[논문]전기장을 이용한 물체의 거리 측정 연구

심미영; 김대은

전기장을 이용한 물체의 거리 측정 연구
Estimating Distance of a Target Object from the Background Objects with Electric Image 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SC, 시스템 및 제어, v.47 no.3=no.333, 2010년, pp.56 - 62

심미영 (연세대학교 전기전자공학과) , 김대은 (연세대학교 전기전자공학과)

초록
AI-Helper

전기장은 수중에서의 주변 환경 인지, 물체 확인 과정에 사용 될 수 있다. 약한 전기장을 발생시키는 전기물고기는 전기장을 발생시켜 그 왜곡을 감지함으로써 주위 상황을 인지하고 먹이를 찾는 "능동 센싱"에 특화되어 있다. 이러한 "능동 센싱"과정은 전기물고기가 어두운 바다 속에서 시각적인 정보 없이도 먹이를 찾고 주변 환경을 탐지할 수 있게 해준다. 전기물고기는 몸 전체에 전기수용기를 가지고 있다. 수많은 전기수용기를 통해 읽어지는 센서 값은 '전기장 이미지', 즉 시각적인 이미지가 아닌 전기장의 변화를 반영하는 물리적 이미지로 표현된다. 많은 사람들이 전기물고기가 시각 정보 없이도 전기장 이미지를 통해 어떻게 상황을 인지할 수 있는지 연구해 왔다. 많은 연구를 통해 전기장 이미지의 최대값, 기울기, 넓이, 피크의 위치 등이 목표 물체를 찾기 위한 단서로 사용될 수 있다는 사실이 이미 알려져 있다. 이 논문에서는 전기물고기의 전기장 이미지를 바탕으로 목표 물체 이외에 배경으로 생각할 수 있는 다른 물체가 있는 좀 더 복잡한 환경에서, 전기장 센서를 통해 목표 물체를 배경으로부터 분리하고 인지할 수 있는 방법을 제안한다. 이러한 복잡한 상황에서의 물체 인지 과정은 수중로봇의 물체인식에 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Weakly electric fish uses active sensing to detect the distortion of self-generated electric field in the underwater environments. The active electrolocation makes it possible to identify target objects from the surroundings without vision in the dark sea. Weakly electric fish have many electroreceptors over the whole body surface of electric fish, and sensor readings from a collection of electroreceptors are represented as an electric image. Many researchers have worked on finding features in the electric image to know how the weakly electric fish identify the target object. In this paper, we suggest a new mechanism of how the electrolocation can recognize a given target object among object plants. This approach is based on the differential components of the electric image, and has a potential to be applied to the underwater robotic system for object localization.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 전기물고기에 속하는 Apteronotus 이bifrons의 위치 추정을 조사한다. A albifrons는 몸체의 중심축을 따라 꼬리 쪽에 발전기관을 가지고 있다.
전기물고기가 전기수용기를 통해 얻어지는 센서 이미지를 통해 물체를 어떻게 인지하고 그 위치를 파악하는가에 대해서는 많은 논의가 이루어져왔다. 본 논문에서는 하나의 목표 물체만이 존재하는 상황이 아니라 배경 물체(object plant)网가 존재하는 상황에서 어떻게 목표물체를 인식하고 구별해 낼 수 있는지에 대한 새로운 방법을 제안한다.
있지는 않다. 본 논문은 약한 전기장을 발생시키는 전기 물고기 (weakly etetric 臼아!)의 물체 확인 과정을 모티브로 하여 수중에서 전기장 센서를 이용한 물체 확인 기술을 제안한다.
전기물고기의 물체 확인 과정을 다루어 왔다. 이 논문에서는 전기장 이미지를 통해 하나의 물체가 아닌 여러 개의 물체가 존재하는 복잡한 상황에서 전기 물고기가 어떻게 물체를 감지하고 확인할 수 있는지 알아본다.

가설 설정

Electric image for intervals of object plant 2 cm, 3 cm, 4 cm, and 5cm. (a) The object plant (b) both target object and object plant exist curve.
목표 물체가 배경 물체들에 비해 상대적으로 작은 크기를 가지고 전기물고기에 가까운 거리에 존재한다고 가정하면 목표 물체로 인한 전기장의 변화는 배경 물체로 인한 변화보다 더 고주파 성분을 가지게 된다. 그림 2 (b)에서 목표 물체는 전기물고기의 입으로부터 8 cm 떨어진 지점에 존재하는데, 목표 물체가 있는 지점에서 가장 급격한 변화가 있는 것을 알 수 있다.
수용기는 모델링의 단순화를 위해 일정한 밀도를 가지고 전기물고기 표면을 따라 직선으로 분포되어 있다고 가정한다. 즉 전기물고기의 머리로부터 꼬리 방향으로 조금 내려온 지점부터 시작해 꼬리가 시작하는 지점까지 균등하게 분포하고 꼬리 쪽으로 갈수록 몸체의 중심축과 가까워진다.

