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예종철 교수 연구팀, 삼성휴먼테크 논문대상 신호처리분야 금상 수상
우리 대학 김재철AI대학원 예종철 교수팀이 `확산모델 (diffusion model)의 사후 샘플링(posterior sampling)을 이용한 일반적인 역문제 해결 기법'으로 제 29회 삼성휴먼테크논문대상에서 신호처리 분야 금상을 수상했다고 밝혔다.
삼성휴먼테크논문대상은 과학기술 저변 확대와 과학 인재 양성을 위해 삼성전자가 1994년 제정한 논문상으로, 매년 2,000편 가량의 논문 중 서면 및 발표 심사를 거쳐 창의성, 논리성, 실용성, 발전성이 뛰어난 논문을 선정하여 수여되는 상이다.
바이오및뇌공학과 박사과정 졍형진, 김정솔 학생이 공동 1저자로 참여한 이 논문은, 확산 모델과 사후 샘플링을 결합하여 일반적인 역문제에 대한 새로운 관점과 해결방법을 제시하였고, 그 실용성과 독창성을 인정받아 대학부 신호처리 분야 수상작 7편 중 1위로 금상을 수상하였다.
역문제는 영상을 획득하는 과정에서 이미징 시스템의 특성과 잡음의 영향으로 망가진 측정값으로부터 실제 신호를 복원하는 문제로 정의된다. 이러한 문제는 영상 화질 개선부터 위상 복원을 통한 세포 구조 시각화와 같은 다양한 과학 분야에서 중요성과 실용성을 가지며, 수십 년간 지속적으로 연구되어 왔다. 과거의 인공지능 및 딥러닝 알고리즘은 이미징 시스템이 선형이며 잡음이 없는 경우를 가정하여 역문제를 효과적으로 해결하였으나, 이러한 가정은 현실 세계에서의 상황과 비교하여 훨씬 단순화된 형태였다.
이 연구에서는 처음으로 확산 모델을 이용해 사후 샘플링을 진행하는 방법으로 역문제를 해결하였는데, 이는 확산 모델이 생성하는 중간 이미지로 측정값을 근사하고, 실제 측정값과의 차이가 줄어들도록 중간 이미지를 보정하는 방식으로 구현된다.
이를 통해 이미징 시스템이 선형 및 비선형인 경우, 그리고 이미징 시스템에서 흔히 발생하는 가우시안 잡음과 푸아송 잡음이 존재하는 경우에 대한 일반적인 역문제 해결이 가능함을 입증하였다. 나아가 개발된 기술은 여러 종류의 역문제에 대한 개별적 학습을 필요로 하지 않는 특성을 가지며, 이는 논문의 실용성을 높이고, 이전의 연구들과 차별성을 지니게 한다.
정형진, 김정솔 바이오및뇌공학과 박사과정 학생은 “큰 규모의 논문대회에서 연구의 내용을 인정받아 기쁘고, 좋은 논문을 작성할 수 있도록 지도해주신 예종철 교수님께 감사하다” 고 소감을 밝혔다. 또한, 알고리즘의 성능과 효율성을 높이는 연구를 이어나가 역문제의 해결이 필요한 다양한 과학 분야들에 기여하고 싶다는 희망을 전했다.
논문명: Diffusion Posterior Sampling for General Noisy Inverse Problems
2023.11.07 조회수 2668 -
장호종 교수 연구팀, ISIITA 2020 최우수 논문상 수상
우리 대학 IT융합연구소 장호종 교수 연구팀의 논문이 2020년 2월 12일부터 베트남 톤둑탕 대학교(Ton Duc Thang University)에서 열린 정보 기술 및 응용 분야 혁신에 관한 국제 심포지엄(ISIITA 2020 : The International Symposium on Innovation in Information Technology Application 2020)에서 최우수 논문상을 받았다.
ISIITA는 정보통신, 바이오 과학기술, 컴퓨터시스템 등 여러 분야의 선도하는 연구자들이 모여 기술의 융합에 대해 교류하는 네트워킹 심포지엄으로, 장호종 교수팀은 이번 심포지엄에서 ‘A Study of Single Photon Counting System for Quantitative Analysis of luminescence’라는 논문으로 최우수 논문상을 받았다.
