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구조적 희소성 기반 압축 센싱 알고리즘을 통한 측면주사소나 영상의 비균일 잡음 제거
Non-homogeneous noise removal for side scan sonar images using a structural sparsity based compressive sensing algorithm 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.37 no.1, 2018년, pp.73 - 81  

진영생 (고려대학교) ,  구본화 (고려대학교) ,  이승호 (국방과학연구소) ,  김성일 (국방과학연구소) ,  고한석 (고려대학교)

초록
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측면주사소나 영상의 화질은 소나 운용 주파수의 영향을 받는다. 저주파 측면주사소나 장비로 얻는 영상은 저화질 영상이며, 잡음이 화질 저하의 요소 중 하나가 된다. 균일한 잡음을 가정하는 광학 영상과는 달리. 측면주사소나 데이터의 잡음은 해양 환경(장비 소음, 신호 간섭 등)에 의해 발생한다. 또한 소나 신호의 전달 손실을 보상하고자 시간변환이득(Time-Varied Gain, TVG)을 수행하며, 이로 인해 측면주사소나 영상에 비균일 잡음이 생성된다. 본 논문에서는 측면주사소나 영상에 포함된 비균일 잡음을 제거하는 구조적 희소성에 기반한 압축 센싱 알고리즘 (Structural Sparsity based Compressive Sensing, SSCS)을 제안한다. 영상의 구조적 특징 도메인에서 국부적 및 비국부적 모델링을 동시에 구현하여 계수의 희소성을 보장하면서 비국부적 자가 유사성을 강화한다. 그리고 잡음의 비균일성을 고려하여 비국부적 모델링을 보상한다. 다양한 모의 실험을 통해 제안한 알고리즘의 우수성을 입증한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The quality of side scan sonar images is determined by the frequency of a sonar. A side scan sonar with a low frequency creates low-quality images. One of the factors that lead to low quality is a high-level noise. The noise is occurred by the underwater environment such as equipment noise, signal i...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 향상된 패치 검색 기능을 구현하고자 패치의 구조적 특징 정보를 사용해서 비국부적 모델링을 강화한다. 더 나아가서, 비국부적 모델에 TVG로 인한 잡음의 비균일성을 반영하고자, 검색 패치로부터 소나 장비까지의 거리로 가중치를 보정한다.
  • CSR 알고리즘을 강화하기 위해서는 국부 모델뿐만 아니라 비국부적 모델링이 강화되어야 한다. 본 논문에서는 비국부적 모델링을 강화하기 위해 구조적 특징을 적용한 패치 검색 방법을 모색한다. 또한 일반적인 광학 영상의 균일 잡음과는 다른 TVG에 따른 비균일 잡음 환경에서도 CSR 알고리즘이 강인하도록 비국부적 모델링을 개선한다.
  • 구조적 희소성 기반 방법에서는 국부 모델뿐만 아니라 비국부적 모델링의 강화가 성능 향상에 큰 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 비국부적 모델링이 강화될 수 있도록 구조적 특징 기반의 패치 검색 방법을 제안한다. 기존의 픽셀 intensity 기반의 비국부적 모델링에서 벗어나 공통 특징을 갖는 그룹의 구조적 특징을 반영하여 비국부적 모델링을 강화하였다.
  • 본 논문에서는 비균일 잡음 환경에 적합한 구조적 희소성 기반의 잡음 제거 알고리즘(Structural Sparsity based Compressive Sensing, SSCS)을 제안한다. 구조적 희소성 기반의 알고리즘은 구조적 특징 도메인에서 국부적/비국부적 모델링을 동시에 반영한다.
  • 본 논문에서는 측면주사소나의 TVG 으로 인해 발생되는 영상의 비균일 잡음을 제거하고자 구조적 희소성 기반 압축 센싱 알고리즘을 제안했다. 비균일 잡음 환경을 고려하기 위하여 패치의 구조적 특성 및 패치-센서와의 거리를 반영하여 비국부적 모델의 가중치를 보정하였다.
  • 본 논문에서는 패치간 픽셀 SSD 에서 벗어나 패치의 구조적 특징을 기반으로 패치간 유사성 여부를 판단한다. Tuzel et al.
  • 비국부 모델에서 픽셀 intensity 기반의 패치 검색 방식은 패치의 구조적 특징을 반영하지 않기 때문에 유사 패치를 판단할 때 오류를 범하고, 복원 영상의 구조적 특징이 흐트러질 위험이 있다. 본 논문에서는 향상된 패치 검색 기능을 구현하고자 패치의 구조적 특징 정보를 사용해서 비국부적 모델링을 강화한다. 더 나아가서, 비국부적 모델에 TVG로 인한 잡음의 비균일성을 반영하고자, 검색 패치로부터 소나 장비까지의 거리로 가중치를 보정한다.
  • 이와 더불어 본 논문에서는 측면주사소나 장비의 TVG로 인해 발생되는 잡음의 비균일성을 고려하여 가중치를 보정한다. 측면주사소나 장비의 TVG로 인해 소나 장비로부터 멀어질수록 잡음의 세기도 강해지게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저주파 측면주사소나 장비의 특징은 무엇인가? 그러나 고주파 측면주사소나 장비를 운용할 경우, 탐색 범위가 좁기 때문에 넓은 영역을 탐색해야 하는 임무에는 부적합하다. 이에 반해 저주파 측면주사소나 장비를 운용할 경우 넓은 영역을 빠르게 탐색할 수 있으나, 저해상도 및 잡음으로 인한 저화질 영상을 얻게 된다.[1]
운용 주파수는 측면주사소나 영상의 어느 부분에 영향을 주는가? 해양 탐사를 위해서 측면주사소나 장비를 활용하는 사례가 증가하고 있으며, 응용 목적에 맞게 측면 주사소나 장비의 성능을 선택하여 운용되고 있다. 측면주사소나 영상의 해상도 및 화질은 운용 주파수에 큰 영향을 받게 된다. Fig.
고화질 영상을 획득할 수 있는 고주파 측면주사소나 장비의 문제점은 무엇인가? 객체검출과 같이 관심 표적을 세부적으로 관찰해야 하는 경우, 고화질 영상을 획득할 수 있는 고주파 측면주사소나 장비를 운용하는 것이 적합하다. 그러나 고주파 측면주사소나 장비를 운용할 경우, 탐색 범위가 좁기 때문에 넓은 영역을 탐색해야 하는 임무에는 부적합하다. 이에 반해 저주파 측면주사소나 장비를 운용할 경우 넓은 영역을 빠르게 탐색할 수 있으나, 저해상도 및 잡음으로 인한 저화질 영상을 얻게 된다.
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