KR101739966B1 - 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법 - Google Patents

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Abstract

유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법을 공개한다. 본 발명은 DBS 기법을 이용하여 획득된 2차원 이미지를 이진화하고, 모폴로지 필터의 침식 연산 기법을 이용하여 물체 영역을 설정한 후, 설정된 물체 영역의 외곽선 길이를 체인 코드 기법을 응용하여 획득함으로써, 2차원 이미지에 포함된 각 물체의 크기를 용이하게 식별할 수 있도록 한다. 따라서 해안 부근에 존재하는 선박과 같은 표적을 육지와 매우 용이하게 식별할 수 있도록 하며, 다수의 물체가 감지되는 경우에도, 체인 코드로서 판별되는 물체의 외곽 형상을 기반으로, 표적을 정확하게 식별할 수 있도록 한다.

Description

유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법{METHOD FOR RECOGNIZING TARGET OF SEEKER FOR GUIDED AIR VEHICLE}
본 발명은 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법에 관한 것으로, 특히 DBS 기법을 이용하여 2차원 이미지를 획득하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법에 관한 것이다.
유도 비행체용 탐색기는 유도 비행체의 이용 목적에 따라 지상의 표적을 추적하도록 구성될 수 있다. 현재 대부분의 유도 비행체용 탐색기는 유도 비행 이동 방향에서 기설정된 각도 범위 이내로 초고주파 신호를 방사 및 수신하여 표적을 탐지하도록 구성되어 있으나, 빔 폭이 넓기 때문에 각도 해상도가 좋지 않다는 한계가 있다. 특히 연안 부근의 해상에 존재하는 함선과 같은 표적을 요격하기 위한 유도 비행체의 탐색기는 빔 폭 내에서 동일한 거리에 육지가 존재하는 경우, 육지에서 반사되는 지면 클러터의 영향으로 표적을 정확히 탐지하지 못하는 등의 문제가 있다.
그에 비해 적외선 또는 가시광 이미지를 획득하여 분석하는 이미지 탐색기는 비나 눈, 구름 및 안개 등과 같은 대기의 영향을 크게 받아 표적을 탐지하지 못하는 경우가 빈번하게 발생한다.
또한 기존에 고주파수 신호를 방사하고, 표적에 반사되어 수신되는 신호를 분석하여 표적을 탐지하는 전자파 탐색기는 대기의 영향을 받지 않고 표적의 위치를 판별할 수 있으나, 단순히 표적의 존재 여부와 거리 및 이동 속도 등을 분석할 수 있을 뿐, 표적의 정확한 형상 등을 획득할 수 없다는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, 이하 SAR)가 개발되었다. SAR은 일반적으로 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이동하는 동안, 여러 차례 지표로 빔을 방사하고, 반사되어 수신된 신호에서 감지되는 도플러 주파수의 상대적 변화 특성을 이용하여 지표의 2차원 고분해능 정밀 이미지를 획득할 수 있는 레이더를 의미한다. SAR은 극초단파 영역의 초고주파를 활용하기 때문에 아지랑이, 가랑비, 눈, 구름, 연기 등의 기후 환경에 영향을 받지 않고, 육상 지형이나 바다를 관측할 수 있으며, 스스로 관측에 사용하는 에너지원을 전파하는 능동시스템이기 때문에 밤과 낮에 상관없이 고해상도의 2차원 이미지를 얻을 수 있다.
도1 은 SAR의 탐색 범위를 나타낸다.
SAR은 이동하지 않는 지표에 대한 고해상도 2차원 이미지를 획득하기 위한 기법이므로, 도1 에 도시된 바와 같이, 도플러 주파수의 상대적 변화 특성이 잘 확인되어 지표의 변화가 가장 크게 감지되는 방향인 비행체의 진행 방향에서 수직 방향으로 빔을 조향하도록 구성된다. 그러나 비행체의 진행 방향에서 수직 방향으로 빔을 조향하여 고해상도 2차원 이미지를 획득하면, 2차원 이미지를 획득한 시점에 비행체의 위치가 이미 해당 영역을 지나친 상태이다. 따라서 SAR은 표적을 추적해야 하는 유도 비행체 등에는 적용되기 어렵다. 그럼에도 불구하고, 빔을 비행체의 진행 방향으로 조향하게 되면, 비행체의 진행 방향과 빔 사이의 각도가 줄어드는 만큼 각도 해상도가 저하되는 문제가 있다.