수상한 논문은 소변을 이용한 간단한 화학반응 검사로 체내 나트륨과 칼륨을 검출할 수 있는 시스템의 핵심인 실리콘 광증배소자(Silicon Photomultiplier)의 신호처리 시스템을 구현하는 내용을 담고 있다.우리 체내에 일정량 이상의 나트륨과 칼륨이 과다 상태가 되면 고혈압, 심혈관계질환, 신장 손상을 일으킬 수 있다. 이번 연구에서 연구팀은 소변을 통해 배출되는 나트륨과 칼륨을 정량화하는 핵심 기술을 개발했다. 시약을 소변에 주입하면 화학반응에 의해 매우 적은 양의 발광이 일어나는데 이때 나트륨과 칼륨이 많으면 화학반응을 방해하면서 발광이 줄어들게 된다. 이 측정 방법의 핵심은 매우 미세하게 발광하는 빛의 세기를 수치화하는 것이다. 장호종 교수팀은 광증배소자를 이용해 화학발광을 측정하는 시스템을 개발했다.
장호종 교수는 "개발된 신호처리 시스템을 활용해 흡수된 나트륨과 칼륨의 양을 손쉽고 빠르게 측정할 수 있게 돼 나트륨과 칼륨 과다 섭취에 의한 질병들을 예방하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대한다"라고 말했다. 신호처리 시스템 설계의 핵심 연구를 진행한 한병훈 연구원은 "개발한 기술을 바탕으로 휴대전화처럼 누구나 가지고 다니며 사용할 수 있을 정도로 소형화하기 위한 연구에 집중할 계획이다" 라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 선행공정·플랫폼기술연구개발사업(2015M3A7B7045525)의 지원을 받아 수행됐다.
2020.02.19 조회수 7879 -
예종철 교수, 국제전기전자학회 석학회원 선임
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 국제전기전자학회(IEEE) 석학회원(Fellow)에 선임됐다.
국제전기전자학회(IEEE)는 지난 1일 학회 홈페이지를 통해 바이오 의료영상 분야 신호처리와 인공지능 기술에 대한 공로를 인정해 국제전기전자학회 신호처리 소사이어티(IEEE Signal Processing Society)의 추천을 받아 예종철 교수를 석학회원에 선임했다고 밝혔다.
전기 전자 분야 세계 최대 학회인 국제전기전자학회는 연구 업적이 특히 뛰어난 최상위 0.1% 내 회원을 석학회원으로 선정한다.
예종철 교수는 국제전기전자학회 산하 학술지를 포함한 의료영상 분야의 세계적 학술지에 100여 편의 국제 논문을 발표했고, 국제자기공명의과학회(ISMRM:International Society for Magnetic Resonance Imaging) 연례 학회에서 의료 인공지능에 관한 기조 강연을 하는 등 이 분야에서 세계적인 실력자로 권위를 인정받고 있다.
특히 2004년 부임한 이후 독자적으로 연구한 결과들을 국제적으로 인정받아 석학회원에 선임됨으로써 그 의미를 더했다.
예 교수는 이밖에 국제전기전자학회 신호처리 소사이어티의 계산영상학(Computational Imaging) 기술위원회에서 차기 의장으로, 미국 아이오와주에서 개최되는 2020년 국제전기전자학회 의료영상심포지움(IEEE Symposium on Biomedical Imaging: ISBI) 의장으로 각각 임명되는 등 영상 분야의 세계적인 학회를 이끌어 가고 있다.
예 교수는 “의료영상에서 인공지능의 중요성이 나날이 커지고 있는 상황에서 이 분야의 공헌을 국제적으로 인정받아 석학회원이 되었다는 점에서 자부심을 느낀다”라고 말했다.
