KR102375353B1 - Apparatus and method for restoring aerosol region based on non-subsampled contourlet transfrom - Google Patents

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Abstract

Disclosed are an apparatus and method for restoring an aerosol region based on a non-subsampled contourlet transform. The method for restoring an aerosol region based on a non-subsampled contourlet transform according to an embodiment of the present invention includes the steps of: preparing a target image and a reference image for a predetermined region; dividing the target image and the reference image into low-frequency components and high-frequency components by performing a non-sampling contourlet transform on the target image and the reference image; reconstructing a low-frequency component of the aerosol region in the target image based on the low-frequency components of the reference image through an artificial intelligence-based reconstruction model; reconstructing a high-frequency component of the aerosol region based on the high-frequency components of the reference image; and generating a reconstructed image by applying an inverse non-subsampled contourlet transform to the reconstructed low-frequency and high-frequency components.

Description

비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RESTORING AEROSOL REGION BASED ON NON-SUBSAMPLED CONTOURLET TRANSFROM}Apparatus and method for restoring an aerosol region based on non-subsampling contour transformation

본원은 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to an aerosol region restoration apparatus and method based on non-subsampling contour transformation.

에어로졸(Aerosol)은 대기 중의 수증기, 안개, 먼지, 연기 및 다른 작은 입자로부터 생성되는 효과를 지칭하며 광학 원격탐사 위성영상에 영향을 주는 요인이다. 이러한 에어로졸은 영상의 품질을 감소시키고, 나아가 원격탐사의 주요 활용분야인 토지피복분류 및 변화탐지 등에 악영향을 미친다. 따라서, 광학 위성영상 내에 존재하는 에어로졸로 인한 효과를 제거하는 것은 고품질의 광학 위성영상을 제공하기 위하여 반드시 수행되어야 하는 전처리 과정이다.Aerosol refers to effects generated from water vapor, mist, dust, smoke and other small particles in the atmosphere and is a factor that affects optical remote sensing satellite images. These aerosols reduce the quality of images and further adversely affect land cover classification and change detection, which are major fields of remote sensing. Therefore, removing the effect of aerosols present in the optical satellite image is a pre-processing process that must be performed in order to provide a high-quality optical satellite image.

한편, 광학 위성영상 내에서 에어로졸의 영향을 제거하기 위하여 종래에 제안된 방법으로는 크게 공간 기반(spatial-based) 기법, 스펙트럼 기반(spectral-based) 기법, 시간 기반(temporal-based) 기법으로 구분될 수 있다. 이와 관련하여, 먼저 공간 기반(spatial-based) 기법은 임페인팅(Impainting), 보간(Interpolation) 등을 통해 수행되어 상대적으로 쉽고 효율적이지만, 큰 손실영역이나 복잡한 질감을 가진 영역의 복원에는 사용될 수 없는 한계가 존재한다. 또한, 스펙트럼 기반(spectral-based) 기법은 다른 스펙트럼 데이터(spectral data)를 활용하여 복원하는 방식으로 특정 센서의 특정 밴드에서만 효과가 있다는 한계가 있다. 또한, 시간 기반(temporal-based) 기법은 시계열 데이터를 활용하여 복원하는 방식으로 다양한 상황을 고려하여 복원 결과를 도출해낼 수 있지만 데이터에 의존적이고 많은 양의 데이터가 필요하다는 한계가 존재한다.On the other hand, conventionally proposed methods to remove the effect of aerosols in optical satellite images are largely divided into spatial-based methods, spectral-based methods, and temporal-based methods. can be In this regard, first, the spatial-based technique is relatively easy and efficient as it is performed through impinging, interpolation, etc., but it cannot be used to restore a large loss region or a region with a complex texture. Limitations exist. In addition, the spectrum-based technique has a limitation in that it is effective only in a specific band of a specific sensor by using other spectral data to restore it. In addition, the temporal-based technique can derive a restoration result by considering various situations in a restoration method using time series data, but there is a limitation in that it is data-dependent and requires a large amount of data.

본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1829287호에 개시되어 있다.The background technology of the present application is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1829287.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비부표본화 컨투어렛(Non-subsampled Contourlet Transform, NSCT) 영역 내에서 학습 기반으로 대상 영상 내의 에어로졸 영역을 복원하는 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the problems of the prior art described above, and restores an aerosol region based on a non-subsampled contour transformation that restores an aerosol region in a target image based on learning within a non-subsampled contour transform (NSCT) region. It is intended to provide an apparatus and method.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치 방법은, 소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비하는 단계, 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상 각각을 분할하는 단계, 인공지능 기반의 복원 모델을 통해 상기 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 상기 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원하는 단계, 상기 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 상기 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원하는 단계 및 상기 복원된 저주파 성분과 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환을 적용하여 복원 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the non-subsampling contour transformation-based aerosol region restoration apparatus method according to an embodiment of the present application includes the steps of preparing a target image and a reference image for a predetermined region, the target image and performing non-subsampling contour transformation on the reference image to divide each of the target image and the reference image into a low-frequency component and a high-frequency component. Based on the low-frequency component of the reference image through an artificial intelligence-based reconstruction model, the Restoring the low-frequency component of the aerosol region in the target image, restoring the high-frequency component of the aerosol region based on the high-frequency component of the reference image, and restoring by applying inverse non-subsampling contour transformation to the restored low-frequency and high-frequency components It may include generating an image.

또한, 상기 저주파 성분을 복원하는 단계는, 상기 대상 영상과 상기 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출하는 단계, 상기 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 상기 에어로졸 영역을 설정하는 단계, 상기 미변화 화소 및 상기 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소를 선정하는 단계, 상기 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 상기 인공지능 기반의 복원 모델을 생성하는 단계 및 상기 학습된 복원 모델에 상기 대상 영상의 저주파 성분 및 상기 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 상기 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of restoring the low-frequency component includes deriving an unchanged pixel based on a predetermined reference point in the target image and the reference image, setting the aerosol region based on the quality index for the target image step, selecting a learning pixel including the unchanged pixel and the aerosol region, generating the artificial intelligence-based restoration model based on the learning pixel and a preset characteristic variable, and adding the learned restoration model The method may include inputting a low-frequency component of the target image and a characteristic variable for the target image to obtain a restored low-frequency component for the aerosol region.

또한, 상기 생성하는 단계는, 상기 학습 화소에 대응하는 상기 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 상기 복원 모델을 학습시킬 수 있다.In addition, the generating may include learning the reconstruction model based on a low-frequency component of the reference image corresponding to the learning pixel.

또한, 상기 특성 변수는, 복수 개의 분광 지수를 포함할 수 있다.In addition, the characteristic variable may include a plurality of spectral indices.

또한, 상기 저주파 성분을 복원하는 단계는, 상기 복원 저주파 성분에 대하여 메디안 필터 기반의 후처리를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.Also, the restoring of the low-frequency component may include applying a median filter-based post-processing to the restored low-frequency component.

또한, 상기 미변화 화소를 도출하는 단계는, 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상의 근적외선 밴드 정보에 기초하여 상기 미변화 화소를 검출할 수 있다.In addition, the deriving the unchanged pixel may include detecting the unchanged pixel based on near-infrared band information of the target image and the reference image.

또한, 상기 복원 모델은, XGBoost 기반의 머신러닝 모델일 수 있다.Also, the restoration model may be an XGBoost-based machine learning model.

또한, 상기 고주파 성분을 복원하는 단계는, 상기 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 상기 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 상기 에어로졸 영역 내의 화소는 상기 참조 영상의 고주파 성분을 할당하는 방식으로 수행될 수 있다.In addition, in the restoring of the high-frequency component, the high-frequency component of the target image is allocated to pixels included in the target image that are not affected by the aerosol, and the high-frequency component of the reference image is assigned to the pixels in the aerosol region. It can be performed in a way of allocating.

