나래;남명진
    • 지구물리와물리탐사
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    • 제23권3호
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    • pp.117-130
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    • 2020
  • 지구물리탐사 자료의 잡음은 물리탐사 자료를 왜곡시켜 잘못된 결과 해석을 유도한다. 잡음을 만들어내는 원인으로는 인간의 활동으로 인하며 만들어지는 잡음과 자연 현상 및 기기 소음 등이 있으며 이러한 잡음을 제거하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 하지만, 전통적인 잡음제거 방법들은 요소파 변환이나 필터링 과정에서 개인의 주관과 높은 계산 비용 그리고 많은 시간이 소모된다는 단점이 있으며 이런 문제를 해결하기 위해 영상 전처리 및 잡음제거를 위한 개선된 신경망을 구현하고자 하였다. 이 연구는 인공신경망, 합성곱 신경망, 오토인코더, 잔차 및 파형신경망의 다양한 유형의 신경망과 탄성파, 시간영역 전자탐사, 지표투과레이더 및 자기지전류의 잡음을 분석하고, 훈련 과정에 실제로 이용한 인공 신경망과 제시된 핵심 해결책을 분석 정리하였다. 이러한 분석을 통해 개선된 신경망이 지구물리탐사 자료의 잡음제거에 유용한 기법임을 알 수 있었다.

깊이맵의 정보 분해와 경계 평탄 필터링을 이용한 다시점 영상 생성 방법 (Generation of Multi-view Images Using Depth Map Decomposition and Edge Smoothing)

  • 김성열;이상범;김유경;호요성
    • 방송공학회논문지
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    • 제11권4호
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    • pp.471-482
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    • 2006
  • 본 논문은 깊이맵의 정보 분해(information decomposition)와 적응적 경계 평탄 필터링(adaptive edge smooth filtering)을 이용하여 다시점 영상을 생성하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 깊이맵의 경계 영역에 평탄 필터링을 수행한 후, 깊이맵을 네 가지 종류의 분해 영상, 즉, 규칙 메쉬 영상, 경계 영상, 특징점 영상, 계층의 수 영상으로 변환한다. 그런 다음, 네 가지의 분해 영상에 3차원 메쉬 표현법을 적용하여 3차원 장면을 생성하고, 3차원 공간에서 가상 카메라의 위치를 변경하여 생성한 3차원 장면으로부터 다시점 영상을 추출한다. 실험 결과는 제안한 방법이 rubber-sheet 문제를 최소화하여 다시점 영상을 성공적으로 생성할 수 있었고, 깊이맵의 정보 분해를 통해 실시간으로 3차원 장면을 렌더링할 수 있었음을 보여준다. 또한, 제안한 방법은 기존의 방법과 달리 깊이맵 정보를 보존하기 때문에, 깊이 키잉(depth keying)과 같이 깊이 정보를 이용하는 3차원 응용에 활용할 수 있다.

지반계수의 한계값 평가를 위한 구조물-지반체계에 대한 지진응답해석 (Seismic Response Analyses of the Structure-Soil System for the Evaluation of the Limits of the Site Coefficients)

  • 김용석
    • 한국지진공학회논문집
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    • 제11권1호
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    • pp.67-77
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    • 2007
  • IBC와KBC 기준의 지반계수는 지반증폭 만이 고려되고 구조물-지반 상호작용 영향이 고려되지 않은 지반계수로 합리적인 구조물의 지진거동을 예측하는데 어떤 한계가 있다. 이 연구에서는 선형과 비선형 지반 위에 세워진 구조물의 탄성지진응답해석을 의사 3-D 해석으로 수행하여 구조물-지반 상호작용 영향이 고려된 지반계수의 상 하 한계값을 평가하였다. 지반의 특성은 지반 A, B, C의 경우에는 선형으로 가정하였고, 지반 D와 E의 경우에는 비선형으로 가정하여 Ramberg-Osgood 모델을 사용하여 전단파속도를 기준으로 전단탄성계수와 감쇠비 계산식을 규정하였다. 지진해석은 중 약진 지진기록 12개를 선정하여 최대 지진가속도를 0.1g와 0.2g로 조정하고, 구조물-지반 체계에 대한 의사 3-D 해석 시에는 30m 지반 하부 암반에서의 지진기록으로 변환하여 사용하였다. 구조물의 탄성 지진응답해석을 통해서 얻은 결과로부터 구조물-지반 상호작용 영향을 고려한 새로운 표준응답스펙트럼과 단주기 영역 및 주기 1초에서의 지반계수 $F_{a}$$F_{v}$의 상 하 한계값을 제시하였으며, KBC 기준을 위한 새로운 지반계수도 제안하였다.

