[논문]컨테이너 검사 효율 극대화를 위한 화질 향상 기법 연구

이창호; 신지혜; 김장오; 정영진; 민병인

doi:10.17946/jrst.2017.40.4.15

컨테이너 검사 효율 극대화를 위한 화질 향상 기법 연구
A Study on Technique for Image Quality Enhancement to Maximize Container Inspection Efficiency 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.40 no.4, 2017년, pp.639 - 646

이창호 (인제대학교 재난관리학과) , 신지혜 (인제대학교 재난관리학과) , 김장오 (인제대학교 재난관리학과) , 정영진 (동서대학교 방사선학과) , 민병인 (인제대학교 원자력응용공학부)

초록
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본 연구에서는 컨테이너 엑스선 검색기의 노후화, 검출 감지기(Sensor) 불량으로 발생되는 검색영상의 잡음(Noise)을 줄이기 위한 알고리즘을 제시고 MATLAB 툴박스에 이를 적용하여 컨테이너 검색영상의 화질(Image Quality)을 개선하고자 하였다. 검색영상은 일반적인 컨테이너 검색기 작동 점검을 위한 일일 점검영상을 활용하였으며 일일점검영상의 수평 영상과 수직 영상을 기준으로 잡음(Noise)을 디지털 방사선 영상에서 가장 기본으로 사용되는 잡음평가 방법인 제곱평균제곱근(Root Mean Square; RMS)으로 평가하였다. 또한 개선된 알고리즘을 실제 컨테이너검색영상에 적용하여 일일 점검영상과 실제 컨테이너 검색영상의 화질을 평가하였다. 그 결과 제곱평균제곱근이 일일 점검영상에서는 수평 영상에서 원본 영상 대비 평균 13.5%, 수직 영상에서는 원본 영상 대비 평균 18.2% 가 낮은 결과치를 나타내었다. 또한 실제 컨테이너 검색영상에서는 수평 영상에서 원본 영상 대비 평균 13.4%, 수직 영상에서는 원본 영상 대비 19.1%가 낮은 결과치를 나타내었다. 이는 영상의 화질개선을 객관적, 시각적으로 확인할 수 있었으며 관세청의 컨테이너 검색영상 판독 업무에 큰 도움이 될 것이라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to present the algorithm to minimize the image noise caused by deterioration of high X-ray container inspection equipment and the faulty detection sensors, and to improvement quality of the container inspection images using MATLAB Toolbox. The daily checking images for the container inspection were used with the subject images and the noise caused by the horizontal and vertical images was evaluated with Root Mean Square (RMS) method, which is the most basic evaluation method of digital radiation image. Also, quality of the improved images was evaluated compared to quality of the orignal images. As a result, all RMS value of the improved images was lower then the original images by a mean of 13.5% in the horizontal images and 18.2% in the vertical images respectively. Also so did RMS value of the improved container images, by a mean of 13.4% in the horizontal images and 19.1% in the vertical images respectively. These findings can be verified objectively and visually and they would help the reading process of the container images be effective in Korea Customs Service.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에는 컨테이너 검색장비의 국내 기술 확보를 위한 소프트웨어 처리기술을 연구하였다. 또한, 외산장비가 가지고 있는 특징이 반영된 영상의 단점을 극복하고 개선된 영상을 제공하는 기법을 소개하였다. 특히, 본 알고리즘은 컨테이너 검색기가 가지는 노후화된 다중 1차원 선형 배열 검출기(Linear arrayed detector)의 잡음 제거에 유용함을 확인할 수 있었다.
본 논문에는 컨테이너 검색장비의 국내 기술 확보를 위한 소프트웨어 처리기술을 연구하였다. 또한, 외산장비가 가지고 있는 특징이 반영된 영상의 단점을 극복하고 개선된 영상을 제공하는 기법을 소개하였다.
본 연구에서는 컨테이너 검색에서 다양한 물리적 특성에 따라 발생하는 잡음(Noise)을 제거하는 영상 재구성 알고리즘을 MATLAB 소프트웨어에 적용하는 영상처리기술을 개발하여 판독영상의 판독 능력을 향상하고 관세행정에서의 효율성을 제고하고자 한다.

가설 설정

제곱평균제곱근(RMS)는 광자 데이터의 표준편차로 나타낸다[19]. 잡음 레벨 평가는 기본적으로 빈 공간(air)을 촬영한 영상을 바탕으로 전체 영상의 평균값을 참값(true image)로 가정하고 촬영된 영상은 참값과 잡음의 합으로 이루어진 것으로 가정하였다[19]. 이는 빈 공간의 모든 값이 동일하다는 가정을 전제로 하고 있다.

대상 데이터

2017년 5월과 6월에 테스트한 일일점검영상으로 무손실 저장 포맷인 TIFF 형식으로 저장된 수평 영상과 수직 영상 35개씩 컨테이너 검색을 획득하여 영상 분석에 사용하였다. 개선된 영상에 활용될 실제 컨테이너검색영상은 2017년 6월에 검색한 영상으로 일일점검영상과 마찬가지로 TIFF 형식으로 저장된 수평 영상과 수직 영상을 70개씩 컨테이너 검색을 획득하여 영상 분석에 사용하였다.
2017년 5월과 6월에 테스트한 일일점검영상으로 무손실 저장 포맷인 TIFF 형식으로 저장된 수평 영상과 수직 영상 35개씩 컨테이너 검색을 획득하여 영상 분석에 사용하였다. 개선된 영상에 활용될 실제 컨테이너검색영상은 2017년 6월에 검색한 영상으로 일일점검영상과 마찬가지로 TIFF 형식으로 저장된 수평 영상과 수직 영상을 70개씩 컨테이너 검색을 획득하여 영상 분석에 사용하였다.