한편, 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치는, 소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비하는 영상 획득부, 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상 각각을 분할하는 변환부, 인공지능 기반의 복원 모델을 통해 상기 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 상기 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원하는 저주파 복원부, 상기 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 상기 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원하는 고주파 복원부 및 상기 복원된 저주파 성분과 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환을 적용하여 복원 영상을 생성하는 역변환부를 포함할 수 있다.On the other hand, the apparatus for restoring an aerosol region based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application includes an image acquisition unit that prepares a target image and a reference image for a predetermined region, and a non-subsampling contour with respect to the target image and the reference image. A transform unit that performs transformation to divide each of the target image and the reference image into a low-frequency component and a high-frequency component, based on the low-frequency component of the reference image through an artificial intelligence-based reconstruction model, the low-frequency component of the aerosol region in the target image A low-frequency restoration unit that restores a, a high-frequency restoration unit that restores a high-frequency component of the aerosol region based on a high-frequency component of the reference image, and a reconstructed image by applying non-subsampling contour inverse transformation to the restored low-frequency component and high-frequency component It may include an inverse transform unit.

또한, 상기 저주파 복원부는, 상기 대상 영상과 상기 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출하고, 상기 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 상기 에어로졸 영역을 설정하고, 상기 미변화 화소 및 상기 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소를 선정하는 학습 화소 설정부, 상기 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 상기 인공지능 기반의 복원 모델을 생성하는 모델 생성 및 상기 학습된 복원 모델에 상기 대상 영상의 저주파 성분 및 상기 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 상기 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득하는 모델 적용부를 포함할 수 있다.In addition, the low-frequency restoration unit derives an unchanged pixel based on a predetermined reference point in the target image and the reference image, sets the aerosol region based on the quality index for the target image, and the unchanged pixel and a learning pixel setting unit that selects a learning pixel including the aerosol region, a model generation that generates the artificial intelligence-based restoration model based on the learning pixel and preset characteristic variables, and the target image in the learned restoration model and a model application unit configured to obtain a restored low-frequency component for the aerosol region by inputting a low-frequency component of and a characteristic variable for the target image.

또한, 상기 모델 생성부는, 상기 학습 화소에 대응하는 상기 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 상기 복원 모델을 학습시킬 수 있다.Also, the model generator may learn the reconstruction model based on a low-frequency component of the reference image corresponding to the learning pixel.

또한, 상기 고주파 복원부는, 상기 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 상기 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 상기 에어로졸 영역 내의 화소는 상기 참조 영상의 고주파 성분을 할당할 수 있다.In addition, the high-frequency restoration unit may allocate a high-frequency component of the target image to pixels included in the target image that are not affected by aerosol, and a high-frequency component of the reference image to pixels in the aerosol region. .

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 비부표본화 컨투어렛(Non-subsampled Contourlet Transform, NSCT) 영역 내에서 학습 기반으로 대상 영상 내의 에어로졸 영역을 복원하는 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, a non-subsampled contour transformation-based aerosol region restoration apparatus and method for restoring an aerosol region in a target image based on learning in a non-subsampled contour transform (NSCT) region can provide

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 저주파 성분과 고주파 성분을 분리한 후 각각의 성분에 대하여 복원 프로세스를 독립적으로 수행함으로써 배경 정보와 객체 정보를 고려한 복원이 수행될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, restoration in consideration of background information and object information can be performed by performing a restoration process independently for each component after separating a low-frequency component and a high-frequency component.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 분광 지수를 파라미터로 활용함으로써 대상 영상과 참조 영상에 반영된 대기 효과, 지표의 식생 상태 등의 정보가 융합되어 XGBoost 등의 회귀 모델을 통한 비선형적 관계 수립 기반의 복원이 수행될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, by using the spectral index as a parameter, information such as atmospheric effects reflected in the target image and the reference image and the vegetation status of the indicator are fused, and non-linear relationship establishment based on regression models such as XGBoost Restoration may be performed.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치를 포함하는 영상 제공 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본원의 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법의 전체 프로세스를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 대상 영상에 대한 품질 지수를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법과 연계된 제1실험예에서의 대상 영상 및 참조 영상을 나타낸 도면이다.
도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법과 연계된 제2실험예에서의 대상 영상 및 참조 영상을 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법과 연계된 제1실험예 및 제2실험예에서의 복원 영상을 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치의 저주파 복원부의 세부 구성도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 저주파 성분 복원 프로세스의 세부 동작 흐름도이다.
1 is a schematic configuration diagram of an image providing system including an aerosol region restoration device based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
2 is a conceptual diagram for explaining the entire process of the aerosol region restoration technique based on the non-subsampling contour transformation of the present application.
3 is a diagram for explaining a quality index of a target image.
4A is a diagram illustrating a target image and a reference image in the first experimental example in connection with an aerosol region restoration technique based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
4B is a diagram illustrating a target image and a reference image in the second experimental example linked to the aerosol region restoration technique based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
5 is a view showing restored images in Experimental Example 1 and Experiment 2 in connection with an aerosol region restoration technique based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
6 is a schematic configuration diagram of an aerosol region restoration apparatus based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
7 is a detailed configuration diagram of a low-frequency restoration unit of an aerosol region restoration apparatus based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
8 is a flowchart of an aerosol region restoration method based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.
9 is a detailed operation flowchart of a low-frequency component restoration process according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily carry out. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본원은 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to an aerosol region restoration apparatus and method based on non-subsampling contour transformation.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치를 포함하는 영상 제공 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an image providing system including an aerosol region restoration device based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.

도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 영상 제공 시스템(10)은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치(100)(이하, '복원 장치(100)'라 한다.), 촬영 장치(200) 및 영상 저장 서버(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the image providing system 10 according to an embodiment of the present application is an aerosol region restoration apparatus 100 based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application (hereinafter, 'reconstruction apparatus 100') ), a photographing device 200 , and an image storage server 300 .

복원 장치(100), 촬영 장치(200) 및 영상 저장 서버(300) 상호간은 네트워크(20)를 통해 통신할 수 있다. 네트워크(20)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(20)의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.The restoration apparatus 100 , the photographing apparatus 200 , and the image storage server 300 may communicate with each other through the network 20 . The network 20 refers to a connection structure in which information exchange is possible between each node, such as terminals and servers, and an example of such a network 20 includes a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) network, a long-term LTE (LTE) network. Term Evolution) network, 5G network, WIMAX (World Interoperability for Microwave Access) network, Internet, LAN (Local Area Network), Wireless LAN (Wireless Local Area Network), WAN (Wide Area Network), PAN (Personal Area) Network), a wifi network, a Bluetooth network, a satellite broadcasting network, an analog broadcasting network, a Digital Multimedia Broadcasting (DMB) network, etc. are included, but are not limited thereto.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 복원 장치(100)에 의해 생성된 복원 영상은 네트워크(20)를 통해 복원 장치(100) 및 영상 저장 서버(300) 중 적어도 하나와 연결되는 사용자 단말(미도시)을 통해 표시(재생)될 수 있다. 사용자 단말은 예를 들면, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치일 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, the restored image generated by the restoration apparatus 100 is a user terminal (not shown) connected to at least one of the restoration apparatus 100 and the image storage server 300 through the network 20 . can be displayed (played) through The user terminal is, for example, a smartphone, a smart pad, a tablet PC, and the like and a PCS (Personal Communication System), GSM (Global System for Mobile communication), PDC (Personal Digital Cellular), PHS (Personal Handyphone System) ), PDA (Personal Digital Assistant), IMT (International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA (Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA (W-Code Division Multiple Access), Wibro (Wireless Broadband Internet) It may be a wireless communication device of

본원의 실시예에 관한 설명에서, 대상 영상 및 참조 영상 중 적어도 하나는 광학 위성 영상일 수 있다. 예를 들어, 대상 영상과 참조 영상은 합성 개구 레이더 영상, 다중분광영상 등을 포함할 수 있다. 또한, 이와 관련하여 본원에서의 촬영 장치(200)는 다중분광영상 촬영 장치일 수 있다. 다른 예로, 촬영 장치(200)는 공중에서 지상과 해양을 관찰한 영상을 촬영하는 레이더인 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)일 수 있다.In the description of the embodiments of the present application, at least one of a target image and a reference image may be an optical satellite image. For example, the target image and the reference image may include a synthetic aperture radar image, a multispectral image, and the like. Also, in this regard, the imaging device 200 in the present application may be a multi-spectral imaging device. As another example, the photographing apparatus 200 may be a synthetic aperture radar (SAR), which is a radar that captures images of observation of the ground and the sea from the air.

