KR100502409B1 - 2차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치 - Google Patents

2차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 대상물에 대한 2 차원의 고해상도 영상을 획득하기 위해, 측정 대상물을 비선형적으로 회전하도록 제어하고 각각의 회전 각도에서 측정 대상물에 대한 데이터를 측정하며, 이 측정 데이터에 영상 복원 알고리즘을 적용하여 2 차원의 고해상도, 고화질 초점 영상을 획득하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치에서는 2 차원 보간 알고리즘을 채용하지 않는 영상 복원 알고리즘을 측정 데이터에 적용함으로써 획득한 초점 영상의 품질을 저하시키지 않으면서도 2 차원의 고해상도 초점 영상을 빠른 시간에 획득할 수 있는 특징이 있다. 본 발명에 따른 2차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치는 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar), CT(Computerized Tomography), MRI(Magnetic Resonance Imaging), 초음파 영상 시스템과 같은 비파괴 정밀 영상 획득 시스템의 고성능화를 위해 이용될 수 있다.

Description

2차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OBTAINING 2-DIMENSIONAL HIGH RESOLUTION IMAGE}
본 발명은 2 차원의 고해상도 영상을 획득하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정 데이터 처리시에 보간 알고리즘을 채용하지 않는 영상 복원 알고리즘을 사용하여 회전 목표물의 고해상도 영상을 획득할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar), CT (Computerized Tomography), MRI (Magnetic Resonance Imaging) 등의 영상 시스템은 측정 장치 또는 측정 대상물을 일정한 회전 각도로 회전시켜 데이터를 측정하고, 보간 알고리즘을 포함하는 영상 복원 알고리즘을 측정 데이터에 적용한다.
제어형 회전체에 대한 고해상도의 ISAR 영상 기법은 레이더 목표물(target)의 모델링(modeling) 및 분석 등과 같은 다양한 응용 분야에 이용되고 있다. 또한, 이 기법은 의학 및 물리학에서 질병 진단 및 물질 등의 식별 방법으로서 보조적으로 적용되며, 목표물 검출, 인식, 분류 기법을 개발하는 데 이용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 회전 목표물의 고해상도 영상 획득을 위한 장치를 도시하고 있으며, 이 장치는 측정 대상물을 선형적으로 회전하도록 제어하는 방식을 이용하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 영상 획득 장치(100)는 측정 대상물을 일정한 속도로 회전시켜 이로부터 반사된 신호를 관측 각도(observation angle)에서 샘플링(sampling)하여 데이터를 측정하는 것이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 회전 목표물의 영상 획득 장치(100)는 회전 스테이지(110), 회전 구동부(120), 송신 안테나(130), 수신 안테나(140), 기준 신호 발생부(150), 제어 및 신호 처리부(160), 표시기부(170)를 포함하고 있다.
회전 스테이지(110)는 측정 대상물(180)을 장착하고 있다. 회전 구동부(120)는 회전 스테이지(110)를 회전시키는, 예컨대 모터(motor)로 구성되어 있으며, 회전 스테이지(110)와 기계적으로 연결되어 있다. 또한, 회전 구동부(120)는 제어 및 신호 처리부(160)에 전기적으로 접속되어 있다. 송신 안테나(130)는 기준 신호 발생부(150)를 통해 제어 및 신호 처리부(160)에 전기적으로 접속되어 있다. 송신 안테나(130)는 기준 신호 발생부(150)에서 발생된 기준 신호를 측정 대상물(180)로 전송하고 수신 안테나(140)는 측정 대상물(180)에서 반사된 신호를 수신하여 이를 제어 및 신호 처리부(160)로 전송한다. 제어 및 신호 처리부(160)는 수신 안테나(140)에서 수신된 신호를 처리하여 측정 대상물(180)에 대한 2 차원의 영상을 출력한다. 이때, 제어 및 신호 처리부(160)는 측정된 데이터에 대해 전술한 바와 같은 일반적인 2 차원 영상 복원 알고리즘을 적용하여 2 차원의 영상을 만들어낸다.