2019.12.10 조회수 7728 -
김용대 교수, 대테러 방지용 안티 드론 기술 개발
〈 (오른쪽 위부터 시계방향으로) 김용대 교수, 권유진, 노주환, 신호철, 김도현 박사과정 〉
우리 대학 전기및전자공학부 김용대 교수 연구팀이 위조 GPS 신호를 이용해 드론의 위치를 속이는 방식으로 드론을 납치할 수 있는 안티 드론 기술을 개발했다.
이 기술은 긴급 상황에서 급격한 방향 변화 없이도 드론이 원하는 방향으로 안전하게 움직이도록 유도할 수 있어 테러 등의 목적을 가진 위험한 드론에 효과적으로 대응할 수 있다.
이번 연구성과는 ‘ACM 트랜잭션 온 프라이버시 & 시큐리티(ACM Transactions on Privacy and Security, TOPS)’ 저널 4월 9일 자에 게재됐다. (논문명 : Tractor Beam: Safe-hijacking of Consumer Drones with Adaptive GPS Spoofing)
드론 산업이 발전하며 수색, 구조, 방재 및 재해 대응, 택배와 정찰 등 다양한 영역에서 드론이 활용되면서 한편으로는 사유지와 주요시설 무단 침입, 안전과 보안 위협, 사생활 침해 등의 우려 또한 커지고 있다.
이에 따라 드론 침투를 탐지하고 대응하는 안티 드론 산업 급성장하고 있다. 현재 공항 등 주요시설에 구축되고 있는 안티 드론 시스템들은 방해 전파나 고출력 레이저를 쏘거나 그물로 포획해 드론을 무력화시키는 방식이다.
그러나 테러를 목적으로 폭발물이나 무기를 장착한 드론은 사람들과 주요시설로부터 즉시 안전거리를 확보한 뒤 무력화해야 피해가 최소화될 수 있다. 예를 들어 공항에서 무단 침입한 드론을 단순 방해 전파로 대응하면 드론을 못 움직이게 할 수는 있지만 한 자리에 계속 떠 있게 돼 비행기의 이착륙이 긴 시간 중단될 수 있다.
이렇듯 위험한 드론을 발견하는 즉시 안전하게 원하는 방향으로 격리할 수 있는 새로운 안티 드론 기술의 필요성이 커지고 있다.
김 교수 연구팀은 위조 GPS 신호를 이용해 드론의 위치를 속이는 방식으로 드론을 납치할 수 있는 안티 드론 기술을 개발했다.
위조 GPS 신호를 통해 드론이 자신의 위치를 착각하게 만들어서 정해진 위치나 경로로부터 드론을 이탈시키는 공격 기법은 기존 연구를 통해 알려진 바 있다. 그러나 이러한 공격 기법은 GPS 안전모드가 활성화되면 적용할 수 없다는 문제가 있다.
GPS 안전모드는 드론이 위조 GPS 신호로 인해 신호가 끊기거나 위치 정확도가 낮아지면 드론의 안전을 보장하기 위해 발동되는 일종의 비상 모드로 모델이나 제조사에 따라 제각각이기 때문이다.
연구팀은 디제이아이(DJI), 패롯(Parrot) 등 주요 드론 제조업체의 드론 GPS 안전모드를 분석하고 이를 기준으로 드론의 분류 체계를 만들어 각 드론 유형에 따른 드론 납치 기법을 설계했다.
이 분류 체계는 거의 모든 형태의 드론 GPS 안전모드를 다루고 있어 모델, 제조사와 관계없이 GPS를 사용하고 있는 드론이라면 보편적으로 적용할 수 있다. 연구팀은 실제 총 4종의 드론에 개발한 기법을 적용했고, 그 결과 작은 오차범위 안에서 의도한 납치 방향으로 드론을 안전하게 유도할 수 있음을 입증했다.
김 교수는 “기존 컨슈머 드론들은 GPS 안전모드를 갖추고 있어 위조 GPS 공격으로부터 안전한 것처럼 보이나 초보적인 방법으로 GPS 오류를 감지하고 있어 대부분 우회가 가능하다”라며 “특히 드론 불법 비행으로 발생하는 항공업계와 공항의 피해를 줄이는데 기여할 수 있을 것이다”라고 말했다.