상기한 SAR의 문제를 해소하기 위해, 현재 일부 유도 비행체는 각도 해상도(방위각 해상도)를 향상시키는 방안으로 도플러 빔 샤프닝(Doppler Beam Sharpening : 이하 DBS) 기법을 적용하고 있다.
도2 는 DBS 기법에 따른 탐색 범위를 나타낸다.
DBS 기법은 상기한 SAR의 기법을 응용하는 기술로서, 이동하는 SAR을 기준으로 빔을 반사하는 지표의 위치가 전방인지 후방인지에 따라, 반사파의 도플러 변위가 업-시프트(up-shift) 또는 다운-시프트(down-shift)된다는 특성을 기반으로, 도2 에 도시된 바와 같이 반사파의 도플러 변위를 기설정된 주파수 범위를 갖는 도플러 필터를 이용하여 복수개(일반적으로 19 ~ 20개)의 빈(bin)으로 구분함으로써, 방위각 해상도를 향상시킴과 동시에 전방을 탐색할 수 있도록 하는 기법이다.
즉 DBS 기법은 방위각 방향으로의 해상도를 향상시켜, 비행체의 측면이 아니라 진행 방향과 측면 사이의 각도에서 전방에 대한 2차원 이미지를 획득할 수 있도록 한다.
다만 DBS 기법을 이용하여 2차원 이미지를 획득하는 기술은 공개되어 있는 반면, 획득된 2차원 이미지에서 표적을 식별 및 탐지하는 기술이 제안되지 않아, 현재는 획득된 2차원 이미지를 저장 및 후처리한 후, 사람이 직접 확인하여 표적을 식별하고 있다. 따라서 유도 무기 등과 같이 표적을 탐지 추적하여 요격하는 유도 비행체에 DBS 기법의 적용이 용이하지 않은 실정이다.
특히 해상에 배치된 선박 등을 표적으로 요격하기 위한 유도 무기의 경우, 표적이 해안 부근에 존재하는 경우, 표적과 육지 또는 섬을 구분하지 못하여 표적을 탐지하지 못하는 한계가 있다.
한국 등록 특허 제10-1202215호 (2012.11.12 등록)
본 발명의 목적은 DBS 기법을 이용하여 획득된 2차원 이미지에서 표적을 용이하게 식별할 수 있는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법은 해상의 표적을 추적하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법에 있어서, 상기 탐색기가 기설정된 조향 각도로 빔을 방사하고, 상기 빔이 반사된 수신 신호를 기설정된 도플러 해상도에 따라 필터링함으로써, 상기 수신 신호를 입사 각도에 따라 구분 및 분석하여 2차원의 DBS 이미지를 획득하는 단계; 상기 DBS 이미지를 분석하여 해수면을 판별하고, 상기 DBS 이미지에서 상기 해수면과 상기 해상에 존재하는 물체를 구분하는 이진화 이미지를 획득하는 단계; 상기 이진화 이미지에서 상기 물체에 대한 물체 영역과 상기 해수면에 대한 배경 영역을 구분하기 위해 모폴로지 필터링 중 침식 필터링을 수행하는 단계; 상기 침식 필터링된 침식 이미지에서 상기 물체 영역의 윤곽선에 대해 기지정된 방향성 연결 코드를 적용하여 상기 물체 영역에 대한 체인 코드와 체인 코드 길이를 판별하는 단계; 및 상기 체인 코드 길이가 기설정된 기준 길이 이하이면, 상기 물체 영역을 표적 영역으로 식별하는 단계; 를 포함한다.