종래의 회전 목표물을 위한 영상 획득 장치(100)가 좁은 측정 각도에서 측정 대상물을 측정하는 경우, 측정된 데이터가 직각 좌표 상에 균일하게 분포된 푸리에 변환(Fourier transform) 샘플로 모델링될 수 있기 때문에, 2 차원의 비초점(unfocused) 복원 알고리즘을 사용하면 비교적 짧은 시간에 2 차원의 비초점 영상을 획득할 수 있다. 그러나, 측정 대상물에 대한 측정 각도가 커지면, 널리 알려진 바와 같이 블러 효과(blur effect)로 인해 획득된 2 차원 비초점 영상의 품질이 저하된다. 또한, 종래의 영상 획득 방법 및 장치는 전술한 바와 같이 측정 대상물을 선형으로 회전시키면서 데이터를 측정하기 때문에, 측정된 데이터가 측정 좌표 평면에서 좌표축의 중심으로부터 불균일한 간격으로 분포하게됨으로써 2 차원의 고해상도 초점 영상을 획득하기 위해서는 영상 복원을 위한 거리 축과 횡단 거리축(거리축과 직교되는 축)에 대한 2 차원 보간 알고리즘이 필요하게 되어 데이터 처리 시간을 더욱 증가시킬 뿐만 아니라 획득된 2 차원의 초점 영상의 품질도 저하된다.
즉, 측정 대상물을 일정한 속도로 회전시켜 2 차원의 초점 영상을 획득하는 종래의 영상 획득 방법 및 장치에 있어서의 가장 큰 문제점은 초점 영상 복원을 위해 측정된 데이터에 2 차원 보간 알고리즘을 포함하는 2 차원의 영상 복원 알고리즘이 필요하게 되어, 2 차원의 초점 영상 획득에 필요한 데이터 처리 시간이 많이 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 2 차원의 보간 알고리즘을 측정된 데이터에 적용함으로써 측정 데이터에 인조잡상(artifact)이 발생되어 획득된 2 차원의 초점 영상 품질이 저하되는 결과를 초래하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제들을 해결하기 위해 안출한 것으로, 측정 대상물을 비선형적으로 제어하여 데이터를 측정함으로써 고해상도의 영상을 획득하기 위한 알고리즘을 단순화시키고, 영상의 품질을 저하시키지 않고 이의 처리 시간을 감소시킬 수 있는 회전 목표물의 2 차원의 고해상도 레이더 영상 획득 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 측정 대상물을 비선형적으로 회전하도록 제어하고 각각의 회전 각도에서 데이터를 측정하여 2 차원의 고해상도 영상을 획득할 수 있으며 제어 및 신호 처리 수단, 주파수 변환 수단, 기준 신호 생성 수단, 기준 신호 송·수신 수단, 상기 측정 대상물 회전 수단을 포함하는 장치에서, 영상의 품질을 저하시키지 않으면서도 영상 복원을 위한 처리 시간을 단축시키기 위해, 상기 측정 대상물과 상기 영상 획득 장치간의 초기 위치 정보를 획득하는 단계와, 상기 측정 대상물을 탑재한 상기 측정 대상물 회전 수단을 비선형적으로 회전시키기 위한 파라미터(parameter)인 상기 측정 대상물 회전 수단의 회전 증가분 및 전체 회전각을 계산하는 단계와, 상기 측정 대상물에 대한 상기 측정 대상물 회전 수단의 시작 주파수(), 스텝 주파수()를 계산하는 단계와, 상기 단계들에서 획득한 값을 기반으로 측정 대상물에 대한 데이터를 측정하고 저장하는 단계와, 상기 데이터 측정이 종료되었는지를 판단하는 단계와, 상기 판단 단계의 결과가 부정이면 상기 단계들을 반복하고, 상기 판단 단계의 결과가 긍정이면 영상 복원 알고리즘을 적용하여 2 차원의 고해상도 영상을 획득하는 단계와, 상기 2 차원의 고해상도 영상을 출력하는 단계를 포함하되, 상기 영상 복원 알고리즘은 데이터 보간 알고리즘 없이 2 차원의 FFT 알고리즘을 측정된 데이터에 직접 