연구팀은 기술이전을 통해 기존 안티 드론 솔루션에 연구팀이 개발한 기술을 적용하는 방식으로 상용화에 나설 계획이다.
이번 연구는 방위사업청의 광운대학교 초소형무인기 전술신호처리 특화연구실과 국방과학연구소의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. PC로 부터 위조 GPS 전파를 생성하여 지향성 안테나를 이용해 드론에 신호를 주입하는 실험환경
2019.06.05 조회수 13872 -
예종철 교수, 인공지능 블랙박스의 원리 밝혀
〈 예종철 교수, 한요섭 연구원, 차은주 연구원 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 석좌교수 연구팀이 인공지능의 기하학적인 구조를 규명하고 이를 통해 의료영상 및 정밀분야에 활용 가능한 고성능 인공신경망 제작의 수학적인 원리를 밝혔다.
연구팀의 ‘심층 합성곱 프레임렛(Deep Convolutional Framelets)’이라는 새로운 조화분석학적 기술은 인공지능의 블랙박스로 알려진 심층 신경망의 수학적 원리를 밝혀 기존 심층 신경망 구조의 단점을 보완하고 이를 다양하게 응용 가능할 것으로 기대된다.
예종철 석좌교수가 주도하고 한요섭, 차은주 박사과정이 참여한 이번 연구는 응용수학 분야 국제 학술지 ‘사이암 저널 온 이매징 사이언스(SIAM Journal on Imaging Sciences)’ 4월 26일자 온라인 판에 게재됐다.
심층신경망은 최근 폭발적으로 성장하는 인공지능의 핵심을 이루는 딥 러닝의 대표적인 구현 방법이다. 이를 이용한 영상, 음성 인식 및 영상처리 기법, 바둑, 체스 등은 이미 사람의 능력을 뛰어넘고 있으며 현재 4차 산업혁명의 핵심기술로 알려져 있다.
그러나 이러한 심층신경망은 그 뛰어난 성능에도 불구하고 정확한 동작원리가 밝혀지지 않아 예상하지 못한 결과가 나오거나 오류가 발생하는 문제가 있다. 이로 인해 ‘설명 가능한 인공지능(explainable AI: XAI)’에 대한 사회적, 기술적 요구가 커지고 있다.
연구팀은 심층신경망의 구조가 얻어지는 고차원 공간에서의 기하학적 구조를 찾기 위해 노력했다. 그 결과 기존의 신호처리 분야에서 집중 연구된 고차원 구조인 행켈구조 행렬(Hankel matrix)을 기저함수로 분해하는 과정에서 심층신경망 구조가 나오는 것을 발견했다.
행켈 행렬이 분해되는 과정에서 기저함수는 국지기저함수(local basis)와 광역기저함수(non-local basis)로 나눠진다. 연구팀은 광역기저함수와 국지기저함수가 각각 인공지능의 풀링(pooling)과 필터링(filtering) 역할을 한다는 것을 밝혔다.
기존에는 인공지능을 구현하기 위한 심층신경망을 구성할 때 구체적인 작동 원리를 모른 채 실험적으로 구현했다면, 연구팀은 신호를 효과적으로 나타내는 고차원 공간인 행켈 행렬를 찾고 이를 분리하는 방식을 통해 필터링, 풀링 구조를 얻는 이론적인 구조를 제시한 것이다.
이러한 성질을 이용하면 입력신호의 복잡성에 따라 기저함수의 개수와 심층신경망의 깊이를 정해 원하는 심층신경망의 구조를 제시할 수 있다.
연구팀은 수학적 원리를 통해 제안된 인공신경망 구조를 영상잡음제거, 영상 화소복원 및 의료영상 복원 문제에 적용했고 매우 우수한 성능을 보임을 확인했다.
