“거대모델만으론 부족” 답은 VLM 파인튜닝 데이터셋

트렌드
2026-02-12

비전 언어 모델 개념

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비전 언어 모델은 이미지와 텍스트를 통합적으로 이해하고 처리하는 모델입니다. 문서 인식과 이미지 설명 그리고 질의응답 등 다양한 작업에 활용되며 거대언어모델의 한계를 보완하는 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 비전 언어 모델은 시각 정보와 언어 정보를 결합한 멀티모달 모델로 다량의 이미지 텍스트 데이터를 학습해 시각과 언어 정보를 동시에 처리할 수 있습니다. 전통적으로 분리되어 발전하던 컴퓨터 비전과 자연어 처리를 공통 표현 공간으로 연결해 시각적 맥락을 텍스트로 설명하거나 텍스트 조건을 바탕으로 시각 정보를 추론하는 등 다양한 과업을 수행합니다.

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파인튜닝 필요성

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비전 언어 모델을 처음부터 학습시키는 것은 리소스 집약적이고 비용이 많이 들 수 있습니다.

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▷ 사전 학습 모델 활용: 사전 학습된 거대언어모델과 사전 학습된 비전 인코더 사용

▷ 매핑 네트워크: 이미지의 시각적 표현을 거대언어모델의 입력 공간에 정렬하거나 투영하는 매핑 네트워크 레이어 추가

▷ 도메인 특화: 특정 도메인이나 작업에 맞춘 파인튜닝으로 성능 향상

▷ 비용 절감: 처음부터 학습하는 것보다 적은 데이터와 계산 자원으로 효과 달성

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사전 학습된 모델을 활용해서 비전 언어 모델을 구축할 수 있으며 이미지의 시각적 표현을 거대언어모델의 입력 공간에 정렬하거나 투영하는 매핑 네트워크 레이어가 추가됩니다.

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데이터셋 구성 방식

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비전 언어 모델의 경우 대량의 이미지 텍스트 데이터에 대해서 사전학습을 합니다.

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▷ 이미지 텍스트 쌍: 이미지와 해당 이미지를 설명하는 텍스트가 쌍을 이루는 데이터

▷ 다국어 지원: 영어와 한국어 외의 언어에 대해서도 미리 사전학습 진행 가능

▷ 작업 커스터마이징: 이미지 캡셔닝과 차트 인식 등의 작업도 커스터마이징해 수행 가능

▷ 작업 범위 확장: 특화된 작업을 수행하는 비전 언어 모델을 개발하고 데이터를 수집하며 작업 범위를 늘려가는 방식으로 개발

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비전 언어 모델로 다국어 인식을 수행할 수 있고 필요에 따라 이미지 캡셔닝과 차트 인식 등의 작업도 커스터마이징해 수행할 수 있습니다.

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이미지 텍스트 쌍 학습

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비전 언어 모델은 이미지 텍스트 쌍 데이터 세트를 학습해 일치하는 쌍의 임베딩 거리는 최소화하고 일치하지 않는 쌍의 임베딩 거리는 최대화하도록 훈련됩니다:‍

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▷ 대조 학습: 두 인코더의 이미지와 텍스트 임베딩을 공동 또는 공유 임베딩 공간에 매핑

▷ 임베딩 정렬: 이미지 텍스트 쌍을 같은 공간으로 당기고 불일치 쌍은 밀어내는 방식

▷ 교차 어텐션: 언어 토큰이 시각 토큰을 참조하거나 그 반대로 교차 주의를 통해 정보 결합

▷ 어댑터 프로젝터: 시각 임베딩을 언어 모델이 수용 가능한 차원과 형식으로 변환하는 얇은 계층

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대비 학습은 두 인코더의 이미지와 텍스트 임베딩을 공동 또는 공유 임베딩 공간에 매핑합니다.

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데이터 수집 방법

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데이터셋은 보유 중인 데이터를 활용하는 방법과 문서 이미지 데이터를 합성하는 방법 그리고 공개 데이터셋을 사용하는 방법이 있습니다.