상기 DBS 이미지를 획득하는 단계는 상기 유도 비행체의 진행 방향을 기준으로 상기 빔의 중심이 10도 이상, 90도 미만의 범위 내에서 방사되도록 상기 조향 각도를 설정하는 단계; 상기 조향 각도로 빔을 방사하는 단계; 상기 수신 신호를 상기 도플러 해상도에 따라 필터링하여, 상기 입사 각도에 따른 영역을 구분하는 단계; 상기 입사 각도에 따라 구분된 영역에 대한 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 입사 각도에 따라 구분된 영역에 대한 이미지를 상기 입사 각도에 따라 병합하여 상기 DBS 이미지를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이진화 이미지를 획득하는 단계는 상기 DBS 이미지로부터 상기 해수면을 판별하는 단계; 상기 DBS 이미지를 분석하여, 상기 DBS 이미지의 각 픽셀을 상기 해수면에 대한 픽셀과 상기 해수면보다 높은 위치의 물체에 대한 픽셀로 구분하는 단계; 및 구분된 상기 해수면에 대한 픽셀과 상기 해수면보다 높은 위치의 물체에 대한 픽셀 각각에 서로 다른 픽셀 값을 설정하여 상기 이진화 이미지를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모폴로지 필터링을 수행하는 단계는 상기 이진화 이미지에 대해 기설정된 크기의 마스크 윈도우를 이동하면서, 상기 마스크 윈도우에 대응하는 상기 이진화 이미지의 복수개의 픽셀 값을 분석하는 단계; 상기 마스크 윈도우에 대응하는 상기 이진화 이미지의 복수개의 픽셀 값이 모두 물체 영역을 나타내면, 상기 마스크 윈도우의 현재 위치에 대응하는 위치의 픽셀의 픽셀 값을 상기 물체 영역에 대응하는 픽셀 값으로 지정하는 단계; 및 상기 마스크 윈도우에 대응하는 상기 이진화 이미지의 복수개의 픽셀 값 중 적어도 하나의 픽셀 값이 상기 배경 영역을 나타내면, 상기 마스크 윈도우의 현재 위치에 대응하는 위치의 픽셀의 픽셀 값을 상기 배경 영역 대응하는 픽셀 값으로 지정하여 상기 침식 이미지를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법은 상기 침식 이미지에 상기 물체 영역이 존재하지 않으면, 상기 DBS 이미지를 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 체인 코드 길이를 판별하는 단계는 상기 침식 이미지의 적어도 하나의 상기 물체 영역 각각에서 상기 배경 영역과 인접한 경계 영역의 픽셀 중 하나를 초기 픽셀로 설정하는 단계; 상기 초기 픽셀을 기준으로 상기 경계 영역의 픽셀 중 인접한 픽셀의 위치를 판별하는 단계; 판별된 상기 인접한 픽셀의 위치를 8개의 방향에 따른 코드값이 미리 지정된 절대 8방향 연결성 코드에 대응하여 체인 코드 값으로 획득하고, 상기 초기 픽셀에 대한 상기 체인 코드 값이 획득될 때까지, 연속하여 상기 경계 영역의 픽셀 중 인접한 픽셀에 대한 상기 체인 코드 값을 획득하는 단계; 획득된 복수개의 상기 체인 코드 값을 획득된 순서로 나열하여, 상기 체인 코드를 획득하는 단계; 및 상기 체인 코드에 포함된 상기 체인 코드 값의 개수를 상기 체인 코드 길이로 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 표적 영역으로 식별하는 단계는 적어도 하나의 상기 물체 영역에 대한 적어도 하나의 상기 체인 코드 길이를 상기 기준 길이와 비교하는 단계; 및 적어도 하나의 상기 체인 코드 길이가 상기 기준 길이 이하이면, 상기 물체 영역을 표적 영역으로 설정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 표적 영역으로 식별하는 단계는 상기 기준 이하인 상기 체인 코드 길이가 복수개이면, 상기 기준 길이에 가장 가까운 길이의 상기 체인 코드 길이에 대응하는 상기 물체 영역을 표적 영역으로 설정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 표적 영역으로 식별하는 단계는 상기 기준 이하인 상기 체인 코드 길이가 복수개이면, 상기 체인 코드를 이용하여 상기 물체 영역 각각의 형상을 판별하고, 판별된 형상을 기저장된 표적 형상과 비교하여, 상기 표적 형상에 대응하는 상기 물체 영역을 표적 영역으로 설정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 길이는 상기 탐색기와 상기 물체 영역 사이의 거리에 대응하여 조절되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법은 해상의 표적을 탐지하기 위해 DBS 기법을 이용하여 2차원 이미지를 획득하는 탐색기가 획득된 2차원 이미지를 이진화하고, 모폴로지 필터의 침식 연산 기법을 이용하여 2차원 이미지에서 물체 영역을 설정하고, 설정된 물체 영역의 외곽선 길이를 체인 코드 기법을 응용하여 획득함으로써, 2차원 이미지에 포함된 각 물체의 크기를 용이하게 식별할 수 있도록 한다. 따라서 해안 부근에 존재하는 선박과 같은 표적을 육지와 매우 용이하게 식별할 수 있다. 또한 다수의 물체가 감지되는 경우에도, 체인 코드로서 판별되는 물체의 외곽 형상을 기반으로, 표적을 정확하게 식별할 수 있다.
