KR101854573B1 - 라돈 변환 및 투영을 이용한 isar 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법 - Google Patents

라돈 변환 및 투영을 이용한 isar 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라돈 변환 및 투영을 이용한 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치를 이용한 수직 거리 스케일링 방법에 있어서, ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법은 거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는 단계, 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성하는 단계, 상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계, 상기 탐색된 제1 및 제2 주축을 통해 추정된 회전 각도를 이용하여 표적의 회전 속도를 추정하는 단계, 그리고 상기 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링하는 단계를 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 스케일링시 표적의 회전 중심 추정 과정을 회피할 수 있으므로 연산 효율이 향상된다. 또한, 라돈 변환을 통해 주축을 추정하므로 노이즈가 많은 환경에서도 정확한 회전 속도를 추정할 수 있다.

Description

라돈 변환 및 투영을 이용한 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법{APPARATUS FOR CROSS-RANGE SCALING OF ISAR IMAGE USNIG RADON TRANSFORM AND PROJECTION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 라돈 변환 및 투영을 이용한 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 라돈 변환 및 투영을 이용하여 ISAR 영상 수직 거리 스케일링의 연산 효율을 높이기 위한 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법에 관한 것이다.
역합성 개구면 레이더(ISAR) 영상은 비협조 기동 표적(non-cooperative maneuvering target)에서 산란자의 분포를 표시하는 영상을 제공하기 위해 거리-도플러(Range-Doppler, RD) 기술을 사용한다. 신호 산란의 전자기(EM) 특성으로 인해, ISAR 영상은 표적 진단, 인식 및 분류와 같은 많은 군사 응용 분야에서 사용된다.
그러나 추가적인 영상 처리 과정이 없으면, 거리-도플러(RD) 영역에 형성된 ISAR 영상은 수직 거리 방향을 따라 결과 영상이 확장되거나 축소될 수 있으므로 대상 분류에 적합하지 않다. 그러므로 ISAR 영상화에서는 2차원 RD 영역에서 형성된 ISAR을 균일한 거리 및 수직 거리 영역으로 재조정하는 스케일링 과정이 필수적이다.
거리 스케일링의 경우, 레이더 시스템의 신호 대역폭을 사용하여 수행 할 수 있다. 그러나 수직 거리 스케일링은 수직 거리 스케일 인자가 미지의 표적 회전 속도에 의해 결정된다.
최근에 회전 속도를 추정하기 위한 알고리즘으로 처프 속도 기반 방법(CBM)과 영상 시퀀스 기반 방법(ISM)이 연구되었다.
CBM의 경우 RV를 추정하기 위해 몇몇 선택된 두드러진 산란자의 2차 위상 계수가 추출하는데, 산란자의 위상 신호가 잡음 또는 다른 약한 산란자의 신호에 의해 크게 손상된 경우 CBM의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
그리고 ISM은 총 관측 시간을 2 개의 서브 애퍼처로부터 획득한 두 개의 순차 ISAR 영상을 활용하는데, 전체 영상을 회전시키는 것은 계산상의 복잡성을 초래하기 때문에 고립된 산란자만을 회전시킨다. 그러나 ISAR 영상은 표적의 회전 중심(RC)이 ISAR 영상 구성에서 알려지지 않기 때문에, ISM은 산란체의 질량 중심(CM)을 기준으로 회전시킨다. 이 경우 CM의 위치가 실제 RC의 위치와 다르므로 정확한 회전 속도 추정 결과를 제공하지 못한다는 문제점이 있다.
이를 해결하고자 회전 중심과 회전 속도의 결합 추정을 위해 입자군 최적화(PSO-ESM)가 제안되었으나, 기존 ISM에 비해 추정 정확도가 높아진 반면 반복적으로 PSO 알고리즘을 수행함으로써 연산의 복잡성이 증가하는 문제점이 발생하였다.