보다 구체적으로, 촬영 장치(200)는 Operational Land Imager(OLI) 및 Thermal Infrared Sensor(TIRS)를 포함하는 Landsat-8 위성에 탑재된 디바이스일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 촬영 장치(200)는 다목적 위성인 KOMPSAT-5 에 구비된 레이더일 수 있다. 또한, 본원의 구현예에 따라 촬영 장치(200)와 촬영 장치(200)에 의해 획득되는 대상 영상 및 참조 영상은 Landsat 4-7, Sentinel 2 등의 다양한 유형의 광학 위성 영상이 적용될 수 있다.More specifically, the imaging apparatus 200 may be a device mounted on a Landsat-8 satellite including an Operational Land Imager (OLI) and a Thermal Infrared Sensor (TIRS), but is not limited thereto. As another example, the imaging device 200 may be a radar provided in KOMPSAT-5, which is a multi-purpose satellite. In addition, various types of optical satellite images such as Landsat 4-7 and Sentinel 2 may be applied to the photographing apparatus 200 and the target image and the reference image obtained by the photographing apparatus 200 according to the embodiment of the present application.

이하에서는, 설명의 편의를 위하여 대상 영상 및 참조 영상이 Landsat-8 OLI/TIRS 기반의 광학 위성 영상인 것으로 하여 본원의 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the target image and the reference image are the Landsat-8 OLI/TIRS-based optical satellite images to describe the embodiment of the present application.

또한, 본원의 실시예에 관한 설명에서, 영상 저장 서버(300)는, 대상 영상, 참조 영상 그리고 대상 영상 및 참조 영상에 기초하여 후술하는 바와 같이 에어로졸 영역에 대한 복원이 수행된 복원 영상을 저장하는 스토리지 또는 서버일 수 있다. 또한, 영상 저장 서버(300)는 본원의 구현예에 따라 사용자 단말(400)을 통해 대상 영상, 참조 영상 및 복원 영상 중 적어도 하나가 표시(재생)될 수 있도록 사용자 단말(400)로 대상 영상, 참조 영상 및 복원 영상 중 적어도 하나를 전송(제공)하도록 구비될 수 있다.In addition, in the description of the embodiment of the present application, the image storage server 300 stores the restored image in which the restoration of the aerosol region is performed as described below based on the target image, the reference image, and the target image and the reference image. It can be a storage or a server. In addition, the image storage server 300 is a target image to the user terminal 400 so that at least one of a target image, a reference image, and a restored image can be displayed (played) through the user terminal 400 according to the embodiment of the present application; It may be provided to transmit (provide) at least one of a reference image and a restored image.

도 2는 본원의 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법의 전체 프로세스를 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining the entire process of the aerosol region restoration technique based on the non-subsampling contour transformation of the present application.

도 2를 참조하면, 복원 장치(100)는 소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비할 수 있다. 예를 들면, 복원 장치(100)는 촬영 장치(200)에 의해 촬영되거나 미리 촬영되어 영상 저장 서버(300)에 저장된 대상 영상 및 참조 영상을 촬영 장치(200) 및 영상 저장 서버(300) 중 적어도 하나로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 복원 장치(100)는 촬영 장치(200)로부터 본원에서 개시하는 에어로졸 영역에 대한 복원 프로세스를 적용할 대상 영상을 수신하고, 영상 저장 서버(300)로부터 대상 영상에 반영된 대상 공간에 대하여 기 확보된 참조 영상을 수신하는 방식으로 대상 영상 및 참조 영상을 준비할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the restoration apparatus 100 may prepare a target image and a reference image for a predetermined area. For example, the restoration apparatus 100 may store a target image and a reference image photographed by the photographing apparatus 200 or previously photographed and stored in the image storage server 300 , at least of the photographing apparatus 200 and the image storage server 300 . can be received from one. For example, the restoration device 100 receives a target image to which the restoration process for the aerosol region disclosed herein is applied from the photographing device 200 , and from the image storage server 300 , with respect to the target space reflected in the target image A target image and a reference image may be prepared by receiving a previously secured reference image.

달리 말해, 본원의 실시예에 관한 설명에서, 대상 영상은 광학 위성 영상으로서 영상 내의 적어도 일부 영역에 에어로졸에 의한 영향이 반영되어 해당 영역에 대한 복원이 요구되는 영상을 의미하고, 참조 영상은 복원할 대상 영상에 대응되는 공간(대상 공간)을 촬영한 광학 위성 영상으로서 에어로졸에 의한 영향이 미반영된 영상을 의미할 수 있다. 또한, 여기서, 참조 영상에 에어로졸에 의한 영향이 미반영 된다는 것은, 보다 구체적으로 대상 영상 내에서 복원할 영역에 대응되는 참조 영상 내의 영역이 에어로졸에 의한 영향이 없다는 것을 의미하며, 항상 참조 영상의 전체 영역이 에어로졸에 의한 영향이 없어야 하는 것은 아니다.In other words, in the description of the embodiments of the present application, the target image is an optical satellite image, and the effect of an aerosol is reflected in at least a partial region in the image, so that restoration of the region is required, and the reference image is the image to be restored. As an optical satellite image obtained by photographing a space (target space) corresponding to the target image, it may refer to an image in which the effect of an aerosol is not reflected. In addition, here, that the influence of the aerosol is not reflected in the reference image means that the region in the reference image corresponding to the region to be restored in the target image is not affected by the aerosol, and always the entire region of the reference image. It is not necessary to be free from the effects of this aerosol.

또한, 본원의 실시예에 따라 대상 영상 및 참조 영상은 동일한 유형의 광학 위성 영상일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 본원의 구현예에 따라 대상 영상 및 참조 영상은 이종 유형의 광학 위성 영상일 수 있다. 예시적으로, 참조 영상은 대상 영상이 촬영된 시점으로부터 미리 설정된 시간 범위 내에 같은 공간을 촬영한 영상일 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present application, the target image and the reference image may be the same type of optical satellite image, but the present invention is not limited thereto. According to the embodiment of the present application, the target image and the reference image may be different types of optical satellite images. can For example, the reference image may be an image captured in the same space within a preset time range from a time point at which the target image is captured.

또한, 복원 장치(100)는 준비된 대상 영상 및 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 대상 영상 및 상기 참조 영상 각각을 분할할 수 있다(도 2의 'NSCT 적용'). 참고로, 소정의 영상의 저주파 성분은 주변 영역과의 차이(예를 들면, 색상차)가 적은 영역을 고주파 성분은 주변 영역과의 차이가 큰 영역에 대응될 수 있으므로, 특정 객체(오브젝트)를 기준으로 하면 저주파 성분은 객체의 내부 영역을, 고주파 성분은 해당 객체의 외부에 대한 경계 영역을 나타낼 수 있다.In addition, the restoration apparatus 100 may perform non-subsampling contour transformation on the prepared target image and reference image to divide each of the target image and the reference image into a low-frequency component and a high-frequency component ('NSCT application' in FIG. 2 ). . For reference, since the low-frequency component of a predetermined image may correspond to an area having a small difference (eg, color difference) from the surrounding area, and the high-frequency component may correspond to an area having a large difference from the surrounding area, a specific object (object) may be selected. As a reference, the low-frequency component may indicate an inner region of the object, and the high-frequency component may indicate a boundary region with respect to the outside of the object.