예종철 교수는 “시행착오를 반복해 설계하는 기존의 심층신경망과는 달리 원하는 응용에 따라 최적화된 심층신경망구조를 수학적 원리로 디자인하고 그 영향을 예측할 수 있다”며 “이 결과를 통해 의료 영상 등 설명 가능한 인공지능이 필요한 다양한 분야에 응용될 수 있다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업(도약연구) 및 뇌과학원천기술사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 수학적인 원리를 이용한 심층신경망의 설계 예시
그림2. 영상잡음제거 결과
그림3. 영상에서 80% 화소가 사라진 경우 인공신경망을 통해 복원한 결과
2018.05.10 조회수 16339 -
조성환 교수 연구팀, IEEE 최우수 논문상 수상
전기 및 전자공학과 조성환 교수(35)팀이 지난 5월 ‘여러개의 전압제어 발진기를 이용한 시간기반 대역통과 아날로그 디지털 변환기" 라는 논문으로 "IEEE 회로 및 시스템 저널"로부터 2009년 최우수 논문상을 수상했다고 밝혔다.
이 상은 회로이론 분야의 최고 권위의 국제 학술지(IEEE Transactions on Circuits and Systems)에 게재된 논문 350여편 중 가장 우수한 논문에 주어진다. 한국에서 이 상을 받기는 42년 만에 처음이다.
이 논문은 시간영역 신호처리기법을 도입하여 무선 단말기의 안테나를 통해 수신된 고주파 신호를 바로 디지털 신호로 변환하는 회로 구조와 이론적 분석을 제시해 주목 받았다. 윤영규(23), 김재욱(25), 장태광(26)연구원과 조성환 교수가 이 논문을 공저했다.
조 교수는 “고주파 아날로그 신호를 여러 단계를 거치지 않고 용이하게 디지털 신호로 변환해주어 차세대 무선 단말기의 새로운 발전방향을 제시했다는데 그 의미가 있다”고 말했다.
2009.06.05 조회수 19988 -
中國 5개 명문대학과 국제 공동연구 워크샵 개최
최근 수행중인 IT분야 첨단 연구성과 成功的 발표
한-중 최고 명문대학 공동연구를 통한 IT 인력교류 활성화 기대
“제3회 KAIST-LG-中國 명문 5개대학 국제공동연구 워크샵”이 LG전자(대표이사 김쌍수)와 공동으로 개최되었다.
지난 25일, 중국 상해에서 개최된 이번 워크샵에서는 KAIST와 中國 대학들이 최근 수행하고 있는
IT 분야 첨단 연구 성과들을 발표했다. KAIST는 ▲차세대 휴대전화를 위한 3D Multimedia(멀티미
디어) SoC 연구 ▲시변화 시스템상의 MIMO(다중입출력) 수신기 구조 를, 中國 칭화대는 ▲차세대
휴대전화의 핵심 기술인 무선 휴대전화기 구조(Wireless Phone Architecture)와 안테나 ▲영상 전
화기용 H.264 알고리즘 연구 결과 등을 각각 발표하였다.
KAIST는 전기전자공학과 IT분야 핵심 교수들을 중심으로 中國 대학과 국제 공동 연구를 활발하게
수행해 왔다. 전기전자 이용훈교수는 북경대와 “통신신호처리 알고리즘 연구 및 구현”을 유회준
교수는 시안교통대, 전자과기대와 “응용프로세서(Application processor)를 포함하는 휴대폰용
SoC 개발”을 공동 연구 중에 있다.
中國은 정부 차원에서 IT 산업에 대해 5년에 걸쳐 약 2백55조원 규모의 막대한 지원을 하고 있으
며, 매년 5천만명 이상이 이동 통신에 신규 가입을 하고 있다. 이런 中國 IT 산업의 미래를 봤을
때, 이번 공동 연구 프로젝트를 통한 현지 특화기술확보 및 IT 인력 교류 활성화 등의 파급 효
과가 클 것으로 전망된다.
또한, 한-중 최고 IT 명문 대학과의 공동연구에 참여한 LG전자는 미래 휴대폰 기술 확보와 중국
시장에 적합한 기술을 조기에 개발할 수 있는 토대를 마련했으며, 中國 최고 인재를 직접 채용할
수 있는 계기가 되었다.
