06-8 애매모호한 이미지에 대한 인간 시지각의 XOR 논리처리 특성과 뉴럴네트워크

같은 대상을 보고 서로 다른 이미지로 인식하게 되는 흥미로운 사례를 살펴보자. 당신은 위 그림에서 검은 색 두 대머리가 마주 보고 있다는 것을 인식할 수 있는가? 아니면 가운데 백색의 와인 잔을 인식할 수 있나요? 어느 것으로 인식이 되더라도 당신의 시지각 기능은 정상이다.

만약 두 종류의 대상이 동시에 인식되나요? 녜 안 된다면? 그래도 당신은 정상이다.
녜 된다면? 굉장히 이상스러운(weird, awesome) 결과로 보인다. 혹 외계인이 피가 섞인 것은 아닐까?

재미있는 점은 시지각 능력이 백색 잔인지 두 대머리인지 동시에 인식하기가 어렵다는 점이다. 즉 “모 아니면 도“ 방식으로 인식된다는 점이다. 그러한 측면에서 보면 사람의 시지각 기능은 아날로그성이라기 보다는 디지털한 경향이 강한 듯하다.

위 그림에서처럼 하나의 이미지에 2개의 오브젝트가 들어 있는 문제를 논리 문제로 풀어 보도록 하자. 입력 x를 오브젝트 와인잔, 입력 y를 오브젝트 대머리로 설정하자. 그 다음 우리의 시지각 NN 에 입력해 보자 출력 결과는 x 나 y 둘 중의 하나가 참으로 인식이 된다. 우리의 시지각 NN 의 출력이 와인잔도 아니고 대머리도 아닌 경우는 거짓으로 볼 수밖에 없다. 아울러 이 이미지가 동시에 와인잔과 대머리가 될 수는 없으므로 이는 결국 거짓을 뜻하게 된다.

즉 인간의 시지각에서는 배타논리(XOR) 처리가 이루어진다고 보아도 될 것 같다. 즉 인간의 시지각 인식구조가 NN 스타일이라는 반증으로 볼 수 있다. 만약 이 문제에서 이 이미지가 와인잔이거나 두 대머리라고 지각할 수도 있으면 그것은 OR 논리가 될 것이며 반면에 와인잔이면서도 두 대머리라고만 지각할 수 있으면 AND 논리가 되는 것이다.

꼭 이미지뿐만 아니라 상당히 애매해 보이는 일반적인 논리 문제를 판단함에 있어서도 흑백 양비론 또는 양자 택일로 의견이 갈리는 경우가 많은데 인간의 인식과정에 배타논리(XOR)적인 면이 포함되어 있다는 의미이다.

고려말 정권 교체기의 이 방원이 정몽주를 회유하는 과정에서 읊은 시조에 의하면 “이런들 어떠하리 저런들 어떠하리...”에 대응하여 정몽주의 “ 일편단심 변함없다” 라는 논리를 주장하다가 피살되었는데 잘 살펴보면 둘 다 XOR 논리를 피력했음을 알 수 있다.

참고로 이미지 인식 문제는 이미 오래 전 1957년 Rosenblatt 시절부터 머신러닝 분야의 주제로 너무나 잘 알려져 왔다. 하지만 1969년에 Rosenblatt 이 시연했던 퍼셉트론이 AND OR 논리 문제를 다룰 수 있으나 XOR 논리를 다루지 못한다는 점이 지적되었고 그로부터 사람의 뉴론 구조를 흉내낸 Neural Network 즉 NN를 풀기 위한 노력을 경주해 왔으며 지금의 Deep Learning 시대에서 판단해 보면 어느 정도 성과를 거두고 있다고 할 것이다.