KR102589555B1 - Method for selecting spectral bandwidth of hyperspectral image and spectral bandwidth selection apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
본 출원은 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치에 관한 것으로서, 초분광 카메라로 화재현장을 촬영한 초분광 영상을 수신하는 단계; 상기 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출하고, 상기 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성하는 단계; M개의 문턱값을 설정하고, 상기 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여 상기 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성하는 단계; 상기 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 상기 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산하고, 상기 M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성하는 단계; 상기 ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산하여, 상기 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정하는 단계; 및 상기 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대해 상기 AUC 인덱스를 계산하고, 상기 AUC 인덱스를 비교하여 상기 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정하는 단계를 포함할 수 있다. This application relates to a method of selecting a spectral band of a hyperspectral image and a spectral band setting device using the same, comprising the steps of: receiving a hyperspectral image taken of a fire scene with a hyperspectral camera; Extracting an i-th spectral band and a j-th spectral band as a band pair among the N spectral bands included in the hyperspectral image, calculating a Normalized Difference Index (NDI) for the band pair, and generating a result image; Setting M thresholds and applying each threshold to the resulting image to individually generate M binarized images corresponding to the thresholds; Compare pixels detected as flames in the binarized image with pixels corresponding to actual flames, calculate the false positive rate (FPR) and true positive rate (TPR) of the binarized image, and calculate the FPR of the M binarized images. and generating a Receiver Operation Characteristic (ROC) curve using TPR; Calculating an Area Under the Curve (AUC) value for the ROC curve and setting it as the AUC index for the band pair; And calculating the AUC index for all N You can.
Description
본 출원은 실시간 화재감지를 위한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치에 관한 것이다. This application relates to a method for selecting spectral bands of hyperspectral images for real-time fire detection and a spectral band setting device using the same.
초분광 카메라는, 일반 RGB 카메라와 달리 하나의 픽셀에 수백 개의 분광 밴드를 포함하는 초분광 영상을 생성할 수 있다. 초분광 영상은 분광 밴드가 많고(many), 연속적이며(continuous), 파장폭이 좁은(narrow) 세가지 특징을 가진다. Hyperspectral cameras, unlike regular RGB cameras, can generate hyperspectral images containing hundreds of spectral bands in one pixel. Hyperspectral images have three characteristics: many spectral bands, continuous, and narrow wavelength.
화재감지와 관련하여, 초분광 영상은 기존의 RGB 카메라와 달리 같은 색상이라도 다른 객체로 구별하는 것이 가능하다. 따라서, 기존의 RGB 카메라를 이용하여 화재감지를 수행하는 경우에는, 조명이나 태양광, 반사광 등에 의하여 화재로 오검출되는 경우가 발생할 수 있으나, 초분광 영상을 이용하면 화면의 의한 광원을 다른 조명들과 용이하게 구별하는 것이 가능하다. In relation to fire detection, unlike existing RGB cameras, hyperspectral images can distinguish different objects even if they are of the same color. Therefore, when detecting a fire using an existing RGB camera, there may be cases where a fire is incorrectly detected due to lighting, sunlight, reflected light, etc. However, when hyperspectral imaging is used, the light source from the screen can be detected by other lighting. It is possible to easily distinguish between.
다만, 초분광 영상의 경우 수백 개 밴드의 대용량 자료이며, 이를 그대로 이용하여 화재검출에 사용하는 경우에는, 데이터 처리시 시간이 지체되는 등의 문제가 발생할 수 있다. However, hyperspectral images are large amounts of data with hundreds of bands, and when used as is for fire detection, problems such as time delays during data processing may occur.
본 출원은, 초분광 카메라에서 실시간 처리가 가능하고 데이터 용량 감소를 위한 분광 밴드를 선택할 수 있는 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치를 제공하고자 한다. This application seeks to provide a spectral band selection method for hyperspectral images that enables real-time processing in a hyperspectral camera and can select a spectral band for data capacity reduction, and a spectral band setting device using the same.
본 출원은, 화재감지에 사용할 수 있는 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치를 제공하고자 한다.This application seeks to provide a method for selecting a spectral band of a hyperspectral image that can be used for fire detection and a spectral band setting device using the same.
본 출원은, 라인스캔 방식의 초분광 카메라와 스냅샷 방식의 다중분광 카메라에 적용할 수 있는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치를 제공하고자 한다.This application seeks to provide a method for selecting a spectral band of a hyperspectral image that can be applied to a line scan type hyperspectral camera and a snapshot type multispectral camera, and a spectral band setting device using the same.
본 발명의 일 실시예에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법은, 분광 밴드설정장치에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법에 관한 것으로서, 초분광 카메라로 화재현장을 촬영한 초분광 영상을 수신하는 단계; 상기 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출하고, 상기 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성하는 단계; M개의 문턱값을 설정하고, 상기 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여 상기 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성하는 단계; 상기 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 상기 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산하고, 상기 M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성하는 단계; 상기 ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산하여, 상기 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정하는 단계; 및 상기 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대해 상기 AUC 인덱스를 수신하고, 상기 AUC 인덱스를 비교하여 상기 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정하는 단계를 포함할 수 있다. The method of selecting a spectral band of a hyperspectral image according to an embodiment of the present invention relates to a method of selecting a spectral band of a hyperspectral image using a spectral band setting device, and receives a hyperspectral image captured from a fire scene with a hyperspectral camera. steps; Extracting an i-th spectral band and a j-th spectral band as a band pair among the N spectral bands included in the hyperspectral image, calculating a Normalized Difference Index (NDI) for the band pair, and generating a result image; Setting M thresholds and applying each threshold to the resulting image to individually generate M binarized images corresponding to the thresholds; Compare pixels detected as flames in the binarized image with pixels corresponding to actual flames, calculate the false positive rate (FPR) and true positive rate (TPR) of the binarized image, and calculate the FPR of the M binarized images. and generating a Receiver Operation Characteristic (ROC) curve using TPR; Calculating an Area Under the Curve (AUC) value for the ROC curve and setting it as the AUC index for the band pair; And receiving the AUC index for all N You can.
여기서 상기 초분광 영상을 수신하는 단계는, VNIR(Visible and Near Infrared) 라인스캔(line-scan) 방식의 초분광 카메라를 이용하여, 상기 초분광 영상을 촬영할 수 있다. Here, in the step of receiving the hyperspectral image, the hyperspectral image may be captured using a VNIR (Visible and Near Infrared) line-scan hyperspectral camera.
여기서 상기 결과영상을 생성하는 단계는Here, the step of generating the result image is
를 이용하여, 상기 NDI를 계산하며, img(i) 및 img(j)는 각각 i번째 분광 밴드의 분광영상과 j번째 분광 밴드의 분광영상일 수 있다. The NDI is calculated using , and img(i) and img(j) may be the spectral image of the i-th spectral band and the spectral image of the j-th spectral band, respectively.
여기서 상기 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성하는 단계는, 상기 문턱값을 적어도 200개 설정하며, 상기 문턱값들은 최저값에서 최고값까지 간격이 동일할 수 있다. Here, the step of individually generating the M binarized images sets at least 200 threshold values, and the threshold values may have the same interval from the lowest value to the highest value.