적용하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 측정 대상물을 비선형적으로 회전하도록 제어하고 각각의 회전 각도에서 데이터를 측정하여 2 차원의 고해상도 영상을 획득하기 위해, 상기 측정 대상물을 비선형적으로 회전시키기 위한 회전 수단과, 상기 측정 대상물의 영상을 획득하기 위해 제 1 신호를 발생하기 위한 수단과, 상기 제 1 신호를 상기 측정 대상물로 전송하기 위한 전송 수단과, 상기 측정 대상물로부터 반사된 제 2 신호를 수신하기 위한 수단과, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 주파수를 상이한 주파수를 갖는 제 3 및 제 4 신호들로 변환시키기 위한 수단과, 상기 제 3 및 제 4 신호에 근거하여 영상을 복원하고, 상기 측정 대상물 회전 수단을 제어하기 위한 신호 처리 및 제어 수단을 포함하되, 상기 신호 처리 및 제어 수단은 측정된 데이터에 보간 알고리즘 처리를 하지 않고 2 차원의 FFT 알고리즘을 직접 적용하는 영상 복원 알고리즘을 이용하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치가 제공된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 측정된 데이터에 2 차원 보간 알고리즘을 적용하지 않으면서도 2 차원의 고해상도 영상을 획득할 수 있는 본 발명에 따른 레이더 영상 획득 장치(200)가 도시되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 획득 장치(200)는 송신 안테나(210), 수신 안테나(220), 주파수 변환부(230), RF(Radio Frequency) 신호 생성부(240), 시스템 제어 및 신호 처리부(250), 측정 대상물 회전부(260), 표시기부(270)를 포함한다. RF 신호 생성부(240)는 RF 신호를 생성하여 송신 안테나(210) 및 주파수 변환부(230)로 전송한다. 이 RF 신호는 예컨대 중심 주파수가 27.5 ㎓인 신호이다. 송신 안테나(210)는 RF 신호 생성부(240)로부터 입력된 RF 신호(시작 주파수와 스텝 주파수가 더해진 주파수를 가짐)를 측정 대상물 회전부(260)에 탑재된 측정 대상물(280)로 전송한다. 도 2에 도시한 측정 대상물(280)은 차량이지만 어떠한 대상물도 가능하다.
측정 대상물 회전부(260)는 시스템 제어 및 신호 처리부(250)의 제어하에 측정 대상물(280)을 비선형적으로 회전시키는데, 이 측정 대상물 회전부(260)는 측정 대상물(280)을 탑재할 수 있는 스테이지(stage)와 회전축을 구비하며 시스템 제어 및 신호 처리부(250)에 전기적으로 접속된 회전 모터를 포함한다. 회전축은 스테이지에 기계적으로 결합되어 있다. 이 회전 모터는 예컨대, 0.0036°의 각도 분해능(angular resolution)을 갖는 DC 서보(servo) 모터로서, 시스템 제어 및 신호 처리부(250)에서 발생된 스텝 주파수(step frequency)를 이용하여 측정 대상물(270)을 비선형적으로 회전시킨다.
주파수 변환부(230)는 RF 신호 생성부(240)에서 발생된 RF 기준 신호를 이용하여 수신 안테나(220)에서 측정된 RF 신호를 중간주파수 IF 신호로 변환하여 시스템 제어 및 신호 처리부(250)로 전송한다. 시스템 제어 및 신호 처리부(250)는 주파수 변환부(230)로부터 전송된 IF 신호를 처리하여 2 차원의 고해상도 레이더 영상을 표시기부(280)를 통해 출력한다. 이때, 시스템 제어 및 신호 처리부(250)는 측정 데이터에 2 차원의 보간 알고리즘을 포함하지 않는 2 차원 영상 복원 알고리즘을 사용하여 2 차원의 고해상도 초점 영상을 획득한다.
