[논문]관성센서를 이용한 스트랩다운 탐색기 훼손영상 복원기법

김기승; 나성웅

doi:10.5139/jksas.2012.40.1.43

초록
AI-Helper

본 논문에서는 스트랩다운 영상탐색기 개발을 위해 각속도계 정보를 이용한 실용적인 움직임 훼손영상 복원 필터링 기법을 제안한다. 각속도계 편향오차가 움직임 훼손을 기술하기 위한 점확산 함수 파라미터의 불확실성으로 작용한다는 점에 착안하여, 이를 놈 제한조건을 만족하는 파라미터 불확실성으로 가정한 후 움직임 훼손 영상을 불확정 선형 상태 공간 방정식으로 모델링한다. 각속도계 편향오차에 의한 파라미터 불확실성 행렬이 놈 제한 조건을 만족한다는 가정 하에, 순환 선형 강인 칼만필터에 기반한 움직임 훼손영상 복원필터가 설계된다. 실제 IR 영상을 이용하여 제안된 영상훼손 복원 필터가 각속도계 편향 오차가 존재하는 상황에서도 신뢰할만한 영상복원 성능을 제공함을 확인한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a practical linear recursive robust motion deblurring filter using the inertial sensor measurements for strapdown image seekers. The angular rate information obtained from the gyro mounted on the missile is used to define the PSF(point spread function). Since the gyro output cont...

This paper proposes a practical linear recursive robust motion deblurring filter using the inertial sensor measurements for strapdown image seekers. The angular rate information obtained from the gyro mounted on the missile is used to define the PSF(point spread function). Since the gyro output contains a unknown but bounded bias error. the motion blur image model can be expressed as the linear uncertain system. In consequence, the motion deblurring problem can be cast into the robust Kalman filtering which provides reliable state estimates even in the presence of the parametric uncertainty due to the gyro bias. Through the computer simulations using the actual IR scenes, it is verified that the proposed algorithm guarantees the robust motion deblurring performance.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서, 각속도계 출력정보를 활용하면 영상훼손을 기술하기 위한 점 확산 함수를 개략적으로 산출할 수 있다. 이러한 사실에 착안하여, 본 논문에서는 각속도계 출력정보를 이용한 훼손영상 복원기법을 제안한다. 이를 위해 먼저, 관성센서 정보로부터 점 확산 함수를 산출하고, 움직임에 의한 영상훼손 모델을 상태공간 방정식으로 표현한다.
하지만 실제 영상은 경계선 부근에서 주기성을 잃게 되므로, Ringing 효과라 불리우는 영상 복원 오차가 필연적으로 발생하게 된다 [9]. Ringing 효과를 상쇄하는 방안에는 여러 가지 방법이 있을 수 있지만, 움직임 훼손영상복원 알고리듬의 복잡성을 피하기 위해, 본 논문에서는 Mirror 영상을 활용하는 방안을 채택한다.
본 논문에서는 유도탄에 장착된 각속도계 출력을 이용하여 적외선 영상탐색기의 훼손영상을 복원하는 방법이 제안되었다. 각속도계 출력에 존재하는 편향오차가 점 확산 함수를 기술하는데 사용되는 움직임 변위 파라미터의 불확실성으로 작용한다는 점에 착안하여, 움직임 훼손영상을 놈 제한 조건을 만족하는 파라미터 불확실성 행렬이 포함된 불확정 선형 상태공간 방정식으로 모델링하였다.

가설 설정

여기서 열잡음 v_j는 분산이 R인 영평균 백색잡음으로 가정한다.

제안 방법

제안된 움직임 영상훼손 필터는 선형 순환필터 구조를 가지므로, 영상탐색기의 실시간 구현에 적합하다는 장점이 있다. 강인 칼만 움직임 영상훼손 복원 필터의 견실성을 확인하기 위해 실제 적외선 영상을 이용한 모의실험을 수행한다. 제안된 영상훼손 복원 필터가 각속도계 편향오차가 존재하는 상황에서도 만족할만한 영상복원 성능을 보임을 확인한다.
제안된 움직임 훼손복원 기법의 유용성을 검증하기 위해, 정지 표적에 대한 실제 적외선 영상을 이용하여 모의실험을 수행하였다. 각속도계 편향오차에 의한 점확산 함수 파라미터 측정오차ΔL는 최대 4픽셀, 촬상소자 잡음 표준편차는 12.
본 논문에서는 유도탄에 장착된 각속도계 출력을 이용하여 적외선 영상탐색기의 훼손영상을 복원하는 방법이 제안되었다. 각속도계 출력에 존재하는 편향오차가 점 확산 함수를 기술하는데 사용되는 움직임 변위 파라미터의 불확실성으로 작용한다는 점에 착안하여, 움직임 훼손영상을 놈 제한 조건을 만족하는 파라미터 불확실성 행렬이 포함된 불확정 선형 상태공간 방정식으로 모델링하였다. 각속도계 편향오차에 의한 영상복원 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 강인 칼만필터링 이론에 기반한 영상복원 알고리듬이 고안되었다.

대상 데이터

8 그레이 레벨, 초기오차 공분산은 P₀ = 30 ⋅ I로 설정하였다. 모의실험 1회당 30장의 영상시퀀스가 사용되었으며, 성능분석를 위해 50회 몬테칼로 시뮬레이션을 수행하였다.

데이터처리

각속도계 편향오차의 영향을 무시한 공칭 칼만 필터와 본 논문에서 새롭게 제안한 강인 칼만필터의 영상복원 필터의 성능이 비교 분석되었다. 모의실험 결과는 그림 4~6에 도시한 바와 같다.

이론/모형

이러한 사실에 착안하여, 본 논문에서는 각속도계 출력정보를 이용한 훼손영상 복원기법을 제안한다. 이를 위해 먼저, 관성센서 정보로부터 점 확산 함수를 산출하고, 움직임에 의한 영상훼손 모델을 상태공간 방정식으로 표현한다. 각속도계 출력에는 비행 중 환경변화에 의해 변화하는 편향오차가 포함되어 있을 수 있으므로, 이를 놈 제한 조건(norm-bounded constraint)을 만족하는 파라미터 불확실성으로 간주하여 영상 훼손 모델에 반영한다.
결과적으로, 영상탐색기 영상훼손 복원 문제는 파라미터 불확실성이 존재하는 상황에서도 견실한 추정성능을 보장하는 강인 상태추정기 설계 문제로 귀결된다. 파라미터 불확실성이 야기하는 복원성능 저하문제를 해결하기 위해, 강인 칼만필터링 이론을 적용하여 시변 움직임 훼손영상 복원필터를 설계한다 [7,8]. 제안된 움직임 영상훼손 필터는 선형 순환필터 구조를 가지므로, 영상탐색기의 실시간 구현에 적합하다는 장점이 있다.

성능/효과

각속도계 출력에는 비행 중 환경변화에 의해 변화하는 편향오차가 포함되어 있을 수 있으므로, 이를 놈 제한 조건(norm-bounded constraint)을 만족하는 파라미터 불확실성으로 간주하여 영상 훼손 모델에 반영한다. 결과적으로, 영상탐색기 영상훼손 복원 문제는 파라미터 불확실성이 존재하는 상황에서도 견실한 추정성능을 보장하는 강인 상태추정기 설계 문제로 귀결된다. 파라미터 불확실성이 야기하는 복원성능 저하문제를 해결하기 위해, 강인 칼만필터링 이론을 적용하여 시변 움직임 훼손영상 복원필터를 설계한다 [7,8].
파라미터 불확실성이 야기하는 복원성능 저하문제를 해결하기 위해, 강인 칼만필터링 이론을 적용하여 시변 움직임 훼손영상 복원필터를 설계한다 [7,8]. 제안된 움직임 영상훼손 필터는 선형 순환필터 구조를 가지므로, 영상탐색기의 실시간 구현에 적합하다는 장점이 있다. 강인 칼만 움직임 영상훼손 복원 필터의 견실성을 확인하기 위해 실제 적외선 영상을 이용한 모의실험을 수행한다.
강인 칼만 움직임 영상훼손 복원 필터의 견실성을 확인하기 위해 실제 적외선 영상을 이용한 모의실험을 수행한다. 제안된 영상훼손 복원 필터가 각속도계 편향오차가 존재하는 상황에서도 만족할만한 영상복원 성능을 보임을 확인한다.
위의 모델링 결과로부터 각속도계 출력정보를 이용한 움직임 훼손영상 복원 필터 설계 문제는 놈 제한 조건을 만족하는 파라미터 불확실성 ΔHk를 포함한 선형 불확정 시스템 (12)에 대한 강인 상태추정 문제로 귀결됨을 알 수 있다.
실험결과로부터 각속도게 편향오차가 존재하는 경우 공칭 칼만필터의 복원성능이 급격히 저하되는 반면 제안한 기법은 각속도계 편향오차가 존재하는 상황에서도 만족할 만한 복원 성능을 제공한다. 표 2는 복원영상의 MSE를 비교한 것이다.
표 2는 복원영상의 MSE를 비교한 것이다. 편향오차가 존재하는 상황에서도 제안된 기법이 안정적인 복원성능을 유지함을 확인할 수 있다.
각속도계 편향오차에 의한 영상복원 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 강인 칼만필터링 이론에 기반한 영상복원 알고리듬이 고안되었다. 실제 적외선 영상을 이용한 모의실험을 통해 제안된 기법이 각속도계 편향오차가 존재하는 상황에서도 만족할 만한 움직임 훼손영상 복원 성능을 보임을 확인하였다. 제안된 강인 움직임 훼손 영상복원 필터는 순환 선형 필터구조를 가지므로 실시간 영상탐색기 구현에 매우 적합하다는 장점을 갖는다.
실제 적외선 영상을 이용한 모의실험을 통해 제안된 기법이 각속도계 편향오차가 존재하는 상황에서도 만족할 만한 움직임 훼손영상 복원 성능을 보임을 확인하였다. 제안된 강인 움직임 훼손 영상복원 필터는 순환 선형 필터구조를 가지므로 실시간 영상탐색기 구현에 매우 적합하다는 장점을 갖는다. 제안된 기법은 견실한 복원 성능으로 인해 움직임에 의한 영상훼손이 표적 탐지, 추적성능에 결정적 영향을 미치는 스트랩 다운 영상탐색기 개발을 위한 새로운 대안이 될 것으로 사료된다.

후속연구

제안된 강인 움직임 훼손 영상복원 필터는 순환 선형 필터구조를 가지므로 실시간 영상탐색기 구현에 매우 적합하다는 장점을 갖는다. 제안된 기법은 견실한 복원 성능으로 인해 움직임에 의한 영상훼손이 표적 탐지, 추적성능에 결정적 영향을 미치는 스트랩 다운 영상탐색기 개발을 위한 새로운 대안이 될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비례 항법 유도법칙은 어느 단계에서 일반적으로 채택되는가?	비례 항법 유도법칙은 정밀 타격 유도탄의 호밍 유도 단계에서 가장 일반적으로 채택되는 유도방식이다. 비례 항법 호밍유도루프를 구성하기 위해서는 유도탄과 표적 간의 상대속도 및 시선 변화율 정보가 탐색기(seeker)로부터 제공되어야 한다.
	표적 식별 및 추적 정확도를 향상시키기 위해 탐색기 시스템에 적극적으로 활용되고 있는 것은?	탐색기 시스템은 표적 정보의 획득을 위해 사용되는 센서의 종류에 따라 적외선, 초고주파, 영상 탐색기 등으로 구분될 수 있다. 최근에는 표적 식별 및 추적 정확도를 향상시키기 위해 탐색기에 영상센서가 적극적으로 활용되고 있다. 유도탄 운동에 의한 표적영상 훼손이 빈번하게 발생할 수 있으므로, 영상탐색기의 표적추적 성능을 향상시키기 위해서는 영상센서를 유도탄 운동과 분리시키기 위한 공간안정화 기술이 뒷받침되어야 한다.
	비례 항법 호밍유도루프를 구성하기 위해 제공되어야 하는 것은?	비례 항법 유도법칙은 정밀 타격 유도탄의 호밍 유도 단계에서 가장 일반적으로 채택되는 유도방식이다. 비례 항법 호밍유도루프를 구성하기 위해서는 유도탄과 표적 간의 상대속도 및 시선 변화율 정보가 탐색기(seeker)로부터 제공되어야 한다. 탐색기 시스템은 표적 정보의 획득을 위해 사용되는 센서의 종류에 따라 적외선, 초고주파, 영상 탐색기 등으로 구분될 수 있다.

참고문헌 (9)

Janes's Electro-Optic Systems, "Raytheon DAMASK Seeker," Oct, 2010.
A. O. Aboutlib and L. M. Silverman, "Restoration of Motion Degraded Images," IEEE Trans. Circuits and Systems, pp. 278-286, 1975.

상세보기
백준기, 나운, "Wiener Filter를 이용한 영상 복원에 관한 연구," 한국통신학회, 제6회 영상처리 및 이해에 관한 워크샵, 제6권, pp. 21-24, 1997.
W. Zhen-Guo and G. Ze-Xun, "Investigation on Deblurring of Remote Sensing Images Using Bayesian Principle," ICIG 2007, Fourth International Conference, pp. 160-163.
P. Campisi and K. Egiazarian, Blind Image Deconvolution: Theory and Appl., CRC, 2007.
D. Kundur and D. Hatzinakos, "Blind Image Deconvolution," IEEE Signal Processing magazine, vol. 13, no.3, pp. 43-64. May 1996.

상세보기
W.S. Ra, S.H. Jin, and J.B. Park, "Set-Valued Estimation Approach to Recursive Robust $H_{\infty}$ Filtering," IEE Control Theory and Applications, pp. 773-782. 2004.
W.S. Ra, I.H. Whang and J.Y. Ahn, "Robust Horizontal Line-Of-Sight Rate Estimator for Sea Skimming Anti-Ship Missile with Two-Axis Gimballed Seeker," IEE Radar Sonar, Navig., pp. 9-15, 2005.
L. Blanc-Feraud, M. Barlaud and P. Mathieu, "Rining Reduction in Images Restoration using Mirror Images and Adaptive Kalman Filtering", Int. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Processing, pp. 1012-1015, 1988.

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

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

[국내논문] 관성센서를 이용한 스트랩다운 탐색기 훼손영상 복원기법
Inertial Sensor Aided Motion Deblurring for Strapdown Image Seekers 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 관성센서를 이용한 스트랩다운 탐색기 훼손영상 복원기법 Inertial Sensor Aided Motion Deblurring for Strapdown Image Seekers 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김기승 (2) 나성웅 (47)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 관성센서를 이용한 스트랩다운 탐색기 훼손영상 복원기법
Inertial Sensor Aided Motion Deblurring for Strapdown Image Seekers 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문