여기서 상기 ROC 곡선을 생성하는 단계는Here, the step of generating the ROC curve is
을 이용하여 계산하며, 상기 TP(True Positive)는 상기 이진화 영상에서 화염으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하는 픽셀수, FN(False Negatives)는 상기 이진화 영상에서 화염이 아닌 것으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하는 픽셀수이고, FP(False Positive)는 상기 이진화 영상에서 화염으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하지 않는 픽셀수, TN(True Negative)는 상기 이진화 영상에서 화염이 아닌 것으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하지 않는 픽셀수일 수 있다. Calculated using , where TP (True Positive) is the number of pixels corresponding to actual flames among pixels marked as flames in the binarized image, and FN (False Negatives) is the number of pixels corresponding to actual flames among pixels marked as non-flames in the binarized image. FP (False Positive) is the number of pixels corresponding to flames, FP (False Positive) is the number of pixels that do not correspond to actual flames among the pixels marked as flames in the binarized image, and TN (True Negative) is the number of pixels marked as not flames in the binarized image. Among these, the number of pixels may not correspond to actual flames.
여기서 상기 ROC 곡선을 생성하는 단계는, 상기 이진화 영상에 대한 각각의 FPR 및 TPR을 각각 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 상기 좌표값에 따른 M개의 좌표점을 2차원의 좌표평면 상에 표시하여, 상기 ROC 곡선을 생성할 수 있다. Here, in the step of generating the ROC curve, each FPR and TPR for the binarized image are set to coordinate values of the x-axis and y-axis, respectively, and M coordinate points according to the coordinate values are placed on a two-dimensional coordinate plane. By displaying, the ROC curve can be generated.
여기서 상기 화재감지 밴드쌍을 설정하는 단계는, 상기 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 각각 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 상기 좌표값에 대응하는 밴드쌍의 AUC 인덱스를 색상 또는 명암으로 표시하여, AUC 매트릭스를 생성할 수 있다. Here, the step of setting the fire detection band pair is to set the i-th spectral band and the j-th spectral band to coordinate values of the x-axis and y-axis, respectively, and set the AUC index of the band pair corresponding to the coordinate values to color or contrast. By indicating , the AUC matrix can be generated.
여기서 상기 화재감지 밴드쌍을 설정하는 단계는, 상기 N × N개 AUC 인덱스 중에서, 상기 AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 상기 화재감지 밴드쌍으로 설정할 수 있다. Here, in the step of setting the fire detection band pair, the band pair having the maximum AUC index among the N × N AUC indices may be set as the fire detection band pair.
여기서 상기 화재감지 밴드쌍을 설정하는 단계는, 상기 화재감지 밴드쌍을 VNIR(Visible and Near Infrared) 영역과 NIR(Near Infrared) 영역으로 구별하고, 각각의 영역에서 상기 AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 상기 화재감지 밴드쌍으로 설정할 수 있다. Here, in the step of setting the fire detection band pair, the fire detection band pair is divided into a VNIR (Visible and Near Infrared) region and a NIR (Near Infrared) region, and the band with the AUC index has the maximum value in each region. The pair can be set as the fire detection band pair.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 하드웨어와 결합되어 상술한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 존재할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there may be a computer program stored in a medium combined with hardware to execute the method for selecting a spectral band of a hyperspectral image described above.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상술한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법에 따라 설정된 상기 화재감지 밴드쌍을 이용하여, 실시간으로 화재감지를 수행하는 실시간 화재감지장치가 존재할 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, there may be a real-time fire detection device that performs fire detection in real time using the fire detection band pair set according to the spectral band selection method of the hyperspectral image described above.
본 발명의 일 실시예에 의한 분광 밴드 설정장치는, 초분광 카메라로 화재현장을 촬영한 초분광 영상을 수신하는 영상수신부; 상기 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출하고, 상기 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성하는 결과 영상 생성부; M개의 문턱값을 설정하고, 상기 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여 상기 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성하는 이진화 영상 생성부; 상기 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 상기 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산하고, 상기 M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성하는 ROC 곡선 생성부; 상기 ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산하여, 상기 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정하는 AUC인덱스 설정부; 및 상기 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대해 상기 AUC 인덱스를 수신하고, 상기 AUC 인덱스를 비교하여 상기 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정하는 설정부를 포함할 수 있다. A spectral band setting device according to an embodiment of the present invention includes an image receiving unit that receives a hyperspectral image taken of a fire scene with a hyperspectral camera; Out of the N spectral bands included in the hyperspectral image, the i-th spectral band and the j-th spectral band are extracted as a band pair, and the NDI (Normalized Difference Index) for the band pair is calculated to generate a result image. wealth; a binarized image generator that sets M thresholds and applies each threshold to the resulting image to individually generate M binarized images corresponding to the thresholds; Compare pixels detected as flames in the binarized image with pixels corresponding to actual flames, calculate the false positive rate (FPR) and true positive rate (TPR) of the binarized image, and calculate the FPR of the M binarized images. and a ROC curve generator that generates a Receiver Operation Characteristic (ROC) curve using TPR; An AUC index setting unit that calculates an AUC (Area Under the Curve) value for the ROC curve and sets it as the AUC index for the band pair; And a setting unit that receives the AUC index for all N × N band pairs selectable from the hyperspectral images, compares the AUC index, and sets a fire detection band pair used for real-time fire detection among the band pairs. You can.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.Additionally, the means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention. The various features of the present invention and the resulting advantages and effects can be understood in more detail by referring to the specific embodiments below.
본 발명의 일 실시예에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치에 의하면, 스냅샷 방식의 초분광 카메라에서 사용가능한 최적의 분광 밴드 조합을 설정할 수 있다. 즉, 스냅샷 방식의 초분광 카메라에 적용할 수 있는 최적의 분광 밴드 조합을 설정함으로써, 실시간으로 화재감지를 수행하는 동시에, 기존의 RGB 카메라 등에 비하여 효과적인 화재 감지가 가능하다. According to a method for selecting a spectral band of a hyperspectral image and a spectral band setting device using the same according to an embodiment of the present invention, it is possible to set the optimal spectral band combination that can be used in a snapshot type hyperspectral camera. In other words, by setting the optimal spectral band combination that can be applied to a snapshot hyperspectral camera, fire detection can be performed in real time and more effective fire detection is possible compared to existing RGB cameras.
다만, 본 발명의 실시예들에 따른 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법 및 이를 이용하는 분광 밴드 설정 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the spectral band selection method of hyperspectral images and the spectral band setting device using the same according to embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are as follows. From the description, it will be clearly understandable to those skilled in the art to which the present invention pertains.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화재 감지 시스템을 나타내는 개략도이다.
도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 분광 밴드설정장치를 나타내는 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 대상 이미지 촬영 및 대상영역 설정을 나타내는 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화재 현장 및 결과영상을 나타내는 예시도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 오차행렬(confusion matrix) 및 ROC 곡선을 나타내는 예시도이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 의한 AUC 매트릭스를 나타내는 예시도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 1 is a schematic diagram showing a fire detection system according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are block diagrams showing a spectral band setting device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing target image capturing and target area setting according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary diagram showing a fire scene and resulting image according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exemplary diagram showing a confusion matrix and ROC curve according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an exemplary diagram showing an AUC matrix according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart showing a method for selecting a spectral band of a hyperspectral image according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. That is, the term 'unit' used in the present invention refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and the 'unit' performs certain roles. However, 'wealth' is not limited to software or hardware. The 'part' may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to run on one or more processors. Therefore, as an example, 'part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화재 감지 시스템을 나타내는 개략도이다. Figure 1 is a schematic diagram showing a fire detection system according to an embodiment of the present invention.