따라서 표적의 회전 속도를 정확히 추정함과 동시에 연산 효율성을 높일 수 있는 수직 거리 스케일링 방법이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1617620호(2016.05.03.공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 라돈 변환 및 투영을 이용하여 ISAR 영상 수직 거리 스케일링의 연산 효율을 높이기 위한 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치를 이용한 수직 거리 스케일링 방법에 있어서, ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법은 거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는 단계, 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성하는 단계, 상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계, 상기 탐색된 제1 및 제2 주축을 통해 추정된 회전 각도를 이용하여 표적의 회전 속도를 추정하는 단계, 그리고 상기 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링하는 단계를 포함한다.
상기 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계는, 상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 각도 투영 영상을 생성하는 단계, 제1 각도 간격으로 상기 제1 및 제2 각도 투영 영상의 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제1 탐색 각도를 각각 검출하는 단계, 상기 제1 탐색 각도를 중심으로 하는 기 설정된 탐색 범위에서 제1 각도 간격보다 작은 제2 각도 간격으로 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제2 탐색 각도를 각각 검출하는 단계, 그리고 상기 제2 탐색 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성할 수 있다.
Figure 112017100874822-pat00001
여기서
Figure 112017100874822-pat00002
는 상기 제1 주축이고,
Figure 112017100874822-pat00003
는 상기 제2 주축이고,
Figure 112017100874822-pat00004
는 상기 제1 ISAR 영상에 대응하는 제2 탐색 각도이고,
Figure 112017100874822-pat00005
는 상기 제2 ISAR 영상에 대응하는 제2 탐색 각도이다.
상기 표적의 회전 속도를 추정하는 단계는, 회전 속도 탐색 범위를 설정하는 단계, 상기 회전 속도 탐색 범위의 중간값을 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 스케일링하는 단계, 상기 스케일링된 제1 및 제2 주축을 이용하여 제1 회전 각도를 추정하는 단계, 상기 제1 회전 각도를 이용하여 상기 제1 회전 각도에 대응하는 제1 회전 속도를 산출하는 단계, 상기 회전 속도 탐색 범위의 중간값과 제1 회전 속도의 차이값을 기 설정된 임계값과 비교하는 단계, 그리고 비교 결과에 따라 상기 표적의 회전 속도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비교 결과에 따라 상기 표적의 회전 속도를 산출하는 단계는, 상기 차이값이 기 설정된 임계값보다 작거나 같으면, 상기 제1 회전 속도를 상기 표적의 회전 속도로 결정하고, 상기 차이값이 기 설정된 임계값보다 크면, 상기 회전 속도 탐색 범위의 제1 값 및 제2 값 중 상기 제1 회전 속도와 차이가 큰 값을 선택하고, 선택된 제1 값 또는 제2 값과 상기 제1 회전 각도 사이의 범위를 회전 속도 탐색 범위로 재설정하여 표적의 회전 속도를 재추정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치는 거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는 입력부, 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성하는 라돈 변환부, 상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색하는 주축 탐색부, 상기 탐색된 제1 및 제2 주축을 통해 추정된 회전 각도를 이용하여 표적의 회전 속도를 추정하는 회전 속도 추정부, 그리고 상기 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링하는 영상 스케일링부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 스케일링시 표적의 회전 중심 추정 과정을 회피할 수 있으므로 연산 효율이 향상된다. 또한, 라돈 변환을 통해 주축을 추정하므로 노이즈가 많은 환경에서도 정확한 회전 속도를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라돈 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 S230 단계를 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 2의 S240 단계를 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명과 종래 기술의 상대 오차에 관한 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 본 발명과 종래 기술의 연산 시간에 관한 시뮬레이션 결과이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 있다는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
우선 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 구성을 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치의 구성도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치(100)는 입력부(110), 라돈 변환부(120), 주축 탐색부(130), 회전 속도 추정부(140) 및 영상 스케일링부(150)를 포함한다.
먼저 입력부(110)는 거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는다.