시간지연을 가지는 비선형 상호연결시스템의 견실비약성 $H_{\infty}$ 분산 퍼지모델 제어기법 (Robust and Non-fragile $H_{\infty}$ Decentralized Fuzzy Model Control Method for Nonlinear Interconnected System with Time Delay)

  • 김준기;양승협;권영신;방경호;박홍배
    • 전자공학회논문지SC
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    • 제47권6호
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    • pp.64-72
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    • 2010
  • 본 논문에서는 폴리토프 불확실성과 시간지연, 그리고 제어기 섭동을 가지는 비선형 상호연결시스템의 상태궤환 제어기에 대한 견실비약성 $H_{\infty}$ 분산 퍼지제어기 설계 방법을 다룬다. 먼저 시간지연을 가지는 비선형 상호연결시스템을 Takagi-Sugeno 퍼지모델로 나타내고, 이로부터 지연종속 견실비약성 $H_{\infty}$ 퍼지제어기가 존재하기 위한 충분조건, 제어기 설계방법 및 비약성을 만족하는 제어기의 꽉찬집합(compact set)을 제시한다. 이 때 제시한 조건은 변수치환과 슈어여수(Schur complement)정리를 통해 선형행렬부등식(LMI: Linear Matrix Inequality)의 계수가 꽉찬 집합 내의 파라미터의 함수로 정의되는 파라미터화 선형행렬부등식(PLMIs: Parameterized Linear Matrix Inequalities)으로 표현되며, 이를 완화기법(relaxation technique)를 사용하여 유한개의 선형행렬부등식으로 변환하고, 제어기와 비약성을 만족하는 제어기 영역을 구한다. 마지막으로 예제와 모의실험을 통해 불확실성과 시간지연, 제어기이득 섭동에도 불구하고 제안한 퍼지제어기가 폐루프시스템을 안정화시키고 외란감쇠를 보장함을 확인한다.

적대적생성신경망을 이용한 연안 파랑 비디오 영상에서의 빗방울 제거 및 배경 정보 복원 (Raindrop Removal and Background Information Recovery in Coastal Wave Video Imagery using Generative Adversarial Networks)

  • 허동;김재일;김진아
    • 한국컴퓨터그래픽스학회논문지
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    • 제25권5호
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    • pp.1-9
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    • 2019
  • 본 논문에서는 강우시 빗방울로 인해 왜곡된 연안 파랑 비디오 영상에서 빗방울 제거와 제거된 영역에 대한 배경 정보를 복원하기 위한 적대적생성신경망을 이용한 영상 강화 방법을 제안하고자 한다. 영상 변환에 널리 사용되는 Pix2Pix 네트워크와 현재 단일 이미지에 대한 빗방울 제거에 좋은 성능을 보여주고 있는 Attentive GAN을 실험 대상 모델로 구현하고, 빗방울 제거를 위한 공개 데이터 셋을 이용하여 두 모델을 학습한 후 빗방울 왜곡 연안 파랑 영상의 빗방울 제거 및 배경 정보 복원 성능을 평가하였다. 연안 파랑 비디오에 영상에 대한 빗방울 왜곡 보정 성능을 향상시키기 위해 실제 연안에서 빗방울 유무가 짝을 이룬 데이터 셋을 직접 획득한 후 사전 학습된 모델에 대하여 전이 학습에 사용하여 빗방울 왜곡 보정에 대한 성능 향상을 확인하였다. 모델의 성능은 빗방울 왜곡 영상으로부터 파랑 정보 복원 성능을 최대 신호 대 잡음비와 구조적 유사도를 이용하여 평가하였으며, 전이 학습을 통해 파인 튜닝된 Pix2Pix 모델이 연안 파랑 비디오 영상의 빗방울 왜곡에 대한 가장 우수한 복원 성능을 보였다.

Biopac 뇌파측정 장치를 이용한 학습의 효율성 분석 (The efficiency Analysis of study using brainwave measurement device)

  • 안영준;이충헌;박문규;지훈;이동훈
    • 한국정보통신학회:학술대회논문집
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    • 한국정보통신학회 2015년도 춘계학술대회
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    • pp.951-953
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    • 2015
  • 일상적으로 생각하는 학습이란, 연습이나 경험의 결과로 생기는 비교적 지속적인 유기체의 행동변화를 말한다. 학생들이 학습할 때 집중하면서 했다고 하지만 이를 객관적으로 평가하기란 매우 어렵다. 그러나 뇌파는 그렇지 않다. 뇌파란 뇌의 전기적 활동에 의해서 일어나는 두피상의 두 점 사이의 전위 변동을 연속적으로 기록한 것을 말한다. 종류로는 델타파(0~4Hz), 세타파(4~8Hz), 알파파(8~13Hz), 베타파(13~30Hz), 감마파(30~50Hz) 등이 있다. 그 중에서 SMR파(13~15Hz), Mid-베타파(16~20Hz)는 학습에 집중할 때 나타나며 집중력에 가장 영향을 주는 부분은 Mid-베타파라고 보고된 바 있다. 이와 관련하여 학습에 집중정도를 뇌파를 이용하여 객관적으로 평가할 수 있는 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 Biopac 장비를 사용하여 소수의 피험자를 대상으로 학습 집중 주제를 준 후 뇌파를 측정한 다음 학습과 관련이 되는 Mid-베타파영역의 신호를 추출하기위해 FFT로 변환하였다. 집중할 때 Mid-베타파 주파수의 파워 변화를 측정하여 상관관계를 제시하고자 하였다. 이러한 결과를 바탕으로 학생들이 학습할 때 얼마나 집중하고 있는지 객관적으로 파악하여 좀 더 효율적으로 학업에 임하고 있는지 분석하였다.

