[논문]통계적 방법을 이용한 적외선 신호 대비값 계산 방법 연구

한국일; 최준혁; 하남구; 장현성; 이승하; 김동건; 김태국

doi:10.6112/kscfe.2017.22.1.037

Abstract ▼ AI-Helper

Infrared signals are frequently used to detect objects exposed to wide variety of environmental conditions. Detection by infrared signature is accomplished by distinguishing objects by using the IR radiant contrast between objects and the background. There are several methods of estimating the IR ra...

Infrared signals are frequently used to detect objects exposed to wide variety of environmental conditions. Detection by infrared signature is accomplished by distinguishing objects by using the IR radiant contrast between objects and the background. There are several methods of estimating the IR radiant contrast. The inverse distance weighting method, which is one of the IR radiant contrast estimation method using the effect of distance from objects, is known to be an effective way to analyze radiant contrast for complex backgrounds. However this method has a disadvantage of requiring a long calculation time. In this study we propose a statistical method of estimating the IR radiant contrast by using randomly selected pixels of arbitrary number among background pixels to reduce calculation time. Some measured IR images in MWIR and LWIR regions are used to test the applicability of the method proposed and we found that the proposed method is very effective in determining the IR radiant contrast showing very rapid estimation with minar accuracy loss.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 임의적으로 선택한 배경 픽셀의 총 개수(N_b)에 따른 적외선 신호 대비값을 분석하여 정확성을 확보하면서 계산량을 단축시키고자 하였으며, 선택한 픽셀의 수에 따른 적외선 신호 대비값을 분석하였다. 적외선 신호 대비값을 분석하기 위해 실제 촬영된 적외선 영상을 활용하였으며, 물체의 적외선 분석에는 자체 개발한 적외선 신호 예측 프로그램[8]을 이용하였다.
본 연구에서는 다양한 배경의 적외선 영상에서 물체의 적외선 신호 대한 정량적 분석의 계산시간을 단축시키기 위해 임의로 선택된 배경의 픽셀 수에 따른 적외선 신호 대비값의 정확성을 분석하였다. 배경이 복잡한 도심배경에 대해서는 약 27,000개의 배경 픽셀을 임의로 선택할 경우 0.
본 연구에서는 역거리를 이용한 적외선 신호 대비값 분석 방법의 계산 소요시간을 단축하기 위해 임의로 선택된 특정 개수의 픽셀을 이용하여 적외선 신호 대비값을 계산하는 방법에 대해 분석하였다[7]. 적외선 신호 대비값 분석의 정확도 손실을 최소화하면서 계산 소요시간을 단축시킬 수 있는 적정 선택 픽셀 수를 파악하기 위해 정량적 분석을 수행하였으며 최적 픽셀 선택 수를 제시하고자 하였다.

가설 설정

물체의 적외선 신호를 획득하기 위해 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 적외선 신호를 획득하였고 실제 측정된 배경 영상의 중앙에 합성하여 선택된 배경 픽셀의 수에 따른 적외선 신호 대비값의 정확성을 분석하였다. 고려된 물체는 알루미늄 재질로 이루어진 정사각형 판으로 가정하였으며, 방사율이 0.9인 회색페인트로 도포되었다고 가정하였다. 적외선 신호에 계산에 필요한 열물성치 및 표면 방사율을Table 2에 자세히 나타내었다.

