먼저 알아야 할 것
- 필요한 사전 지식: 초월 함수의 미분·적분, 기초 확률통계, 푸리에 급수·변환, C/C++ 프로그래밍. 이 과목은 이것들을 따로 가르치지 않는다.
- 파동, 이미지, 모양 맞추기 부분에서 바로 쓰는 다른 과목 문서:
- 복소수의 극형식과 오일러 공식 (공학수학 대학수학)
- 공분산과 상관계수 (공학수학 확률과 통계)
- 단위 임펄스와 단위 계단, 컨벌루션 합, 컨벌루션 적분 (3-1학기 신호 및 시스템)
- 뉴런의 연산 모형, 퍼셉트론, 삼색 이론, 조건등색에는 선형대수(행렬 곱, 역행렬, 영공간)를 쓴다.
과목 소개와 들어가기
읽기 전에
- 사람과 컴퓨터가 “대화”하려면 가운데에 무엇이 있어야 할까? 그것이 하는 일을 한 문장으로 추측해 보라. → 휴먼 인터페이스 미디어
- 사람 눈과 귀가 못 느끼는 부분을 데이터에서 버려도 될까? 어떤 기술이 그렇게 할까? → 휴먼 인터페이스 미디어
| 번호 | 개념 | 한 줄 | 개념 코드 | 연습 |
|---|---|---|---|---|
| 01 | 휴먼 인터페이스 미디어 | 사람의 자극과 컴퓨터의 수치·코드를 서로 바꾸는 매체 | — | — |
떠올려 보기: 노트를 닫고 휴먼 인터페이스 미디어의 그림을 그린 뒤, 이 과목이 다루는 두 갈래(사람 감각의 특성, 자극을 데이터로 바꾸기)와 다루지 않는 것을 써 본다.
사람의 지각
읽기 전에
| 번호 | 개념 | 한 줄 | 개념 코드 | 연습 |
|---|---|---|---|---|
| 02 | 지각 | 감각은 수용, 지각은 신호를 골라 정리하고 해석하는 능동적 처리 | — | — |
| 03 | 지능 시스템 | 사람처럼/이성적으로 × 생각/행동의 네 관점. 기호주의와 연결주의 | — | — |
| 04 | 뉴런과 신호 전달 | 수용기가 자극을 전기로, 시냅스가 화학으로 넘김. 휴지 전위 −70 mV | — | — |
| 05 | 발화율 부호화 | 세기는 스파이크 크기가 아니라 빈도. 불응기 1 ms로 상한 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 06 | 흥분성과 억제성 시냅스 | 문턱 쪽으로 올리는 흥분, 멀어지게 내리는 억제 | — | — |
| 07 | 뉴런의 연산 모형 | \(a(A\mathbf{x} + \mathbf{b})\). 활성 함수가 없으면 층을 쌓아도 한 층 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 08 | 퍼셉트론 | 가중 합 + 문턱, 틀리면 가중치 수정. 선형 분리만 가능, XOR 불가 | 구현 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 09 | 뉴런의 수렴 | 모으면 약한 신호에 민감해지고 위치를 잃음 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | 뉴런 수렴 모델링 연습 |
| 10 | 중심-주변 길항 | 가운데 흥분·둘레 억제. 고른 빛보다 경계에 반응하는 대역 통과 필터 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 · 그림2 | — |
떠올려 보기: 노트를 닫고 자극 → 수용기 → 뉴런 → 시냅스의 흐름, 세기를 싣는 방법, 수렴 세 회로의 반응 그래프를 그린 뒤, 이 셋이 연산 모형 \(a(A\mathbf{x} + \mathbf{b})\)의 어느 부분이 되는지 이어 본다.
사람의 시각
읽기 전에
| 번호 | 개념 | 한 줄 | 개념 코드 | 연습 |
|---|---|---|---|---|
| 11 | 파동과 빛 | 진폭·주파수·위상. 청각은 1차원 시간, 시각은 2차원 평면 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 12 | 이미지 함수 | \(i(x, y)\), 컬러는 세 채널 벡터, 윤곽선은 \(\nabla i\) | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 13 | 휘도와 조도 | 조도는 떨어지는 빛, 휘도는 되돌아오는 빛. 대비는 조명과 무관 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 14 | 눈의 구조 | 카메라와 닮았지만 센서가 고르지 않고 스스로 가공함 | — | — |
| 15 | 간상체와 추상체 | 간상체는 어둠·흑백, 추상체는 밝음·색. 중심와에는 추상체만 | 검증 | — |
| 16 | 삼색 이론 | 색은 세 추상체 반응의 조합. 원색 셋으로 맞추되 못 만드는 색이 있음 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 · 그림2 | — |
| 17 | 조건등색 | 스펙트럼이 달라도 세 반응이 같으면 같은 색. 영공간 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | 조건등색 예제 사다리 |
| 18 | 측면 억제 | 이웃을 빼서 경계를 강조. 마하 띠 80·88·8·16, 헤르만 격자 60 대 76 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | 측면 억제 예제 사다리 |
| 19 | 반대색 과정 | 빨강-초록, 파랑-노랑, 흰-검 짝을 +와 −로. 잔상 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 20 | 삼색 이론과 반대색 과정 비교 | 가르는 질문: 세 반응의 크기만으로 정해지는가, 짝의 차이가 필요한가 | — | — |
| 21 | 양안 시차 | 두 눈 상의 차이로 깊이. 가까울수록 크고 멀면 급히 줄어듦 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 · 그림2 | — |
| 22 | 시각 경로 | 망막 → LGN → 시각 피질. LGN은 피드백을 받아 조절 | — | — |
점묘법은 삼색 이론이 먼저 필요해 조건등색에서 다룬다.
떠올려 보기: 노트를 닫고 빛이 눈에 들어와 시각 피질에 닿기까지를 한 줄로 그린 뒤, 그 길 위에서 색(삼색 → 반대색), 밝기(측면 억제), 깊이(양안 시차)가 각각 어디서 처리되는지 표시해 본다.
파동의 표현
읽기 전에
- 편광 선글라스는 빛에 쓰는데, 소리에도 “편광 귀마개”를 만들 수 있을까? → 종파와 횡파
- 사인파의 높이 하나만 보고 그 파동이 올라가는 중인지 내려가는 중인지 알 수 있을까? → 파동의 복소수 표현
| 번호 | 개념 | 한 줄 | 개념 코드 | 연습 |
|---|---|---|---|---|
| 23 | 종파와 횡파 | 소리는 나아가는 방향으로, 빛은 수직으로 흔들림. 빛은 2차원이라 편광 | 그림 코드 · 그림1 | — |
| 24 | 파동의 복소수 표현 | 원 위를 도는 점 \(Ae^{i(2\pi t/T + \phi)}\). 사인은 그 그림자 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
떠올려 보기: 노트를 닫고 원 위를 도는 점과 그 그림자 사인파를 그린 뒤, \(A\), \(T\), \(\phi\)가 그림의 어디인지 표시하고 \(Ae^{i(2\pi t/T + \phi)}\)의 실수부·허수부를 적어 본다.
이미지의 표현
읽기 전에
- 풀HD 동영상을 압축 없이 보내면 초당 몇 비트쯤일까? 방송 회선(약 19 Mbps)과 비교하면? → 디지털 이미지
- 사진 데이터를 25%만 남겨야 한다면 픽셀 일부와 낮은 주파수 중 무엇을 남기겠는가? → 해상도와 공간 주파수
- 둥근 판을 “가로 모양 × 세로 모양”으로 쓸 수 있을까? → 2차원 함수
| 번호 | 개념 | 한 줄 | 개념 코드 | 연습 |
|---|---|---|---|---|
| 25 | 디지털 이미지 | 픽셀 배열과 밝기 양자화. \(b\)비트면 \(2^b\)단계, 풀HD는 초당 약 3 Gbps | 검증 | — |
| 26 | 해상도와 공간 주파수 | 픽셀 \(N\)개의 최대 공간 주파수 \(N/2\). 낮은 주파수에 모양, 높은 주파수에 질감 | 검증 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 27 | 2차원 함수 | 사각·원판·델타·그리드. 사각은 분리 가능, 원판은 극좌표로 | 검증 | — |
떠올려 보기: 노트를 닫고 이미지 → 픽셀 배열 → 양자화 → 데이터의 흐름을 그린 뒤, 각 단계에서 무엇을 잃는지(위치의 세밀함, 밝기의 세밀함)와 픽셀 \(N\)개의 최대 공간 주파수를 적어 본다.