도 3은 측정 대상물(280)로부터 반사된 레이더 신호를 샘플링하여 측정 데이터를 획득하기 위한 좌표를 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 측정 방법은 제어 주파수와 회전 각도를 사용하여 사각형 래스터(raster) 상에서 측정 대상물로부터 반사된 레이더 신호를 측정한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 측정 대상물(280)에 대한 측정 데이터는 측정 좌표계에서 축으로 일정한 간격으로 분포되어 있고, 축으로는 각각의 축 좌표에 대해서 일정한 간격으로 분포되어 있다. 샘플링 위치는 수학식 1로 표현되는 측정 각도 와 레이더 신호의 주파수에 의해 결정된다.
여기서, 와 는 각각 측정좌표 평면에서의 가로축과 세로축을 나타낸다.
측정 대상물(280)로부터 반사된 RF 데이터 신호는 임의의 고정점 에 대해 축 상의 간격 및 축 상의 간격 을 갖는 균일한 분포로 샘플링 된다. 여기서, , , , 는 광속도 c로 X, Y, , 를 정규화한 값이다. 시작 주파수, 스텝 주파수, 측정 각도의 간격을 제어하여 측정 대상물(280)로부터 반사된 RF 데이터 신호를 수신 안테나(220)를 이용하여 측정한다. 주어진 측정 각도에서 시작 주파수와 스텝 주파수를 결정하기 위해 초기값 와 측정 간격 가 각각 수학식 2와 3에 따라 선택되어야 한다.
여기서, 는 측정 대상물의 회전 각도 가 제로(zero)일 때의 시작 주파수이고, 는 측정 대상물의 회전 각도 가 제로(zero)일 때의 스텝 주파수이다. 측정 간격 는 영상 평면에서 가짜 신호(ghost signal)에 의해 영향을 받지 않는 측정 가능한 최대 거리 방향 범위를 만족하도록 스텝 주파수와 측정 대상물의 거리 범위(range extent) 사이의 관계에 따라 결정되어야 한다. 각각의 회전 각도는 수학식 4에 따라 초기 측정 간격 에 의해 결정된다.
수학식 4에 의해 계산된 각각의 측정 각도 에서 초기값 를 유지하도록 하기 위한 k번째 시작 주파수 는 수학식 5에 의해서 결정된다.
여기서, c는 광속도이다. 또한, k번째 스텝 주파수 는 각각의 측정 각도 에서 와 에 대해 일정한 값을 유지하도록 선택되며 수학식 6을 사용하여 계산될 수 있다.
수학식 6에서, 스텝 주파수 와 회전 각도 증분인 는 각각 최대 검출 거리와 최대 횡단 거리(cross range)를 만족하도록 선택되어야 한다. 와 는 결정된 파라미터를 사용하여 수학식 7과 8에 의해 계산될 수 있다.
균일하게 분포된 측정 대상물(280)에 대한 측정 데이터의 세트(set)는 선택된 측정 파라미터 , , , , 를 사용하여 얻어질 수 있으며, 영상 복원을 위해 보간 알고리즘을 사용하지 않고 효율적인 FFT 알고리즘을 측정 데이터에 직접 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 획득 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 단계(S402)에서는 측정 대상물(280)과 본 발명에 따른 영상 획득 장치간의 초기 위치 정보인 , , 를 취득한다. 단계(S404)에서는 k값을 0으로 초기화 시켜 k=0일 때부터 데이터를 측정한다. 단계(S406)에서는 인지를 판단한다. 단계(S406)에서의 판단 결과가 부정이면, 프로세스는 단계(S408)로 진행한다. 단계(S408)에서는 측정 대상물(280)의 비선형 회전 운동을 제어하기 위한 파라미터, 즉 측정 대상물 회전부(260)의 DC 모터 회전 증가분 및 전체 회전각을 계산한 다음 단계(S410)로 진행한다. 단계(S410)에서는 및 를 계산한다. 단계(S412)에서는 영상 획득을 위한 측정 대상물(280)의 비선형 회전 운동 및 측정 파라미터(즉, 스텝 주파수 및 대역폭)를 제어한다. 단계(S414)에서는 영상 획득을 위한 데이터를 측정한 다음 단계(S416)로 진행한다. 단계(S416)에서는 단계(S414)에서 측정된 데이터를 소정의 저장 장소에 저장한다. 단계(S418)에서는 k 값을 1 증가시키고 단계(S406)로 진행한다.