제안 방법

적외선 신호 대비값을 분석하기 위해서는 물체의 적외선 신호가 필요하다. 물체의 적외선 신호를 획득하기 위해 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 적외선 신호를 획득하였고 실제 측정된 배경 영상의 중앙에 합성하여 선택된 배경 픽셀의 수에 따른 적외선 신호 대비값의 정확성을 분석하였다. 고려된 물체는 알루미늄 재질로 이루어진 정사각형 판으로 가정하였으며, 방사율이 0.
배경 픽셀 수에 따른 정확성 분석을 하기 위해 임의적으로 선택한 배경 픽셀의 수를 10개부터 최대 327,000개까지 증가시면서 적외선 신호 대비값을 계산하였다. 개수가 작은 10개부터 1,000개까지는 배경의 픽셀 개수를 10개씩 증가시키면서 분석하였으며, 1,000개부터 327,000개까지는 선택 개수를 1,000개씩 증가시키면서 적외선 신호 대비값을 분석하였다.
적외선 신호 대비값 분석의 정확도 손실을 최소화하면서 계산 소요시간을 단축시킬 수 있는 적정 선택 픽셀 수를 파악하기 위해 정량적 분석을 수행하였으며 최적 픽셀 선택 수를 제시하고자 하였다. 이를 위해 배경영역에 해당하는 픽셀을 임의로 선택하여 적외선 신호 대비값을 분석하였으며, 선택한 픽셀 수에 따른 정확성을 분석하여 최적의 픽셀 선택 수를 결정하였다. 이를 통해 복잡한 배경에서의 적외선 신호 대비값의 정확성을 확보하면서 시간 및 경제적 효과를 확보하고자 한다.
본 연구에서는 역거리를 이용한 적외선 신호 대비값 분석 방법의 계산 소요시간을 단축하기 위해 임의로 선택된 특정 개수의 픽셀을 이용하여 적외선 신호 대비값을 계산하는 방법에 대해 분석하였다[7]. 적외선 신호 대비값 분석의 정확도 손실을 최소화하면서 계산 소요시간을 단축시킬 수 있는 적정 선택 픽셀 수를 파악하기 위해 정량적 분석을 수행하였으며 최적 픽셀 선택 수를 제시하고자 하였다. 이를 위해 배경영역에 해당하는 픽셀을 임의로 선택하여 적외선 신호 대비값을 분석하였으며, 선택한 픽셀 수에 따른 정확성을 분석하여 최적의 픽셀 선택 수를 결정하였다.

대상 데이터

물체에 대한 적외선 신호값을 계산하기 위해서는 해당기상조건이 필요하다. 3.1장에 나타낸 적외선 영상을 촬영할 당시에 해당하는 기상조건 데이터는 기상청으로부터 자료를 획득하여 적외선 신호 분석에 활용하였으며, 이용된 기상조건은 Table 3와 같다.
촬영에 사용된 적외선 카메라 특성은 Table1에 자세히 나타내었다. 배경에 따른 특성을 고려하기 위해 상대적으로 복잡한 배경인 도심배경과 상대적으로 단순한 배경은 산림배경에 대한 적외선 영상을 이용하였으며, 분석에 이용된 적외선 영상은 Fig. 2-5에 나타내었다.
적외선 신호 대비값을 분석하기 위해서는 배경에 해당하는적외선 영상이 필요하다. 본 논문에서는 적외선 카메라로 실제 촬영한 영상을 활용하였으며, 다양한 파장대역을 고려하기 위해서 적외선 카메라에 주로 사용되는 MWIR(Mid-wavelengthinfrared)영역과 LWIR(Long-wavelength infrared)영역에 대한 영상을 이용하였다. 촬영에 사용된 적외선 카메라 특성은 Table1에 자세히 나타내었다.
각 적외선 영상을 위치에 따른 픽셀별 데이터를 확보하여 적외선 신호 대비값 분석에 이용하였다. 적외선 영상은 중앙대학교 옥외(37.3°N, 126.57°E)에서 촬영한 영상이다.