도1 은 SAR의 탐색 범위를 나타낸다.
도2 는 DBS 기법에 따른 탐색 범위를 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법을 나타낸다.
도4 는 도3 의 모폴로지 필터링 기법의 침식 필터링 기법의 일예를 나타낸다.
도5 는 도3 의 체인 코드를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법을 나타낸다.
도3 을 참조하면, 본 발명의 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법은 우선 탐색기가 DBS 기법에 따라, 유도 비행체의 진행 방향으로부터 기설정된 조향 각도로 빔을 방사한다(S10). 여기서 조향 각도는 유도 비행체의 진행 방향을 0도로 할 때, 0도에서 진행 방향에 대해 수직인 방향인 90도 사이의 각도로 설정되며, 바람직하게는 10도에서 30도 범위로 설정될 수 있다.
한편 탐색기는 방사된 빔이 반사되어 입사되는 수신 신호를 수신하여 2차원의 DBS 이미지를 획득한다(S20). DBS 이미지는 수신된 전체 수신 신호에 대해 기설정된 도플러 해상도(ΔFD)간격으로 필터링하는 도플러 필터링 처리를 수행함으로써 획득될 수 있다.
도4 는 DBS 기법에 따라 획득되는 2차원 이미지 영역의 일예를 나타낸다.
도4 에 도시된 바와 같이, 탐색기는 수신 신호를 도플러 해상도(ΔFD) 간격으로 필터링 함으로써, 수신 신호를 입사 각도(ψ)에 따라 도플러 해상도(ΔFD) 대응하는 간격으로 구분할 수 있다. 즉 방위각 해상도를 향상시킨 2차원의 DBS 이미지를 획득할 수 있다(S20). 도4 에서 x 축은 방위각 방향의 교차 거리(cross-range)을 의미하고, y축은 사정 거리(down-range) 방향을 의미한다.
그리고 획득된 DBS 이미지에서 해수면을 판별한다(S30). 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 탐색기를 구비하는 유도 비행체가 선박 등을 요격하기 위한 유도 무기인 것으로 가정한다. 따라서 유도 비행체용 탐색기는 해상의 표적을 탐지하여 추적하는 것을 목적으로 구성되며, 표적이 해상에 존재함에 따라 해수면을 기준으로 표적을 식별할 필요가 있다. 이에 표적을 식별하기 위한 기준 조건으로 해수면을 판별한다. 해상의 표적을 탐색하는 유도 비행체의 탐색기에서 획득되는 2차원의 DBS 이미지의 대부분은 해수면에 대한 이미지이므로, 획득된 DBS 이미지에서 해수면은 용이하게 판별할 수 있다. 그러나 탐색기는 유도 비행체의 제어부로부터 유도 비행체의 고도, 위치 및 자세 등의 정보가 포함된 제어 정보를 인가받아 분석함으로써, DBS 이미지에서 해수면을 더욱 정확하게 판별할 수 있다.
그리고 탐색기는 해수면이 판별되면, 획득된 DBS 이미지의 각 픽셀을 판별된 해수면과 비교하여 이진화함으로써, 이진화 이미지를 획득한다(S40). 탐색기는 해수면을 기준으로 각 픽셀의 높이가 해수면보다 높으면, 해당 픽셀의 값을 1로 설정하고, 해수면 이하이면 0으로 설정하여 이진화 이미지를 획득할 수 있다. 즉 해수면에 대응하는 픽셀은 0의 값을 갖고, 해수면 상에 배치되어 해수면보다 높은 위치의 선박이나 육지에 대응하는 픽셀은 1의 값을 갖도록 하여 이진화 이미지를 획득한다.
이진화 이미지가 획득되면, 탐색기는 모폴로지 필터링(Morphological Filtering)을 수행한다(S50). 모폴로지 필터링은 획득된 이미지에서 물체 영역과 배경 영역을 구분하기 위한 기법으로, 기지정된 크기의 마스크 윈도우를 이동하면서, 마스크 윈도우에 대응하는 복수개의 픽셀의 값 분석하여, 특정 픽셀의 값을 결정함으로써, 반복적으로 물체 영역 또는 배경 영역을 확장시키는 방식이다. 모폴로지 필터링은 마스크 윈도우의 크기에 대응하여 이산된 영역이나 빈 영역을 메우고, 잡음을 제거하여 이미지에서 물체의 영역과 배경 영역을 명확하게 구분하는 기법이다.