단계(S406)에서의 판단 결과가 긍정(즉, 측정 대상물(280)에 대한 데이터 측정이 완료됨)이면, 프로세스는 단계(S420)로 진행한다. 단계(S420)에서는 측정된 데이터에 대해 2 차원 보간 알고리즘을 포함하지 않는 2 차원의 영상 복원 알고리즘을 적용하여 2 차원의 고해상도 초점 영상을 획득한다. 단계(S422)에서는 획득한 영상을 디스플레이한 다음 프로세스가 종료된다.
시뮬레이션 결과
표 1에 제시된 영상 획득을 위한 파라미터를 사용하여 시뮬레이션(simulation)을 통해, 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치의 효과를 분석한다. 시뮬레이션을 위한 측정 대상물의 기하학적 배열은 표 2와 같이 주어지며, 시뮬레이션에 사용된 측정 대상물은 포인트(point) 측정 대상물로서 고찰한다.
영상 획득을 위한 파라미터
영상 파라미터
중심 주파수 fc = 27.5 ㎓
대 역 폭 BW = 2 ㎓
스텝 주파수 δf = 0.0157 ㎓
거리 해상도 0.075 m
전체 측정 각도 27.432°
측정 각도 간격 δφ = 0.216°
횡단 거리 해상도 0.014 m
시뮬레이션을 위한 측정 대상물의 기하학적 배열
포인트측정 대상물 P1 P2 P3 P4 P5
횡단 거리(x) 0 m 0 m -0.56 m 0.28 m 0.56 m
거리(y) 0 m 3 m 0 m -1.5 m -3 m
도 5a 및 5b는 각각 종래 기술에 따른 영상 획득 방법 및 장치를 사용하였을 때 획득할 수 있는 비초점 영상 및 초점 영상의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 따른 비초점 영상의 시뮬레이션 결과는 블러 효과로 인해 포인트 측정 대상물의 정규화된 진폭이 감소되고 시뮬레이션된 영상 평면의 중심에서 멀어질수록 포인트 측정 대상물의 응답 특성이 저하됨을 나타내고 있다. 즉, 포인트 측정 대상물이 시뮬레이션된 영상 평면의 중심으로부터 상당히 멀리 떨어진 경우, 블러 효과가 증가되어 비초점 영상의 품질이 상당히 저하된다. 비초점 영상에서 이러한 블러 효과는 측정 데이터에서의 위상 정정 오류가 영상 평면의 중심부근에서 제로(zero)이며 이 위상 정정 오류가 방사상 거리(radial distance)에 정비례하여 증가되는 것으로서 설명될 수 있다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 따른 초점 영상의 시뮬레이션 결과에서 포인트 측정 대상물에 대한 응답의 확장은 감소되었지만, 2 차원의 보간 알고리즘을 적용함으로 인해 포인트 측정 대상물에 대한 응답의 정규화된 진폭이 작아져 획득된 초점 영상의 품질이 저하되어 있음을 알 수 있다.
도 5c는 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치를 이용하여 획득할 수 있는 초점 영상의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 도 5c에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치를 사용하면 포인트 측정 대상물에 대한 응답의 확장이 감소될 뿐만 아니라, 2 차원의 보간 알고리즘을 채용하지 않는 2 차원의 영상 복원 알고리즘을 적용함으로써 포인트 측정 대상물에 대한 응답의 정규화된 진폭이 작아지지 않을뿐만 아니라 획득된 초점 영상의 품질도 저하되지 않음을 알 수 있다. 표 3은 영상 크기에 따른 초점 영상의 복원에 대한 처리 시간을 나타내고 있다.