데이터처리

배경 픽셀 수에 따른 정확성 분석을 하기 위해 임의적으로 선택한 배경 픽셀의 수를 10개부터 최대 327,000개까지 증가시면서 적외선 신호 대비값을 계산하였다. 개수가 작은 10개부터 1,000개까지는 배경의 픽셀 개수를 10개씩 증가시키면서 분석하였으며, 1,000개부터 327,000개까지는 선택 개수를 1,000개씩 증가시키면서 적외선 신호 대비값을 분석하였다.
)에 따른 적외선 신호 대비값을 분석하여 정확성을 확보하면서 계산량을 단축시키고자 하였으며, 선택한 픽셀의 수에 따른 적외선 신호 대비값을 분석하였다. 적외선 신호 대비값을 분석하기 위해 실제 촬영된 적외선 영상을 활용하였으며, 물체의 적외선 분석에는 자체 개발한 적외선 신호 예측 프로그램[8]을 이용하였다.

이론/모형

이를 통해 배경과 물체의 적외선 신호차이를계산할 수 있으며, 물체의 적외선 피탐지성을 분석하는데 이용된다. 본 논문에서는 물체와 배경 사아의 적외선 신호차이를 분석하기 위해 역거리 가중 방법(Inverse distance weightingmethod)을 이용한 적외선 신호 대비값 분석 방법을 사용하였다. 역거리 가중 방법은 물체와 가까운 거리에 있는 배경에 대한 영향을 크게 하고 거리가 멀어질수록 영향을 작게 미치도록 한 방법으로 다음 수식으로 나타낼 수 있다[6].

성능/효과

배경 및 적외선 파장대역을 모두 고려할 경우 선택된 픽셀의 개수가 3,000개 이상일 경우 CRI 값의 상대오차가 약 1.83% 이내로 들어옴을 확인하였으며, 이를 통해 임의적으로 배경의 픽셀을 3,000개 정도 선택하여 물체의 적외선 대비 값을 분석할 경우 정확성을 유지하면서 물체의 적외선 신호의 정량적 분석을 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.
배경 픽셀을 임의로 선택하는 통계적 방법이 적외선 신호대비값 계산에 대해 정확성을 확보하면서 계산 소요시간을 효과적으로 감소시킬 수 있는 방법임 확인하였다.
본 연구에서는 다양한 배경의 적외선 영상에서 물체의 적외선 신호 대한 정량적 분석의 계산시간을 단축시키기 위해 임의로 선택된 배경의 픽셀 수에 따른 적외선 신호 대비값의 정확성을 분석하였다. 배경이 복잡한 도심배경에 대해서는 약 27,000개의 배경 픽셀을 임의로 선택할 경우 0.99% 이내의 정확성을 확보가능하며, 배경이 상대적으로 단순한 산림배경에 대해서는 약 940개의 배경 픽셀을 선택할 경우 0.92% 이내의 정확성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로 모든 배경 및 파장대역을 고려하여 배경 픽셀을 약 3,000개 선택할 경우 CRI 값의 정확성을 약 2% 이내로 확보할 수 있으며, 계산량을 99.
92% 이내로 나타남을 확인하였다. 복잡한 배경의 적외선 영상에 대해서는 약 27,000개의 배경 픽셀을 선택하여 계산할 경우 1%이내의 정확성을 보장하면서 계산량을 약 0.08배 감소시킬 수 있으며, 단순한 배경의 적외선 영상에 경우에는 약 1,000개의 배경 픽셀을 선택할 경우 1% 내의 정확성을 확보하면서 계산량을 0.003배 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
선택 픽셀 수에 따른 분석 결과, 배경이 복잡한 도심배경의 MWIR영상에서는 임의로 선택한 배경의 픽셀이 2,000개 이상을 경우 상대오차가 0.99% 이내로 나타남을 확인하였으며, 도심배경의 LWIR영상의 경우에는 선택한 픽셀 수가 27,000개 이상일 때 상대오차가 0.99% 이내로 나타남을 확인하였다. 상대적으로 배경이 복잡한 산림배경의 MWIR영상의경우에는 임의로 선택된 픽셀의 수가 40개 이상일 경우 CRI계산결과가 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	적외선 신호는 주로 어디에 사용되는가?	물체의 표면온도가 절대온도 0 K 이상일 경우에는 표면에서 전자기적 신호가 방출된다. 방출되는 신호 중 가시광선과 마이크로파 사이에 존재하는 적외선 신호는 일반적으로 태양 등과 같은 광원이 존재하지 않는 야간에 물체를 탐지하거나 식별하는데 자주 이용된다. 이러한 이유로 적외선 신호를 이용한 탐지기법은 군사용도로 광범위하게 활용되고 있으며, 주로 유도미사일에 적외선 센서를 장착하여 물체를 탐지하고 추적하는데 이용된다.
	물체에서 전자기적 신호는 언제 방출되는가?	물체의 표면온도가 절대온도 0 K 이상일 경우에는 표면에서 전자기적 신호가 방출된다. 방출되는 신호 중 가시광선과 마이크로파 사이에 존재하는 적외선 신호는 일반적으로 태양 등과 같은 광원이 존재하지 않는 야간에 물체를 탐지하거나 식별하는데 자주 이용된다.
	적외선 센서에 탐지되는 것을 줄이기 위해 어떠한 연구가 수행되고 있는가?	특정 신호를 방출하여 물체에 반사되어 되돌아오는 신호를 탐지하는 방법인 레이더와 달리 적외선 센서를 이용한 물체 탐지 기법은 물체에서 자체적으로 방출되는 신호를 탐지하게 되므로 적외선 센서를 탑재한 군사 무기는 큰 위협요소로 존재한다. 이에 따라 적외선 신호의 주된 요인인 물체의 표면온도를 낮추기 위해 외부표면에 물을 살포하여 온도를 냉각시키거나 특수도료를 도포하는 등 물체의 적외선 신호를 감소시켜 물체의 탐지율을 낮출 수 있는 기법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다[1-3].

