딥러닝을 활용한 고대 수막새 이미지 분류 검토

김영현

doi:10.22755/kjchs.2024.57.3.24

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김영현 (한국전통문화대학교)

저널정보: 국립문화유산연구원 헤리티지:역사와 과학 헤리티지:역사와 과학 제57권 제3호

발행연도: 2024.9

수록면: 24 - 35 (12page)

DOI: 10.22755/kjchs.2024.57.3.24

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최근 의료, 제조, 자율주행, 보안 등 다양한 분야에서 인공지능과 컨볼루션 신경망 등 딥러닝 기술을 활용한 연구들이 활발하게 진행되고 있으며, 사회 전반에 적지 않은 영향을 미치고 있다. 본 연구 또한 이러한 흐름에 맞춰서 고고학 유물 분류에 딥러닝을 활용해 보았다. 즉, 연구는 고고학 조사를 통해 출토된 고대 수막새의 이미지 분류에 딥러닝 기술을 적용하는 초보적 시도로서, 고구려, 백제, 신라 시대의 수막새 이미지를 CNN 모델로 학습시켜 분류를 진행하였다. 고구려, 백제, 신라 수막새 이미지 각각 100장씩 총 300장을 기반으로 기본 데이터셋을 형성하였고, 데이터 증강 기법을 활용하여 4배를 증가시킴으로써 총 1,200장을 데이터셋으로 구축하였다. 사전 훈련된 EfficientNetB0 모델의 전이학습을 통하여 모델을 구축한 후, 5겹 교차검증을 실시한 결과 평균 학습 정확도 98.06%, 검증 정확도 97.08%를 기록하였다. 또한 학습된 모델을 240장의 테스트 데이터셋으로 성능을 평가한 결과, 최소 91% 이상의 높은 정확도로 삼국의 수막새 이미지를 시대별로 구분할 수 있음을 확인하였다. 특히 학습률 0.0001에서 정확도 92.92%, 정밀도 92.96%, 재현율 92.92%, F1 점수 92.93%로 가장 우수한 성능을 보였는데, 이는 다양한 학습률 설정을 통하여 과적합과 과소적합 문제를 방지함과 동시에 최적의 매개변수를 찾는 과정에서 이루어졌다. 본 연구의 결과는 한국 고고학 자료의 분류에 딥러닝 기술 활용 가능성을 확인했다는 점에서 의의가 있다고 생각된다. 또한 기존에 축적·제작된 ImageNet 데이터셋 및 파라미터가 고고 자료 분석에도 긍정적으로 적용할 수 있음을 확인하였다. 이러한 접근은 향후 고고학 데이터베이스 축적이나 활용, 박물관의 유물 분류 및 정리 등 다양한 방식의 모델을 창출할 수 있을 것이다.

Recently, research using deep learning technologies such as artificial intelligence, convolutional neural networks, etc. has been actively conducted in various fields including healthcare, manufacturing, autonomous driving, and security, and is having a significant influence on society. In line with this trend, the present study attempted to apply deep learning to the classification of archaeological artifacts, specifically ancient Korean roof-end tiles. Using 100 images of roof-end tiles from each of the Goguryeo, Baekje, and Silla dynasties, for a total of 300 base images, a dataset was formed and expanded to 1,200 images using data augmentation techniques. After building a model using transfer learning from the pre-trained EfficientNetB0 model and conducting five-fold cross-validation, an average training accuracy of 98.06% and validation accuracy of 97.08% were achieved. Furthermore, when model performance was evaluated with a test dataset of 240 images, it could classify the roof-end tile images from the three dynasties with a minimum accuracy of 91%. In particular, with a learning rate of 0.0001, the model exhibited the highest performance, with accuracy of 92.92%, precision of 92.96%, recall of 92.92%, and F1 score of 92.93%. This optimal result was obtained by preventing overfitting and underfitting issues using various learning rate settings and finding the optimal hyperparameters. The study’s findings confirm the potential for applying deep learning technologies to the classification ofKorean archaeological materials, which is significant. Additionally, it was confirmed that the existing ImageNet dataset and parameters could be positively applied to the analysis of archaeological data. This approach could lead to the creation of various models for future archaeological database accumulation, the use of artifacts in museums, andclassification and organization of artifacts.

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