영상 크기에 따른 처리 시간 비교
영상 크기(픽셀) 본 발 명[㎳] 종래기술[㎳] 처리시간개선율(%)
128 ×128 94 156 39.7%
256 ×256 391 627 40.5%
512 ×512 1703 2656 35.9%
1024 ×1024 7062 10625 33.5%
영상 크기가 각각 128 ×128 픽셀 및 1024 ×1024 픽셀인 경우, 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치를 적용하면 영상 복원 시간은 각각 94 ㎳와 7062 ㎳이다. 영상 크기가 큰 경우에는 측정 데이터에 대한 FFT 처리 시간이 상당히 증가하기 때문에, 본 발명의 영상 획득 방법에 따른 계산 시간의 개선 정도는 영상 픽셀의 갯수가 증가함에 따라 감소된다. 그러나, 2 차원의 보간 알고리즘을 포함하지 않는 본 발명에 따른 영상 획득 방법은 종래 기술에 따른 영상 획득 방법의 영상 복원 처리 시간과 비교할 때 데이터 처리 시간을 적어도 33% 이상 개선하고 있음을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.
실험 결과
측정 대상물(280)에 대한 2 차원의 고해상도 초점 영상을 얻기 위한 파라미터는 표 1에 주어진 파라미터를 사용한다. 측정 대상물(280)로서 사용된 것은 직경이 5 ㎝이고 길이가 20 ㎝인 3 개의 실린더(cylinder)형 금속이지만, 전술한 바와 같이 차량 사람 등 어떠한 것도 측정 대상물로서 사용될 수 있다. 3 개의 실리더형 금속은 서로 30 ㎝ 간격으로 떨어져 있다.
도 6a 및 6b는 각각 종래 기술에 따른 영상 획득 방법 및 장치를 사용하였을 때 획득한 측정 대상물에 대한 비초점 영상 및 초점 영상을 나타내고 있다. 도 6a에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 따라 획득한 비초점 영상은 블러 효과로 인해 측정 대상물(280)의 정규화된 진폭이 감소되고 획득한 비초점 영상 평면의 중심에서 멀어질수록 측정 대상물(280)의 응답 특성이 저하됨을 나타내고 있다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 따라 획득한 초점 영상에서 측정 대상물(280)에 대한 응답의 확장은 감소되었지만, 측정 데이터에 2 차원의 보간 알고리즘을 적용함으로써 측정 대상물(280)에 대한 응답의 정규화된 진폭이 작아져 획득된 초점 영상의 품질이 저하되었음을 알 수 있다.
도 6c는 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치를 사용하여 획득한 측정 대상물에 대한 초점 영상을 나타내고 있다. 도 6c에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치를 사용하면 측정 대상물(280)에 대한 응답의 확장이 감소될 뿐만 아니라 2 차원의 보간 알고리즘을 채용하지 않는 영상 복원 알고리즘을 측정된 데이터에 적용함으로써, 측정 대상물(280)에 대한 응답의 정규화된 진폭이 작아지지 않아 획득된 초점 영상의 품질이 저하되지 않음을 알 수 있다.