모폴로지 필터링은 일반적으로 침식(erosion) 필터링 기법과 팽창(dilation) 필터링 기법으로 구분된다. 침식 필터링 기법은 마스크 윈도우에 대응하는 모든 픽셀이 물체 영역인 것으로 판별되는 경우에 마스크 윈도우에 의해 지정된 픽셀을 물체 영역으로 판별하는 기법으로 이미지에서 물체 영역의 경계 영역을 배경 영역으로 지정하는 기법이다. 침식 필터링 기법에서는 마스크 윈도우에 대응하는 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀이 배경 영역인 것으로 판별되는 경우, 해당 픽셀을 배경 영역으로 지정하므로, 물체 영역의 크기를 축소시키는 반면, 배경 영역의 크기를 확장시키는 기법이다.
그에 반해 팽창 필터링 기법은 마스크 윈도우에 대응하는 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀이 물체 영역이면, 마스크 윈도우에 의해 지정된 픽셀을 물체 영역으로 판별하는 기법으로, 이미지에서 물체 영역의 경계 영역을 물체 영역으로 지정하는 기법이다. 팽창 필터링 기법에서는 물체 영역의 크기가 확장되고, 배경 영역의 크기가 축소된다.
침식 필터링 기법을 이용하는 경우, 마스크 윈도우의 크기에 대응하는 모든 픽셀이 물체 영역에 해당하는 픽셀인 것으로 판별되는 경우에만 물체 영역으로 인정하는 방식으로, 이미지에서 물체를 정확하게 추출해야 하는 경우에 이용된다. 그리고 본 발명의 탐색기 또한 표적을 정확하게 탐지해야 하므로, 모폴로지 필터링에서 침식 필터링 기법을 이용한다.
도4 는 도3 의 모폴로지 필터링 기법의 침식 필터링 기법의 일예를 나타낸다.
도4 에서는 침식 필터링을 위해 3 X 3 크기의 마스크 윈도우를 이용한 것으로 가정한다. 탐색기는 획득된 이진 이미지에 대해 3 X 3 크기의 마스크 윈도우를 기설정된 위치(예를 들면 좌측 상단)부터 픽셀 단위로 이동하면서, 마스크 윈도우에 대응하는 9개의 픽셀 값을 분석하여, 이진 이미지의 복수개의 픽셀 값 각각을 판별한다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 침식 필터링 기법을 이용하므로, 이진 이미지에서 현재 마스크 윈도우의 위치에 대응하는 모든 픽셀이 1의 값이 갖는 경우에, 3 X 3 크기의 마스크 윈도우의 중앙에 대응하는 픽셀의 값을 1로 결정한다. 즉 1개의 픽셀과 주변 8개의 픽셀을 포함하여 총 9개의 픽셀의 픽셀 값이 모두 1의 값을 갖는 경우에만, 중앙의 1개의 픽셀을 1의 값으로 설정한다. 반면, 9개의 픽셀 중 하나의 픽셀이라도 0의 값을 갖는다면, 중앙의 1개의 픽셀을 0의 값으로 설정한다.
따라서 도4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탐색기는 획득된 이진 이미지에 기설정된 크기의 마스크 윈도우를 이용하여 모폴로지 필터링 기법의 침식 필터링 기법을 적용함으로써, 침식 이미지를 획득할 수 있다. 침식 필터링 기법의 특성상 침식 이미지에서 1의 값을 갖는 영역은 명확한 물체 영역인 것으로 고려할 수 있다.
이진 이미지에 침식 필터링 기법을 적용하여 침식 이미지가 획득되면, 탐색기는 획득된 침식 이미지에서 물체 영역이 존재하는지 판별한다(S60). 모폴로지 필터링을 통해 잡음이 제거된 침식 이미지에서 픽셀 값이 1인 물체 영역이 존재하지 않는 경우, 탐색기가 탐지할 표적이 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 즉 획득된 침식 이미지에 대해 추가 분석을 수행할 필요가 없다. 따라서 탐색기는 침식 이미지에서 물체 영역이 존재하지 않는 것으로 판별되면, 다시 기설정된 조향 각도로 빔을 방사한다(10). 그러나 물체 영역이 존재하는 것으로 판별되면, 절대 8방향 연결성 코드를 적용하는 체인 코드 기법에 따라 적어도 하나의 체인 코드를 획득한다(S70).
도5 는 도3 의 체인 코드를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
체인 코드 기법은 물체의 윤곽선을 추적하기 위한 방법으로, 물체의 윤곽선을 윤곽선의 연결 방향에 따라 기설정된 코드값으로 변환함으로써, 물체의 윤곽에 대응하는 체인 코드를 획득하는 기법이다.
본 발명에서 탐색기는 절대 8 방향 연결성 코드가 도5 에 도시된 바와 같이 미리 설정되어 저장된다. 절대 8 방향 연결성 코드는 방향에 따라 0 ~ 7까지 설정된 코드값이 지정된다. 도5 에서는 우측 방향을 0으로 하여, 반시계방향으로 45도 각도 단위로 코드값이 1씩 증가하도록 지정되어 있으나, 절대 8 방향 연결성 코드의 각 방향별 코드값은 다르게 설정되어도 무방하다.
도5 를 참조하여 침식 이미지로부터 체인 코드를 획득하는 방법을 설명하면, 침식 이미지의 미리 지정된 위치로부터 픽셀 값을 판별하여 픽셀 값이 1을 갖는 물체 영역 중 최외곽의 픽셀을 우선 탐색한다. 본 발명에서는 일예로 탐색기가 침식 이미지의 좌측 상단으로부터 우측 방향으로 픽셀을 탐색하는 것으로 가정한다. 이에 최상단 좌측에서 2번째 픽셀이 최초로 픽셀값이 1인 픽셀로 탐색된다. 즉 물체 영역의 윤곽선에 해당하는 최외곽 픽셀 중 하나이다. 그리고 탐색된 초기 픽셀로부터, 물체 영역의 최외곽 픽셀을 반시계 방향으로 연속하여 탐색한다. 초기 픽셀로부터 반시계 방향에서 인접한 2번째 최외곽 픽셀이 아래 방향에 존재하므로, 절대 8 방향 연결성 코드에 의해 지정된 값에 따라 6 의 체인 코드값을 획득할 수 있으며, 체인 코드값이 획득된 픽셀로부터 연속하여 인접한 최외곽 픽셀을 탐색함으로써, 체인 코드(6-6-5-6-6-0-0-0-1-2-2-2-3-4-4)를 획득할 수 있다. 여기서 체인 코드의 각 코드값은 초기 픽셀 위치로부터 인접한 물체 영역의 윤곽선이 어느 방향으로 연결되는지를 나타낸다. 따라서 초기 픽셀 위치와 체인 코드를 알고 있다면, 이미지에서 물체 영역을 용이하게 구분할 수 있다.
도5 에서는 일예로 하나의 물체 영역이 존재하는 경우를 도시하였으나, 침식 이미지에는 복수개의 물체 영역이 포함될 수 있다. 이 경우, 체인 코드 또한 복수개로 획득될 수 있다.
도5 에서는 반시계 방향으로 탐색을 수행하는 것으로 도시하였으나, 반대 방향으로 탐색을 수행하여도 무방하다. 즉 탐색 방향은 반대로 설정되어도 무방하다. 그리고 상기에서는 설명의 편의를 위하여 물체 영역의 최외곽 픽셀을 연결하는 것으로 간략하게 설명하였으나, 실제 체임 코드 기법은 절대 8 방향 연결성 코드가 설정된 마스크 윈도우를 이동하며, 물체 영역의 최외곽 픽셀을 판별하고 연결하도록 구성된다.
한편 탐색기는 적어도 하나의 체인 코드가 획득되면 획득된 적어도 하나의 체인코드 각각에 대한 체인 코드 길이를 판별한다(S80).
체인 코드값의 개수인 체인 코드 길이(여기서는 15)는 물체 영역의 윤곽선 길이를 나타낸다. 따라서 체인 코드의 길이가 길면, 물체 영역의 크기가 크거나, 물체 영역의 윤곽선 형상이 매우 복잡하다는 것을 의미한다. 그러나 탐색기는 대부분 원거리에서 표적을 탐색하므로, 윤곽선 형상이 복잡하게 표현되는 경우가 거의 없다고 볼 수 있다. 또한 해상의 표적을 탐색하는 탐색기의 경우, 대상 표적이 선박인데 비해, 표적과 구분해야 하는 대상이 육지나 섬 등으로 크기의 차이가 극명하게 나타나게 된다.