다음으로 라돈 변환부(120)는 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성한다.
다음으로 주축 탐색부(130)는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색한다.
구체적으로 주축 탐색부(130)는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 각도 투영 영상을 생성한다.
그리고 주축 탐색부(130)는 제1 각도 간격으로 제1 및 제2 각도 투영 영상의 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제1 탐색 각도를 각각 검출한다.
그러면 주축 탐색부(130)는 제1 탐색 각도를 중심으로 하는 기 설정된 탐색 범위에서 제1 각도 간격보다 작은 제2 각도 간격으로 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제2 탐색 각도를 각각 검출하고, 제2 탐색 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성한다.
다음으로 회전 속도 추정부(140)는 탐색된 제1 및 제2 주축을 통해 추정된 회전 각도를 이용하여 표적의 회전 속도를 추정한다.
구체적으로 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위를 설정하고, 회전 속도 탐색 범위의 중간값을 이용하여 제1 및 제2 주축을 스케일링한다.
그리고 회전 속도 추정부(140)는 스케일링된 제1 및 제2 주축을 이용하여 제1 회전 각도를 추정하고, 상기 제1 회전 각도를 이용하여 상기 제1 회전 각도에 대응하는 제1 회전 속도를 산출한다.
그러면 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위의 중간값과 제1 회전 속도의 차이값을 기 설정된 임계값과 비교하고, 비교 결과에 따라 표적의 회전 속도를 산출한다.
이때 차이값이 기 설정된 임계값보다 작거나 같으면, 회전 속도 추정부(140)는 제1 회전 속도를 상기 표적의 회전 속도로 결정한다.
반면 차이값이 기 설정된 임계값보다 크면, 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위의 제1 값 및 제2 값 중 제1 회전 속도와 차이가 큰 값을 선택하고, 선택된 제1 값 또는 제2 값과 상기 제1 회전 각도 사이의 범위를 회전 속도 탐색 범위로 재설정하여 표적의 회전 속도를 재추정한다.
다음으로 영상 스케일링부(150)는 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링한다.
다음으로 도 2 내지 도 5를 통해 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법에 대해 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법에 대한 순서도이다.
먼저 입력부(110)는 거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는다(S210).
이때 제1 ISAR 영상이 시간 t1에 생성된 영상이면, 제2 ISAR 영상은 시간 t1보다 늦은 시간 t2에 순차적으로 형성된 영상이다.
다음으로 라돈 변환부(120)는 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성한다(S220).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라돈 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 라돈 변환은 2차원 좌표계에서 영상의 추적선을 따라 함수를 적분 계산하며, 2개의 파라미터 ρ와 θ로 정의될 수 있다. 이때 ρ는 중심점에서 추적선까지의 거리를 나타내고, θ는 추적선의 법선과 x축 사이의 각도를 나타낸다.
이때 라돈 변환부(120)는 아래의 수학식 1을 이용하여 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환을 수행하여 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성할 수 있다.
Figure 112017100874822-pat00006
여기서
Figure 112017100874822-pat00007
는 라돈 영상이고,
Figure 112017100874822-pat00008
은 라돈 변환 연산자이고,
Figure 112017100874822-pat00009
는 디렉 델타 함수이며
Figure 112017100874822-pat00010
는 절대 값이다.
그러면 주축 탐색부(130)는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색한다(S230).
도 4는 도 2의 S230 단계를 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 주축 탐색부(130)는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 각도 투영 영상을 생성한다(S231).
이때 주축 탐색부(130)는 제1 및 제2 라돈 영상을 제곱하여 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영함으로써 계산 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 주축 탐색부(130)는 아래의 수학식 2를 이용하여 제1 및 제2 각도 투영 영상을 생성할 수 있다.
Figure 112017100874822-pat00011
여기서,
Figure 112017100874822-pat00012
는 투영 연산자이고,
Figure 112017100874822-pat00013
는 ISAR 라돈 영상이며,
Figure 112017100874822-pat00014
는 각도 투영 영상이다.
