KR102185307B1 - Sar 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치 - Google Patents

Sar 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치 Download PDF

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Abstract

SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법은, 위성에 탑재된 SAR로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신하는 단계, 상기 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거하는 단계, 및 상기 주파수 영역으로부터 상기 불필요 영역을 제거하여 남겨진 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치{METHOD AND SYSTEM FOR HIGH RESOLVING OBJECT RESPONSE OF SAR IMAGES}
본 발명은 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar: SAR) 영상 내 존재하는 객체 응답의 초해상도화를 수행하기 위한, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치에 관한 것이다.
합성개구레이더(SAR)는 공중에서 지상 및 해양을 관찰하는 레이더로서, 지상 및 해양에 대해 공중에서 레이더파를 순차적으로 쏜 이후 레이더파가 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 순차적으로 합성해 지상지형도를 만들어내는 레이더 시스템일 수 있다.
합성개구레이더에서 사용하는 전파 빔(레이더파)은 비교적 펄스폭이 넓고 안테나 직경이 작아서 빔의 각도 범위가 넓은 편이다. 이러한 합성개구레이더를 인공위성에 싣고서 빠르게 이동하게 되면, 합성개구레이더는, 정해진 시간 단위 마다 레이더 반사파를 연속적으로 수신할 수 있다. 위공위성은, 레이더파가 반사되어 레이더 반사파로 돌아오는 동안 이동하게 되고, 합성개구레이더는 위성이 이동한 거리 만큼, 마치 안테나의 직경이 길어지는 효과를 유발시켜, 보다 예리하게 레이더 반사파를 수신할 수 있다. 이에 따라, 합성개구레이더는 공중에서 넓은 범위의 지상 타켓에 대해, 고해상도의 영상을 획득하는 데 효과적일 수 있다.
고속으로 이동하며 위상이 일치하는(coherent) 레이더파를 방사하면, 레이더파를 방사한 안테나의 위치와, 반사되어 돌아온 레이더 반사파를 수신하는 안테나의 위치는, 상당한 차이를 갖게 된다. 이러한 안테나의 위치 차이는 수신된 레이더 반사파의 도플러 편이(Doppler Shift)서로 나타낼 수 있다.
합성개구레이더는 이 도플러 편이의 상대적 편이 특성을 이용해서 대상물과 레이더 안테나 사이의 거리차에 대한 위상 보정을 수행할 수 있고, 또한 수신지점은 다르지만 위상이 같은 신호를 더하여 합성된 안테나 신호를 획득할 수 있다.
즉, 합성개구레이더는 레이더가 이동한다는 것을 이용하여 개구면이 작은 안테나로 수신된 연속적인 여러 개의 레이더 신호들을 합성하여 개구면이 큰 안테나의 개구면을 수학적 방법으로 합성할 수 있다.
합성개구레이더를 통해 얻어진, SAR 영상은 객체의 전자기적 산란분포를 2차원 영상으로 도시하며, 주간/야간/날씨에 관계없이 객체에 대한 핵심정보를 제공할 수 있다. 즉, SAR 영상은 광학 위성 영상에 비해 객체에 대한 분석 및 판독을 효과적으로 수행할 수 있어, 위성 원격탐사 분야에 활발히 이용되고 있다.
일반적으로 SAR 위성은 촬영모드를 조정하여 관측범위 및 해상도를 결정할 수 있다. SAR 위성의 촬영주기를 고려하였을 때, 한 번에 넓은 범위를 관측할 수 있는 스트립맵 혹은 스캔 촬영모드를 활용하는 것은 객체 분석에 유리할 수 있다.
하지만, 관측범위가 넓어질수록 객체 내 주요 산란점들을 분해할 수 있는 해상도는 낮아지고, 위성 SAR 영상 내 객체 응답에 대한 분석 및 판독은 어려워지는 측면이 있다.