이에 본 발명에서 탐색기는 판별된 체인 코드 길이가 기설정된 기준 길이 이하인지 판별한다(S90). 여기서 기준 길이는 탐색기가 탐지해야할 표적을 고려하여 미리 설정되는 길이로서, 탐지할 표적인 선박의 크기에 대응하여 조절되어 저장될 수 있다. 또한 탐색기가 표적에 근접할수록 획득된 DBS 이미지에서 물체의 크기가 크게 나타나게 되므로, 감지된 물체 영역과 탐색기의 거리를 고려하여 기준 길이가 가변되도록 구성될 수 있다.
그리고 판별된 체인 코드 길이가 기준 길이 이하인 물체 영역을 표적 영역으로 판별하여 추적한다(S100). 여기서 체인 코드 길이가 기준 길이 이하인 물체 영역을 표적 영역으로 판별하는 것은 표적이 되는 선박이 육지에 비해 상대적으로 크기가 매우 작기 때문일 뿐만 아니라, 모폴로지 필터링 시에 침식 필터링 기법을 적용하였기 때문에 침식 이미지에서 물체 영역이 DBS 이미지의 실제 물체 영역보다 작게 획득되기 때문이다. 즉 침식 이미지에 대한 체인 코드 길이는 DBS 이미지의 실제 물체 영역의 윤곽선 길이보다 작게 획득된다. 따라서 탐색기는 체인 코드 길이가 기준 길이 이하인 물체 영역을 표적 영역으로 판별하여, 표적 영역의 위치 정보를 유도 비행체의 제어부로 전송함으로써, 유도 비행체가 표적을 추적할 수 있도록 한다.
이때 탐색기는 체인 코드 길이가 기준 길이 이하인 물체 영역이 복수개로 존재하는 경우, 체인 코드 길이가 기준 길이에 가장 가까운 길이를 갖는 물체 영역을 표적 영역으로 판별하여 추적하도록 구성될 수 있다. 이는 지정된 표적 대한 크기 차이가 가장 작은 물체 영역을 표적 영역으로 판별하기 위한 것이다. 경우에 따라서는 획득된 체인 코드를 기반으로 물체 영역의 형상과 기저장된 표적의 형상을 비교하여 표적을 식별하여 표적을 추적할 수도 있다. 뿐만 아니라, 표적의 형상을 정확히 판별하기 어려운 원 거리에서는 체인 코드 길이가 기준 길이 이하인 물체 영역 중 기준 길이에 가장 가까운 길이를 갖는 물체 영역을 표적 영역으로 판별하고, 이후, 탐색기가 판별된 표적 영역과 기설정된 기준 거리 이내로 접근하여, 표적 영역의 형상을 더 정확하게 판별할 수 있는 경우에는 표적 영역의 형상과 기저장된 표적의 형상을 비교하여 표적을 식별하도록 구성될 수도 있다.
그리고 탐색기는 유도 비행체가 표적에 요격되지 판별한다(S110). 탐색기는 유도 비행체가 표적에 요격되지 않은 동안 반복하여, 빔을 방사하여 표적을 탐색 및 추적한다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행할 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램으로서 구현하는 것이 가능하다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 해상의 표적을 추적하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법에 있어서, 상기 탐색기가
    기설정된 조향 각도로 빔을 방사하고, 상기 빔이 반사된 수신 신호를 기설정된 도플러 해상도에 따라 필터링함으로써, 상기 수신 신호를 입사 각도에 따라 구분 및 분석하여 2차원의 DBS 이미지를 획득하는 단계;
    상기 DBS 이미지를 분석하여 해수면을 판별하고, 상기 DBS 이미지에서 상기 해수면과 상기 해상에 존재하는 물체를 구분하는 이진화 이미지를 획득하는 단계;
    상기 이진화 이미지에서 상기 물체에 대한 물체 영역과 상기 해수면에 대한 배경 영역을 구분하기 위해 모폴로지 필터링 중 침식 필터링을 수행하는 단계;
    상기 침식 필터링된 침식 이미지에서 상기 물체 영역의 윤곽선에 대해 기지정된 방향성 연결 코드를 적용하여 상기 물체 영역에 대한 체인 코드와 체인 코드 길이를 판별하는 단계; 및
    상기 체인 코드 길이가 기설정된 기준 길이 이하이면, 상기 물체 영역을 표적 영역으로 식별하는 단계; 를 포함하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 DBS 이미지를 획득하는 단계는
    상기 유도 비행체의 진행 방향을 기준으로 상기 빔의 중심이 10도 이상, 90도 미만의 범위 내에서 방사되도록 상기 조향 각도를 설정하는 단계;
    상기 조향 각도로 빔을 방사하는 단계;
    상기 수신 신호를 상기 도플러 해상도에 따라 필터링하여, 상기 입사 각도에 따른 영역을 구분하는 단계;