KAIST 유회준(柳會峻, 45)교수는 "한국과 中國은 단순한 관계가 아닌 IT의 미래를 개척하는 동반
자 관계" 라며, "통신 기술에서 세계 최고의 경쟁력을 유지하고 있는 한국과 中國 교수들이 만나
차세대 통신기술의 발전방향과 표준화 등 관련 산업분야에 적용 방안을 논의한 의미 있는 자리였
다."고 밝혔다.
한편, 이번 학회에 참석한 중국 명문 5개 대학은 칭화대(淸華大/북경), 베이징대(北京大/북경),
복단대(復旦大/상해), 전자과기대(電子科技大/성도), 시안교통대(西安交通大/서안)로 중국 내에
서 이동통신 단말분야의 우수 기술과 최고의 인재를 확보하고 있는 대학이다.
2005.12.01 조회수 18573 -
KAIST-LG-중국명문 5개대 국제 워크샵(중국북경)
KAIST와 LG전자가 중국 최고 명문 대학들과 함께 최첨단 IT 학회를 개최했다.
KAIST(총장 로버트 러플린)가 주최하고 LG 전자㈜가 주관하는 제1회 KAIST-LG-중국 명문 5개대 국제 공동연구 워크샵이 11월 19일(금), 중국 북경 곤륜(Kunlun) 호텔에서 개최됐다.
KAIST 전자전산학과 이용훈(李勇勳, 49, 학과장) 교수를 비롯, 박현욱(朴玄旭, 45), 유회준(柳會峻, 44), 김정호(金禎浩, 43) 교수 등과 30여명의 대학원생이 참여하고 중국에서는 칭화대(북경), 북경대(북경), 복단대(상해), 전자과기대(성도), 시안교통대(서안) 등 5개 대학의 교수 14명과 150여명의 학생들이 참여한다. KAIST는 중국 내 이동 통신 단말기 분야의 우수기술과 최고 인재를 확보하고 있는 이들 명문 대학들과 지난 6월 국제협약을 체결, IT분야 핵심 교수들이 공동연구에 참여중이다.
이용훈 교수는 통신 신호처리 알고리즘 연구 및 구현을 주 연구분야로 북경대와 공동 연구중이고, 유회준 교수는 시안교통대, 전자과기대와 응용프로세서를 포함하는 휴대폰용 SoC 개발을 연구하는 등 KAIST와 중국 대학이 분야에 따라 연계하여 공동 연구를 진행 중이다.
KAIST 유회준 교수는 “한국과 중국은 단순한 관계가 아닌 IT의 미래를 개척하는 동반자 관계”이며 “이번 행사는 통신기술에서 세계 최고의 경쟁력을 유지하고 있는 한국과 중국 교수들이 만나 토론의 장을 마련한 것 자체에 큰 의미가 있다.”고 말했다.
한편, 공동연구사업에 함께 참여중인 LG전자는 한-중 최고 명문 대학간 공동연구를 통해, 미래 휴대폰 기술 확보, 중국 시장에 적합한 기술개발 토대마련, 그리고 중국 최고인재를 채용할 수 있는 계기를 마련한 것으로 판단하고 있다.
중국 정부의 IT 산업에 대한 5년에 걸친 약 255조원 규모의 강력한 지원과, 매년 5000만명 이상이 이동 통신에 신규 가입하고 있는 중국 IT 산업의 향후를 생각할 때, 이번 공동 연구 프로젝트를 통해 이루어질 현지 특화기술확보, IT 인력 교류 활성화 등의 파급 효과는 더욱 클 것으로 기대된다.
또한 이번 행사에는 중국 신식산업부 과학기술사 한쭌(韓俊, 한준) 부사장, 중국전자산업협회 뤼우홍쿤(洪昆, 류홍곤) 부회장, 중국전자공업표준화기술협회 왕취엔잉(王全英, 왕전영) 부회장, 중국신식산업부 짱웨이(장유)처장 등을 초청, 중국의 정보통신 기술 현황과 산업발전동향, 한-중간 기술정보교류 활성화에 관한 연설도 진행된다.
2004.11.23 조회수 23808