다음으로 주축 탐색부(130)는 제1 각도 간격으로 제1 및 제2 각도 투영 영상의 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제1 탐색 각도를 각각 검출한다(S232).
구체적으로 주축 탐색부(130)는 아래의 수학식 3을 이용하여 제1 탐색 각도를 검출한다.
Figure 112017100874822-pat00015
Figure 112017100874822-pat00016
여기서
Figure 112017100874822-pat00017
는 제1 각도 투영 영상으로부터 검출된 제1 탐색 각도이고,
Figure 112017100874822-pat00018
는 제2 각도 투영 영상으로부터 검출된 제1 탐색 각도이다.
Figure 112017100874822-pat00019
는 제1 각도 투영 영상이고,
Figure 112017100874822-pat00020
는 제2 각도 투영 영상이며,
Figure 112017100874822-pat00021
는 절대 값이다.
Figure 112017100874822-pat00022
이고
Figure 112017100874822-pat00023
이며,
Figure 112017100874822-pat00024
는 제1 각도 간격이다.
예를 들어 제1 각도 간격이 1도라고 가정한다. 그러면 수학식 3에서 Nθ는 181이 되고 탐색부는 181개의 픽셀값 중 최대 픽셀값을 가지는 제1 탐색 각도를 검출한다.
다음으로 주축 탐색부(130)는 제1 탐색 각도를 중심으로 하는 기 설정된 탐색 범위에서 제1 각도 간격보다 작은 제2 각도 간격으로 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제2 탐색 각도를 각각 검출한다(S233).
이때 주축 탐색부(130)는 아래의 수학식 4를 이용하여 제2 탐색 각도를 검출한다.
Figure 112017100874822-pat00025
여기서
Figure 112017100874822-pat00026
는 제1 각도 투영 영상으로부터 검출된 제2 탐색 각도이고,
Figure 112017100874822-pat00027
는 제2 각도 투영 영상으로부터 검출된 제2 탐색 각도이며,
Figure 112017100874822-pat00028
는 기 설정된 탐색 범위이다.
Figure 112017100874822-pat00029
이고,
Figure 112017100874822-pat00030
이고,
Figure 112017100874822-pat00031
이며,
Figure 112017100874822-pat00032
이다.
예를 들어 제1 탐색 각도가 45도이고, 탐색 범위가 10도이며, 탐색 각도가 0.1도라고 가정한다. 그러면 주축 탐색부(130)는 40도에서 50도 사이의 범위에서 101개의 픽셀값을 탐색하고, 101개의 픽셀값 중 가장 큰 값을 가지는 픽셀값에 대응하는 각도를 제2 탐색 각도로 검출한다.
그러면 주축 탐색부(130)는 제2 탐색 각도를 이용하여 제1 및 제2 주축을 생성한다(S234).
구체적으로 주축 탐색부(130)는 아래의 수학식 5를 이용하여 제1 및 제2 주축을 생성한다.
Figure 112017100874822-pat00033
여기서
Figure 112017100874822-pat00034
은 제1 주축이고,
Figure 112017100874822-pat00035
는 제2 주축이다.
다음으로 회전 속도 추정부(140)는 탐색된 제1 및 제2 주축을 통해 추정된 회전 각도를 이용하여 표적의 회전 속도를 추정한다(S240).
도 5는 도 2의 S240 단계를 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 우선 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위를 설정한다(S241).
그리고 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위의 중간값을 이용하여 2개의 주축을 스케일링한다(S242).
S241 단계에서 설정된 회전 속도 탐색 범위가
Figure 112017100874822-pat00036
이고, 중간값이
Figure 112017100874822-pat00037
이라고 한다. 즉
Figure 112017100874822-pat00038
의 관계를 가진다고 가정한다.
그러면 회전 속도 추정부(140)는 아래의 수학식 6을 이용하여 2개의 주축을 스케일링한다.