대상 데이터

A albifrons는 몸체의 중심축을 따라 꼬리 쪽에 발전기관을 가지고 있다. 시뮬레이션에서 전체 몸길이를 21 cm, 전기 발생 기관의 길이를 15.47 cm로 두었다网. 전기발생기관은 전극의 집합체로 볼 수 있는데 1 cm 당 10개의 전극이 밀집하여 분포한다고 가정하면 전체 전극은 약 155개가 된다.

성능/효과

본 논문에서의 실험 결과 또한 전기수용기를 통해 받아드리는 전기장의 변화 중 그 차이가 큰 지점이 목표물체가 있는 지점과 일치하고 있다는 것을 보* 여준다 이러한 위치 추정은 배경이 물체보다 크고 멀리 떨어져 있다는 것을 가정했을 때 그 배경 물체들의 간격이 크더라도 적용된다. 따라서 전기물고기가 전기수용기 간의 반응 차를 계산하여 그 변화 정도로 물체의 위치를 파악하는 것으로 예상된다.

참고문헌 (20)

M.A. MacIver, "The computational neuroethology of weakly electric fish: body modeling, motion analysis, and sensory signal estimation", PhD thesis, University of Illinois, 2001.
N. Machiavelli, "Columbia Electronic Encyclopedia", Columbia University Press.
M.E. Nelson and M.A. MacIver, "Prey capture in the weakly electric fish Apteronotus albifrons: snesory acqusition strategies and electrosensory consequences", Journal of Experimental Biology, vol. 202, no 10, pp.1195, 1999.

상세보기
M.E. Nelson, M.A. MacIver, and S. Coombs, "Modeling electrosensory and mechanosensory images during the predatory behavior of weakly electric fish", Brain, Behavior and Evolution, vol. 59, no. 4, pp.199-210.

상세보기
G. Von der Emde and S. Fetz, "Distance, shape and more: recognition of object features during active electrolocation in a weakly electric fish", Journal of Experimental Biology, vol. 210, no. 17, pp.3082, 2007.

상세보기
M.E. Nelson and M.A. MacIver, "Sensory acquisition in active sensing systems", Journal of Comparative Physiology A., vol. 192, no. 6, pp.573-586, 2006.

상세보기
B. Kramer, "Electroreception and communication in fishes", Gustav Fischer, 1996.
M.E. Nelson, "Target detection, image analysis, and modeling", Springer Handbook of Auditory Research, vol. 21, pp.290, 2005.
W. Heiligenberg, "Theoretical and experimental approaches to spatial aspects of electrolocation", Journal of Comparative Physiology A., vol. 103, no. 3, pp.247-272, 1975.

상세보기
B. Rasnow, "The effects of simple objects on the electric field of Apteronotus", Journal of Comparative Physiology A., vol. 178, no. 3, pp.397-411, 1996.
G. Von der Emde, S. Schwarz, L. Gomez, R. Budelli, and K. Grant, "Electric fish measure distance in the dar", Nature, vol. 395, pp.890-894, 1998.

상세보기
G. Von der Emde, "Active electrolocation of objects in weakly electric fish", Journal of Experimental Biology, vol. 202, no. 10, pp.1205, 1999.

상세보기
S. Schwarz and G. Von der Emde, "Distance discrimination during active electrolocation in the weakly electric fish Gnathonemus petersii", Journal of Comparative Physiology A., vol. 186, no. 12, pp.1185-1197, 2001.

상세보기
E.A. Sicardi, A.A. Caputi, and R. Budelli, "Physical basis of distance discrimination in weakly electric fish", Physica A., vol. 283, no. 1-2, pp.86-93, 2000.

상세보기
L. Chen, J.L. House, R. Krahe, and N.E. Nelson, "Modeling signal and background components of electrosensory scenes", Journal of Comparative Physiology A., vol. 191, no. 4, pp.331-345, 2005.

상세보기
J. Engelmann, J. Bacelo, M. Metzen, R. Pusch, B. Bouton, A. Migliaro, A. Caputi, R. Budelli, K. Grant, and G. Von der Emde, "Electric imaging through active electrolocation: implication for the analysis of complex scenes", Biological Cybernetics, vol. 98, no. 6, pp.519-539, 2008.

상세보기
M. Sim and D. Kim, "Distance discrimination of weakly electric fish with a sweep of tail bending movements", ECAL, 2009.
심미영, 김대은, "전기물고기의 거리 측정 : 꼬리지느러미의 움직임과의 관계", 한국지능로봇 종합학술대회, 2009
D. Babineau, A. Longtin, and J.E. Lewis, "Modeling the electric field of weakly electric fish", Journal of Experimental Biology, vol. 209, no. 18, pp.3636, 2006.

상세보기
D. Babineau, J.E. Lewis, and A. Longtin, "Spatial acuity and prey detection in weakly electric fish", PLoS Comput Biol, vol. 3, no. 3, pp.e38, 2007.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증