도1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 화재 감지 시스템은, 초분광 카메라(210), 화재감지장치(200) 및 분광 밴드설정장치(100)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 1, a fire detection system according to an embodiment of the present invention may include a hyperspectral camera 210, a fire detection device 200, and a spectral
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 화재 감지 시스템을 설명한다. Hereinafter, a fire detection system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
초분광 카메라(210)는 감시영역을 촬영하여 초분광 영상을 생성할 수 있다. 감시영역은 화재발생의 위험이 있는 건물이나 임야, 도로 등 다양하게 설정될 수 있으며, 실시예에 따라서는 화재발생시 대형 인명사고 발생의 위험이 있는 터널을 감시영역으로 설정할 수 있다.The hyperspectral camera 210 can capture a surveillance area and generate a hyperspectral image. The surveillance area can be set in various ways, such as buildings, forests, or roads that are at risk of fire, and depending on the embodiment, a tunnel that is at risk of a large-scale casualty accident in the event of a fire may be set as the surveillance area.
초분광 카메라(210)는 일반 RGB(Red-Green-Blue) 카메라와 달리, 하나의 픽셀에 대하여 수십개 또는 수백 개의 분광 밴드의 분광정보를 획득할 수 있다. 즉, 초분광 카메라(210)를 이용하면 공간(spatial)과 분광(spectral) 정보를 한번에 획득하는 것이 가능하다. 여기서, 초분광 영상의 경우, 각 픽셀의 2차원 위치와 함께, 각 픽셀에서의 픽셀값을 분광 프로파일로 표현할 수 있으므로, 각 픽셀들의 분광정보를 3차원 데이터 큐브 구조로 나타낼 수 있다.Unlike a general Red-Green-Blue (RGB) camera, the hyperspectral camera 210 can acquire spectral information of tens or hundreds of spectral bands for one pixel. In other words, using the hyperspectral camera 210, it is possible to obtain spatial and spectral information at the same time. Here, in the case of hyperspectral images, the pixel value at each pixel along with the two-dimensional position of each pixel can be expressed as a spectral profile, so the spectral information of each pixel can be expressed in a three-dimensional data cube structure.
초분광 카메라는 종류에 따라, 라인스캔(Line-scan) 방식 또는 스냅샷(snap shot) 방식으로 초분광 영상을 생성할 수 있다. 라인스캔 방식의 경우 한 번에 하나의 라인을 분광기에 통과하여 수백개의 분광 밴드에 대한 분광정보를 생성할 수 있으나, 초분광 영상 생성시 시간이 오래걸리므로 화재 감지의 실시간성을 확보하기 어렵다. 반면에 스냅샷 방식의 경우, 필터를 이용하여 설정된 분광 밴드에 대한 분광 영상을 생성하므로 한번에 얻을 수 있는 분광 밴드의 개수는 줄어들지만, 한번에 하나의 프레임을 생성하는 것이 가능하다. 따라서, 스냅샷 방식의 경우, 실시간으로 분광영상을 생성하는 것이 가능하다. 여기서, 초분광 카메라(210)는 스냅샷 방식으로 동작할 수 있으며, 생성한 초분광 영상을 실시간으로 화재감지장치(200)로 전송할 수 있다. Depending on the type, hyperspectral cameras can generate hyperspectral images using a line-scan method or a snap shot method. In the case of the line scan method, spectral information for hundreds of spectral bands can be generated by passing one line at a time through the spectrometer, but it takes a long time to generate a hyperspectral image, making it difficult to secure real-time fire detection. On the other hand, in the case of the snapshot method, a spectral image for a set spectral band is generated using a filter, so the number of spectral bands that can be obtained at once is reduced, but it is possible to generate one frame at a time. Therefore, in the case of the snapshot method, it is possible to generate spectroscopic images in real time. Here, the hyperspectral camera 210 can operate in a snapshot manner, and the generated hyperspectral image can be transmitted to the fire detection device 200 in real time.
화재감지장치(200)는 초분광 영상를 이용하여 감시영역 내의 화재발생여부를 감지할 수 있다. 즉, 초분광 영상을 이용하면, LED(Light Emitting Device), HID(High Intensity Discharge Headlamp), 할로겐 등과 같은 차량용 조명과 일반 가로등을 용이하게 구별할 수 있으며, 화재 발생시에는 화염의 분광이 일반 조명과는 다른 분광이 나타나기 때문에, 정확하게 화재를 검출할 수 있다. The fire detection device 200 can detect whether a fire has occurred within the surveillance area using hyperspectral images. In other words, using hyperspectral images, it is possible to easily distinguish between vehicle lights such as LED (Light Emitting Device), HID (High Intensity Discharge Headlamp), and halogen and general street lights, and in the event of a fire, the spectra of the flame differ from that of general lighting. Because different spectra appear, fires can be detected accurately.
구체적으로, 화염의 분광은 다른 광원과는 다르게, 분광 밴드가 770nm 지점에서 피크 값을 가질 수 있다. 이를 포타슘 라인(Potassium-line) 또는 케이 라인(K-line)으로 표현하며, 화재감지장치(200)는 화염의 분광이 피크값을 가지는 포타슘 라인의 분광영상을 활용하여 화재를 감지할 수 있다. 즉, 포타슘 라인의 분광 밴드에서 화염이 주변광에 비하여 더 밝게 빛나므로, 이를 활용하여 영상 내 화재를 용이하게 검출하는 것이 가능하다.Specifically, unlike other light sources, the spectral band of a flame may have a peak value at 770 nm. This is expressed as a potassium-line or K-line, and the fire detection device 200 can detect a fire using the spectroscopic image of the potassium line, which has a peak spectral value of the flame. In other words, since the flame shines brighter than the ambient light in the spectral band of the potassium line, it is possible to easily detect the fire in the image by utilizing this.
다만, 초분광 카메라(210)는 수백개의 분광 밴드에 대한 분광 영상을 생성할 수 있으므로, 실시간으로 화재를 감지하기 위해서는 최적의 분광 밴드 조합을 추출할 필요가 있다. 즉, 화재감지에 활용할 분광 밴드를 미리 설정한 후, 해당 분광 밴드에 대한 분광영상을 스냅샷 방식으로 획득하여, 실시간으로 분광영상 내 화재를 검출할 필요가 있다. However, since the hyperspectral camera 210 can generate spectral images for hundreds of spectral bands, it is necessary to extract the optimal combination of spectral bands to detect fire in real time. In other words, it is necessary to pre-set the spectral band to be used for fire detection, then acquire the spectral image for the corresponding spectral band using a snapshot method, and detect the fire in the spectral image in real time.