참고문헌 (8)

2006, Jacobs, P.A., Thermal infrared characterization of ground target and backgrounds, SPIE press.
2010, Choi, J.H. and Kim, T.K., "Numerical and experimental studies on characteristic surface temperature variations of aluminum plates facing different direction," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol.24, Mo.12, pp.2561-2566.

원문보기 상세보기
2010, Choi, J.H., Shin, J.M., Kim, J.H. and Kim, T.K., "Study on Infrared Image Generation for Different Surface Condtions with Different Sensor Resolutions," Journal of the Society of Navel Architects of Korea, Vol.47, No.1, pp.631-681.
2013, Koretsky, G.M., Nicoll, J.F. and Tylor, M.S., A tutorial on elecro-optical/infrared(EO/IR) theory and systems, IDA.
2002, Stark, E., Heen, L.T. and Wikan, K., SIMVEX 2001 trial Radiant intensity contrast, FFI Report 2002/02568, Kjeller, Norway.
2015, Kim, D.G., Park, S.J., Choi, J.H., Ahn, J.M. and Kim, T.K., "An estimation method for radiation contrast via the inverse distance weighting", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol.29, No.6, pp.2529-2533.

상세보기
2015, Quantitative analysis method of the infrared signals using statistical method and apparatus thereof, KR Patent, No.1015811780000.
2016, Han, K.I., Kim, D.H., Choi, J.H. and Kim, T.K., "Development of a Generalized S/W for IR Image Generation and Analysis," Korea computer congress 2016, pp.155-157.

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

통계적 방법을 이용한 적외선 신호 대비값 계산 방법 연구
STUDY ON STATISTICAL ESTIMATION OF IRRADIANT CONTRAST 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 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

통계적 방법을 이용한 적외선 신호 대비값 계산 방법 연구 STUDY ON STATISTICAL ESTIMATION OF IRRADIANT CONTRAST 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

한국일 (7) 최준혁 (14) 하남구 (4) 장현성 (4) 이승하 (6) 김태국 (43)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

통계적 방법을 이용한 적외선 신호 대비값 계산 방법 연구
STUDY ON STATISTICAL ESTIMATION OF IRRADIANT CONTRAST 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper