[논문]추적명령 지연보상을 통한 표적추적 성능향상 방안 연구

김미정; 박가영; 강명호

doi:10.5139/jksas.2019.47.5.358

추적명령 지연보상을 통한 표적추적 성능향상 방안 연구
A Study on Target Tracking Performance Enhancement Using Lock-on Time Delay Compensation Method 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.47 no.5, 2019년, pp.358 - 363

김미정 (Agency for Defense Development) , 박가영 (Agency for Defense Development) , 강명호 (Agency for Defense Development)

초록
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무인 항공기에 탑재된 EOIR 장비가 데이터 링크를 통해 영상과 데이터를 송수신할 경우 데이터의 전송 경로와 지상 장비 및 무선 네트워크 상태에 따라 데이터 전송이 지연될 수 있다. 이로 인해 수신한 영상을 보는 시간과 촬영하는 시간이 다르기 때문에 초기 표적의 LOCK-ON 실패 가능성이 높아진다. 따라서 본 논문은 영상과 동기화된 프레임 인덱스를 도입하고, 지상에서 명령에 프레임 인덱스를 추가하여 전송함으로써 영상추적의 성공률을 높이는 방법을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

If the EOIR equipment mounted on an unmanned aircraft transmits images and receives commands through a data link, there may be delays in data transmission depending on the transmission path of the data and the conditions of the ground equipment or wireless network. This increases the possibility of initial target LOCK-ON failure due to the difference between the time when the received image is viewed and the time when the image is taken. Therefore, this paper proposed a way to use frame indexes to synchronize with images, and to increase the success of target tracking by adding frame indexes to commands from the ground station.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 영상마다 프레임 인덱스를 붙여 전송하고 데이터 전송과정에서 이를 동기화하는 설계내용을 제안하였다. 또한 영상과 프레임 인덱스를 영상추적 명령에 반영하여 추적 알고리즘에서 이를 이용한 표적 선택이 가능하도록 하여 포착성공률을 높이고, 표적 중심을 포착 및 추적함으로써 전자광학장비의 추적성능을 향상시키는 방법에 대해 제안하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 영상마다 프레임 인덱스를 붙여 전송하고 데이터 전송과정에서 이를 동기화하는 설계내용을 제안하였다. 또한 영상과 프레임 인덱스를 영상추적 명령에 반영하여 추적 알고리즘에서 이를 이용한 표적 선택이 가능하도록 하여 포착성공률을 높이고, 표적 중심을 포착 및 추적함으로써 전자광학장비의 추적성능을 향상시키는 방법에 대해 제안하였다.

제안 방법

기존에는 영상과 메타정보의 동기화를 고려하지 않고 SPI 통신을 통해 분리된 프레임 인덱스를 포함한 메타정보를 전송하였다. 그러나 본 논문에서는 추적명령 지연을 통해 발생하는 문제점을 해결하기 위해 압축된 영상과 프레임 인덱스의 동기화가 필요하였고, 이를 위해 Fig. 5와 같이 영상압축보드에서 GPIO 신호를 추가하였다. 영상압축을 위해 FPGA에서 DSP로 영상데이터가 전달될 때, GPIO 신호를 발생하여 SPI 버퍼에 분리저장되어 있는 메타정보가 ARM으로 전송되도록 하였다.
본 논문에서 제안하는 알고리즘의 성능에 대한 검증을 위해 추적명령 지연보상 알고리즘을 실제 장비에 적용 후 실 비행시험을 통해 이동 표적을 포착 및 추적하는 시험을 수행하였다. 다운링크와 업링크 각각의 프레임 딜레이는 측정하기 어려우나, 영상추적장치에서 인지되는 최종 프레임 딜레이를 기준으로 시험하였다. 표적 포착 시 지상통제장치로부터 전달받은 프레임 인덱스와 전자광학장비에서 처리하고 있는 현재 프레임에 대한 인덱스와 차이는 대부분 8~13프레임 차이를 보였다.
를 맞추어 해결하였다. 또한 GPIO 신호를 추가하여 영상과 동기화되어 이동하도록 하였다.
본 논문에서 제안하는 알고리즘의 성능에 대한 검증을 위해 추적명령 지연보상 알고리즘을 실제 장비에 적용 후 실 비행시험을 통해 이동 표적을 포착 및 추적하는 시험을 수행하였다. 다운링크와 업링크 각각의 프레임 딜레이는 측정하기 어려우나, 영상추적장치에서 인지되는 최종 프레임 딜레이를 기준으로 시험하였다.
약 10분 단위의 시험을 1시간 이상 수행하여 영상과 프레임 인덱스의 일치여부를 재확인하였다. 그 결과 Fig.
5와 같이 영상압축보드에서 GPIO 신호를 추가하였다. 영상압축을 위해 FPGA에서 DSP로 영상데이터가 전달될 때, GPIO 신호를 발생하여 SPI 버퍼에 분리저장되어 있는 메타정보가 ARM으로 전송되도록 하였다. 영상은 TI사에서 제공하는 library를 통해 압축이 진행되었다.
또한, 포착이 되더라도 표적 중심이 포착되지 않아 운용자가 추적창을 표적 중심으로 이동시키는 추가적인 작업이 요구된다. 이러한 문제를 해소하기 위해 본 논문에서는 영상과 프레임 인덱스를 동기화하고, 영상 시현시점의 프레임 인덱스를 활용하여 표적에 대한 초기 포착 성공률을 향상시키는 방안에 대해 제안하였으며, 실제 비행 시험을 통해 제안한 설계 및 알고리즘의 성능 및 운용적인 측면에서 유용성을 입증을 하였다. 이는 무인항공기 등 원격으로 통제되는 플랫폼에 장착된 전자광학장비의 임무 성공률을 높여 전자광학장비의 활용성을 한층 더 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
5와 같이 입출력을 설정하였다. 입력영상은 Fig. 6의 오른쪽 그림과 같이 1500프레임의 영상의 상단에 숫자를 입혀 눈으로 확인이 가능하도록 하였다. 만들어진 영상은 10분 동안 압축되어 SSD에 저장되도록 하였다.
만들어진 영상은 10분 동안 압축되어 SSD에 저장되도록 하였다. 저장된 파일은 프로그램을 통해서 영상과 프레임 인덱스를 분리하여 일치여부를 확인하였다.

대상 데이터

영상압축을 위해 FPGA에서 DSP로 영상데이터가 전달될 때, GPIO 신호를 발생하여 SPI 버퍼에 분리저장되어 있는 메타정보가 ARM으로 전송되도록 하였다. 영상은 TI사에서 제공하는 library를 통해 압축이 진행되었다. 압축된 영상 데이터와 메타정보는 ARM에서 전송포맷에 맞게 변환되어 전달된다.

성능/효과

약 10분 단위의 시험을 1시간 이상 수행하여 영상과 프레임 인덱스의 일치여부를 재확인하였다. 그 결과 Fig. 7과 같이 1334번 영상의 프레임 인덱스가 1334로 나타나 프레임 인덱스의 중복이나 빠짐 현상없이 일치함을 확인할 수 있었다. 따라서 영상과 프레임 인덱스가 분리되는 영상압축보드에서 출력데이터의 동기화가 되었음이 확인되었다.

후속연구

그러나 영상압축보드에서 영상과 프레임 인덱스의 동기화가 이루어졌더라도 프레임 인덱스가 사용되지 않는다면, 무선링크를 통해 데이터가 전달되고 지상통제장치에서 압축을 풀어 데이터를 전시하는 과정에서 각종 지연요소가 발생하여 명령을 요청하게 된 근거영상이 무엇이었는지 식별하기 어렵다. 따라서 지상통제장치에서 근거영상을 프레임 인덱스로 나타내어 명령을 요청한다면, 탑재장비의 임무수행의 정확도가 향상될 것이다.
이러한 문제를 해소하기 위해 본 논문에서는 영상과 프레임 인덱스를 동기화하고, 영상 시현시점의 프레임 인덱스를 활용하여 표적에 대한 초기 포착 성공률을 향상시키는 방안에 대해 제안하였으며, 실제 비행 시험을 통해 제안한 설계 및 알고리즘의 성능 및 운용적인 측면에서 유용성을 입증을 하였다. 이는 무인항공기 등 원격으로 통제되는 플랫폼에 장착된 전자광학장비의 임무 성공률을 높여 전자광학장비의 활용성을 한층 더 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무인항공기에 탑재된 전자광학장비의 역할은 무엇인가?	무인항공기에 탑재된 전자광학장비는 데이터링크를 통하여 명령과 영상데이터를 지상통제장치와 송수신한다. 이 때, 데이터의 송수신 경로, 무선망 및 지상통제장치의 상태에 따라 데이터 전송의 지연이 발생할 수 있다.
	전자광학장비의 데이터 전송 지연이 상대속도가 큰 경우 발생하는 문제는 무엇인가	이로 인해, 무인항공기에 탑재되어 있는 전자광학장비에 의해 촬영된 영상이 무선링크를 통해 지상통제장치에 도달하고, 지상통제장치에서 운용자에게 해당 영상에서 표적을 포착하라는 명령을 무인항공기의 전자광학장비로 전달되는 과정에서 실제 표적이 최초 포착 지점으로부터 벗어날 가능성이 높다. 특히 상대속도가 큰 경우 즉, 추적하고자 하는 표적의 속도 및 무인기의 비행속도가 빠른 경우나 무인항공기와 표적과의 거리가 가까울 경우에는 표적포착의 성공률이 저하되거나 표적의 중심을 포착 및 추적하지 못하는 상황이 발생할 가능성이 더 높다.
	전자광학장비의 데이터 전송 지연은 어떠한 현상을 유발하는가	이 때, 데이터의 송수신 경로, 무선망 및 지상통제장치의 상태에 따라 데이터 전송의 지연이 발생할 수 있다. 이와 같은 데이터 전송 지연은 지상통제장치에서 수신된 영상을 시현하는 시점과 무인 항공기에 탑재된 전자광학장비에서 영상을 처리하는 시점의 차이를 필연적으로 유발한다. 이로 인해, 무인항공기에 탑재되어 있는 전자광학장비에 의해 촬영된 영상이 무선링크를 통해 지상통제장치에 도달하고, 지상통제장치에서 운용자에게 해당 영상에서 표적을 포착하라는 명령을 무인항공기의 전자광학장비로 전달되는 과정에서 실제 표적이 최초 포착 지점으로부터 벗어날 가능성이 높다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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Henriques, J. F., Caseiro, R., Martins, P., and Batista, J., "Exploiting the circulant structure of tracking-by-detection with kernels," Computer Vision-ECCV 2012, 2012, pp.702-715.

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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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