구체적으로, 비부표본화 윤곽선 변환((Non-subsampled Contourlet Transform, NSCT)에 의할 때, Non-subsampled 피라미드 및 방향성 필터를 통해 주파수 크기에 따라 대역을 나눌 수 있고, shift-invariant 특성을 가지므로 주파수 앨리어싱을 피하고, 엣지 정보를 보다 명확하게 보존할 수 있으며, 다중 스케일 및 다중 방향을 갖는 이점을 가진다. 이와 대비하여, 웨이블렛(Wavelet) 변환의 경우 곡선이나 경계(Contour)와 같은 이차원 구조를 잘 분리하지 못하며 수평방향 또는 수직방향으로 영상 사이즈를 축소시켜 전체 영역을 고려하지 못하는 단점이 있다.Specifically, when using the non-subsampled contour transform (NSCT), the band can be divided according to the frequency size through the non-subsampled pyramid and directional filter, and since it has a shift-invariant characteristic, frequency aliasing In contrast, in the case of wavelet transform, it does not separate two-dimensional structures such as curves or contours well, There is a disadvantage in that the entire area cannot be considered by reducing the image size in the horizontal or vertical direction.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 저주파 성분 및 고주파 성분 각각에 대응하는 두 개의 분해 레이어에 기반하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 복원 장치(100)는 저주파 성분에 대하여 [4] 분해 레이어를 적용하고, 고주파 성분에 대하여 [4, 8] 분해 레이어를 적용할 수 있다.Also, according to an exemplary embodiment of the present disclosure, the reconstruction apparatus 100 may perform non-subsampling contour transformation based on two decomposition layers corresponding to each of a low frequency component and a high frequency component. For example, the restoration apparatus 100 may apply the [4] decomposition layer to the low-frequency component and apply the [4, 8] decomposition layer to the high-frequency component.

또한, 복원 장치(100)는 대상 영상의 저주파 성분 및 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 대상 영상의 저주파 성분에 대한 에어로졸 영역을 복원할 수 있다. 또한, 복원 장치(100)는 대상 영상의 고주파 성분 및 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 대상 영상의 고주파 성분에 대한 에어로졸 영역을 복원할 수 있다. 이하에서는, 비부표본화 윤곽선 변환에 의하여 분할된 고주파 성분과 저주파 성분 각각에 대한 에어로졸 영역 복원 프로세스를 구분하여 설명하도록 한다.Also, the restoration apparatus 100 may reconstruct the aerosol region for the low-frequency component of the target image based on the low-frequency component of the target image and the low-frequency component of the reference image. Also, the restoration apparatus 100 may reconstruct the aerosol region of the high-frequency component of the target image based on the high-frequency component of the target image and the high-frequency component of the reference image. Hereinafter, the aerosol region restoration process for each of the high frequency component and the low frequency component divided by the non-subsampling contour transformation will be separately described.

먼저, 복원 장치(100)는 대상 영상의 저주파 성분의 복원 프로세스로서, 인공지능 기반의 복원 모델을 통해 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원할 수 있다.First, as a restoration process of the low-frequency component of the target image, the restoration apparatus 100 may restore the low-frequency component of the aerosol region in the target image based on the low-frequency component of the reference image through an artificial intelligence-based restoration model.

구체적으로, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 대상 영상과 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 대상 영상 및 참조 영상의 근적외선 밴드 정보에 기초하여 미변화 화소를 검출할 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present disclosure, the restoration apparatus 100 may derive an unchanged pixel based on a predetermined reference point in the target image and the reference image. According to an embodiment of the present disclosure, the restoration apparatus 100 may detect an unchanged pixel based on near-infrared band information of the target image and the reference image.

본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 대상 영상과 참조 영상의 근적외선 밴드간의 산포도(Scattergram)에 기초하여 미변화 화소를 검출할 수 있다. 예시적으로 복원 장치(100)는 서로 다른 유형의 두 클러스터(예를 들면, 물에 해당하는 클러스터와 지표에 해당하는 클러스터 등)의 각각의 중심부에 대응하는 국부 최대값으로 기준점으로 선정하여 미변화 선(no-change line)을 획득하고, 획득된 미변화 선의 형상을 기초로 half vertical width, HVW 값을 획득하여 내부에 존재하는 화소를 미변화 화소로 선정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the restoration apparatus 100 may detect an unchanged pixel based on a scattergram between the near-infrared bands of the target image and the reference image. Illustratively, the restoration apparatus 100 selects as a reference point a local maximum value corresponding to each center of two different types of clusters (eg, a cluster corresponding to water and a cluster corresponding to an index) as a reference point, and does not change A no-change line may be obtained, and a half vertical width and HVW value may be obtained based on the obtained shape of the unchanged line to select a pixel existing therein as the unchanged pixel.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 에어로졸 영역을 설정할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 may set the aerosol region based on the quality index of the target image.

도 3은 대상 영상에 대한 품질 지수를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a quality index of a target image.

도 3을 참조하면, 대상 영상이 Landsat-8 OLI/TIRS 기반의 광학 위성 영상인 경우, 품질 지수(Quality Factor)는 Landsat-8 영상에서 제공하는 Quality Assessment Band Attribute를 의미할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 품질 지수는 영상 내의 각 화소 또는 각 화소를 포함하는 국부적 영역의 특성에 기초하여 화소의 특성을 Attribute로 분류(예를 들면, 도 3의 Terrain Occlusion, Clear, Cloud, Snow/Ice 등)하고, 분류된 유형에 대응하는 값(도 3의 Pixel Value)을 할당한 것일 수 있다.Referring to FIG. 3 , when a target image is a Landsat-8 OLI/TIRS-based optical satellite image, a quality factor may mean a Quality Assessment Band Attribute provided by the Landsat-8 image. In addition, referring to FIG. 3 , the quality index classifies the characteristics of pixels into attributes based on the characteristics of each pixel or a local area including each pixel in the image (eg, Terrain Occlusion, Clear, Cloud, Snow/Ice, etc.), and a value (Pixel Value of FIG. 3 ) corresponding to the classified type may be assigned.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 대상 영상에 포함된 각 화소별 품질 지수에 기초하여 미리 설정된 분류 유형에 대응하는 화소를 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소로 결정하고, 해당 화소를 제외한 영역의 화소를 에어로졸 영역 내의 화소로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 복원 장치(100)는 'Clear' Attribute에 해당하는 2720, 2724, 2728, 2732의 픽셀 값(Pixel Value)이 할당된 화소를 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소로 결정하고, 결정된 화소를 제외한 영역의 화소들을 에어로졸 영역에 포함되는 화소로 결정할 수 있으나, 에어로졸 영역을 특정하기 위해 고려되는 분류 유형은 전술한 예시에 한정되는 것은 아니다.In addition, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 determines a pixel corresponding to a preset classification type as a pixel not affected by the aerosol based on the quality index for each pixel included in the target image, and the corresponding A pixel in an area other than the pixel may be determined as a pixel in the aerosol area. For example, referring to FIG. 3 , the restoration apparatus 100 converts pixels to which pixel values of 2720, 2724, 2728, and 2732 corresponding to the 'Clear' attribute are assigned as pixels not affected by the aerosol. may be determined, and pixels in an area other than the determined pixel may be determined as pixels included in the aerosol area, but the classification type considered for specifying the aerosol area is not limited to the above-described example.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 에어로졸 영역의 경계를 고려하여 1차적으로 에어로졸의 영향을 받은 것으로 결정된 영역 내의 화소들에 대하여 소정의 크기(예를 들면, 11 X 11 크기 등)의 버퍼(Buffer) 영역을 설정하여 에어로졸 영역을 보다 정확하게 특정하기 위한 후처리를 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 considers the boundary of the aerosol area and has a predetermined size (eg, 11 X 11 size, etc.) may be set to perform post-processing to more accurately specify the aerosol area.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 설정된 미변화 화소 및 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소(Training Pixel)을 선정할 수 있다. 학습 화소는 후술하는 인공지능 기반의 복원 모델의 학습 과정에서 복원 모델이 대상 영상과 참조 영상의 모든 영역(픽셀)을 학습 하지 않고, 에어로졸 영역의 복원을 위하여 학습이 요구되는 대상 영상과 참조 영상의 비선형적 상관 관계를 학습하는 영역을 특정한 것으로서, 본원에서 개시하는 인공지능 기반의 복원 모델은 앞서 설정된 미변화 화소 및 에어로졸 영역을 포함하는 영역(화소들)을 대상으로 학습을 수행할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 may select a training pixel including a set unchanged pixel and an aerosol region. In the learning process of the artificial intelligence-based reconstruction model to be described later, the training pixel does not learn all the areas (pixels) of the target image and the reference image, but rather of the target image and the reference image requiring learning to restore the aerosol region. As a specific area for learning non-linear correlation, the artificial intelligence-based reconstruction model disclosed herein may perform learning on areas (pixels) including previously set unchanged pixels and aerosol areas.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 인공지능 기반의 복원 모델을 생성(구축)할 수 있다. 구체적으로, 복원 장치(100)는 학습 화소에 대응하는 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 복원 모델을 학습시킬 수 있다.Also, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 may generate (construct) an artificial intelligence-based restoration model based on the learning pixel and preset characteristic variables. Specifically, the restoration apparatus 100 may learn the restoration model based on the low-frequency component of the reference image corresponding to the learning pixel.