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순환형 히스토그램 쉬프팅 기반 가역성 DNA 정보은닉 기법 (Reversible DNA Information Hiding based on Circular Histogram Shifting)

  • 이석환;권성근;권기룡
    • 전자공학회논문지
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    • 제53권12호
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    • pp.67-75
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    • 2016
  • DNA 컴퓨팅 기술로 DNA 정보를 매개물로 하는 DNA 저장, DNA 스테가노그라픽, 및 DNA 워터마킹에 대한 관심이 많아지고 있다. 생물학적 변이없이 외부 워터마크를 DNA 정보 내에 은닉에서는 원본 DNA 서열의 복원이 가능하고, 은닉과 복원이 반복적으로 이루어지며, 외부 워터마크에 의한 의도적인 변이 분석이 가능한 가역성 정보은닉 기술이 필요하다. 본 논문에서는 DNA 부호계수의 순환형 히스토그램 다중 쉬프팅 (Circular Histogram Shifting, CHS) 기반으로 생물학적 변이없이 허위개시코돈 방지, 원본 서열 길이 유지, 높은 워터마크 용량성, 블라인드 검출이 가능한 가역성 DNA 정보은닉 방법을 제안한다. 제안한 방법은 비부호 영역 DNA 염기서열을 부호계수로 변환한 다음, 높은 용량성을 위하여 순환형 히스토그램 다중 쉬프팅에 의하여 부호계수에 다중비트를 은닉한다. 마지막으로 다중비트 은닉 과정에서 은닉된 인접 염기서열 간의 비교탐색을 통하여 허위개시코돈 생성을 방지한다. 실험 결과로부터 제안한 방법이 기존 방법보다 0.11~0.50 bpn(bit per nucleotide base) 높은 워터마크 용량성을 가지고, 허위개시코돈이 발생되지 않음을 확인하였다.

중학교 과학 교과서의 국제 비교 (International Comparison of Junior High School Science Textbooks)

  • 박윤배
    • 한국과학교육학회지
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    • 제18권1호
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    • pp.19-34
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    • 1998
  • 본 연구는 한국, 미국, 호주, 일본의 중학교 ($7{\sim}9$학년) 과학 교과서를 한 종류씩 선택하여, 포함하고 있는 지식, 과정기능, 활동, 상황, 과학의 본성, 그리고 사용된 통합주제의 양과 형태를 국가별, 학년별, 내용별로 각각 비교해 보는 것을 목적으로 하고 있다. 연구결과는 다음과 같다. 교과서의 분량은 미국의 경우가 가장 많아 한국의 두배 정도나 되었고, 한국을 제외한 세 나라의 교과서에는 색채인쇄가 많았고, 편집은 2단으로 되어 있었다. 내용별로는 한국과 일본의 교과서에서는 물리, 화학, 생물, 지학의 네 영역이 같은 분량을 차지하고 있었고, 미국의 교과서에는 생물과 지학이, 호주에서는 환경과 STS를 강조하고 있었다. 모든 나라의 교과서에서 '개념'올 가장 많이 사용하고 있었고, 학년이 올라갈수록 '법칙'을 점차 강조하고 있었다. 한국의 교과서는 다른 나라의 교과서에 비해 '법칙'을 많이 다루고 있었다. 한국의 교과서에서 가장 많은 과정기능이 사용되었다. 나라별로는 한국의 교과서에는 비례와 변인통제가, 일본의 교과서에는 상관/인과와 비례가, 미국과 호주의 교과서에는 변인통제와 자료변환이 많이 사용되었다. 미국과 한국의 교과서가 호주나 일본의 교과서보다 훨씬 많은 수의 활동들을 다루고 있었다. 한국, 일본, 호주의 교과서에서는 실험과 관찰 활동이 대부분을 차지하였고, 미국의 교과서에는 관찰, 실험, 조사, 실습, 측정 활동들이 고루 다루어지고 있었다. 한국과 일본, 호주의 교과서에서는 순수과학 상황이 가장 많이 사용되었고, 미국의 교과서에는자연환경 상황이 가장 많았으나, 미국과 호주의 교과서에서는 나머지 상황들이 골고루 사용되고 있었다. 과학의 본성을 상당한 정도로 다루고 있는 호주와 미국에 비해, 한국과 일본의 교과서에서는 이에 관한 부분이 극히 적거나 전혀 없었다. 과학과 기술 간의 통합소재가 가장 많이 사용되었으며, 과학내 소재는 가장 적게 사용되었다. 한국과 일본의 교과서에서는 다른 나라에 비해 적게 사용하고 있었다.