분광 밴드설정장치(100)는 화재감지를 위해 필요한 최적의 분광 밴드 조합을 연산하여 화재감지장치(200)로 제공할 수 있다. 라인 스캔 방식의 초분광 카메라(210)을 통하여 얻은 초분광 영상에는 수백개의 분광 밴드가 포함되어 있으며, 이를 모두 이용하여 화재검출을 하는 경우에는 데이터 처리 등에 시간과 자원이 낭비될 수 있다. 또한, 라인 스캔 방식의 경우 데이터 획득시에도 시간이 오래 걸리므로, 실시간 화재 감지를 수행하기는 더욱 어려울 수 있다. The spectral
따라서, 스냅샷 방식의 초분광 카메라(210)를 이용하기 위해서는, 화재 검출을 위한 최적의 분광 밴드를 설정할 필요가 있다. 여기서, 분광 밴드설정장치(100)는 AUC 인덱스를 이용하여 각각의 밴드쌍의 검출 성능을 평가하는 방식으로, 화재 검출을 위한 최적의 분광 밴드를 선택하는 것이 가능하다. Therefore, in order to use the snapshot type hyperspectral camera 210, it is necessary to set the optimal spectral band for fire detection. Here, the spectral
한편, 도1에서는 분광 밴드설정장치(100)가 화재감지장치(200)와 별도로 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 분광 밴드설정장치(100)가 화재감지장치(200) 내에 일체로 포함되는 것도 가능하다. 즉, 밴드설정장치(100)는 화재감지장치(200)의 일 기능으로 동작할 수 있다.Meanwhile, in Figure 1, the spectral
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 분광 밴드설정장치(100)를 설명한다. Hereinafter, a spectral
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 분광 밴드설정장치(100)를 나태는 블록도이다. Figure 2 is a block diagram showing a spectral
도2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 분광 밴드설정장치(100)는 영상수신부(110), 결과영상생성부(120), 이진화 영상 생성부(130), ROC 곡선 생성부(140), AUC 인덱스 설정부(150) 및 설정부(160)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 2, the spectral
영상수신부(110)는, 초분광 카메라로 화재현장을 촬영한 초분광 영상을 수신할 수 있다. 즉, 화재 감지를 위한 최적의 분광 밴드를 설정하기 위하여, 도4(a)와 같이 모의 화재현장을 구현한 후, 초분광 카메라로 촬영할 수 있으며, 이를 통해 생성한 초분광 영상을 분광 밴드설정장치(100)로 제공할 수 있다. 이 경우, 분광 밴드설정장치(100)는 영상수신부(110)를 통하여 해당 초분광 영상을 수신할 수 있다. 여기서, 영상수신부(110)가 수신하는 초분광 영상은, 초분광 카메라가 VNIR(Visible and Near Infrared) 영역에 대하여 라인스캔(line-scan) 방식으로 생성하는 것일 수 있으며, 초분광 영상 내에는 N개(N은 자연수)의 분광 밴드에 대한 분광정보가 포함될 수 있다. 실시예에 따라서는 N이 적어도 500 이상일 수 있다. The
결과영상생성부(120)는, 수신한 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 하나의 밴드쌍으로 추출할 수 있으며(여기서, i 및 j는 자연수), 추출한 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성할 수 있다. 초분광 영상은 VNIR 영역에서 생성될 수 있으며, VNIR 영역은 분광 밴드가 400~1400nm 일 수 있다. 여기서, 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드는 VNIR 영역을 N 개로 등분한 것으로, 최저 분광 밴드(400nm)부터 최고 분광 밴드(1400nm)까지를 각각 1 ~ N으로 순차적으로 넘버링하여 표시할 수 있다. 따라서, i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 특정할 수 있으며, 결과영상생성부(120)는 임의의 i, j를 선택하여 대응하는 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출할 수 있다. The
이후, 결과영상생성부(120)는 추출한 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드에 대응하는 분광영상을 추출할 수 있으며, 아래 수식을 이용하여 대응하는 NDI를 계산할 수 있다. Afterwards, the
여기서, img(i) 및 img(j)는 각각 i번째 분광 밴드의 분광영상과 j번째 분광 밴드의 분광영상일 수 있다. 이 경우, 도4(a)의 화재현장 영상으로부터, 도4(b)와 같은 결과영상을 추출할 수 있다. 결과영상생성부(120)는 N개의 분광 밴드에 대하여 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍을 추출하여, 각각의 결과영상을 생성할 수 있다. Here, img(i) and img(j) may be a spectroscopic image of the i-th spectral band and a spectroscopic image of the j-th spectral band, respectively. In this case, the resulting image as shown in Figure 4(b) can be extracted from the fire scene image shown in Figure 4(a). The
이진화 영상 생성부(130)는 M개의 문턱값을 설정하고, 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성할 수 있다. 결과영상에서 픽셀값이 높은 영역은 화염에 해당하므로, 문턱값을 이용하여 결과영상을 이진화 영상으로 변환함으로써, 영상 내 포함된 화재영역을 명확하게 추출할 수 있다. 즉, 문턱값 이상의 픽셀은 1로 표시하고 문턱값 미만의 픽셀은 0으로 표시하여 이진화 영상으로 변환할 수 있다.The
다만, 문턱값은 다양한 방식으로 설정할 수 있으며, 문턱값의 설정에 따라 선택된 밴드쌍의 성능이 다르게 판단되는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 이진화 영상 생성부(130)는 하나의 결과영상에 복수의 문턱값을 적용하여 각각 이진화 영상을 생성할 수 있으며, 이후 하나의 결과영상에 대하여 생성한 복수의 이진화 영상 전체를 활용하여 성능을 비교할 수 있다. However, the threshold can be set in various ways, and it may not be desirable for the performance of the selected band pair to be judged differently depending on the threshold setting. Therefore, the
실시예에 따라서는, 이진화 영상 생성부(130)가 문턱값을 적어도 200개 이상 설정할 수 있으며, 각각의 문턱값들은 최저값에서 최고값까지 간격이 동일하게 생성될 수 있다. 또한, 이진화 영상 생성부(130)는 전체 N × N개 밴드쌍의 결과영상에 대하여 동일한 문턱값들을 적용할 수 있다. Depending on the embodiment, the
ROC 곡선 생성부(140)는 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산하고, M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성할 수 있다. The
여기서, 영상수신부(110)에서 수신한 초분광 영상 내의 화염에 대응하는 픽셀들의 위치는 미리 특정되어 알고 있을 수 있다. 따라서, ROC 곡선 생성부(140)에서는 각각의 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들이 실제 화염에 대응하는 픽셀에 해당하는지 여부를 판별하는 것이 가능하다. Here, the positions of pixels corresponding to the flame in the hyperspectral image received by the
구체적으로, ROC 곡선 생성부(130)는 Specifically, the
을 이용하여 각각의 FPR과 TPR을 계산할 수 있다. 이때, TP(True Positive), FN(False Negatives), FP(False Positive), TN(True Negative)은 도5의 오차 행렬(confusion matrix)를 이용하여 계산할 수 있다. 구체적으로, TP는 이진화 영상에서 화염으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하는 픽셀수, FN는 이진화 영상에서 화염이 아닌 것으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하는 픽셀수일 수 있다. 또한, FP는 이진화 영상에서 화염으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하지 않는 픽셀수, TN는 이진화 영상에서 화염이 아닌 것으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하지 않는 픽셀수에 해당한다. You can calculate each FPR and TPR using . At this time, True Positive (TP), False Negatives (FN), False Positive (FP), and True Negative (TN) can be calculated using the confusion matrix of FIG. 5. Specifically, TP may be the number of pixels corresponding to actual flames among pixels marked as flames in the binarized image, and FN may be the number of pixels corresponding to actual flames among pixels marked as non-flames in the binarized image. In addition, FP corresponds to the number of pixels that do not correspond to actual flames among pixels marked as flames in the binarized image, and TN corresponds to the number of pixels that do not correspond to actual flames among pixels marked as non-flames in the binarized image.
이와 같이 하나의 이진화 영상에 대한 TPR과 FPR을 계산하면, ROC 곡선 생성부(130)는, 각각의 FPR 및 TPR을 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 대응하는 좌표점을 2차원의 좌표평면 상에 표시할 수 있다. 이후, M개의 문턱값에 대응하는 각각의 이진화 영상에 대하여도 동일한 방법으로 TPR과 FPR을 계산하고, FPR 및 TPR을 2차원의 좌표평면 상에 표시할 수 있다. 이 경우, M개의 좌표점이 2차원의 좌표평면 상에 표시될 수 있으며, 도5(b)에 도시한 바와 같이, ROC 곡선을 생성할 수 있다. 여기서, 문턱값의 개수가 많을수록 더욱 정확한 ROC 곡선을 생성할 수 있다. When calculating the TPR and FPR for one binarized image in this way, the
AUC 인덱스 설정부(150)는 ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산할 수 있으며, 계산 결과를 해당 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정할 수 있다. 여기서, AUC 값은 ROC 곡선 하단이 면적에 해당하는 것으로서, AUC값이 1에 가까워질수록 해당 밴드쌍의 검출 성능이 높음을 의미할 수 있다. 따라서, 각각의 밴드쌍에 대응하는 AUC값을 계산한 후 이를 해당 밴드쌍의 AUC 인덱스로 설정할 수 있다. AUC 인덱스 설정부(150)는 전체 N × N개 밴드쌍에 대하여, AUC값을 계산하여 AUC 인덱스로 설정할 수 있다. The AUC
설정부(160)는 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대한 AUC 인덱스를 수신할 수 있으며, 수신한 AUC 인덱스를 비교하여 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정할 수 있다. The
구체적으로, 설정부(160)는 N × N개의 AUC 인덱스 중에서, AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍로 설정할 수 있다. 즉, AUC 인덱스가 클수록 영상 내 포함된 화염에 대한 검출 성능이 좋은 것이므로, 설정부(160)는 AUC 인덱스가 최대값인 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정할 수 있다. 실시예에 따라서는, AUC 인덱스가 설정값 이상인 밴드쌍을 추출하여 화재감지 밴드쌍의 후보군으로 설정할 수 있으며, 상기 후보군 중에서 사용자가 선택한 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것도 가능하다. Specifically, the
또한, 설정부(160)는 선택된 밴드쌍 중에서 VNIR(Visible and Near Infrared) 영역 또는 NIR(Near Infrared) 영역에 포함된 것을 구별하고, 각각의 영역에서 AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것도 가능하다. 이 경우, VNIR 영역에서는 i번째 분광 밴드로 610~930nm, j번째 분광 밴드로 430~517nm 사이의 분광 밴드를 화재감지 밴드쌍으로 설정할 수 있으며, NIR 영역에서는 i번째 분광 밴드로 770~920nm, j번째 분광 밴드로 940~1000nm 사이의 분광 밴드를 화재감지 밴드쌍으로 설정할 수 있다. In addition, the
이외에도, 실시예에 따라서는, 설정부(160)가 도6에 도시한 바와 같이 AUC 매트릭스를 생성하는 것도 가능하다. 즉, i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 각각 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 좌표값에 대응하는 밴드쌍의 AUC 인덱스를 색상 또는 명암으로 표시하여, AUC 매트릭스를 생성할 수 있다. 이 경우, 사용자는 AUC 매트릭스를 활용하여 각각의 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스를 시각적으로 명확하게 인식할 수 있다. 이때, 사용자가 AUC 매트릭스를 통하여 밴드쌍을 선택하면, 설정부(160)가 해당 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것도 가능하다. 여기서, 도6을 참조하면, i번째 분광 밴드가 포타슘 라인인 770nm에 해당하면, j번째 분광 밴드는 어떠한 것을 선택하여도 높은 AUC 인덱스 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. In addition, depending on the embodiment, the
설정부(160)는 설정된 화재감지 밴드쌍을 화재감지장치(200)로 제공할 수 있으며, 화재감지장치(200)는 수신한 화재감지 밴드쌍에 따라 스냅샷 방식의 초분광 카메라(210)가 획득하는 분광 영상의 분광 밴드를 설정할 수 있다. 이를 통하여, 화재감지장치(200)는 초분광 영상을 이용하여 실시간으로 화재감지를 수행하는 것이 가능하다. The
한편, 도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 밴드설정장치(100)는, 프로세서(10), 메모리(40) 등의 물리적인 구성을 포함할 수 있으며, 메모리(40) 내에는 프로세서(10)에 의하여 실행되도록 구성되는 하나 이상의 모듈이 포함될 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 모듈에는, 영상수신모듈, 결과영상 생성모듈, 이진화 영상 생성모듈, ROC 곡선 생성모듈, AUC 인덱스 설정모듈 및 설정모듈 등이 포함될 수 있다. Meanwhile, as shown in Figure 3, the
프로세서(10)는, 다양한 소프트웨어 프로그램과, 메모리(40)에 저장되어 있는 명령어 집합을 실행하여 여러 기능을 수행하고 데이터를 처리하는 기능을 수행할 수 있다. 주변인터페이스부(30)는, 컴퓨터 장치의 입출력 주변 장치를 프로세서(10), 메모리(40)에 연결할 수 있으며, 메모리 제어기(20)는 프로세서(10)나 컴퓨터 장치의 구성요소가 메모리(40)에 접근하는 경우에, 메모리 액세스를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서는, 프로세서(10), 메모리 제어기(20) 및 주변인터페이스부(30)를 단일 칩 상에 구현하거나, 별개의 칩으로 구현할 수 있다. The processor 10 may execute various software programs and instruction sets stored in the memory 40 to perform various functions and process data. The peripheral interface unit 30 can connect input/output peripheral devices of the computer device to the processor 10 and memory 40, and the memory controller 20 allows the processor 10 or components of the computer device to connect the memory 40. When accessing, a function to control memory access can be performed. Depending on the embodiment, the processor 10, memory controller 20, and peripheral interface unit 30 may be implemented on a single chip or may be implemented as separate chips.
메모리(40)는 고속 랜덤 액세스 메모리, 하나 이상의 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치와 같은 불휘발성 메모리 등을 포함할 수 있다. 또한, 메모리(40)는 프로세서(10)로부터 떨어져 위치하는 저장장치나, 인터넷 등의 통신 네트워크를 통하여 엑세스되는 네트워크 부착형 저장장치 등을 더 포함할 수 있다. Memory 40 may include high-speed random access memory, one or more magnetic disk storage devices, non-volatile memory such as flash memory devices, etc. Additionally, the memory 40 may further include a storage device located away from the processor 10 or a network attached storage device accessed through a communication network such as the Internet.
도3에 도시한 바와 같이, 밴드설정장치(100)는, 메모리(40)에 운영체제를 비롯하여, 응용프로그램에 해당하는 영상수신모듈, 결과영상 생성모듈, 이진화 영상 생성모듈, ROC 곡선 생성모듈, AUC 인덱스 설정모듈 및 설정모듈 등을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 모듈들은 상술한 기능을 수행하기 위한 명령어의 집합으로, 메모리(40)에 저장될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 단말장치(100)는, 프로세서(10)가 메모리(40)에 액세스하여 각각의 모듈에 대응하는 명령어를 실행할 수 있다. As shown in Figure 3, the
다만, 영상수신모듈, 결과영상 생성모듈, 이진화 영상 생성모듈, ROC 곡선 생성모듈, AUC 인덱스 설정모듈 및 설정모듈은 상술한 영상수신부, 결과영상 생성부, 이진화 영상 생성부, ROC 곡선 생성부, AUC 인덱스 설정부 및 설정부에 각각 대응하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다. However, the image receiving module, result image generation module, binarization image generation module, ROC curve generation module, AUC index setting module and setting module are the above-mentioned image receiving unit, result image generation unit, binarization image generation unit, ROC curve generation unit, and AUC Since the index setting unit and setting unit correspond to each other, detailed description is omitted here.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 7 is a flowchart showing a method for selecting a spectral band of a hyperspectral image according to an embodiment of the present invention.
도7을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법은, 초분광 영상 수신 단계(S10), 결과영상 생성단계(S20), 이진화 영상 생성단계(S30), ROC 곡선 생성단계(S40), AUC 인덱스 설정단계(S50) 및 화재감지 밴드쌍 설정단계(S60)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 7, the method for selecting a spectral band of a hyperspectral image according to an embodiment of the present invention includes a hyperspectral image receiving step (S10), a resulting image generating step (S20), a binarized image generating step (S30), and an ROC curve. It may include a creation step (S40), an AUC index setting step (S50), and a fire detection band pair setting step (S60).
이하, 도7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for selecting a spectral band of a hyperspectral image according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
초분광 영상 수신 단계(S10)에서는, 초분광 카메라로 화재현장을 촬영한 초분광 영상을 수신할 수 있다. 즉, 모의 화재현장을 구현한 후, 초분광 카메라로 촬영할 수 있으며, 이를 통해 생성한 초분광 영상을 수신할 수 있다. 실시예에 따라서는, 초분광 카메라가 VNIR(Visible and Near Infrared) 영역에 대하여 라인스캔(line-scan) 방식으로 초분광 영상을 생성하는 것일 수 있으며, 초분광 영상 내에는 N개(N은 자연수)의 분광 밴드에 대한 분광정보가 포함될 수 있다. 여기서, N은 적어도 500 이상일 수 있다. In the hyperspectral image reception step (S10), a hyperspectral image captured by a hyperspectral camera of a fire scene can be received. In other words, after implementing a simulated fire scene, it can be filmed with a hyperspectral camera, and the hyperspectral image generated through this can be received. Depending on the embodiment, the hyperspectral camera may generate hyperspectral images using a line-scan method for the VNIR (Visible and Near Infrared) region, and there are N hyperspectral images (N is a natural number). ) may include spectral information about the spectral band. Here, N may be at least 500 or more.
결과영상 생성단계(S20)에서는, 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출하고, 상기 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 결과영상 생성단계(S20)에서는, 추출한 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드에 대응하는 분광영상을 추출할 수 있으며, 아래 수식을 이용하여 대응하는 NDI를 계산할 수 있다. In the resulting image generation step (S20), the i-th spectral band and the j-th spectral band are extracted as a band pair among the N spectral bands included in the hyperspectral image, and the NDI (Normalized Difference Index) for the band pair is calculated. The resulting image can be generated. Specifically, in the result image generation step (S20), spectral images corresponding to the extracted i-th spectral band and j-th spectral band can be extracted, and the corresponding NDI can be calculated using the formula below.
여기서, img(i) 및 img(j)는 각각 i번째 분광 밴드의 분광영상과 j번째 분광 밴드의 분광영상일 수 있다. 결과영상 생성단계(S20)에서는, N개의 분광 밴드에 대하여 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍을 추출하여, 각각의 결과영상을 생성할 수 있다. Here, img(i) and img(j) may be a spectroscopic image of the i-th spectral band and a spectroscopic image of the j-th spectral band, respectively. In the result image generation step (S20), a total of N × N selectable band pairs for N spectral bands can be extracted to generate each result image.
이진화 영상 생성단계(S30)에서는, M개의 문턱값을 설정하고, 상기 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여, 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성할 수 있다. 결과영상에서 픽셀값이 높은 영역은 화염에 해당하는 영역에 해당하므로, 문턱값으로 이진화 영상을 생성하여, 영상 내 포함된 화재영역을 명확하게 추출할 수 있다. 즉, 문턱값 이상의 픽셀은 1로 표시하고 문턱값 미만의 픽셀은 0으로 표시하여 이진화 영상으로 변환할 수 있다.In the binarized image generation step (S30), M threshold values are set and each threshold value is applied to the resulting image, so that M binarized images corresponding to the threshold values can be individually generated. Since the area with high pixel value in the resulting image corresponds to the area corresponding to the flame, by generating a binarized image using the threshold value, the fire area included in the image can be clearly extracted. That is, pixels above the threshold are displayed as 1, and pixels below the threshold are displayed as 0, thereby converting the image into a binarized image.
다만, 문턱값은 다양한 방식으로 설정할 수 있으며, 문턱값의 설정에 따라 선택된 밴드쌍의 성능이 다르게 판단되는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 이진화 영상 생성단계(S30)에서는 하나의 결과영상에 복수의 문턱값을 적용하여 각각 이진화 영상을 생성할 수 있으며, 이후 하나의 결과영상에 대하여 생성한 복수의 이진화 영상 전체를 활용하여 성능을 비교할 수 있다. 실시예에 따라서는, 문턱값을 적어도 200개 이상 설정할 수 있으며, 각각의 문턱값들은 최저값에서 최고값까지 간격이 동일하게 설정될 수 있다. However, the threshold can be set in various ways, and it may not be desirable for the performance of the selected band pair to be judged differently depending on the threshold setting. Therefore, in the binarization image generation step (S30), each binarization image can be generated by applying a plurality of threshold values to one result image, and then performance is improved by utilizing all of the plurality of binarization images generated for one result image. You can compare. Depending on the embodiment, at least 200 threshold values may be set, and each threshold value may be set at the same interval from the lowest value to the highest value.
ROC 곡선 생성단계(S40)에서는, 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산할 수 있다. 이후, M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성할 수 있다. In the ROC curve generation step (S40), the pixels detected as flames in the binarized image are compared with the pixels corresponding to the actual flame, and the FPR (False Positive Rate) and TPR (True Positive Rate) of the binarized image can be calculated. . Afterwards, a ROC (Receiver Operation Characteristic) curve can be generated using the FPR and TPR of the M binarized images.
여기서, 수신한 초분광 영상 내의 화염에 대응하는 픽셀들의 위치 등은 미리 특정되어 알고 있을 수 있다. 따라서, ROC 곡선 생성단계(S40)에서는 각각의 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들이 실제 화염에 대응하는 픽셀에 해당하는지 여부를 판별하는 것이 가능하다. Here, the positions of pixels corresponding to the flame in the received hyperspectral image may be specified and known in advance. Therefore, in the ROC curve generation step (S40), it is possible to determine whether pixels detected as flames in each binarized image correspond to pixels corresponding to actual flames.
구체적으로, 을 이용하여 각각의 FPR과 TPR을 계산할 수 있다. 이때, TP(True Positive), FN(False Negatives), FP(False Positive), TN(True Negative)은 도5의 오차 행렬(confusion matrix)를 이용하여, 계산할 수 있다. Specifically, You can calculate each FPR and TPR using . At this time, True Positive (TP), False Negatives (FN), False Positive (FP), and True Negative (TN) can be calculated using the confusion matrix of FIG. 5.
이와 같이 하나의 이진화 영상에 대한 TPR과 FPR을 계산한 후, 각각의 FPR 및 TPR을 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 대응하는 좌표점을 2차원의 좌표평면 상에 표시할 수 있다. 또한, M개의 문턱값에 대응하는 각각의 이진화 영상에 대하여 동일한 방법으로 TPR과 FPR을 계산하고, M개의 FPR 및 TPR을 2차원의 좌표평면 상에 표시할 수 있다. 이 경우, M개의 좌표점이 2차원의 좌표평면 상에 표시될 수 있다. After calculating the TPR and FPR for one binarized image in this way, each FPR and TPR can be set as coordinate values of the x-axis and y-axis, and the corresponding coordinate point can be displayed on a two-dimensional coordinate plane. Additionally, the TPR and FPR can be calculated in the same way for each binarized image corresponding to the M thresholds, and the M FPRs and TPRs can be displayed on a two-dimensional coordinate plane. In this case, M coordinate points can be displayed on a two-dimensional coordinate plane.
AUC 인덱스 설정단계(S50)에서는, ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산하여, 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정할 수 있다. 여기서, AUC 값은 ROC 곡선 하단이 면적에 해당하는 것으로서, AUC값이 1에 가까워질수록 해당 밴드쌍의 검출 성능이 높음을 의미할 수 있다. 따라서, 각각의 밴드쌍에 대응하는 AUC값을 계산한후 이를 해당 밴드쌍의 AUC 인덱스로 설정할 수 있다. AUC 인덱스 설정단계(S50)에서는 전체 N × N개 밴드쌍에 대하여, AUC값을 계산하여 AUC 인덱스로 설정할 수 있다.In the AUC index setting step (S50), the AUC (Area Under the Curve) value for the ROC curve can be calculated and set as the AUC index for the band pair. Here, the AUC value corresponds to the area at the bottom of the ROC curve, and as the AUC value approaches 1, it may mean that the detection performance of the corresponding band pair is higher. Therefore, the AUC value corresponding to each band pair can be calculated and then set as the AUC index of the corresponding band pair. In the AUC index setting step (S50), the AUC value can be calculated for all N × N band pairs and set as the AUC index.
화재감지 밴드쌍 설정단계(S60)에서는, 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대해 AUC 인덱스를 수신하고, AUC 인덱스를 비교하여 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정할 수 있다. In the fire detection band pair setting step (S60), the AUC index is received for all N You can set it.
구체적으로, N × N개의 AUC 인덱스 중에서, AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍로 설정할 수 있다. 즉, AUC 인덱스가 클수록 영상 내 포함된 화염에 대한 검출 성능이 좋은 것이므로, AUC 인덱스가 최대값인 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정할 수 있다. 실시예에 따라서는, AUC 인덱스가 설정값 이상인 밴드쌍을 추출하여 화재감지 밴드쌍의 후보군으로 설정할 수 있으며, 상기 후보군 중에서 사용자가 선택한 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것도 가능하다. Specifically, among N × N AUC indices, the band pair with the highest AUC index can be set as the fire detection band pair. In other words, the larger the AUC index, the better the detection performance for flames included in the image. Therefore, the band pair with the maximum AUC index can be set as the fire detection band pair. Depending on the embodiment, a band pair with an AUC index greater than a set value may be extracted and set as a candidate group for fire detection band pairs, and it is also possible to set a band pair selected by the user among the candidate groups as a fire detection band pair.
또한, 화재감지 밴드쌍 설정단계(S60)에서는, 선택된 밴드쌍 중에서 VNIR(Visible and Near Infrared) 영역 또는 NIR(Near Infrared) 영역에 포함되는 것으로 구별하고, 각각의 영역에서 AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것도 가능하다. In addition, in the fire detection band pair setting step (S60), among the selected band pairs, those included in the VNIR (Visible and Near Infrared) area or the NIR (Near Infrared) area are distinguished, and the AUC index in each area has the maximum value. It is also possible to set the band pair as a fire detection band pair.
이외에도, 실시예에 따라서는, 화재감지 밴드쌍 설정단계(S60)에서 도6에 도시한 바와 같이 AUC 매트릭스를 생성하는 것도 가능하다. 즉, i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 각각 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 좌표값에 대응하는 밴드쌍의 AUC 인덱스를 색상 또는 명암으로 표시하여, AUC 매트릭스를 생성할 수 있다. 이 경우, 사용자는 AUC 매트릭스를 활용하여 각각의 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스를 시각적으로 명확하게 인식할 수 있으며, 사용자가 AUC 매트릭스를 통하여 밴드쌍을 선택하면, 해당 밴드쌍을 화재감지 밴드쌍으로 설정하도록 할 수 있다. In addition, depending on the embodiment, it is also possible to generate an AUC matrix as shown in FIG. 6 in the fire detection band pair setting step (S60). That is, the i-th spectral band and the j-th spectral band can be set to coordinate values of the x-axis and y-axis, respectively, and the AUC index of the band pair corresponding to the coordinate value is displayed in color or brightness, thereby creating an AUC matrix. In this case, the user can clearly visually recognize the AUC index for each band pair by using the AUC matrix, and when the user selects a band pair through the AUC matrix, the corresponding band pair is set as a fire detection band pair. You can do it.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above-described present invention can be implemented as computer-readable code on a program-recorded medium. A computer-readable medium may continuously store a computer-executable program or temporarily store it for execution or download. In addition, the medium may be a variety of recording or storage means in the form of a single or several pieces of hardware combined. It is not limited to a medium directly connected to a computer system and may be distributed over a network. Examples of media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, And there may be something configured to store program instructions, including ROM, RAM, flash memory, etc. Additionally, examples of other media include recording or storage media managed by app stores that distribute applications, sites or servers that supply or distribute various other software, etc. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and attached drawings. For those skilled in the art to which the present invention pertains, it will be clear that components according to the present invention can be replaced, modified, and changed without departing from the technical spirit of the present invention.
100: 분광 밴드 설정장치 110: 영상수신부
120: 결과영상 생성부 130: 이진화 영상 생성부
140: ROC 곡선 생성부 150: AUC 인덱스 설정부
160: 설정부 200: 화재감지장치
210: 초분광 카메라
S10: 초분광 영상 수신 단계 S20: 결과영상 생성단계
S30: 이진화 영상 생성단계 S40: ROC 곡선 생성단계
S50: AUC 인덱스 설정단계 S60: 화재감지 밴드쌍 설정단계100: Spectral band setting device 110: Image receiving unit
120: Result image generation unit 130: Binarization image generation unit
140: ROC curve generation unit 150: AUC index setting unit
160: Setting unit 200: Fire detection device
210: Hyperspectral camera
S10: Hyperspectral image reception step S20: Resulting image generation step
S30: Binarization image generation step S40: ROC curve generation step
S50: AUC index setting step S60: Fire detection band pair setting step
Claims (12)
초분광 카메라로 화재현장을 촬영한 초분광 영상을 수신하는 단계;
상기 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출하고, 상기 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성하는 단계;
M개의 문턱값을 설정하고, 상기 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여 상기 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성하는 단계;
상기 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 상기 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산하고, 상기 M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성하는 단계;
상기 ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산하여, 상기 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정하는 단계; 및
상기 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대해 상기 AUC 인덱스를 수신하고, 상기 AUC 인덱스를 비교하여 상기 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정하는 단계를 포함하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
In the method of selecting a spectral band of a hyperspectral image using a spectral band setting device,
Receiving a hyperspectral image captured at a fire scene with a hyperspectral camera;
Extracting an i-th spectral band and a j-th spectral band as a band pair among the N spectral bands included in the hyperspectral image, calculating a Normalized Difference Index (NDI) for the band pair, and generating a result image;
Setting M thresholds and applying each threshold to the resulting image to individually generate M binarized images corresponding to the thresholds;
Compare pixels detected as flames in the binarized image with pixels corresponding to actual flames, calculate the false positive rate (FPR) and true positive rate (TPR) of the binarized image, and calculate the FPR of the M binarized images. and generating a Receiver Operation Characteristic (ROC) curve using TPR;
Calculating an Area Under the Curve (AUC) value for the ROC curve and setting it as the AUC index for the band pair; and
Comprising the step of receiving the AUC index for a total of N Spectral band selection method for hyperspectral images.
VNIR(Visible and Near Infrared) 라인스캔(line-scan) 방식의 초분광 카메라를 이용하여, 상기 초분광 영상을 촬영한 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein receiving the hyperspectral image includes
A spectral band selection method for a hyperspectral image, characterized in that the hyperspectral image is captured using a VNIR (Visible and Near Infrared) line-scan hyperspectral camera.
를 이용하여, 상기 NDI를 계산하며, img(i) 및 img(j)는 각각 i번째 분광 밴드의 분광영상과 j번째 분광 밴드의 분광영상인 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the step of generating the result image is
Calculate the NDI using, and img(i) and img(j) are the spectral image of the i-th spectral band and the spectral image of the j-th spectral band, respectively. Spectral band selection method of hyperspectral image. .
상기 문턱값을 적어도 200개 설정하며, 상기 문턱값들은 최저값에서 최고값까지 간격이 동일한 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the step of individually generating the M binarized images includes
A spectral band selection method for a hyperspectral image, wherein at least 200 threshold values are set, and the threshold values are spaced equally from the lowest value to the highest value.
을 이용하여 계산하며, 상기 TP(True Positive)는 상기 이진화 영상에서 화염으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하는 픽셀수, FN(False Negatives)는 상기 이진화 영상에서 화염이 아닌 것으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하는 픽셀수이고,
FP(False Positive)는 상기 이진화 영상에서 화염으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하지 않는 픽셀수, TN(True Negative)는 상기 이진화 영상에서 화염이 아닌 것으로 표시한 픽셀 중에서 실제 화염에 해당하지 않는 픽셀수인 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein generating the ROC curve
Calculated using , where TP (True Positive) is the number of pixels corresponding to actual flames among pixels marked as flames in the binarized image, and FN (False Negatives) is the number of pixels corresponding to actual flames among pixels marked as non-flames in the binarized image. This is the number of pixels corresponding to the flame,
FP (False Positive) is the number of pixels that do not correspond to an actual flame among the pixels marked as flames in the binarized image, and TN (True Negative) is the number of pixels that do not correspond to an actual flame among the pixels that are marked as not a flame in the binarized image. A spectral band selection method for a hyperspectral image, characterized in that:
상기 이진화 영상에 대한 각각의 FPR 및 TPR을 각각 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 상기 좌표값에 따른 M개의 좌표점을 2차원의 좌표평면 상에 표시하여, 상기 ROC 곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein generating the ROC curve
Setting each FPR and TPR for the binarized image to coordinate values of the x-axis and y-axis, respectively, and displaying M coordinate points according to the coordinate values on a two-dimensional coordinate plane to generate the ROC curve. Characterized by spectral band selection method for hyperspectral images.
상기 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 각각 x축과 y축의 좌표값으로 설정하고, 상기 좌표값에 대응하는 밴드쌍의 AUC 인덱스를 색상 또는 명암으로 표시하여, AUC 매트릭스를 생성하는 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the step of setting the fire detection band pair is
The i-th spectral band and the j-th spectral band are set to coordinate values of the x-axis and y-axis, respectively, and the AUC index of the band pair corresponding to the coordinate value is displayed in color or contrast to generate an AUC matrix. Method for selecting spectral bands in hyperspectral images.
상기 N × N개 AUC 인덱스 중에서, 상기 AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 상기 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 초분광 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the step of setting the fire detection band pair is
A spectral band selection method for a hyperspectral image, characterized in that, among the N × N AUC indices, the band pair having the maximum AUC index is set as the fire detection band pair.
상기 화재감지 밴드쌍을 VNIR(Visible and Near Infrared) 영역과 NIR(Near Infrared) 영역으로 구별하고, 각각의 영역에서 상기 AUC 인덱스가 최대값을 가지는 밴드쌍을 상기 화재감지 밴드쌍으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 초분관 영상의 분광 밴드 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the step of setting the fire detection band pair is
The fire detection band pair is divided into a VNIR (Visible and Near Infrared) region and a NIR (Near Infrared) region, and the band pair with the maximum AUC index in each region is set as the fire detection band pair. Method for selecting spectral bands of transparticle images.
A computer program combined with hardware and stored on a medium to execute the method of selecting a spectral band of a hyperspectral image according to any one of claims 1 to 9.
A real-time fire detection device that performs fire detection in real time using the fire detection band pair set according to the spectral band selection method of the hyperspectral image of any one of claims 1 to 9.
상기 초분광 영상에 포함된 N개의 분광 밴드 중에서 i번째 분광 밴드와 j번째 분광 밴드를 밴드쌍으로 추출하고, 상기 밴드쌍에 대한 NDI(Normalized Difference Index)를 계산하여 결과영상을 생성하는 결과 영상 생성부;
M개의 문턱값을 설정하고, 상기 결과영상에 각각의 문턱값을 적용하여 상기 문턱값에 대응하는 M개의 이진화 영상을 개별적으로 생성하는 이진화 영상 생성부;
상기 이진화 영상에서 화염으로 검출된 픽셀들과, 실제 화염에 대응하는 픽셀들을 비교하여, 상기 이진화 영상의 FPR(False Positive Rate) 및 TPR(True Positive Rate)을 계산하고, 상기 M개의 이진화 영상들의 FPR 및 TPR을 이용하여 ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선을 생성하는 ROC 곡선 생성부;
상기 ROC 곡선에 대한 AUC(Area Under the Curve)값을 계산하여, 상기 밴드쌍에 대한 AUC 인덱스로 설정하는 AUC인덱스 설정부; 및
상기 초분광 영상 중에서 선택가능한 전체 N × N개 밴드쌍 대해 상기 AUC 인덱스를 수신하고, 상기 AUC 인덱스를 비교하여 상기 밴드쌍 중에서 실시간 화재 감지에 사용하는 화재감지 밴드쌍을 설정하는 설정부를 포함하는 분광 밴드설정장치. An image receiving unit that receives hyperspectral images taken of a fire scene with a hyperspectral camera;
Out of the N spectral bands included in the hyperspectral image, the i-th spectral band and the j-th spectral band are extracted as a band pair, and the NDI (Normalized Difference Index) for the band pair is calculated to generate a result image. wealth;
a binarized image generator that sets M thresholds and applies each threshold to the resulting image to individually generate M binarized images corresponding to the thresholds;
Compare pixels detected as flames in the binarized image with pixels corresponding to actual flames, calculate the false positive rate (FPR) and true positive rate (TPR) of the binarized image, and calculate the FPR of the M binarized images. and a ROC curve generator that generates a Receiver Operation Characteristic (ROC) curve using TPR;
An AUC index setting unit that calculates an AUC (Area Under the Curve) value for the ROC curve and sets it as the AUC index for the band pair; and
Spectroscopy comprising a setting unit that receives the AUC index for all N Band setting device.
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