도 7은 계산된 회전 각도와 도 2에 도시한 측정 대상물 회전부(260)에 의해 제어된 DC 서보 모터의 회전 각도 사이의 오차를 나타내고 있는데, 도 7에서 수평축 및 수직축은 각각 각도 제어 지수와 측정 각도 오차(%)를 나타낸다. 이러한 오차는 측정 대상물 회전부(260)에 포함된 DC 서보 모터의 각도 분해능 한계 및 오차에 기인한다. 최대 오차는 22.2%이고 본 발명에서 사용된 전체 측정 각도, 예컨데 27.432도(degree)에 대한 평균 오차는 8.4%이다. 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치에 사용된 측정 대상물 회전부(260)의 위치 오차는 ±0.0036도인데, 이 값은 평균 오차값에 비해 매우 작은 값이기 때문에 도 7에서는 고려하지 않았다. 측정 대상물 회전부(260)를 제어하기 위해 예를 들어 궤환 제어 방법을 사용하면, 측정 대상물 회전부(260)의 기계적 특성으로 인한 회전 각도 제어의 오차가 감소되어 더욱 선명한 초점 영상을 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이, 측정 각도의 제어 오차에도 불구하고, 도 6a 및 6b와 비교하면 도 6c에서 측정 대상물(280)에 대한 정규화된 응답 진폭의 저하가 상당히 개선되었음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치를 사용하면, 2 차원 보간 알고리즘을 측정 데이터에 적용하지 않고서도 넓은 측정 각도에서 측정한 2 차원의 고해상도 초점 영상을 획득할 수 있으므로, 2 차원 보간 알고리즘을 적용함으로써 발생하는 측정 데이터의 손실 및 획득한 초점 영상의 품질 저하와 같은 종래 기술에서의 문제점들 뿐만 아니라 인조 잡상(artifact)에 의한 초점 영상의 품질 저하 등과 같은 문제점을 상당히 개선할 수 있다. 또한, 2 차원 보간 알고리즘을 측정 데이터에 적용하지 않기 때문에 측정된 데이터 처리 시간이 현저히 감소됨으로써 원하는 크기의 고해상도 초점 영상을 짧은 시간에 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 영상 획득 장치,
도 2는 측정 대상물을 비선형적으로 회전하도록 제어하여 2 차원의 고해상도 초점 영상을 획득할 수 있는 본 발명에 따른 영상 획득 장치의 개략적인 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법 및 장치를 사용하여 측정 대상물을 측정하는 데 사용되는 좌표도,
도 4는 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 초점 영상 획득 방법을 설명하기 위한 플로우챠트,
도 5a 및 5b는 각각 종래 기술의 영상 획득 방법 및 장치를 이용하였을 때 획득할 수 있는 비초점 및 초점 영상의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 5c는 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치를 이용하였을 때 획득할 수 있는 초점 영상의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 6a 및 6b는 각각 종래 기술의 영상 획득 방법 및 장치를 사용하여 획득한 측정 대상물에 대한 비초점 및 초점 영상을 나타내는 도면,
도 6c는 본 발명에 따른 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법 및 장치를 사용하여 획득한 측정 대상물에 대한 초점 영상을 나타내는 도면,
도 7은 계산된 측정 대상물에 대한 측정 각도와 본 발명에 따른 측정 대상물 회전부에 의해 제어된 전체 측정 각도 사이의 오차를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 송신 안테나 220 : 수신 안테나
230 : 주파수 변환부 240 : RF 신호 생성부
250 : 시스템 제어 및 신호 처리부
260 : 측정 대상물 회전부 270 : 표시기부
280 : 측정 대상물

Claims (13)

  1. 측정 대상물을 비선형적으로 회전하도록 제어하고 각각의 회전 각도에서 데이터를 측정하여 2 차원의 고해상도 영상을 획득할 수 있으며 제어 및 신호 처리 수단, 주파수 변환 수단, 기준 신호 생성 수단, 기준 신호 송·수신 수단, 상기 측정 대상물 회전 수단을 포함하는 장치에서, 영상의 품질을 저하시키지 않으면서도 영상 복원을 위한 처리 시간을 단축시키는 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법에 있어서,
    ① 상기 측정 대상물과 상기 영상 획득 장치간의 초기 위치 정보를 획득하는 단계와,
    ② 상기 측정 대상물을 탑재한 상기 측정 대상물 회전 수단을 비선형적으로 회전시키기 위한 파라미터(parameter)인 상기 측정 대상물 회전 수단의 회전 증가분 및 전체 회전각을 계산하는 단계와,