이를 극복할 수 있는 방법으로는, 넓은 관측범위와 낮은 해상도를 갖는 스트립맵 혹은 스캔 촬영모드를 이용하여 SAR 영상을 획득한 후, 전체 SAR 영상에 초해상도화 기법을 바로 적용하여 객체 응답에 대한 해상도를 향상시키는 방법이 있을 수 있다.
하지만, 초해상도화 기법을 전체 SAR 영상에 적용할 시에는, 객체 분석에 불필요한 부분까지 모두 고려하게 되기 때문에, 방대한 연산이 수행되고 효율성을 저하시킬 수 있다. 또한, SAR 영상 내 존재하는 스펙클(speckle) 및 클러터(clutter)의 영향으로 인하여, 해상도 향상 시 이용하는 레이더 객체 신호 모델과 실제 SAR 영상 간의 차이는 증가하게 되어, 정확한 해상도 향상에 어려움이 있을 수 있다.
더욱이, SAR 영상은 특성 상, 스펙트럼 내 영(zero)에 가까운 값을 갖는 부분들이 존재하기 때문에, 이를 제거해야 정확한 초해상도화를 수행할 수 있다.
이에 따라, 기상상황이나 기타 제반 환경을 극복 하면서, SAR 영상의 활용도와 신뢰성을 높일 수 있는 새로운 기술이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는, SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거한 후, 객체 응답에 대한 초해상도화를 수행함으로써, SAR 영상의 활용도와 신뢰성을 높일 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, SAR 영상의 주파수 영역에서 도플러 이동(Doppler shift)을 보상해주고 스펙트럼에서 영에 가까운 값들을 제거한 후, 객체 탐지를 통해 획득한 각 객체 응답 부분에만 초해상도화 기법을 적용함으로써 효과적으로 객체 응답의 해상도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법은, 위성에 탑재된 SAR로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신하는 단계, 상기 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거하는 단계, 및 상기 주파수 영역으로부터 상기 불필요 영역을 제거하여 남겨진 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치는, 위성에 탑재된 SAR로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신하는 수신부, 상기 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거하는 처리부, 및 상기 주파수 영역으로부터 상기 불필요 영역을 제거하여 남겨진 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시키는 해상도 향상부를 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거한 후, 객체 응답에 대한 초해상도화를 수행함으로써, SAR 영상의 활용도와 신뢰성을 높이는, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, SAR 영상의 주파수 영역에서 도플러 이동을 보상해주고 스펙트럼에서 영에 가까운 값들을 제거한 후, 객체 탐지를 통해 획득한 각 객체 응답 부분에만 초해상도화 기법을 적용함으로써 효과적으로 객체 응답의 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스트립맵 위성 SAR 영상의 주파수 영역에 대한 일례를 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명에 따라, 도플러 중심 만큼 이동된 스트립맵 위성 SAR 영상의 주파수 영역의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, SAR 객체 탐지의 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 초해상도화 기법을 이용한 객체 응답의 해상도 향상 결과를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 객체 응답 초해상도화 장치(100)는, 수신부(110), 처리부(120) 및 해상도 향상부(130)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 수신부(110)는 위성에 탑재된 SAR로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신한다. SAR는 위성의 고속 이동에 따른, 도플러 편이 특성을 이용해서 지상 타켓과 레이더 안테나 사이의 거리차에 대한 위상보정을 수행 함으로써, 위상이 동일한 복수의 레이더 반사파를 합성하여 SAR 영상을 획득할 수 있다. 여기서 지상 타켓은 위성에서 감시하고자 하는 지상의 고정물체/이동물체, 특수 지형, 지물 등일 수 있다. 즉, 수신부(110)는 SAR에서 획득된 SAR 영상을 정해진 일정 주기 마다, 상기 위성으로 수신할 수 있다.
처리부(120)는 상기 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거한다. 즉, 처리부(120)는 주파수 도메인 하의 스펙트럼에서의 SAR 영상에 대해, 정보 값이 무효한 영역을 제거하여, 정보 값이 유효한 영역이, SAR 영상의 대부분을 점유할 수 있게, 방향 이동시키는 역할을 할 수 있다.