    상기 입사 각도에 따라 구분된 영역에 대한 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 입사 각도에 따라 구분된 영역에 대한 이미지를 상기 입사 각도에 따라 병합하여 상기 DBS 이미지를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 이진화 이미지를 획득하는 단계는
    상기 DBS 이미지로부터 상기 해수면을 판별하는 단계;
    상기 DBS 이미지를 분석하여, 상기 DBS 이미지의 각 픽셀을 상기 해수면에 대한 픽셀과 상기 해수면보다 높은 위치의 물체에 대한 픽셀로 구분하는 단계; 및
    구분된 상기 해수면에 대한 픽셀과 상기 해수면보다 높은 위치의 물체에 대한 픽셀 각각에 서로 다른 픽셀 값을 설정하여 상기 이진화 이미지를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 모폴로지 필터링을 수행하는 단계는
    상기 이진화 이미지에 대해 기설정된 크기의 마스크 윈도우를 이동하면서, 상기 마스크 윈도우에 대응하는 상기 이진화 이미지의 복수개의 픽셀 값을 분석하는 단계;
    상기 마스크 윈도우에 대응하는 상기 이진화 이미지의 복수개의 픽셀 값이 모두 물체 영역을 나타내면, 상기 마스크 윈도우의 현재 위치에 대응하는 위치의 픽셀의 픽셀 값을 상기 물체 영역에 대응하는 픽셀 값으로 지정하는 단계; 및
    상기 마스크 윈도우에 대응하는 상기 이진화 이미지의 복수개의 픽셀 값 중 적어도 하나의 픽셀 값이 상기 배경 영역을 나타내면, 상기 마스크 윈도우의 현재 위치에 대응하는 위치의 픽셀의 픽셀 값을 상기 배경 영역에 대응하는 픽셀 값으로 지정하여 상기 침식 이미지를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법은
    상기 침식 이미지에 상기 물체 영역이 존재하지 않으면, 상기 DBS 이미지를 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 체인 코드 길이를 판별하는 단계는
    상기 침식 이미지의 적어도 하나의 상기 물체 영역 각각에서 상기 배경 영역과 인접한 경계 영역의 픽셀 중 하나를 초기 픽셀로 설정하는 단계;
    상기 초기 픽셀을 기준으로 상기 경계 영역의 픽셀 중 인접한 픽셀의 위치를 판별하는 단계;
    판별된 상기 인접한 픽셀의 위치를 8개의 방향에 따른 코드값이 미리 지정된 절대 8방향 연결성 코드에 대응하여 체인 코드 값으로 획득하고, 상기 초기 픽셀에 대한 상기 체인 코드 값이 획득될 때까지, 연속하여 상기 경계 영역의 픽셀 중 인접한 픽셀에 대한 상기 체인 코드 값을 획득하는 단계;
    획득된 복수개의 상기 체인 코드 값을 획득된 순서로 나열하여, 상기 체인 코드를 획득하는 단계; 및
    상기 체인 코드에 포함된 상기 체인 코드 값의 개수를 상기 체인 코드 길이로 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 표적 영역으로 식별하는 단계는
    적어도 하나의 상기 물체 영역에 대한 적어도 하나의 상기 체인 코드 길이를 상기 기준 길이와 비교하는 단계; 및
    적어도 하나의 상기 체인 코드 길이가 상기 기준 길이 이하이면, 상기 물체 영역을 표적 영역으로 설정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 표적 영역으로 식별하는 단계는
    상기 기준 길이 이하인 상기 체인 코드 길이가 복수개이면, 상기 기준 길이에 가장 가까운 길이의 상기 체인 코드 길이에 대응하는 상기 물체 영역을 표적 영역으로 설정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 표적 영역으로 식별하는 단계는
    상기 기준 길이 이하인 상기 체인 코드 길이가 복수개이면, 상기 체인 코드를 이용하여 상기 물체 영역 각각의 형상을 판별하고, 판별된 형상을 기저장된 표적 형상과 비교하여, 상기 표적 형상에 대응하는 상기 물체 영역을 표적 영역으로 설정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 기준 길이는
    상기 탐색기와 상기 물체 영역 사이의 거리에 대응하여 조절되는 것을 특징으로 하는 유도 비행체용 탐색기의 표적 식별 방법.
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