Figure 112017100874822-pat00039
여기서
Figure 112017100874822-pat00040
는 스케일링된 제1 주축이고,
Figure 112017100874822-pat00041
는 스케일링된 제2 주축이다. ηx1 및 ηy1는 제1 ISAR 영상의 x축 및 y축에 각각 대응하는 스케일링 인자이고, ηx2 및 ηy2는 제2 ISAR 영상의 x축 및 y축에 각각 대응하는 스케일링 인자이다.
다음으로 회전 속도 추정부(140)는 스케일링된 2 개의 주축을 이용하여 제1 회전 각도를 추정한다(S243).
구체적으로 회전 속도 추정부(140)는 스케일링된 제1 및 제2 주축을 내적 연산하여 제1 회전 각도를 추정하며, 아래의 수학식 7을 이용하여 제1 회전 각도를 추정한다.
Figure 112017100874822-pat00042
여기서,
Figure 112017100874822-pat00043
는 제1 및 제2 주축으로부터 추정된 제1 회전 각도이다.
다음으로 회전 속도 추정부(140)는 제1 회전 각도를 이용하여 제1 회전 각도에 대응하는 제1 회전 속도를 산출한다(S244).
위의 수학식 7에서 제1 회전 각도
Figure 112017100874822-pat00044
이다. 이때
Figure 112017100874822-pat00045
는 제1 및 제2 ISAR 영상 간 시간차이다.
Figure 112017100874822-pat00046
는 제1 회전 각도인
Figure 112017100874822-pat00047
에서 추정된 회전 속도, 즉 제1 회전 속도이다.
따라서 회전 속도 추정부(140)는 아래의 수학식 8을 이용하여 제1 회전 각도를 추정할 수 있다.
Figure 112017100874822-pat00048
여기서 fc는 ISAR 송신 신호의 캐리어 주파수이고, B는 ISAR 송신 신호의 대역폭이다.
그러면 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위의 중간값과 제1 회전 속도의 차이값을 기 설정된 임계값과 비교한다(S245).
구체적으로 회전 속도 추정부(140)는 아래의 수학식 9를 이용하여 차이값과 임계값(ε0)을 비교할 수 있다.
Figure 112017100874822-pat00049
비교 결과 차이값이 기 설정된 임계값보다 작거나 같으면, 회전 속도 추정부(140)는 제1 회전 속도를 표적의 회전 속도로 산출한다(S246).
반면 비교 결과 차이값이 기 설정된 임계값보다 크면, 회전 속도 추정부(140)는 회전 속도 탐색 범위의 제1 값 및 제2 값 중 제1 회전 속도와 차이가 큰 값을 선택하고, 선택된 제1 값 또는 제2 값과 제1 회전 각도 사이의 범위를 회전 속도 탐색 범위로 재설정하여 표적의 회전 속도를 재추정한다(S247). 즉, 회전 속도 탐색 범위가 재설정되면, 회전 속도 추정부(140)는 재설정된 회전 속도 탐색 범위에 따라 S242 내지 S247 단계를 다시 수행한다.
예를 들어 회전 속도 탐색 범위가 2 에서 10이고, 추정된 제1 회전 속도는 8이라고 가정한다. 그러면 회전 속도 탐색 범위의 중간값은 6이다.
이때 임계값이 3이라면, 중간값과 제1 회전 속도의 차이값이 임계값보다 작다. 따라서 8이 표적의 회전 속도로 결정된다.
반면 임계값이 1이라면, 중간값과 제1 회전 속도의 차이값이 임계값보다 크다. 따라서 회전 속도 탐색 범위의 최소값 2와 최대값 10 중 제1 회전 속도 8과의 거리가 먼 최소값 2와 제1 회전 속도 8 사이의 범위를 회전 속도 탐색 범위로 재설정하고서 S242 내지 S247 단계를 다시 수행한다.