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새로운 SNR 추정방법을 이용한 적응 OFDM 시스템 (Adaptive OFDM System Employing a New SNR Estimation Method)

  • 김명익;안상식
    • 대한전자공학회논문지TC
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    • 제43권3호
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    • pp.59-67
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    • 2006
  • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 직렬로 입력되는 데이터 열을 N개 (부반송파의 수)의 병렬 데이터 열로 변환하여 서로 다른 주파수를 가지는 N개의 직교 부반송파로 변조시켜서 동시에 전송하기 때문에 스펙트럼 효율이 높으며 고속의 데이터 전송이 가능하다. 그러나, 모든 부반송파에 대해 같은 변조 방식을 이용하는 OFDM 시스템의 경우 심하게 페이딩 된 부채널의 비트오류율 (BER: Bit Error Rate)에 의해서 전체 시스템의 비트오류율이 결정되는 문제점을 안고 있다. 이 문제를 해결하여 시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 부채널 마다의 SNR (Signal to Noise power Ratio)을 추정하고 그 크기에 따라 부반송파의 변조 방식을 가변적으로 결정하는 적응 변조가 필요하다. 실제로 IEEE 802.11a의 경우 변조 방식에 따라 $6\sim54$ Mbps의 전송 속도를 가진다. SNR을 추정하기 위한 대표적인 방식인, 주파수 영역의 심볼을 이용하여 MSE (Mean Square Error)를 최소화하는 방법을 이용하는 직접추정 방식과 성상도상에서 수신된 복소값과 추정한 심볼값 사이의 RMS 에러를 이용하는 방식, 그리고 Viterbi 복호 과정에서 누적된 최소 거리 (Cumulative Minimum Distance)를 이용하는 방식에 대해서 비교 분석하고, 이를 통해 EVM 방식과 Viterbi 복호과정을 병행해서 사용하는 새로운 SNR 추정방법을 제안하며 이를 이용한 부반송파 적응 OFDM 시스템을 제안한다. 마지막으로, IEEE 802.11a의 기준에 근거하여 새로운 적응 OFDM 시스템의 성능향상을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다.

IEEE 802.16 기반의 무선 액세스 망에서 Unlicensed 대역 액세스 릴레이에 대한 설계 (Provision of a Novel Unlicensed Access Relay Station in IEEE 802.16-based Broadband Wireless Access Networks)

  • 최욱;손태식;최효현;이용
    • 대한전자공학회논문지TC
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    • 제44권10호
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    • pp.169-177
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    • 2007
  • 기존의 무선 액세스 기반의 이동 라우터들은 일반적으로 망에 대한 가입자의 연결을 공유하여 여러 사용자가 동시에 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 네트워크 주소 및 포트간 변환(NAPT) 기술을 기반으로 동작한다. 그러나 NAPT는 구조적으로 망에 대해 각 사용자가 보이지 않게 하는 사용자 기반의 연결공유 기술이 된다. 이 논문에서 우리는 서비스 제공자 기반의 wireless broadband unlicensed nomadic access relay station(WiNNERS)을 제안한다. 이 시스템은 와이브로 망 서비스 제공자가 비인가 대역 사용자에게 마치 자신의 망 가입자처럼 서비스를 제공할 수 있도록 하여 비즈니스 영역을 더욱 확장할 수 있게 한다. 또한 WiNNERS는 서비스 제공자가 망 쪽에서 비인가 대역 사용자의 각각을 직접 관리할 수 있는 능력을 제공한다. 이러한 직접적인 관리를 통하여 서비스 제공자는 비인가 대역 사용자에 대하여 융통성을 가지고 용이하게 QoS, 액세스 제어, 과금 등을 관리할 수 있게 될 것이다. WiNNERS는 비인가 대역 사용자를 구별하기 위해서, 와이브로 시스템에서 서비스 플로우 관리를 위해 정의된 연결식별자를 사용하여 각 사용자 단말로부터 망의 access control router(ACR)까지의 가상 터널을 구성한다. 이와 같은 방법을 사용하여, 제안하는 서비스 제공자 기반의 릴레이 스테이션은 최소한의 변경만으로 와이브로 시스템에 포함되어 언급한 기능들을 제공할 수 있게 된다.