$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

심층신경망 기반 우주파편 영상 추적시스템 인식모델에 대한 연구
A Study on the Deep Neural Network based Recognition Model for Space Debris Vision Tracking System 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.45 no.9, 2017년, pp.794 - 806  

임성민 (Department of Aerospace System Engineering, Korea University of Science & Technology) ,  김진형 (IT Convergence Technology Team, Korea Aerospace Research Institute) ,  최원섭 (IT Convergence Technology Team, Korea Aerospace Research Institute) ,  김해동 (IT Convergence Technology Team, Korea Aerospace Research Institute)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

지속적으로 우주파편이 증가하고 있는 상황에서 국가 우주자산을 안전하게 보호하고 우주개발국으로서 우주환경 보호에 관심을 가지는 것은 중요하다. 우주파편의 급격한 증가를 막기 위한 효과적인 방법 중 하나는 충돌위험이 큰 우주파편들, 그리고 임무가 종료된 폐기위성을 직접 제거해 나가는 것이다. 본 논문에서는 영상기반 우주파편 추적시스템의 안정적인 인식모델을 위해 인공신경망을 적용한 연구에 대해 다루었다. 한국항공우주연구원에서 개발한 지상기반 우주쓰레기 청소위성 테스트베드인 KARICAT을 활용하여 우주환경이 모사된 영상을 획득하였고, 깊이불연속성에 기인한 영상분할 후 각 객체에 대한 구조 및 색상 기반 특징을 부호화한 벡터를 추출하였다. 특징벡터3차원 표면적, 점군의 주성분 벡터, 2차원 형상정보, 색상기반 정보로 구성되어있으며, 이 범주를 기반으로 분리한 특징벡터를 입력으로 하는 인공신경망 모델을 설계하였다. 또한 인공신경망의 성능 향상을 위해 입력되는 특징벡터의 범주에 따라 모델을 분할하여 각 모델 별 학습 후 앙상블기법을 적용하였다. 적용 결과 앙상블 기법에 따른 인식 모델의 성능 향상을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is essential to protect the national space assets and space environment safely as a space development country from the continuously increasing space debris. And Active Debris Removal(ADR) is the most active way to solve this problem. In this paper, we studied the Artificial Neural Network(ANN) fo...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • Feature encoding에 따른 학습모델의 분리를 하지 않은 case 1에 비해 높은 성능을 보이지 못해 Model Ensemble기법을 이용하여 학습모델의 개선시키고자 하였다. 앙상블학습 법(ensemble learning method)은 기계학습 (machine learning)에서 다수 학습 알고리즘들을 함께 사용하는 방법으로 따로 사용하는 경우보다 더 좋은 예측이 가능한 방법이다.
  • KARICAT은 우주쓰레기 청소위성의 랑데부․ 도킹 기술에 필요한 시각기반 자율항법 알고리즘의 개발 및 시험을 목적으로 한다. Target과의 상대운동을 하는 근접 운용상황을 모사하기 위해 위치제어에 액추에이터, 자세제어를 위한 반작용 휠이 포함되며, 현재의 자세정보와 각속도, 각가속도 정보를 위한 AHRS(Attitude and Heading Reference System) 센서를 이용하며, 위치정보를 위해 모션캡쳐 센서를 활용한다.
  • 본 논문에서는 우주파편 능동제거를 수행하기 위한 추적시스템에 적용시킬 인식모델에 대한 연 구를 다루었다. 우주파편을 제거하기 위해서는 근접운용 상황에서 지속적으로 안정적인 인식이 요구되며, 기존의 영상으로는 다양한 환경을 만족하지 못해 어려움이 존재하였다.
  • 본 논문에서는 우주파편 능동제거를 수행하기 위해 영상기반 추적시스템에 적용가능한 안정적인 인식모델에 대한 연구를 수행하였다. 제안된 방법은 기존에 영상기반 우주물체 추적에서 적용하지 않았던 심층신경망을 적용하여 기존보다 안정적인 인석성능을 나타내고자 하였다.
  • 앙상블학습 법(ensemble learning method)은 기계학습 (machine learning)에서 다수 학습 알고리즘들을 함께 사용하는 방법으로 따로 사용하는 경우보다 더 좋은 예측이 가능한 방법이다. 본 연구에서는 feature encoding을 기반으로 각각의 학습 모델을 만들고 이를 결합하는 방법을 수행하였다. 앞선 방법은 단순히 데이터를 분리하여 모델내부에서 합쳤기 때문에 모델 내에서 back-propagation을 수행 시 weight가 전체 결과에 대해서 변경이 이루어지지만, 모델 앙상블을 통해서 학습할 경우, 각 모델의 결과에 따라서만 weight가 조정이 된다.
  • 부호화된 특징 벡터 스트림은 크게 두 가지 정보를 포함하고 있으며, 대상의 고유한 특징을 최대한 추출하기 위한 목적으로 선정하였다. 깊이 영상으로부터 추출한 3차원 및 2차원 구조 정보, 그리고 색상 영상으로부터 추출한 색상 및 밝기 정보이다.
  • 특히, 본 논문에서 연구하는 근접운용상 황에서의 응용은 서비스위성이 대상에 접근하는 과정에서 대상의 영상에 사영된 상의 크기는 급격하게 증가하기 때문에 기존 CNN기반 인식기를 그대로 적용할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 거리에 따라 크기가 다른 영상 객체 조각에 대한 부호화된 고정된 크기의 특징 벡터를 입력으로 하는 인공신경망을 설계하였다
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우주파편의 증가에 따른 위험성을 완화시기키 위해 국내에서는 어떤 것들이 수행되고 있는가? 이는 우주파편과 운용중인 위성과의 충돌을 야기시키며, 충돌로 인한 위성의 기능 상실은 위성운영에 치명적이기 때문에, 국제적으로 우주파편의 증가에 따른 위험성 인식이 재고되는 상황이다. 국내에서도 이러한 상황을 인식하고 국가 위성과 우주파편의 충돌 위험을 분석하고[2], 수명을 다한 위성을 처리하기 위한 폐기기동에 관한 연구 [3]를 수행한 바 있으며, 우주 개발국으로써 이에 우주파편 제거가 우주파편의 증가를 근본적으로 완화 시킬 수 있는 대안으로 제안되었으며[4], 이와 관련하여 능동 또는 수동적인 다양한 제거 방법이 연구개발 중에 있다[5]. 능동 제거를 수행하기 위해서는 우주쓰레기와 근접운용상황에서 상대거리 및 자세 등 제거 대상의 운동에 대한 정보와 대상 우주쓰레기의 식별 및 인식을 위한 구조 및 형상 정보 그리고 색상 정보의 획득이 필수적이다.
KARICAT의 목적은? KARICAT은 우주쓰레기 청소위성의 랑데부․ 도킹 기술에 필요한 시각기반 자율항법 알고리즘의 개발 및 시험을 목적으로 한다. Target과의 상대운동을 하는 근접 운용상황을 모사하기 위해 위치제어에 액추에이터, 자세제어를 위한 반작용 휠이 포함되며, 현재의 자세정보와 각속도, 각가속도 정보를 위한 AHRS(Attitude and Heading Reference System) 센서를 이용하며, 위치정보를 위해 모션캡쳐 센서를 활용한다.
우주파편의 급격한 증가를 막기위한 효과적인 방법 중 하나는 무엇인가? 지속적으로 우주파편이 증가하고 있는 상황에서 국가 우주자산을 안전하게 보호하고 우주개발국으로서 우주환경 보호에 관심을 가지는 것은 중요하다. 우주파편의 급격한 증가를 막기 위한 효과적인 방법 중 하나는 충돌위험이 큰 우주파편들, 그리고 임무가 종료된 폐기위성을 직접 제거해 나가는 것이다. 본 논문에서는 영상기반 우주파편 추적시스템의 안정적인 인식모델을 위해 인공신경망을 적용한 연구에 대해 다루었다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (23)

  1. "ESA BR-336 Space Debris: The ESA Approach", ESA Brochures, Apr. 2017. 

  2. Seong, J. D., Kim, H. D. Lim, S. M., "An Analysis of three-dimensional collision probability according to approaching objects to the KOMPSAT series", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 41, No. 2, 2013, pp. 156-168. 

  3. Seong, J. D., Kim, H. D. Choi, H. Y., "A Study of the Disposal Maneuver Planning for LEO satellite", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 44, No. 4, 2016, pp. 352-362. 

  4. J.C. Liou and N.L. Johnshon, "Risks in space from orbiting debris", Science, 311(5795): pp.340-341, January, 2006. 

  5. Kim, H. D., Kim, M. K., "Recent Status on Active Space Debris Removal Technologies", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 43, No. 9, 2015, pp. 845-857. 

  6. Krizhevsky, A., Sutskever, I., and Hinton, G., "Imagenet classification with deep convolutional neural networks", In Advances in Neural Information Processing Systems(NIPS), 25, 2012, pp. 1106-1114 

  7. Girshick, R., Donahue, J., Darrell, T., Malik, J., "Rich feature hierarchies for accurate object detection and semantic segmentation", Proceedings of the 2014 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR), Columbus, OH, 2014, pp. 580-587 

  8. Szegedy, C., Toshev, A., and Erhan, D., "Deep neural network for object detection", In Advances in Neural Information Processing Systems(NIPS), 26, 2013, pp. 2553-2561 

  9. Zhao, S. P., and Khorasani, K., "A Recurrent Neural Network Based Fault Diagnosis Scheme for a Satellite", Proceedings of the 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society(IECON), Taipei, Taiwan, Nov. 5-8, 2007. 

  10. Kim, J. H., Lee, D. W., Cho, K. R., Min, C. O., Cho, S. J., "Trajectory Optimization and the Control of a Re-entry Vehicle during TAEM Phase using Artificial Neural Network", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 37, No. 4, 2009, pp. 350-358. 

  11. Chen, X., Xiang, S., Liu, C. L., and Pan, C. H., " Vehicle Detection in Satellite Images by Hybrid Deep Convolutional Neural Networks", IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Vol. 11, No. 10, Oct, 2014, pp. 1797-1801 

  12. Langkvist, M., Kiselev, A., Alirezaie, M. and Loutfi, A., "Classification and Segmentation of Satellite Orthoimagery Using Convolutional Neural Networks", Remote Sensing, Vol. 8, No. 4, 2016, pp. 329-349 

  13. Hu, M. G., Wang, J. F. and Ge, Y., "Super-Resolution Reconstruction of Remote Sensing Images Using multifractal Analysis", Sensors, Vol. 9, No. 11, 2009, pp. 8669-8683. 

  14. Linares, R. and Furfaro, R., "Space Object Classification Using Deep Convolutional Neural Networks", Proceedings of the 19th International Conference on Information Fusion(FUSION), Jul. 5-8, 2016, pp. 1140-1146 

  15. Han, P., Du, J. and Fang, M., "Spatial Object Tracking Using an Enhanced Mean Shift Method Based on Perceptual Spatial-Space Generation Model", Journal of Applied Mathematics, Vol. 2013, 2013. 

  16. Rosso, F., Gallo, Allasia, W., Enrico, L., F., Prinetto, P., Rolfo, D., Trotta, P., Favetto, A., Paleari, M. and Ariano, P., "Stereo vision system for capture and removal of space debris", Proceedings of the Design and Architectures for Signal and Image Processing(DASIP), Cagliari, Italy, Oct. 2013, pp. 201-207. 

  17. Opromolla, R., Fasano, G., Rufino, G. and Grassi, M., "A Model-Based 3D Template Matching Technique for Pose Acquisition of an Uncooperative Space Object", Sensors, Vol. 15, 2015, pp. 6360-6382 

  18. Petit, A., Marchand, E. and Kanani, K., "Tracking complex targets for space rendezvous and debris removal applications", Proceedings of IEEE/RSJ International conference on Intelligent robots and systems, Vilamoura, Portugal, Oct. 2012, pp. 4483-4488 

  19. Choi, W. S., Cho, D. H., Song, H. R., Kim, J. H., Ko, S. J., Kim, H. D., "A 5-DOF Ground Testbed for Developing Rendezvous/Docking Algorithm of a Nano-satellite", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 43, No. 12, 2015, pp. 1124-1131. 

  20. Kim, J. H., Choi, W. S., Cho, D. H., Kim, H. D., Lim, S. M., "Visual Information Based Detection and Tracking Algorithm for Capture of Space Debris using Nano-satellite", Proceedings of 29th Workshop on Image Processing and Image Understanding (IPIU 2017), 2017. 

  21. Kim, J. H., Lim, S. M., Kim, H. D., "Depth discontinuity based target space debris candidate ROI Extraction from RGB-D image", Proceedings of the 2017 KSAS Spring Conference, 2017, pp. 518-519 

  22. Tensorflow, Retrieved Aug. 10, 2017 from https://www.tensorflow.org 

  23. Keras, Retrieved Aug. 10, 2017 from https://keras.io/ 

저자의 다른 논문 :

LOADING...
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로