데이터처리

일일점검에서는 컨테이너 화물 검색과 같은 자동 모드로사용된 영상으로 수평 영상과 수직 영상에서 결과의 차이가 있었다. 2017년 5월과 6월에 검색한 수평 영상(Side-view)과 수직 영상(Top-view)에 대해 원본 영상과 개선된 영상을 35회씩 측정하여 제곱평균제곱근(RMS) 결과치를 산출하였다. 이를 통해 일일점검영상의 잡음 제거 처리 전․후 영상 화질을 평가하였다(Table 1).
실제 컨테이너검색영상에서는 자동 모드로 사용된 영상으로 수평 영상과 수직 영상에서 결과의 차이가 있었다. 2017년 6월에 검색한 수평 영상(Side-view)과 수직 영상(Top-view)에 대해 원본 영상과 개선된 영상을 70회씩 측정하여 제곱평균제곱근(RMS) 결과치를 산출하였다. 이를 통해 실제 컨테이너검색영상의 잡음 제거 처리 전․후 영상 화질을 평가하였다(Table 2).
잡음을 평가하는 방법에는 위너스펙트럼과 제곱평균제곱근(RMS) 등이 있다. 본 연구에서는 촬영된 영상의 화질을 평가하는 가장 기본적인 방법으로 영상의 제곱평균제곱근(RMS) 잡음 레벨 평가를 수행하였다. 제곱평균제곱근(RMS)는 광자 데이터의 표준편차로 나타낸다[19].
이와 같은 식(3)의 제곱평균제곱근(RMS) 잡음 평가 방법을 일일 검색 영상에 적용하여 잡음 레벨의 변화를 측정하였으며. 이를 실제 컨테이너검색영상에 적용하여 영상의 잡음 변화를 측정하고 영상에서의 화질 개선을 평가하였다.

이론/모형

즉, 제곱평균제곱근(RMS) 값이 낮을수록 영상 화질이 개선된 우수한 영상이라 할 수 있다[20]. 아래의 노이즈 평가 방법은 MATLABR2017b 프로그램의 영상 처리 툴 박스(Image processing toolbox)에 포함되어 있는 함수인 IMMSE 함수를 응용하여 MATLAB code로 구현되어 연구에 적용하였다.

성능/효과

본 연구에서의 결과는 단순히 컨테이너 검색 장비의 작동을 확인하는 일일점검 영상을 활용하여 검출기 감지기의 작동상태를 확인할 뿐만 아니라, 제곱평균제곱근(RMS) 결과치가 수평 영상에서 원본 영상 대비 평균 13.4%, 수직 영상에서는 원본 영상 대비 평균 19.1%가 감소하여 화질이 향상되는 것을 나타내었다. 이는 원천적으로 검출기(Detector)의 감도를 조정하는 것은 아니나.
또한, 외산장비가 가지고 있는 특징이 반영된 영상의 단점을 극복하고 개선된 영상을 제공하는 기법을 소개하였다. 특히, 본 알고리즘은 컨테이너 검색기가 가지는 노후화된 다중 1차원 선형 배열 검출기(Linear arrayed detector)의 잡음 제거에 유용함을 확인할 수 있었다. 또한 일상적인 점검(Routine test)에서 얻어지는 영상을 통해 객관적인 분석방법을 적용하여 화질이 개선되었다.

후속연구

결과적으로 본 연구결과는 관세청의 컨테이너 검색영상판독 업무의 효율성 향상 및 향후 컨테이너 검색기의 국내기술 개발에 크게 기여할 것이라 사료된다.
향후, 이와 같은 영상 후처리 알고리즘이 포함된 일반적인 소프트웨어가 개발된다면, 현재 막대한 비용을 들여 국내에 설치된 14대의 컨테이너 검색장비의 정도관리에 비용적, 검색의 효율성 면에서 큰 도움이 될 것이라 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 컨테이너 검색기는 어디에 최초 도입되었나?	11 테러” 발생 이후 국가 간 무역에서 컨테이너에 대한 검사가 필수적으로 진행되게 되었다[1-5]. 국내 컨테이너 검색기는 밀수 및 안보위해물품 등 다양한 불법 반입물품의 적발에 유용하게 활용하기 위하여 관세청에서 2002년 부산항 7부두에 최초로 도입하였다. 현재 인천항, 부산항, 평택항 등 국내 주요 항만 14곳에서 운용 중에 있다[6-8].
	현재 컨테이너 검색기가 운용되는 곳은?	국내 컨테이너 검색기는 밀수 및 안보위해물품 등 다양한 불법 반입물품의 적발에 유용하게 활용하기 위하여 관세청에서 2002년 부산항 7부두에 최초로 도입하였다. 현재 인천항, 부산항, 평택항 등 국내 주요 항만 14곳에서 운용 중에 있다[6-8]. 컨테이너 검색 시스템은 방사선을 발생 기술 및 차량 이송, 방사선 검출, 영상처리, 제어 등 다양한 분야가 집약되었다[9,10].
	9.11 테러 발생일은?	2001년 9월 11일 미국 세계무역센터에 발생한 “9.11 테러” 발생 이후 국가 간 무역에서 컨테이너에 대한 검사가 필수적으로 진행되게 되었다[1-5].

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저자의 다른 논문 :

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].

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