모양 맞추기
읽기 전에
- 모양은 같고 전체 밝기만 다른 두 사진의 평균 제곱 차이는 클까 작을까? → 모양의 비슷함 재기
- 틀을 옮기며 곱해 더한 값이 가장 큰 곳이 늘 틀과 같은 무늬일까? → 교차 상관
- 3×3 평균 필터를 쓸 때 커널을 180° 돌리든 안 돌리든 결과가 같은 이유는? → 교차 상관과 합성곱 비교
| 번호 | 개념 | 한 줄 | 개념 코드 | 연습 |
|---|---|---|---|---|
| 28 | 모양의 비슷함 재기 | 평균 제곱 차이는 밝기에 흔들림. 평균 빼고 표준편차로 나눈 상관계수로 | 검증 | — |
| 29 | 교차 상관 | 틀을 옮기며 겹친 값의 곱을 더함. 패턴 찾기에는 정규화 | 구현 · 그림 코드 · 그림1 | — |
| 30 | 교차 상관과 합성곱 비교 | 가르는 질문: 옮기기 전에 뒤집는가 | 검증 | — |
| 31 | 2차원 합성곱 | 커널을 180° 돌려 창처럼 밀며 곱해 더함. 흐리기·미분·옮기기 | 구현 · 그림 코드 · 그림1 | 합성곱 연습 · 문제 코드 p2 · 문제 코드 p4 · 문제 코드 p5 · 문제 코드 p7 |
떠올려 보기: 노트를 닫고 비슷함을 재는 방법을 차례로(평균 차이 → 평균 제곱 차이 → 상관계수 → 교차 상관 → 합성곱) 쓰고, 각 방법이 앞 방법의 어떤 문제를 고쳤는지 한 줄씩 붙인다.
다른 과목과의 연결
- 브리지 문서는 아직 없다. 후보는
_시스템/작업 기록.md에 있다. - 다른 과목 문서의
과목별 관점에 이 과목의 시각을 붙였다: 오일러 공식, 공분산과 상관계수, 신호의 에너지와 전력, 컨벌루션 적분, 영상의 경계 검출과 평활화
흐름
graph TD
n01["01 휴먼 인터페이스 미디어"]
n02["02 지각"]
n03["03 지능 시스템"]
n04["04 뉴런과 신호 전달"]
n05["05 발화율 부호화"]
n06["06 흥분성과 억제성 시냅스"]
n07["07 뉴런의 연산 모형"]
n08["08 퍼셉트론"]
n09["09 뉴런의 수렴"]
n10["10 중심-주변 길항"]
n11["11 파동과 빛"]
n12["12 이미지 함수"]
n13["13 휘도와 조도"]
n14["14 눈의 구조"]
n15["15 간상체와 추상체"]
n16["16 삼색 이론"]
n17["17 조건등색"]
n18["18 측면 억제"]
n19["19 반대색 과정"]
n20["20 삼색 이론과 반대색 과정 비교"]
n21["21 양안 시차"]
n22["22 시각 경로"]
n23["23 종파와 횡파"]
n24["24 파동의 복소수 표현"]
n25["25 디지털 이미지"]
n26["26 해상도와 공간 주파수"]
n27["27 2차원 함수"]
n28["28 모양의 비슷함 재기"]
n29["29 교차 상관"]
n30["30 교차 상관과 합성곱 비교"]
n31["31 2차원 합성곱"]
n01 --> n02
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n11 --> n16
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n15 --> n18
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n06 --> n19
n16 --> n20
n19 --> n20
n14 --> n21
n14 --> n22
n04 --> n22
n11 --> n23
n23 --> n24
n12 --> n25
n25 --> n26
n11 --> n26
n12 --> n27
n25 --> n28
n28 --> n29
n29 --> n30
n27 --> n31
n30 --> n31