    ③ 상기 측정 대상물을 측정하기 위해 시작 주파수(), 스텝 주파수()를 계산하는 단계와,
    ④ 상기 단계 ① 내지 ③에서 획득한 값을 기반으로 측정 대상물에 대한 데이터를 측정하고 저장하는 단계와,
    ⑤ 상기 데이터 측정이 종료되었는지를 판단하는 단계와,
    ⑥ 상기 판단 단계의 결과가 부정이면 상기 단계 ① 내지 ⑤를 반복하고, 상기 판단 단계의 결과가 긍정이면 영상 복원 알고리즘을 적용하여 2 차원의 고해상도 영상을 획득하는 단계와,
    ⑦ 상기 2 차원의 고해상도 영상을 출력하는 단계
    를 포함하되, 상기 영상 복원 알고리즘은 데이터 보간 알고리즘 없이 2 차원의 FFT 알고리즘을 측정된 데이터에 직접 적용하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기 위치 정보는 데이터 샘플링을 위한 축의 초기값 , 임의의 고정점에 대한 X 축 상의 간격 , 축 상에서 데이터 측정 간격 이며,
    상기 각각의 초기 위치 정보는,
    [수학식 2]
    [수학식 3]
    [수학식 8]
    에 의해 각각 계산되는 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 ③에서 상기 는,
    [수학식 4]
    에 의해 계산되고,
    상기 는,
    [수학식 5]
    에 의해 계산되며,
    상기 는,
    [수학식 6]
    에 의해 계산되는데, 여기서 c는 광속도인 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 영상 획득 장치에서 사용되는 중심 주파수는 수십 내지 수백 ㎓이며, 대역 폭은 수 ㎓이고, 전체 측정 각도는 수십 내지 수백 도(degree)인 2 차원의 고해상도 영상 획득 방법.
  5. 측정 대상물을 비선형적으로 회전하도록 제어하고 각각의 회전 각도에서 데이터를 측정하여 2 차원의 고해상도 영상을 획득할 수 있는 장치에 있어서,
    상기 측정 대상물을 비선형적으로 회전시키기 위한 회전 수단과,
    상기 측정 대상물의 영상을 획득하기 위해 제 1 신호를 발생하기 위한 수단과,
    상기 제 1 신호를 상기 측정 대상물로 전송하기 위한 전송 수단과,
    상기 측정 대상물로부터 반사된 제 2 신호를 수신하기 위한 수단과,
    상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 주파수를 상이한 주파수를 갖는 제 3 및 제 4 신호들로 각각 변환시키기 위한 수단과,
    상기 제 3 및 제 4 신호에 근거하여 영상을 복원하고, 상기 측정 대상물 회전 수단을 제어하기 위한 신호 처리 및 제어 수단
    을 포함하되, 상기 신호 처리 및 제어 수단은 측정된 데이터에 보간 알고리즘 처리를 하지 않고 2 차원의 FFT 알고리즘을 직접 적용하는 영상 복원 알고리즘을 이용하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 처리 및 제어 수단은 상기 측정 대상물의 비선형 제어를 위한 비선형 회전 제어 신호를 발생하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 대상물 회전 수단은 상기 신호 처리 및 제어 수단으로부터 발생된 상기 비선형 회전 제어 신호에 응답하여 동작하는 회전 모터를 포함하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정 대상물 회전 수단은 10-3 오더(order) 이하의 각도 분해능을 갖는 DC 모터(motor)인 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측정 대상물 회전 수단은 10-2 오더 이하의 주파수(㎓)를 갖는 상기 비선형 회전 제어 신호에 응답하여 동작하는 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 신호는 위상은 상이하고 주파수는 동일한 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 신호, 제 2 신호, 제 3 신호, 제 4 신호는 측정 대상물의 위치에 따른 위상 및 주파수를 갖는 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  12. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 신호는 상기 제 3 신호와 주파수가 상이하고 위상은 동일한 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 신호는 상기 제 4 신호와 주파수가 상이하고 위상은 동일한 2 차원의 고해상도 영상 획득 장치.
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