주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거하는 데에 있어, 처리부(120)는 상기 주파수 영역과 관련하여 상기 지상 타겟을 촬영할 시에 발생되는 주파수 편이를 연산할 수 있다. 즉, 처리부(120)는 정보 값이 유효한 영역이, 주파수 도메인 상에 어느 방향으로 치우쳐 있는지를 수치상으로 연산하는 역할을 할 수 있다.
이후, 처리부(120)는 상기 연산된 주파수 편이에 따라, 상기 SAR 영상을, 특정의 방위 방향(azimuth direction)으로 이동시키다.
또한, 처리부(120)는, 상기 이동에 따라, 상기 SAR 영상의 중심으로 이동한 상기 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수를 계산하여 상기 필요 영역을 선택할 수 있다.
즉, 처리부(120)는 정보 값이 유효한 영역을, 상기 SAR 영상의 주파수 도메인 내, 중심을 기준으로 대부분(예컨대, 90% 이상)을 점유하도록 함으로써, 거리 및 방위 방향으로 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수를 계산하여 필요 영역 만을 선택할 수 있다.
상기 방위 방향은 위성의 아래 부분에 위성과 평행하게 장착되는 SAR 안테나의 진행 방향, 즉 위성이 이동하는 진행 방향을 의미할 수 있다.
일례로서, 상기 SAR 영상이, 상기 주파수 영역에서, (+)방위 방향으로 도플러 중심 만큼 이동되어 있는 경우, 처리부(120)는, 상기 SAR 영상을 아래의 [수식 1]에 따라 이동시킬 수 있다.
[수식 1]
Figure 112019035026460-pat00001
처리부(120)는 [수식 1]에 의해 (-)방위 방향으로 SAR 영상을 이동 시킨 후, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거할 수 있다.
이때, 상기
Figure 112019035026460-pat00002
는 SAR 영상의 주파수 영역 내 도플러 중심이고, 상기
Figure 112019035026460-pat00003
은 1/
Figure 112019035026460-pat00004
로서 방위 방향의 도플러 주파수 간격이며, 상기
Figure 112019035026460-pat00005
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 총 시간일 수 있다.
또한, 처리부(120)는 거리 방향(Range Direction)으로 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를 [수식 2]에 의해 연산할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112019035026460-pat00006
여기서, 상기
Figure 112019035026460-pat00007
은
Figure 112019035026460-pat00008
로서 거리 방향의 주파수 간격이고, 상기
Figure 112019035026460-pat00009
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 총 시간이며, 상기
Figure 112019035026460-pat00010
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 주파수 대역폭이고, 상기
Figure 112019035026460-pat00011
은 올림 연산자일 수 있다.
상기 거리 방향은 SAR 영상을 취득할 때, 위성의 진행 방향에 수직한 좌측 또는 우측 방향을 지칭할 수 있다. 이러한 거리 방향은, 방위 방향과 함께 SAR 영상에서 물체를 나타내는 좌표로서 이용될 수 있다.
또한, 처리부(120)는, 상기 n을 전체 SAR　영상의 거리 방향 픽셀 개수라고 할 때, 기준 픽셀 인덱스인 n/2로부터 좌우로 각각
Figure 112019035026460-pat00012
개의 픽셀을 선택할 수 있다. 이를 통해, 처리부(120)는 거리 방향으로 할당되는 영상 픽셀 수를 결정함으로써, 위성의 진행 방향에 대해 SAR 영상이 갖고자 하는 전방 해상도의 향상 크기를 추정해 낼 수 있다.
또한, 다른 실시예에서 처리부(120)는, 방위 방향으로, 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를 [수식 3]에 의해 연산할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112019035026460-pat00013
여기서, 상기
Figure 112019035026460-pat00014
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 도플러 주파수 대역폭을 지칭할 수 있다.
또한, 처리부(120)는, 상기 m을 전체 SAR　영상의 방위 방향 픽셀 개수라고 할 때, 기준 픽셀 인덱스인 m/2로부터 좌우로 각각
Figure 112019035026460-pat00015
개의 픽셀을 선택할 수 있다. 이를 통해, 처리부(120)는 방향 방향으로 할당되는 영상 픽셀 수를 결정함으로써, 위성의 진행 방향에 대한 직각 방향에 대해 SAR 영상이 갖고자 하는 측방 해상도의 향상 크기를 추정해 낼 수 있다.
해상도 향상부(130)는 상기 주파수 영역으로부터 상기 불필요 영역을 제거하여 남겨진 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시킨다. 즉, 해상도 향상부(130)는 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 적어도 유효한 값을 가지는 영역을 대상으로, 객체를 식별한 후, 식별된 객체가 점유하는 특정 영역에 대해 해상도를 극대화시키는 필터링 작업을 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따르면, SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거한 후, 객체 응답에 대한 초해상도화를 수행함으로써, SAR 영상의 활용도와 신뢰성을 높이는, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, SAR 영상의 주파수 영역에서 도플러 이동을 보상해주고 스펙트럼에서 영에 가까운 값들을 제거한 후, 객체 탐지를 통해 획득한 각 객체 응답 부분에만 초해상도화 기법을 적용함으로써 효과적으로 객체 응답의 해상도를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, SAR 영상 내 존재하는 객체 응답의 초해상도화를 수행하는 것에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 SAR 영상 내 객체 응답의 초해상도화를 효과적으로 수행하는 장치이다.
객체 응답 초해상도화 장치(100)는, 우선 SAR 영상과 관련한 변수들을 이용하여 SAR 영상의 주파수 영역 내 존재하는 영(zero)에 가까운 값을 갖는 부분들을 제거한다.
상기 SAR 영상의 주파수 영역 내 존재하는 영에 가까운 값을 갖는 부분들, 즉 불필요 영역을 제거하는 과정은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
1) 주파수 편이에 따라 SAR 영상을 특정 방위 방향으로 이동시키는 과정.
2) 거리 및 방위 방향으로 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수 만을 계산하여 필요 영역 만을 선택하는 과정.
상기의 1) 과정은 단순히 필요 영역(도 2의 노란색 부분)을 SAR 영상의 중심에 오도록 하는 과정이고, 2) 과정은 필요 영역 만을 선택할 수 있게 하는 과정일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 스트립맵 위성 SAR 영상의 주파수 영역에 대한 일례를 도시한 도면이다.
도 2에는 스트립맵 위성 SAR 영상의 주파수 영역이 도시되어 있고, 도 2의 초록색 부분(210)은 SAR 영상의 스펙트럼 내 영(zero)에 가까운 값을 갖는 영역, 즉 불필요 영역을 나타낸다.
초해상도화의 수행을 위해, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 거리 방향과 방위 방향으로 주파수 영역을 이동시킨 후, SAR 영상의 대부분(예컨대, 95% 이상)이 영이 아닌 값을 갖는 노란색 부분(220), 즉 필요 영역 만이 선택되도록 할 수 있다.
거리 방향으로 선택해야 할 노란색 부분(220)의 픽셀 개수는 [수식 2]에 의해 획득될 수 있다.
[수식 2]
Figure 112019035026460-pat00016
여기서,
Figure 112019035026460-pat00017
=
Figure 112019035026460-pat00018
은 거리 방향의 주파수 간격,
Figure 112019035026460-pat00019
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 총 시간,
Figure 112019035026460-pat00020
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 주파수 대역폭,
Figure 112019035026460-pat00021
은 올림 연산자이다. n을 전체 SAR　영상의 거리 방향 픽셀 개수라고 할 때, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 기준 픽셀 인덱스인 n/2으로부터 좌우로 각각
Figure 112019035026460-pat00022
개의 픽셀들 만을 선택한다.
SAR 영상은 일반적으로 도 2와 같이 주파수 영역에서 (+)방위 방향으로 도플러 중심(Doppler centroid) 만큼 이동되어 있다.
