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영상 처리를 이용한 고해상도 영상 내 위성의 고속 검출
High-Speed Satellite Detection in High-Resolution Image Using Image Processing 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.46 no.5, 2018년, pp.427 - 435  

신승혁 (Department of Electronics and Computer Engineering, Hanyang University) ,  이종민 (Ground Based Observation R&D Lab, LIGNex1) ,  이상욱 (Weapon Systems Modeling and Analysis Team, LIGNex1) ,  양태석 (Seeker & EO) ,  김회율 (Department of Electronics and Computer Engineering, Hanyang University)

초록
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국토 방위를 위해 국가들은 자국 상공을 지나가는 위성 감시 시스템을 구축하고 있으며 이 시스템들 중 하나는 광학계를 이용한 위성 감시 시스템이다. 광학계를 이용할 경우, 획득한 영상 내에 존재하는 위성 광원을 제한된 시간 내에 검출하여 그 위치를 추적 시스템에 전달하여야 한다. 제안하는 방법은 광학계를 이용한 위성 감시 시스템을 이용해 획득한 고해상도 상공 촬영 영상을 고속으로 영상 처리하여 위성 광원을 검출한다. 이를 위해 고해상도 영상 처리에 앞서 영상을 축소하여 저해상도 영상을 생성하여 위성의 궤적을 추정하고 고해상도 원본 영상에서는 궤적 근방 영역에서만 영상 처리 방법들이 적용되도록 하였다. 제안하는 방법은 기존에 위성 검출을 위해 사용되는 방법과 유사한 위성 검출 정확도를 보이면서 검출을 더 빠르게 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Many countries are trying to deploy satellite surveillance systems for their national defense, and one of these system uses optical systems to observe the satellites above their territories. The optical satellite surveillance system requires the coordinates of the satellites in an acquired image and...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 본론에서 위성 고속 검출 알고리즘의 상세 내용을 저해상도 영상에서의 위성 궤적 추정 과정과 고해상도 영상에서의 위성 검출 과정으로 나누어 설명하고 그 실험 결과를 기재하였다. 결론에서는 실험 결과에 대한 분석과 수행한 연구의 응용 분야, 제안하는 방법의 개선 여지에 대해서 논한다.
  • 위성 광원 검출을 위해 고해상도인 원본 영상을 영상 처리하는 것은 많은 연산량을 요하나, 위성은 영상 내에서 직선 형태로 이동하므로 실질적으로 위성 광원이 나타나는 영역은 위성의 궤적 근방으로 한정되어 있다. 따라서 위성의 궤적을 빠르게 추정하고자 원본 영상이 축소된 영상을 생성한다. 영상 축소 방법에는 Subsampling, 중간값사용, 평균값 사용 등 여러 방법이 있으나, 이들 방법은 위성 광원의 밝은 픽셀 값을 손상시킬 가능성이 존재한다.

