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학술논문한국산학기술학회논문지2025.07 발행

해양 생태계 모니터링을 위한 YOLOv8 기반 어류 탐지 AI 모델 개발 및 개인정보 보호 기법 적용

Development of a YOLOv8-Based Fish Detection AI Model with Privacy Protection Techniques for Marine Ecosystem Monitoring

장동석(인천대학교 컴퓨터공학과); 홍윤식(인천대학교)

26권 7호, 260~267쪽

초록

본 연구는 대한민국 연안(동해, 서해, 남해)의 대표 어류 8종을 대상으로, 딥러닝 기반의 어류 종 분류 모델을 개발하였다. 기존의 육안 판별 방식은 시간과 인력이 많이 소요되며, 복잡한 환경에서는 정확도가 떨어지는 한계가 있으며 이를 개선하기 위해 최신 객체 탐지 모델인 YOLOv8을 도입한 자동화된 탐지 모델을 제안한다. 데이터셋 구축을 위해 다양한 조명과 배경에서 2,339장 이미지를 수집해 신뢰성과 다양성을 확보하였으며, 개인정보 보호를 위해 사전 훈련된 얼굴 탐지 모델을 도입해 자동 모자이크 처리 매커니즘을 도입하였다. 아울러, LabelImg 도구를 활용해 정밀한 바운딩 박스를 생성하여 탐지 성능을 강화했다. GPU 환경에서 하이퍼파라미터 조정과 전이 학습을 통해 성능을 최적화한 결과, 다양한 환경에서도 안정적이고 우수한 탐지 성능을 확인하였으며, 모델에 대한 성능 평가는 F1-Score, Precision-Recall Curve, Confusion Matrix를 통해 신뢰성과 실효성이 입증하였다. 본 연구의 모델은 어류 자원 관리, 실시간 모니터링, 어획량 분석 및 생태계 변화 감시 등 다양한 분야에서 활용이 기대되며 특히, 지속 가능한 어업 정책과 해양 생태계 보전의 기초 자료로 의미 있는 기여를 할 것으로 전망된다.

Abstract

This study presents the development of a deep learning fish species classification model targeting eight representative fish species found along the coastal waters of South Korea, including the East Sea, West Sea, and South Sea. Traditional visual identification methods are time-consuming, labor-intensive, and often inaccurate under complex environmental conditions. To address these limitations, we propose an automated detection model based on the state-of-the-art object detection algorithm YOLOv8. A dataset of 2,339 images was collected under diverse lighting and background conditions to ensure reliability and variability. To safeguard personal information, a pre-trained face detection model was integrated to implement an automatic mosaic processing mechanism. Additionally, the LabelImg annotation tool was employed to generate precise bounding boxes, enhancing detection performance. The model was optimized through hyperparameter tuning and transfer learning in a GPU-based environment. Evaluation metrics including F1-score, the precision-recall curve, and the confusion matrix demonstrate the detection model's robustness and high accuracy across various settings. The proposed model holds significant potential for applications in fishery resource management, real-time monitoring, catch analysis, and ecosystem-change surveillance. In particular, it is expected to serve as a valuable foundation for sustainable fisheries policies and marine ecosystem conservation.

발행기관:
한국산학기술학회
DOI:
http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2025.26.7.260
분류:
공학일반

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