이에 따라, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 방위 방향으로의 노란색 부분(220)의 픽셀 만을 선택하기 위해, 먼저 주파수 영역에서 (+)방위 방향으로 상기 도플러 중심 만큼 이동되어 있는 SAR 영상을 (-)방위 방향으로 다시 이동시킨다.
(-)방위 방향으로의 이동 픽셀 개수는 [수식 1]에 의해 획득된다.
[수식 1]
Figure 112019035026460-pat00023
여기서,
Figure 112019035026460-pat00024
는 SAR 영상의 주파수 영역 내 도플러 중심,
Figure 112019035026460-pat00025
= 1/
Figure 112019035026460-pat00026
은 방위 방향의 도플러 주파수 간격,
Figure 112019035026460-pat00027
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 총 시간이다.
도 3은, 본 발명에 따라, 도플러 중심 만큼 이동된 스트립맵 위성 SAR 영상의 주파수 영역의 일례를 도시한 도면이다.
도 3에서는 주파수 영역에서 도플러 중심 만큼 (-)방위 방향으로 이동된 SAR 영상을 보여주고 있다.
방위 방향으로의 이동에 따라, 도 3에서와 같이, 불필요 영역의 초록색 부분(310)은 SAR 영상의 스펙트럼 내에서 외각으로 밀려나고, 필요 영역의 노란색 부분(320)은 SAR 영상의 스펙트럼 중심으로 이동된다.
객체 응답 초해상도화 장치(100)는 방위 방향으로 선택해야 할 노란색 부분(320)의 픽셀 개수를, [수식 3]에 의해 획득할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112019035026460-pat00028
여기서,
Figure 112019035026460-pat00029
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 도플러 주파수 대역폭이다.
M을 전체 SAR　영상의 방위 방향 픽셀 개수라고 할 때, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 기준 픽셀 인덱스인
Figure 112019035026460-pat00030
개의 픽셀들 만을 선택할 수 있다.
다음으로, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 SAR 영상에 객체의 탐지를 수행하여, 각 객체 응답 만을 포함하는 다수의 객체 SAR 영상들을 구성한다.
객체 탐지는 공간 영역에 한 해 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, SAR 객체 탐지의 결과를 보여주는 도면이다.
그 후, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 각각의 객체 SAR 영상에 대하여 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시킨다. 도 4에서와 같이, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는SAR 영상으로부터 응답된 객체 각각으로 윈도우(400)을 설정하고, 각 윈도우(400)에 대해 초해상도화 기법을 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 초해상도화 기법을 이용한 객체 응답의 해상도 향상 결과를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 기존 SAR 영상의 주파수 영역에서 도플러 이동(Doppler shift)을 보상해주고 스펙트럼에서 영에 가까운 값들을 제거한 후, 객체 탐지를 통해 획득한 각 객체 응답 부분에만 초해상도화 기법을 적용함으로써 효과적으로 객체 응답의 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 5(a) 내지 도 5(d)에는 본 발명에 따른 초해상도화의 수행 전후의 결과물을, 도 5(a)의 원본(Original)에 대비하여 보여준다, 예컨대, 도 5(b)에서는 SAR 영상 상에 분포해 있는 객체 응답에 대한, Extrapolation 결과물을 나타내며, 도 5(a)의 원본(Original)에 비해, 보다 높은 해상도에 따라 개별 객체의 이미지가 구분되어 출력되는 것을 표시하고 있다.
이하, 도 6에서는 본 발명의 실시예들에 따른 객체 응답 초해상도화 장치(100)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 중개 방법은 상술한 객체 응답 초해상도화 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
우선, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 위성에 탑재된 SAR로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신한다(610). SAR는 위성의 고속 이동에 따른, 도플러 편이 특성을 이용해서 지상 타켓과 레이더 안테나 사이의 거리차에 대한 위상보정을 수행 함으로써, 위상이 동일한 복수의 레이더 반사파를 합성하여 SAR 영상을 획득할 수 있다. 여기서 지상 타켓은 위성에서 감시하고자 하는 지상의 고정물체/이동물체, 특수 지형, 지물 등일 수 있다. 즉, 단계(610)은 SAR에서 획득된 SAR 영상을 정해진 일정 주기 마다, 상기 위성으로 수신하는 과정일 수 있다.