가설 설정

  • 1. 구성 가능한 삼각형 R 순서대로 내림차순으로 정렬하고 목록 상위부터 매칭을 시작한다. 만약 목록 상위의 매칭이 실패하면 그로부터 하위에 있는 삼각형은 매칭 조건을 만족하지 못하므로 매칭을 시도하지 않는다.
  • 1. 레이블 번호 카운터를 1로 설정하고, 전체 픽셀의 레이블을 0(레이블링 되지 않음)으로 설정한다.
  • 2. 전체 영상 내 전경 픽셀 중 좌측 상단의 픽셀로 이동한다.
  • 이들은 Streak 광원일 가능성이 매우 낮으나 추후 수행되는 레이블링 과정에서 연산량을 소요하므로 이러한 노이즈 전경을 최대한 제거할 필요성이 있다. 노이즈 전경 픽셀은 대부분 다른 전경 픽셀과 인접해 있지 않다는 가정을 이용하여 픽셀에 인접한 8개 픽셀 모두가 배경인 단일 전경 픽셀 픽셀을 제거하여 배경 픽셀로 간주한다. 단일 전경 픽셀 제거 결과는 Fig.
  • 본 연구에서 제안한 위성 Streak 광원 검출 방법과 기존의 방법은 영상 내에 단 하나의 위성으로 인한 Streak이 발생한다는 가정 하에 사용되었다. 만약 영상 내에 둘 이상의 영상이 포함될 경우 제안하는 방법의 직선 맞춤이 둘 이상의 위성을 분류해 내는데 도움이 될 것으로 생각한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Guide Star Catalog는 무엇인가? 추출한 광원 중 천체에 해당하는 광원을 찾기 위해서는 Guide Star Catalog (GSC)[4]가 사용되었다. GSC는 허블 천체 망원경을 이용해 촬영한 천체를 영상 처리를 이용해 검출하고 이들 위치를 가상의 천구(celestial sphere)에 투영, 이들을 적도 좌표계(equatorial coordinate system)의 좌표 Right ascension과 Declination으로 기록한 천체 좌표 기록이다. 적도 좌표계의 형태는 Fig.
상공을 촬영한 고해상도 영상의 특징은 무엇인가? 감시 시스템에 사용되는 이미지 센서가 저해상도일 경우, 적은 수의 픽셀로 인해 발생하는 광원 위치의 모호성으로 인하여 위성 위치를 계산 시 오차가 크게 발생하므로 광학계를 이용한 위성 감시 시스템은 고해상도 영상을 사용하여 이러한 모호성을 최대한 줄인다. 상공을 촬영한 고해상도 영상의 특징은 긴 Read-out 시간으로 인하여 이동 중인 물체는 점이 아닌 Streak 형태의 광원으로 나타난다는 특징이 있다. 만약 광학 장비에 자전 보상기능이 적용되어있다면, 천체는 점 형태의 광원으로, 위성은 다수의 Streak 형태의 광원으로 나타나게 되며[2], 이는 위성 검출을 수행하는데 중요한 특징이 된다.
광원 추출 기법중 SExtractor은 어떤 기법인가? 기존의 방법들에서는 광원 추출을 위하여 주로 SExtractor[3]가 사용되었다. 이는 영상을 여러 개의 구획으로 분할하고 각 구획을 위해 배경을 모델링하여 전경을 분리한다. 그 후 전경에 필터를 적용하여 노이즈를 제거, 광원을 추출하고 영상 촬영을 위해 사용한 광도측정법(photometry)와 광원 반지름 정의 방식을 고려하여 광원의 위치를 추정한다. 추출한 광원 중 천체에 해당하는 광원을 찾기 위해서는 Guide Star Catalog (GSC)[4]가 사용되었다.
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참고문헌 (8)

  1. Ciurte, A., and Danescu, R., "Automatic Detection of MEO Satellite Streaks from Single Long Exposure Astronomic Images," 2014 International Conference on Computer Vision Theory and Applications, January 2014, pp. 538-544. 

  2. Helin, E.F., and Shoemaker, E.M.., "The Palomar Planet-crossing Asteroid Survey, 1973-1978," Icarus, Vol. 40, No. 4, December 1979, pp. 321-328. 

  3. Bertin, E., and Arnouts, S., "SExtractor: Software for Source Extraction," Astronomy and Astrophysics Supplement Series, Vol. 117, No. 2, June 1996, pp. 393-404. 

  4. Lasker, B.M., Sturch, C.R., McLean, B.J., Russell, J.L., Jenkner, H., and Shara, M.M., "The Guide Star Catalog. I - Astronomical Foundations and Image Processing," Astronomical Journal, Vol. 99, June 1990, pp. 2019-2058, 2173-2178. 

  5. Groth, E.J., "A pattern-matching algorithm for two-dimensional coordinate lists," Astronomical Journal, Vol. 91, May 1986, pp. 1244-1248. 

  6. Shapiro, L., and Stockman, G., "Computer Vision," 1st Ed., Prentice Hall, New Jersey, 2001, pp. 69-74. 

  7. Fischler, M.A., and Bolles, R.C., "Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography," Communications of the ACM, Vol. 24, No. 6, June 1981, pp. 381-395. 

  8. Calabretta, M.R., and Greisen, E.W., "Representations of celestial coordinates in FITS," Astronomy and Astrophysics, Vol. 395, December 2002, pp. 1077-1122. 

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