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▷ 보유 데이터 활용: 기업이나 기관이 보유한 이미지와 텍스트 데이터 활용

▷ 합성 데이터 생성: 문서 이미지 데이터를 인공적으로 합성해 생성

▷ 공개 데이터셋: 대규모 공개 데이터셋을 활용한 학습

▷ 자기지도학습: 주석 정보가 없어도 모두 자기지도학습을 이용한 사전학습에 사용 가능

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보유 중인 데이터와 합성을 통해 만든 데이터셋은 주석 정보가 없어도 모두 자기지도학습을 이용한 사전학습에 사용될 수 있습니다.

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지시 튜닝 데이터

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‍사용자의 질의 방식에 맞춘 프롬프트 응답 데이터를 통해 멀티모달 대화 능력을 강화합니다.‍

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▷ 대화형 데이터: 멀티턴 대화와 정답 근거를 포함하는 고품질 데이터

▷ 질의응답 형식: 이미지와 관련된 질문에 대한 응답 쌍

▷ 지시 따르기: 모델이 수행해야 할 작업에 대한 정보를 지시 형태로 제공

▷ 실제 활용도: 고품질 멀티턴 대화와 정답 근거를 포함하면 실제 활용도가 높아짐

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고품질 멀티턴 대화와 정답 근거를 포함하는 지시 튜닝 데이터를 사용하면 실제 활용도가 높아집니다.

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공개 데이터셋 활용

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비전 언어 모델을 위한 고품질 학습 데이터를 수집하는 것은 번거로운 일일 수도 있지만 기존 데이터 세트를 사용해 보다 구체적인 다운스트림 작업을 위한 사전 학습과 최적화 및 미세 조정을 수행할 수 있습니다:

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▷ 이미지 주석 데이터: 주석이 달린 이미지가 포함된 대규모 데이터셋

▷ 객체 감지 데이터: 대규모 캡션과 객체 감지 및 세분화를 위한 레이블이 지정된 이미지

▷ 다국어 쌍 데이터: 수십억 개의 다국어 이미지 텍스트 쌍으로 구성된 데이터셋

▷ 질의응답 데이터: 시각 질의응답과 추론을 위한 데이터셋

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기존 데이터 세트를 사용해 보다 구체적인 다운스트림 작업을 위한 사전 학습과 최적화 및 미세 조정을 수행할 수 있습니다.

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작업 특화 파인튜닝

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시각 질의응답과 문자 인식 그리고 차트와 문서 이해 그리고 의료 영상 등 도메인 데이터를 사용해 성능을 정교화합니다.

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▷ 시각 질의응답: 이미지 내용에 대한 질문에 답변하는 능력 향상

▷ 문서 이해: 문자 인식과 문서 레이아웃 이해 성능 개선

▷ 차트 분석: 차트와 그래프에서 정보를 추출하고 해석하는 능력

▷ 의료 영상: 의료 도메인의 영상 데이터 이해와 분석

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작업 특화 파인튜닝을 통해 시각 질의응답과 문자 인식 그리고 차트와 문서 이해 그리고 의료 영상 등 도메인 데이터를 사용해 성능을 정교화합니다.

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멀티모달 문서 처리

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비전 언어 모델은 텍스트와 이미지 정보를 결합해 문서의 맥락과 구조를 심층적으로 이해함으로써 기존 문자 인식 기술의 한계를 뛰어넘습니다.

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▷ 복합 데이터 이해: 이미지 내 표와 그래프 그리고 아이콘 등을 인지하고 이들의 개념적 의미를 정확히 해석

▷ 비정형 문서 처리: 다양한 문서 형식과 템플릿에 상관없이 핵심 정보를 정확히 추출

▷ 구조적 맥락 유지: 문서 내 요소들의 계층적 관계를 인식해 핵심 정보와 부차 정보를 명확히 구분

▷ 즉시 적용 가능: 별도의 복잡한 전처리 과정 없이 업무 현장에 즉시 적용 가능한 문서 이해 기술

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비전 언어 모델 문자 인식은 텍스트와 이미지 정보를 결합해 문서의 맥락과 구조를 심층적으로 이해합니다.

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합성 데이터 활용

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스몰 비전 언어 모델은 합성 데이터를 활용해 파인튜닝된 버전을 제공합니다.

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▷ 데이터 다양성: 대형 모델로 합성 데이터를 생성해 데이터 다양성 확대

▷ 비용 효율성: 실제 데이터 수집의 어려움과 비용을 줄이면서 학습 데이터 확보

▷ 도메인 적용: 특정 도메인에 맞춰 합성 데이터 생성으로 성능 향상

▷ 품질 관리: 합성 데이터의 품질을 관리해 모델 성능 보장

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합성 데이터를 활용한 파인튜닝은 실제 데이터 수집의 어려움을 극복하고 모델 성능을 향상시킵니다.

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교차 어텐션 메커니즘

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교차 어텐션 기술을 통해 이미지와 텍스트 정보 간 상호작용을 촉진해 더 정확한 추론이 가능합니다.

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▷ 정보 결합: 시각 토큰과 언어 토큰 간의 상호 참조로 정보 통합

▷ 맥락 이해: 이미지의 시각적 맥락과 텍스트의 의미를 함께 고려

▷ 정확도 향상: 단순 문자 인식을 넘어 문서의 의미와 구조 파악

▷ 추론 능력: 이미지와 텍스트를 결합한 복잡한 추론 수행

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교차 어텐션 기술을 통해 이미지와 텍스트 정보 간 상호작용을 촉진해 더 정확한 추론이 가능합니다.

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데이터 파이프라인 구축

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입력 파이프라인은 해상도와 비율 정규화 그리고 타일링과 크롭 전략 그리고 캡션 품질 관리를 포함합니다.

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▷ 해상도 정규화: 다양한 크기의 이미지를 표준 해상도로 조정

▷ 비율 처리: 이미지 비율을 유지하거나 조정해 모델 입력에 맞춤

▷ 타일링 전략: 큰 이미지를 작은 타일로 나눠 처리

▷ 캡션 품질: 이미지와 텍스트 쌍의 품질을 관리하고 검증

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입력 파이프라인은 해상도와 비율 정규화 그리고 타일링과 크롭 전략 그리고 캡션 품질 관리를 포함합니다.

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경량 어댑터 활용

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경량 어댑터로 거대언어모델과 시각 인코더를 연동하면 비용 대비 성능이 우수합니다.

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▷ 프로젝터 레이어: 경량 프로젝터나 어댑터로 두 모델 연결

▷ 파라미터 효율성: 전체 모델을 학습하는 것보다 적은 파라미터로 효과 달성

▷ 로라 튜닝: 로라 튜닝 기법으로 메모리 효율적인 파인튜닝 수행

▷ 성능 최적화: 비용 대비 성능이 우수한 어댑터 구조 설계

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경량 어댑터로 거대언어모델과 시각 인코더를 연동하면 비용 대비 성능이 우수합니다.

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평가 벤치마크

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비전 언어 모델을 평가하는 다양한 벤치마크가 존재합니다.

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▷ 멀티모달 이해: 대학 수준의 과목 지식과 추론을 평가하는 포괄적 벤치마크

▷ 다양한 기술: 문자 인식과 객체 위치 파악 등 다양한 기술 평가

▷ 동적 벤치마크: 매월 자동으로 업데이트되는 동적 벤치마크로 이전에 본 적이 없는 질문과 이미지 사용

▷ 검증 필요성: 인공지능 환각에 취약할 수 있어 모델 결과 검증이 중요한 단계

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비전 언어 모델을 평가하는 다양한 벤치마크를 통해 모델 성능을 측정하고 개선합니다.

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향후 발전 방향

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비전 언어 모델 기술은 지속적으로 발전하고 있습니다. 거대언어모델들이 멀티모달 능력을 갖추면서 이미지나 음성까지 이해하고 생성하는 종합 인공지능 모델로 진화하는 추세이며 비전 언어 모델 연구는 더 똑똑하고 더 안전하고 더 빠르고 더 많은 정보를 다룰 수 있는 방향으로 급속히 발전하고 있습니다. 복잡한 다단계 시각 추론과 수리와 도표 해석 등에서 여전히 한계가 존재하지만 개인정보와 저작권 이슈 그리고 민감 이미지 처리 등 윤리와 거버넌스 고려를 통해 지속 가능한 발전이 기대됩니다.

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