또한, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거한다(620). 즉, 단계(620)는 주파수 도메인 하의 스펙트럼에서의 SAR 영상에 대해, 도플러 방향으로 방향 이동을 수행한 후, 정보 값이 무효한 영역을 제거하여, 정보 값이 유효한 영역이, SAR 영상의 대부분을 점유하도록 하는 과정일 수 있다.
주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거하는 데에 있어, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 주파수 영역과 관련하여 상기 지상 타겟을 촬영할 시에 발생되는 주파수 편이를 연산할 수 있다. 즉, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 정보 값이 유효한 영역이, 주파수 도메인 상에 어느 방향으로 치우쳐 있는지를 수치상으로 연산할 수 있다.
이후, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 연산된 주파수 편이에 따라, 상기 SAR 영상을, 특정의 방위 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 이동에 따라, 상기 SAR 영상의 중심으로 이동한 상기 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수를 계산하여 상기 필요 영역을 선택할 수 있다.
즉, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 정보 값이 유효한 영역을, 상기 SAR 영상의 주파수 도메인 내, 중심을 기준으로 대부분(예컨대, 90% 이상)을 점유하도록 함으로써, 거리 및 방위 방향으로 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수를 계산하여 필요 영역 만을 선택할 수 있다.
상기 방위 방향은 위성의 아래 부분에 위성과 평행하게 장착되는 SAR 안테나의 진행 방향, 즉 위성이 이동하는 진행 방향을 의미할 수 있다.
일례로서, 상기 SAR 영상이, 상기 주파수 영역에서, (+)방위 방향으로 도플러 중심 만큼 이동되어 있는 경우, 처리부(120)는, 상기 SAR 영상을 아래의 [수식 1]에 따라 이동시킬 수 있다.
[수식 1]
Figure 112019035026460-pat00031
객체 응답 초해상도화 장치(100)는 [수식 1]에 의해 (-)방위 방향으로 SAR 영상을 이동시킴으로써, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거할 수 있다.
이때, 상기
Figure 112019035026460-pat00032
는 SAR 영상의 주파수 영역 내 도플러 중심이고, 상기
Figure 112019035026460-pat00033
은 1/
Figure 112019035026460-pat00034
로서 방위 방향의 도플러 주파수 간격이며, 상기
Figure 112019035026460-pat00035
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 총 시간일 수 있다.
또한, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 거리 방향으로 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를 [수식 2]에 의해 연산할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112019035026460-pat00036
여기서, 상기
Figure 112019035026460-pat00037
은
Figure 112019035026460-pat00038
로서 거리 방향의 주파수 간격이고, 상기
Figure 112019035026460-pat00039
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 총 시간이며, 상기
Figure 112019035026460-pat00040
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 주파수 대역폭이고, 상기
Figure 112019035026460-pat00041
은 올림 연산자일 수 있다.
상기 거리 방향은 SAR 영상을 취득할 때, 위성의 진행 방향에 수직한 좌측 또는 우측 방향을 지칭할 수 있다. 이러한 거리 방향은, 방위 방향과 함께 SAR 영상에서 물체를 나타내는 좌표로서 이용될 수 있다.
또한, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 n을 전체 SAR　영상의 거리 방향 픽셀 개수라고 할 때, 기준 픽셀 인덱스인 n/2로부터 좌우로 각각
Figure 112019035026460-pat00042
개의 픽셀을 선택할 수 있다. 이를 통해, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 거리 방향으로 할당되는 영상 픽셀 수를 결정함으로써, 위성의 진행 방향에 대해 SAR 영상이 갖고자 하는 전방 해상도의 향상 크기를 추정해 낼 수 있다.
또한, 다른 실시예에서 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 방위 방향으로, 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를 [수식 3]에 의해 연산할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112019035026460-pat00043
여기서, 상기
Figure 112019035026460-pat00044
는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 도플러 주파수 대역폭을 지칭할 수 있다.
또한, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 m을 전체 SAR　영상의 방위 방향 픽셀 개수라고 할 때, 기준 픽셀 인덱스인 m/2로부터 좌우로 각각
Figure 112019035026460-pat00045
개의 픽셀을 선택할 수 있다. 이를 통해, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 방향 방향으로 할당되는 영상 픽셀 수를 결정함으로써, 위성의 진행 방향에 대한 직각 방향에 대해 SAR 영상이 갖고자 하는 측방 해상도의 향상 크기를 추정해 낼 수 있다.
계속해서, 객체 응답 초해상도화 장치(100)는 상기 주파수 영역으로부터 상기 불필요 영역을 제거하여 남겨진 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시킨다(630). 즉, 단계(630)는 SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 적어도 유효한 값을 가지는 영역을 대상으로, 객체를 식별한 후, 식별된 객체가 점유하는 특정 영역에 대해 해상도를 극대화시키는 필터링 작업을 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따르면, SAR 영상의 주파수 영역 중에서, 주파수 값을 '0'으로 갖는 불필요 영역을 제거한 후, 객체 응답에 대한 초해상도화를 수행함으로써, SAR 영상의 활용도와 신뢰성을 높이는, SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법 및 객체 응답 초해상도화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, SAR 영상의 주파수 영역에서 도플러 이동을 보상해주고 스펙트럼에서 영에 가까운 값들을 제거한 후, 객체 탐지를 통해 획득한 각 객체 응답 부분에만 초해상도화 기법을 적용함으로써 효과적으로 객체 응답의 해상도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100 : 객체 응답 초해상도화 장치
110 : 수신부 120 : 처리부
130 : 해상도 향상부

Claims (14)

  1. 위성에 탑재된 SAR(Synthetic Aperture Radar)로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신하는 단계;
    상기 SAR 영상의 주파수 영역과 관련하여 상기 지상 타겟을 촬영할 시에 발생되는 주파수 편이를 연산하는 단계;
    상기 연산된 주파수 편이에 따라, 상기 SAR 영상을, 특정의 방위 방향(azimuth direction)으로 이동시키는 단계로서, 상기 SAR 영상의 중심으로 필요 영역을 이동 함으로써, 상기 SAR 영상의 선정된 비율 이상이 상기 필요 영역이 되도록 하는 단계;
    상기 SAR 영상의 중심으로 이동한 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수를 계산하여 상기 필요 영역을 선택하는 단계; 및
    상기 주파수 영역으로부터 상기 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 이동시키는 단계는,
    상기 주파수 영역에서, (+)방위 방향으로 도플러 중심(Doppler centroid) 만큼 이동되어 있던, 상기 SAR 영상을,
    Figure 112020062813826-pat00046
    에 의해 (-)방위 방향으로 이동시키는 단계
    -상기
    Figure 112020062813826-pat00047
    는 SAR 영상의 주파수 영역 내 도플러 중심이고, 상기
    Figure 112020062813826-pat00048
    은 1/
    Figure 112020062813826-pat00049
    로서 방위 방향의 도플러 주파수 간격이며, 상기
    Figure 112020062813826-pat00050
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 총 시간임-
    를 더 포함하는 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    거리 방향(Range Direction)으로 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를,
    Figure 112020062813826-pat00051
    에 의해 연산하는 단계
    -상기
    Figure 112020062813826-pat00052
    은
    Figure 112020062813826-pat00053
    로서 거리 방향의 주파수 간격이고, 상기
    Figure 112020062813826-pat00054
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 총 시간이며, 상기
    Figure 112020062813826-pat00055
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 주파수 대역폭이고, 상기
    Figure 112020062813826-pat00056
    은 올림 연산자임-
    를 더 포함하는 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    n을 전체 SAR　영상의 거리 방향 픽셀 개수라고 할 때,
    기준 픽셀 인덱스인 n/2로부터 좌우로 각각
    Figure 112020503059312-pat00057
    개의 픽셀을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    방위 방향으로, 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를,
    Figure 112020062813826-pat00058
    에 의해 연산하는 단계
    -상기
    Figure 112020062813826-pat00059
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 도플러 주파수 대역폭임-
    를 더 포함하는 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    m을 전체 SAR　영상의 방위 방향 픽셀 개수라고 할 때,
    기준 픽셀 인덱스인 m/2로부터 좌우로 각각
    Figure 112020503059312-pat00060
    개의 픽셀을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 방법.