그러면 영상 스케일링부(150)는 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링한다(S250).
이하에서는 도 6 및 도 7을 통해 본 발명의 실시예에 따른 라돈 변환 및 투영을 이용한 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법의 성능을 종래 알고리즘과 비교하여 살펴보도록 한다.
도 6 및 도 7의 시뮬레이션은 종래 PSO-ESM 알고리즘, FAST-PCA 알고리즘 그리고 본 발명의 실시예에 따른 수직 거리 스케일링 방법을 비교하였다. 시뮬레이션 결과는 100회의 몬테 카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 통해 획득하였다.
도 6은 본 발명과 종래 기술의 상대 오차에 관한 시뮬레이션 결과이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우 실제 회전 속도와 추정된 회전 속도 사이의 상대 오차가 전 영역의 SNR에서 종래 기술에 비해 낮게 측정되었다. 이를 통해 종래 PSO-ESM 알고리즘 및 FAST-PCA 알고리즘에 비해 회전 속도의 추정 정확도가 높을 뿐만 아니라 노이즈에 매우 강한 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명과 종래 기술의 연산 시간에 관한 시뮬레이션 결과이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우 PSO-ESM 알고리즘에 비해 연산 시간이 크게 낮음을 알 수 있으며 FAST-PCA 알고리즘에 비해서도 다소간 연산 시간이 단축되었음을 확인할 수 있다. 즉 종래 알고리즘에 비해 연산 속도가 개선되었음을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 스케일링시 표적의 회전 중심 추정 과정을 회피할 수 있으므로 연산 효율이 향상된다. 또한, 라돈 변환을 통해 주축을 추정하므로 노이즈가 많은 환경에서도 정확한 회전 속도를 추정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 수직 거리 스케일링 장치 110 : 입력부
120 : 라돈 변환부 130 : 주축 탐색부
140 : 회전 속도 추정부 150 : 영상 스케일링부

Claims (10)

  1. ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치를 이용한 수직 거리 스케일링 방법에 있어서,
    거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는 단계,
    상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성하는 단계,
    상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계,
    상기 탐색된 제1 및 제2 주축을 통해 추정된 회전 각도를 이용하여 표적의 회전 속도를 추정하는 단계, 그리고
    상기 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링하는 단계를 포함하며,
    상기 표적의 회전 속도를 추정하는 단계는,
    회전 속도 탐색 범위를 설정하는 단계,
    상기 회전 속도 탐색 범위의 중간값을 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 스케일링하는 단계,
    상기 스케일링된 제1 및 제2 주축을 이용하여 제1 회전 각도를 추정하는 단계,
    상기 제1 회전 각도를 이용하여 상기 제1 회전 각도에 대응하는 제1 회전 속도를 산출하는 단계,
    상기 회전 속도 탐색 범위의 중간값과 제1 회전 속도의 차이값을 기 설정된 임계값과 비교하는 단계, 그리고
    비교 결과에 따라 상기 표적의 회전 속도를 산출하는 단계를 포함하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 각도 투영 영상을 생성하는 단계,
    제1 각도 간격으로 상기 제1 및 제2 각도 투영 영상의 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제1 탐색 각도를 각각 검출하는 단계,
    상기 제1 탐색 각도를 중심으로 하는 기 설정된 탐색 범위에서 제1 각도 간격보다 작은 제2 각도 간격으로 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제2 탐색 각도를 각각 검출하는 단계, 그리고
    상기 제2 탐색 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성하는 단계를 포함하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 주축을 탐색하는 단계는,
    아래의 수학식을 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법:
    Figure 112017100874822-pat00050

    여기서
    Figure 112017100874822-pat00051
    는 상기 제1 주축이고,
    Figure 112017100874822-pat00052
    는 상기 제2 주축이고,
    Figure 112017100874822-pat00053
    는 상기 제1 ISAR 영상에 대응하는 제2 탐색 각도이고,
    Figure 112017100874822-pat00054
    는 상기 제2 ISAR 영상에 대응하는 제2 탐색 각도이다.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 상기 표적의 회전 속도를 산출하는 단계는,
    상기 차이값이 기 설정된 임계값보다 작거나 같으면, 상기 제1 회전 속도를 상기 표적의 회전 속도로 결정하고,
    상기 차이값이 기 설정된 임계값보다 크면, 상기 회전 속도 탐색 범위의 제1 값 및 제2 값 중 상기 제1 회전 속도와 차이가 큰 값을 선택하고, 선택된 제1 값 또는 제2 값과 상기 제1 회전 각도 사이의 범위를 회전 속도 탐색 범위로 재설정하여 표적의 회전 속도를 재추정하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 방법.