또한, 전술한 특성 변수는, 복수 개의 분광 지수를 포함할 수 있다. 분광 지수 또는 광학 지수(Spectral indices)는 위성 영상이 가지는 다양한 분광(Spectral) 특성을 반영하는 광학지수로서 위성 영상에 반영된 식생, 수자원, 강설, 토양, 화재 등 다양한 특성과 상황을 분석하기 위한 지수일 수 있다.In addition, the aforementioned characteristic variable may include a plurality of spectral indices. Spectral indices or optical indices are optical indices that reflect the various spectral characteristics of satellite images. It is an index for analyzing various characteristics and situations such as vegetation, water resources, snowfall, soil, and fire reflected in the satellite image. can

예를 들어, 복원 장치(100)는 대상 영상의 가시광선 영역, 적외선 영역, 자외선 영역 등의 대역(Band) 특성을 기초로 분광 지수를 도출하고, 이를 인공지능 기반의 복원 모델에 적용되는 학습 파라미터로 설정할 수 있다.For example, the restoration apparatus 100 derives a spectral index based on band characteristics such as a visible ray region, an infrared region, and an ultraviolet region of the target image, and a learning parameter applied to the artificial intelligence-based restoration model can be set to

보다 구체적으로, 복원 장치(100)는 정규강설지수(Normalized Difference Snow Index, NDSI), 정규식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), meanVis, 백색도(Whiteness), HOT 및 B5/B6 중 적어도 하나를 포함하는 분광 지수를 복원 모델의 학습 파라미터로 설정할 수 있으며, 구체적인 분광 지수의 연산은 하기 식 1-1 내지 식 1-6과 같다.More specifically, the restoration apparatus 100 is a normal snow index (Normalized Difference Snow Index, NDSI), a regular vegetation index (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), meanVis, whiteness (Whiteness), HOT and at least one of B5 / B6 The included spectral index may be set as a learning parameter of the restoration model, and the specific calculation of the spectral index is as shown in Equations 1-1 to 1-6 below.

[식 1-1][Equation 1-1]

Figure 112020142959208-pat00001
Figure 112020142959208-pat00001

[식 1-2][Equation 1-2]

Figure 112020142959208-pat00002
Figure 112020142959208-pat00002

[식 1-3][Equation 1-3]

Figure 112020142959208-pat00003
Figure 112020142959208-pat00003

[식 1-4][Equation 1-4]

Figure 112020142959208-pat00004
Figure 112020142959208-pat00004

[식 1-5][Equation 1-5]

Figure 112020142959208-pat00005
Figure 112020142959208-pat00005

[식 1-6][Equation 1-6]

Figure 112020142959208-pat00006
Figure 112020142959208-pat00006

한편, 상기의 분광 지수 계산을 위한 수식은 대상 영상이 Landsat-8 OLI/TIRS 기반의 위성 영상 유형인 것을 기준으로 적용되며, 대상 영상의 유형이 Landsat-8, 기반의 위성 영상 외의 유형인 경우, 분광 지수의 계산을 위한 구체적인 수식이 달라질 수 있음은 물론이다.On the other hand, the above formula for calculating the spectral index is applied on the basis that the target image is a Landsat-8 OLI/TIRS-based satellite image type, and when the target image is a type other than Landsat-8, based satellite image, It goes without saying that the specific formula for calculating the spectral index may vary.

또한, 본원의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 복원 모델은 익스트림 그래디언트 부스팅(eXtreme Gradient Boosting, XGBoost) 기반의 머신러닝 모델일 수 있다. 여기서, XGBoost 기반의 머신러닝 모델은 의사결정나무(Decision Tree)에 기반한 앙상블 방식의 기계학습 모델일 수 있다. 다만, 이에만 한정되는 것은 아니고, 본원에서는 종래에 이미 공지되었거나 향후 개발되는 다양한 인공 지능 기반의 학습 알고리즘(모델)이 적용될 수 있다.In addition, the artificial intelligence-based restoration model according to an embodiment of the present application may be an eXtreme Gradient Boosting (XGBoost)-based machine learning model. Here, the XGBoost-based machine learning model may be an ensemble-type machine learning model based on a decision tree. However, the present invention is not limited thereto, and various artificial intelligence-based learning algorithms (models) that have been previously known or developed in the future may be applied.

한편, XGBoost 기반의 복원 모델은 복수의 분류기(Classifier)를 적층하여 복잡한 분류기를 생성하는 학습 방식으로 구축되어 병렬 처리를 통해 학습과 분류가 빠른 속도로 이루어질 수 있는 이점이 있으며, 탐욕 알고리즘(Greedy Algorithm)에 기반하여 의사결정나무의 가지를 제거할 수 있어, 과적합이 비교적 덜 발생하는 이점이 있다.On the other hand, the XGBoost-based restoration model is built in a learning method that creates a complex classifier by stacking a plurality of classifiers. ), the branch of the decision tree can be removed, which has the advantage that overfitting occurs relatively less.

참고로, 본원의 일 실시예에 따른 복원 모델의 학습을 위한 하이퍼 파라미터는 gamma = 0, lambda = 1, alpha = 0, n_estimators = 100 (early stopping = 10), max depth = 6, minimum child weight = 5, subsample = 0.8, colsample by tree = 1.0, learning rate = 0.1로 예시적으로 설정될 수 있다.For reference, the hyper parameters for training the restoration model according to an embodiment of the present application are gamma = 0, lambda = 1, alpha = 0, n_estimators = 100 (early stopping = 10), max depth = 6, minimum child weight = 5, subsample = 0.8, colsample by tree = 1.0, may be exemplarily set to learning rate = 0.1.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 학습된 인공지능 기반의 복원 모델에 대상 영상의 저주파 성분 및 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 obtains the restored low-frequency component for the aerosol region by inputting the low-frequency component of the target image and the characteristic variable for the target image to the learned artificial intelligence-based restoration model. can

한편, 복원 장치(100)는 전술한 바와 같이 에어로졸 영역의 복원이 필요한 대상 영상이 입력되면, 해당 대상 영상의 에어로졸 영역의 복원을 위한 참조 영상을 기초로 저주파 성분의 복원을 위한 인공지능 기반의 복원 모델을 생성하도록 동작할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 본원의 구현예에 따라 복원 장치(100)는 복수의 대상 영상 및 이에 대응하는 참조 영상을 포함하는 학습용 데이터에 기초하여 신규 대상 영상이 입력되면 이에 대한 저주파 성분의 복원 프로세스를 수행하도록 학습되는 인공지능 기반의 복원 모델을 신규 대상 영상이 입력되기에 앞서 선행하여 구축하여 보유하고, 신규 대상 영상이 입력(인가)되면 기 생성된 복원 모델을 기초로 하여 신규 대상 영상의 저주파 성분에 대한 에어로졸 영역의 복원을 수행하도록 동작할 수도 있다.On the other hand, when a target image requiring restoration of the aerosol region is input as described above, the restoration apparatus 100 is artificial intelligence-based restoration for restoration of a low-frequency component based on a reference image for restoration of the aerosol region of the corresponding target image. It may operate to generate a model, but is not limited thereto, and according to an embodiment of the present disclosure, the restoration apparatus 100 generates a new target image based on training data including a plurality of target images and a reference image corresponding thereto. When an input is received, an artificial intelligence-based restoration model that is learned to perform the restoration process of the low-frequency component is built before a new target image is input and is retained, and when a new target image is input (approved), a pre-generated restoration model It may operate to perform restoration of the aerosol region with respect to the low frequency component of the new target image based on .

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복원 장치(100)는 인공지능 기반의 복원 모델에 의해 복원된 복원 저주파 성분에 대하여 메디안(Median) 필터 기반의 후처리를 적용할 수 있다. 예를 들어, 메디안(Median) 필터는 3 X 3 크기로 적용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Also, according to an embodiment of the present application, the restoration apparatus 100 may apply a median filter-based post-processing to the restoration low-frequency component restored by the artificial intelligence-based restoration model. For example, the median filter may be applied in a size of 3×3, but is not limited thereto.

또한, 복원 장치(100)는 대상 영상의 고주파 성분의 복원 프로세스로서, 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원할 수 있다. 구체적으로, 복원 장치(100)는 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받은 에어로졸 영역 내의 화소는 참조 영상의 고주파 성분을 할당하는 방식으로 화소 성분을 선택적으로 할당하여 고주파 성분의 복원 프로세스를 수행할 수 있다.Also, as a restoration process of the high-frequency component of the target image, the restoration apparatus 100 may reconstruct the high-frequency component of the aerosol region based on the high-frequency component of the reference image. Specifically, the restoration apparatus 100 allocates a high-frequency component of the target image to pixels included in the target image that are not affected by the aerosol, and pixels included in the target image within the aerosol-affected aerosol region. A high-frequency component restoration process may be performed by selectively allocating pixel components in a manner of allocating high-frequency components of the reference image.

또한, 복원 장치(100)는 복원된 저주파 성분과 복원된 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환(도 2의 'Inverse NSCT')을 적용하여 복원 영상을 생성할 수 있다. 또한, 복원 장치(100)는 생성된 복원 영상을 영상 저장 서버(300) 및 사용자 단말(400) 중 적어도 하나로 전송할 수 있다.Also, the restoration apparatus 100 may generate a restored image by applying a non-subsampling contour inverse transform ('Inverse NSCT' in FIG. 2 ) to the reconstructed low frequency component and the reconstructed high frequency component. Also, the restoration apparatus 100 may transmit the generated restored image to at least one of the image storage server 300 and the user terminal 400 .

도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법과 연계된 제1실험예에서의 대상 영상 및 참조 영상을 나타낸 도면이고, 도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법과 연계된 제2실험예에서의 대상 영상 및 참조 영상을 나타낸 도면이고, 도 5는 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 기법과 연계된 제1실험예 및 제2실험예에서의 복원 영상을 나타낸 도면이다.Figure 4a is a view showing a target image and a reference image in the first experimental example linked to the aerosol region restoration technique based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application, It is a view showing the target image and the reference image in the second experimental example linked with the sampling contour transformation-based aerosol region restoration technique, and FIG. 5 is linked with the non-subsampling contour transformation-based aerosol region restoration technique according to an embodiment of the present application It is a diagram showing the restored images in the first and second experimental examples.

도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하면, 본원에서 개시하는 복원 장치(100)에 의할 때 사용자가 원하는 지역을 설정하여 대상 영상의 복원을 수행하여 에어로졸 영역(도 4a 및 도 4b의 'A' 영역)이 복원된 복원 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 본원의 복원 장치(100)의 경우 광학 영상 기반의 시계열 자료의 일부가 불측의 원인으로 에어로졸의 영향을 받은 경우라도, 해당 영상을 에어로졸의 영향을 배제하도록 복원함으로써 시계열 자료 구축에 활용될 수 있다.4A, 4B and 5 , according to the restoration apparatus 100 disclosed herein, the user sets the desired region and performs restoration of the target image to perform restoration of the target image in the aerosol region (‘A’ in FIGS. 4A and 4B). ' area) can be reconstructed to obtain a reconstructed image. Therefore, in the case of the restoration device 100 of the present application, even when a part of the optical image-based time series data is affected by aerosol due to an unforeseen cause, it can be utilized for building time series data by restoring the image to exclude the influence of aerosol. there is.

도 6은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치의 개략적인 구성도이다.6 is a schematic configuration diagram of an aerosol region restoration apparatus based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.

도 6을 참조하면, 복원 장치(100)는, 영상 획득부(110), 변환부(120), 저주파 복원부(130), 고주파 복원부(140) 및 역변환부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the restoration apparatus 100 may include an image acquisition unit 110 , a transformation unit 120 , a low-frequency restoration unit 130 , a high-frequency restoration unit 140 , and an inverse transformation unit 150 . .

영상 획득부(110)는 소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비할 수 있다.The image acquisition unit 110 may prepare a target image and a reference image for a predetermined region.

변환부(120)는 대상 영상 및 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 대상 영상 및 참조 영상 각각을 분할할 수 있다.The transform unit 120 may perform non-subsampling contour transformation on the target image and the reference image to divide each of the target image and the reference image into a low-frequency component and a high-frequency component.

저주파 복원부(130)는 인공지능 기반의 복원 모델을 통해 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원할 수 있다.The low-frequency restoration unit 130 may reconstruct the low-frequency component of the aerosol region in the target image based on the low-frequency component of the reference image through an artificial intelligence-based restoration model.

도 7은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치의 저주파 복원부의 세부 구성도이다.7 is a detailed configuration diagram of a low-frequency restoration unit of an aerosol region restoration apparatus based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.

도 7을 참조하면, 저주파 복원부(130)는, 학습 화소 설정부(131), 모델 생성부(132), 모델 적용부(133) 및 후처리부(134)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the low-frequency restoration unit 130 may include a learning pixel setting unit 131 , a model generation unit 132 , a model application unit 133 , and a post-processing unit 134 .

학습 화소 설정부(131)는 대상 영상과 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출할 수 있다. 구체적으로, 학습 화소 설정부(131)는 대상 영상 및 참조 영상의 근적외선 밴드 정보에 기초하여 미변화 화소를 검출할 수 있다. 또한, 학습 화소 설정부(131)는 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 에어로졸 영역을 설정할 수 있다. 또한, 학습 화소 설정부(131)는 미변화 화소 및 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소를 선정할 수 있다.The learning pixel setting unit 131 may derive unchanged pixels based on predetermined reference points in the target image and the reference image. Specifically, the learning pixel setting unit 131 may detect an unchanged pixel based on near-infrared band information of the target image and the reference image. Also, the learning pixel setting unit 131 may set the aerosol region based on the quality index of the target image. Also, the learning pixel setting unit 131 may select a learning pixel including an unchanged pixel and an aerosol region.

모델 생성부(132)는 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 인공지능 기반의 복원 모델을 생성할 수 있다. 구체적으로, 모델 생성부(132)는, 학습 화소에 대응하는 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 복원 모델을 학습시킬 수 있다.The model generator 132 may generate an artificial intelligence-based reconstruction model based on the learning pixel and preset characteristic variables. Specifically, the model generator 132 may learn the reconstruction model based on the low-frequency component of the reference image corresponding to the learning pixel.

모델 적용부(133)는 학습된 복원 모델에 대상 영상의 저주파 성분 및 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득할 수 있다.The model application unit 133 may obtain a restored low-frequency component for the aerosol region by inputting a low-frequency component of the target image and a characteristic variable for the target image to the learned reconstruction model.

후처리부(134)는 복원 저주파 성분에 대하여 메디안 필터 기반의 후처리를 적용할 수 있다.The post-processing unit 134 may apply a median filter-based post-processing to the restored low-frequency component.

고주파 복원부(140)는 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 대상 영상의 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원할 수 있다. 구체적으로, 고주파 복원부(140)는 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 에어로졸 영역 내의 화소는 참조 영상의 고주파 성분을 할당하는 방식으로 고주파 성분의 복원을 수행할 수 있다.The high frequency restoration unit 140 may reconstruct the high frequency component of the aerosol region of the target image based on the high frequency component of the reference image. Specifically, the high frequency restoration unit 140 allocates the high frequency component of the target image to pixels included in the target image that are not affected by the aerosol, and allocates the high frequency component of the reference image to pixels in the aerosol region. Restoration of components can be carried out.

역변환부(150)는 복원된 저주파 성분과 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환을 적용하여 복원 영상을 생성할 수 있다.The inverse transform unit 150 may generate a reconstructed image by applying a non-subsampling contour inverse transform to the reconstructed low and high frequency components.

이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation flow of the present application will be briefly reviewed based on the details described above.

도 8은 본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 방법에 대한 동작 흐름도이다.8 is a flowchart of an aerosol region restoration method based on non-subsampling contour transformation according to an embodiment of the present application.

도 8에 도시된 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 방법은 앞서 설명된 복원 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 복원 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The aerosol region restoration method based on the non-subsampling contour transformation shown in FIG. 8 may be performed by the restoration apparatus 100 described above. Therefore, even if omitted below, the description of the restoration apparatus 100 may be equally applied to the description of the aerosol region restoration method based on the non-subsampling contour transformation.

도 8을 참조하면, 단계 S11에서 영상 획득부(110)는 소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비할 수 있다.Referring to FIG. 8 , in step S11 , the image acquisition unit 110 may prepare a target image and a reference image for a predetermined region.

다음으로 단계 S12에서, 변환부(120)는 대상 영상 및 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 대상 영상 및 참조 영상 각각을 분할할 수 있다.Next, in step S12 , the transform unit 120 may perform non-subsampling contour transformation on the target image and the reference image to divide each of the target image and the reference image into a low-frequency component and a high-frequency component.

다음으로 단계 S13에서, 저주파 복원부(130)는 인공지능 기반의 복원 모델을 통해 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원할 수 있다.Next, in step S13, the low-frequency restoration unit 130 may reconstruct the low-frequency component of the aerosol region in the target image based on the low-frequency component of the reference image through the artificial intelligence-based restoration model.

다음으로 단계 S14에서, 고주파 복원부(140)는 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 대상 영상의 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원할 수 있다. 구체적으로, 단계 S14에서 고주파 복원부(140)는 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 에어로졸 영역 내의 화소는 참조 영상의 고주파 성분을 할당하는 방식으로 고주파 성분의 복원을 수행할 수 있다.Next, in step S14 , the high frequency restoration unit 140 may reconstruct the high frequency component of the aerosol region of the target image based on the high frequency component of the reference image. Specifically, in step S14, the high-frequency restoration unit 140 allocates the high-frequency component of the target image to pixels included in the target image that are not affected by the aerosol, and allocates the high-frequency component of the reference image to the pixels in the aerosol region. In this way, the high-frequency component can be restored.

다음으로 단계 S15에서, 역변환부(150)는 복원된 저주파 성분과 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환을 적용하여 복원 영상을 생성할 수 있다.Next, in step S15 , the inverse transform unit 150 may generate a reconstructed image by applying a non-subsampling contour inverse transform to the reconstructed low and high frequency components.

상술한 설명에서, 단계 S11 내지 S15는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S11 to S15 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted if necessary, and the order between steps may be changed.

도 9는 본원의 일 실시예에 따른 저주파 성분 복원 프로세스의 세부 동작 흐름도이다.9 is a detailed operation flowchart of a low-frequency component restoration process according to an embodiment of the present application.

도 9에 도시된 대상 영상의 저주파 성분 복원 프로세스는 앞서 설명된 저주파 복원부(130)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 저주파 복원부(130)에 대하여 설명된 내용은 도 9에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The low-frequency component restoration process of the target image shown in FIG. 9 may be performed by the low-frequency restoration unit 130 described above. Accordingly, even if omitted below, the description of the low-frequency restoration unit 130 may be equally applied to the description of FIG. 9 .

도 9를 참조하면, 단계 S131에서 학습 화소 설정부(131)는 대상 영상과 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출할 수 있다. 구체적으로, 단계 S131에서 학습 화소 설정부(131)는 대상 영상 및 참조 영상의 근적외선 밴드 정보에 기초하여 미변화 화소를 검출할 수 있다.Referring to FIG. 9 , in step S131 , the learning pixel setting unit 131 may derive unchanged pixels based on predetermined reference points in a target image and a reference image. Specifically, in operation S131 , the learning pixel setting unit 131 may detect an unchanged pixel based on near-infrared band information of the target image and the reference image.

다음으로, 단계 S132에서 학습 화소 설정부(131)는 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 에어로졸 영역을 설정할 수 있다.Next, in step S132 , the learning pixel setting unit 131 may set the aerosol region based on the quality index of the target image.

다음으로, 단계 S133에서 학습 화소 설정부(131)는 미변화 화소 및 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소를 선정할 수 있다.Next, in step S133 , the learning pixel setting unit 131 may select an unchanged pixel and a learning pixel including the aerosol region.

다음으로, 단계 S134에서 모델 생성부(132)는 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 인공지능 기반의 복원 모델을 생성할 수 있다. 구체적으로, 단계 S134에서 모델 생성부(132)는, 학습 화소에 대응하는 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 복원 모델을 학습시킬 수 있다.Next, in step S134 , the model generator 132 may generate an artificial intelligence-based reconstruction model based on the learning pixel and preset characteristic variables. Specifically, in operation S134 , the model generator 132 may learn the reconstruction model based on the low-frequency component of the reference image corresponding to the training pixel.

다음으로, 단계 S135에서 모델 적용부(133)는 학습된 복원 모델에 대상 영상의 저주파 성분 및 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득할 수 있다.Next, in step S135, the model application unit 133 may obtain a restored low-frequency component for the aerosol region by inputting the low-frequency component of the target image and the characteristic variable of the target image to the learned reconstruction model.

다음으로, 단계 S136에서 후처리부(134)는 복원 저주파 성분에 대하여 메디안 필터 기반의 후처리를 적용할 수 있다.Next, in step S136 , the post-processing unit 134 may apply a median filter-based post-processing to the restored low-frequency component.

상술한 설명에서, 단계 S131 내지 S136는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S131 to S136 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted if necessary, and the order between steps may be changed.

본원의 일 실시예에 따른 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 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 본 발명을 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The non-subsampling contour transformation-based aerosol region restoration method according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to carry out the operations of the present invention, and vice versa.

또한, 전술한 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the above-described non-subsampling contour transformation-based aerosol region restoration method may be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

10: 영상 제공 시스템
100: 비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치
110: 영상 획득부
120: 변환부
130: 저주파 복원부
131: 학습 화소 설정부
132: 모델 생성부
133: 모델 적용부
134: 후처리부
140: 고주파 복원부
150: 역변환부
200: 촬영 장치
300: 영상 저장 서버
20: 네트워크
10: video providing system
100: aerosol region restoration device based on non-subsampling contour transformation
110: image acquisition unit
120: conversion unit
130: low frequency restoration unit
131: learning pixel setting unit
132: model generation unit
133: model application part
134: post-processing unit
140: high-frequency restoration unit
150: inverse transform unit
200: shooting device
300: video storage server
20: network

Claims (12)

비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 방법에 있어서,
소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비하는 단계;
상기 대상 영상 및 상기 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상 각각을 분할하는 단계;
인공지능 기반의 복원 모델을 통해 상기 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 상기 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원하는 단계;
상기 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 상기 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원하는 단계; 및
상기 복원된 저주파 성분과 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환을 적용하여 복원 영상을 생성하는 단계,
를 포함하되,
상기 저주파 성분을 복원하는 단계는,
상기 대상 영상과 상기 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출하는 단계;
상기 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 상기 에어로졸 영역을 설정하는 단계;
상기 미변화 화소 및 상기 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소를 선정하는 단계;
상기 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 상기 인공지능 기반의 복원 모델을 생성하는 단계; 및
상기 학습된 복원 모델에 상기 대상 영상의 저주파 성분 및 상기 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 상기 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인,
복원 방법.
In an aerosol region restoration method based on non-subsampling contour transformation,
preparing a target image and a reference image for a predetermined region;
performing non-subsampling contour transformation on the target image and the reference image to divide each of the target image and the reference image into a low-frequency component and a high-frequency component;
reconstructing a low-frequency component of the aerosol region in the target image based on the low-frequency component of the reference image through an artificial intelligence-based reconstruction model;
reconstructing the high-frequency component of the aerosol region based on the high-frequency component of the reference image; and
generating a reconstructed image by applying a non-subsampling contour inverse transform to the reconstructed low-frequency component and the high-frequency component;
including,
The step of restoring the low-frequency component,
deriving an unchanged pixel based on a predetermined reference point in the target image and the reference image;
setting the aerosol area based on the quality index for the target image;
selecting a learning pixel including the unchanged pixel and the aerosol region;
generating the artificial intelligence-based reconstruction model based on the learning pixels and preset characteristic variables; and
It characterized in that it comprises the step of inputting the low-frequency component of the target image and the characteristic variable of the target image to the learned reconstruction model to obtain the restored low-frequency component for the aerosol region,
How to restore.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 생성하는 단계는,
상기 학습 화소에 대응하는 상기 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 상기 복원 모델을 학습시키는 것인, 복원 방법.
According to claim 1,
The generating step is
The reconstruction method of learning the reconstruction model based on the low-frequency component of the reference image corresponding to the training pixel.
제3항에 있어서,
상기 특성 변수는, 복수 개의 분광 지수를 포함하는 것인, 복원 방법.
4. The method of claim 3,
The characteristic variable, the restoration method comprising a plurality of spectral indices.
제1항에 있어서,
상기 저주파 성분을 복원하는 단계는,
상기 복원 저주파 성분에 대하여 메디안 필터 기반의 후처리를 적용하는 단계,
를 더 포함하는 것인, 복원 방법.
According to claim 1,
The step of restoring the low-frequency component,
applying a median filter-based post-processing to the restored low-frequency component;
Which further comprises a, restoration method.
제1항에 있어서,
상기 미변화 화소를 도출하는 단계는,
상기 대상 영상 및 상기 참조 영상의 근적외선 밴드 정보에 기초하여 상기 미변화 화소를 검출하는 것인, 복원 방법.
According to claim 1,
The step of deriving the unchanged pixel comprises:
The method of claim 1, wherein the unchanged pixel is detected based on near-infrared band information of the target image and the reference image.
제4항에 있어서,
상기 복원 모델은, XGBoost 기반의 머신러닝 모델인 것을 특징으로 하는, 복원 방법.
5. The method of claim 4,
The restoration model, characterized in that the XGBoost-based machine learning model, restoration method.
제1항에 있어서,
상기 고주파 성분을 복원하는 단계는,
상기 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 상기 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 상기 에어로졸 영역 내의 화소는 상기 참조 영상의 고주파 성분을 할당하는 방식으로 수행되는 것인, 복원 방법.
According to claim 1,
The step of restoring the high-frequency component,
Among the pixels included in the target image, pixels that are not affected by the aerosol are assigned a high-frequency component of the target image, and pixels in the aerosol region are allotted a high-frequency component of the reference image. .
비부표본화 윤곽선 변환 기반의 에어로졸 영역 복원 장치에 있어서,
소정의 영역에 대한 대상 영상 및 참조 영상을 준비하는 영상 획득부;
상기 대상 영상 및 상기 참조 영상에 대하여 비부표본화 윤곽선 변환을 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분으로 상기 대상 영상 및 상기 참조 영상 각각을 분할하는 변환부;
인공지능 기반의 복원 모델을 통해 상기 참조 영상의 저주파 성분에 기초하여 상기 대상 영상 내의 에어로졸 영역의 저주파 성분을 복원하는 저주파 복원부;
상기 참조 영상의 고주파 성분에 기초하여 상기 에어로졸 영역의 고주파 성분을 복원하는 고주파 복원부; 및
상기 복원된 저주파 성분과 고주파 성분에 비부표본화 윤곽선 역변환을 적용하여 복원 영상을 생성하는 역변환부,
를 포함하되,
상기 저주파 복원부는,
상기 대상 영상과 상기 참조 영상 내의 소정의 기준점을 기초로 하여 미변화 화소를 도출하고, 상기 대상 영상에 대한 품질 지수에 기초하여 상기 에어로졸 영역을 설정하고, 상기 미변화 화소 및 상기 에어로졸 영역을 포함하는 학습 화소를 선정하는 학습 화소 설정부;
상기 학습 화소 및 미리 설정된 특성 변수에 기초하여 상기 인공지능 기반의 복원 모델을 생성하는 모델 생성부; 및
상기 학습된 복원 모델에 상기 대상 영상의 저주파 성분 및 상기 대상 영상에 대한 특성 변수를 입력하여 상기 에어로졸 영역에 대한 복원 저주파 성분을 획득하는 모델 적용부,
를 포함하는 것인, 복원 장치.
In an aerosol region restoration device based on non-subsampling contour transformation,
an image acquisition unit for preparing a target image and a reference image for a predetermined region;
a transform unit configured to divide the target image and the reference image into low-frequency components and high-frequency components by performing non-subsampling contour transformation on the target image and the reference image;
a low-frequency restoration unit for reconstructing a low-frequency component of the aerosol region in the target image based on the low-frequency component of the reference image through an artificial intelligence-based restoration model;
a high-frequency restoration unit for reconstructing a high-frequency component of the aerosol region based on the high-frequency component of the reference image; and
An inverse transform unit for generating a reconstructed image by applying a non-subsampling contour inverse transform to the reconstructed low-frequency component and the high-frequency component;
including,
The low-frequency restoration unit,
Deriving an unchanged pixel based on a predetermined reference point in the target image and the reference image, setting the aerosol region based on a quality index for the target image, and including the unchanged pixel and the aerosol region a learning pixel setting unit for selecting a learning pixel;
a model generator for generating the artificial intelligence-based reconstruction model based on the learning pixel and preset characteristic variables; and
A model application unit for obtaining a restored low-frequency component for the aerosol region by inputting a low-frequency component of the target image and a characteristic variable for the target image to the learned reconstruction model;
That comprising a, restoration device.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 특성 변수는, 복수 개의 분광 지수를 포함하고,
상기 모델 생성부는,
상기 학습 화소에 대응하는 상기 참조 영상의 저주파 성분을 기초로 상기 복원 모델을 학습시키는 것인, 복원 장치.
10. The method of claim 9,
The characteristic variable includes a plurality of spectral indices,
The model generation unit,
The restoration apparatus, which trains the restoration model based on the low-frequency component of the reference image corresponding to the learning pixel.
제9항에 있어서,
상기 고주파 복원부는,
상기 대상 영상에 포함된 화소 중 에어로졸의 영향을 받지 않은 화소는 상기 대상 영상의 고주파 성분을 할당하고, 상기 에어로졸 영역 내의 화소는 상기 참조 영상의 고주파 성분을 할당하는 것인, 복원 장치.
10. The method of claim 9,
The high-frequency restoration unit,
Among the pixels included in the target image, pixels that are not affected by the aerosol are assigned a high-frequency component of the target image, and pixels in the aerosol region are assigned a high-frequency component of the reference image.
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