  8. 위성에 탑재된 SAR로부터, 지상 타겟을 촬영한 SAR 영상을 수신하는 수신부;
    상기 SAR 영상의 주파수 영역과 관련하여 상기 지상 타겟을 촬영할 시에 발생되는 주파수 편이를 연산하고, 상기 연산된 주파수 편이에 따라, 상기 SAR 영상을, 특정의 방위 방향으로 이동시키며, 상기 SAR 영상의 중심으로 필요 영역을 이동 함으로써, 상기 SAR 영상의 선정된 비율 이상이 상기 필요 영역이 되도록 하고, 상기 SAR 영상의 중심으로 이동한 필요 영역에 해당하는 픽셀 개수를 계산하여 상기 필요 영역을 선택하는 처리부; 및
    상기 주파수 영역으로부터 상기 필요 영역에서 객체를 탐지하고, 상기 탐지된 객체에 대해, 초해상도화 기법을 적용하여 객체 응답의 해상도를 향상시키는 해상도 향상부
    를 포함하고,
    상기 처리부는,
    상기 주파수 영역에서, (+)방위 방향으로 도플러 중심 만큼 이동되어 있던, 상기 SAR 영상을,
    Figure 112020062813826-pat00061
    에 의해 (-)방위 방향으로 이동시키는
    -상기
    Figure 112020062813826-pat00062
    는 SAR 영상의 주파수 영역 내 도플러 중심이고, 상기
    Figure 112020062813826-pat00063
    은 1/
    Figure 112020062813826-pat00064
    로서 방위 방향의 도플러 주파수 간격이며, 상기
    Figure 112020062813826-pat00065
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 총 시간임-
    SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 처리부는,
    거리 방향으로 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를,
    Figure 112020503059312-pat00066
    에 의해 연산하는
    -상기
    Figure 112020503059312-pat00067
    은
    Figure 112020503059312-pat00068
    로서 거리 방향의 주파수 간격이고, 상기
    Figure 112020503059312-pat00069
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 총 시간이며, 상기
    Figure 112020503059312-pat00070
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 거리 방향의 주파수 대역폭이고, 상기
    Figure 112020503059312-pat00071
    은 올림 연산자임-
    SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는,
    n을 전체 SAR　영상의 거리 방향 픽셀 개수라고 할 때,
    기준 픽셀 인덱스인 n/2로부터 좌우로 각각
    Figure 112020503059312-pat00072
    개의 픽셀을 선택하는
    SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 처리부는,
    방위 방향으로, 상기 필요 영역에 포함되는 픽셀의 개수를,
    Figure 112020062813826-pat00073
    에 의해 연산하는
    -상기
    Figure 112020062813826-pat00074
    는 제로-도플러 SAR 영상을 형성하기 위한 방위 방향의 도플러 주파수 대역폭임-
    SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 처리부는,
    m을 전체 SAR　영상의 방위 방향 픽셀 개수라고 할 때,
    기준 픽셀 인덱스인 m/2로부터 좌우로 각각
    Figure 112020503059312-pat00075
    개의 픽셀을 선택하는
    SAR 영상의 객체 응답 초해상도화 장치.
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