  6. 거리-도플러(RD) 영역에서 형성된 제1 ISAR 영상 및 제2 ISAR 영상을 순차적으로 입력받는 입력부,
    상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 라돈 변환(Radon transform)을 수행하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 생성하는 라돈 변환부,
    상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하고, 투영된 결과로부터 최대 픽셀값을 가지는 방향을 검출하여 상기 제1 및 제2 ISAR 영상에 각각 대응하는 제1 및 제2 주축을 탐색하는 주축 탐색부,
    회전 속도 탐색 범위를 설정하고, 상기 회전 속도 탐색 범위의 중간값을 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 스케일링하며, 상기 스케일링된 제1 및 제2 주축을 이용하여 제1 회전 각도를 추정하고, 상기 제1 회전 각도를 이용하여 상기 제1 회전 각도에 대응하는 제1 회전 속도를 산출하며, 상기 회전 속도 탐색 범위의 중간값과 제1 회전 속도의 차이값을 기 설정된 임계값과 비교하고, 비교 결과에 따라 표적의 회전 속도를 산출하는 회전 속도 추정부, 그리고
    상기 추정된 표적의 회전 속도에 따라 ISAR 영상을 수직 거리 스케일링하는 영상 스케일링부를 포함하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주축 탐색부는,
    상기 제1 및 제2 ISAR 라돈 영상을 상기 라돈 변환의 각도 파라미터에 대해 투영하여 각각에 대응하는 제1 및 제2 각도 투영 영상을 생성하고, 제1 각도 간격으로 상기 제1 및 제2 각도 투영 영상의 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제1 탐색 각도를 각각 검출하며, 상기 제1 탐색 각도를 중심으로 하는 기 설정된 탐색 범위에서 제1 각도 간격보다 작은 제2 각도 간격으로 픽셀값을 검색하여 최대 픽셀값을 가지는 제2 탐색 각도를 각각 검출하고, 상기 제2 탐색 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주축 탐색부는,
    아래의 수학식을 이용하여 상기 제1 및 제2 주축을 생성하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치:
    Figure 112017100874822-pat00055

    여기서
    Figure 112017100874822-pat00056
    는 상기 제1 주축이고,
    Figure 112017100874822-pat00057
    는 상기 제2 주축이고,
    Figure 112017100874822-pat00058
    는 상기 제1 ISAR 영상에 대응하는 제2 탐색 각도이고,
    Figure 112017100874822-pat00059
    는 상기 제2 ISAR 영상에 대응하는 제2 탐색 각도이다.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 회전 속도 추정부는,
    상기 차이값이 기 설정된 임계값보다 작거나 같으면, 상기 제1 회전 속도를 상기 표적의 회전 속도로 결정하고,
    상기 차이값이 기 설정된 임계값보다 크면, 상기 회전 속도 탐색 범위의 제1 값 및 제2 값 중 상기 제1 회전 속도와 차이가 큰 값을 선택하고, 선택된 제1 값 또는 제2 값과 상기 제1 회전 각도 사이의 범위를 회전 속도 탐색 범위로 재설정하여 표적의 회전 속도를 재추정하는 ISAR 영상의 수직 거리 스케일링 장치.

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