KR102659304B1 - Sar 데이터 생성 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR102659304B1 KR1020230135164A KR20230135164A KR102659304B1 KR 102659304 B1 KR102659304 B1 KR 102659304B1 KR 1020230135164 A KR1020230135164 A KR 1020230135164A KR 20230135164 A KR20230135164 A KR 20230135164A KR 102659304 B1 KR102659304 B1 KR 102659304B1
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 합성개구면레이다(SAR) 데이터 생성 방법 및 시스템을 개시한다. 상기 방법은 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 합성개구면레이다(SAR) 모의 영상을 획득하는 단계, 상기 SAR 모의 영상으로부터 상기 SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델을 산출하는 단계, 상기 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하고, Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델을 산출하는 단계, 상기 SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱을 기초로 제1 SAR 수신 신호를 산출하는 단계, 상기 제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호로 변환하는 단계, 및 상기 제2 SAR 수신 신호를 기초로 SAR 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

SAR 데이터 생성 방법 및 시스템{Method and system for generating synthetic aperture radar data}
본 발명은 합성개구면레이다(SAR) 데이터 생성 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 실제 지형 정보를 나타내는 광학영상을 기반으로 SAR 모의 데이터를 생성하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 SAR(synthetic aperture radar) 시스템 개발의 일환으로, 실제 비행 시험 이전에 시스템의 성능을 검증하기 위한 원시데이터(raw data) 모의시험(simulation test)이 필수적이다. SAR 개발자는 원시데이터 모의시험을 통해 통제된 조건에서 다양한 시나리오에 대한 SAR 시스템 또는 알고리즘의 성능을 평가할 수 있다.
기존에 국내에서 개발한 SAR 시스템들은 개발 과정에서 모의시험을 위한 원시데이터를 점표적(point target)에 대하여 생성하였으며, 이를 통해 모의시험을 수행하고 성능을 분석하였다. 그러나, 이러한 방식은 다수의 표적을 모의하는데는 비효율적이므로, 소수의 점표적 모의시험에만 적용이 가능하다. 소수의 점표적만으로도 SAR 영상의 주요 성능인 해상도, PSLR(peak sidelobe ratio), ISLR(integrated sidelobe ratio) 등은 충분히 확인 가능하나, 실제 SAR 데이터는 소수의 점표적이 아닌 다수 또는 연속된 형태의 산란체로부터 획득되므로 SAR 시스템 및 알고리즘의 강건성과 신뢰성을 보장하기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광학영상을 기반으로 SAR 모의 데이터를 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광학영상을 기반으로 SAR 모의 데이터를 생성하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술적 문제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 합성개구면레이다(SAR) 데이터 생성 방법에 있어서, 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 합성개구면레이다(SAR) 모의 영상을 획득하는 단계, 상기 SAR 모의 영상으로부터 상기 SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델을 산출하는 단계, 상기 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하고, Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델을 산출하는 단계, 상기 SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱을 기초로 제1 SAR 수신 신호를 산출하는 단계, 상기 제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호로 변환하는 단계, 및 상기 제2 SAR 수신 신호를 기초로 SAR 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 SAR 모의 영상(Ia(x, y))은, 임의의 분포를 갖는 잡음 모델 및 상기 위성 광학영상의 픽셀 밝기(intensity)의 요소별 곱셈(element-wise product)을 기초로, Ia(x, y) = B(x, y) Ib(x, y)에 따라 산출되고, 여기서, B(x, y)는 상기 임의의 분포를 갖는 잡음 모델, Ib(x, y)는 상기 위성 광학영상의 픽셀 밝기, x, y는 각각 직교좌표계에서의 x좌표, y좌표인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 반사율 지도 모델(a(x, y))은, 상기 SAR 모의 영상(Ia(x, y))을 기초로 생성되고, a(x, y) = 에 따라 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 SAR 영상 모델(V(n, f))은, V(n, f) = P-1[F{a(x, y)}]에 따라 산출되고, 여기서, n은 상기 SAR 영상 모델의 펄스 index, f는 상기 SAR 영상 모델의 펄스 주파수, F(A)는 A를 2차원 고속 푸리에 변환하는 함수, P-1(A)는 A를 Polar Format 역변환하는 함수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 제1 SAR 수신 신호(S(n, f))는 상기 SAR 영상 모델(V(n, f)) 및 상기 참조 신호의 합성곱으로, S(n, f) = U(n, f)V(n, f)에 따라 산출되고, 여기서 U(n, f)는 상기 참조 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 참조 신호(U(n, f))는 SAR 영상 중심에서 반사율이 1인 점표적으로부터 반사되어 수신되는 신호로, U(n, f) = exp(-j(4πfcR0(m)/c))Q(n, f) 에 따라 산출되고, 여기서, fc는 중심주파수, R0(m)는 상기 SAR 영상 중심에서 m번째 SAR 안테나까지의 경사거리, Q(n, f)는 주파수 영역에서의 SAR 송신 신호에 사용된 기저대역 신호, n은 신호의 펄스 index, f는 신호의 펄스 주파수, c는 빛의 속도인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 매개변수를 입력받는 단계를 더 포함하고, 상기 매개변수는 SAR 안테나 이득, 송신대역폭, 펄스 폭, 및 SAR 플랫폼의 항법 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치를 이용하여 전술한 SAR 데이터 생성 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된다.
상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 SAR 데이터 생성 시스템에 있어서, 위성 광학영상으로부터 SAR 영상 모델을 산출하는 SAR 모델 산출부, 및 상기 SAR 영상 모델로부터 SAR 데이터를 생성하는 SAR 데이터 생성부를 포함하고, 상기 SAR 모델 산출부는, 상기 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 SAR 모의 영상을 획득하는 SAR 모의 영상 획득부, 상기 SAR 모의 영상으로부터 상기 SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델을 산출하는 반사율 지도 모델 산출부, 및 상기 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하고, Polar Format 역처리하여 상기 SAR 영상 모델을 산출하는 SAR 영상 모델 산출부를 포함하고, 상기 SAR 데이터 생성부는, 상기 SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱을 기초로 제1 SAR 수신 신호를 산출하는 제1 SAR 수신 신호 산출부, 상기 제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호로 변환하는 제2 SAR 수신 신호 산출부, 및 상기 제2 SAR 수신 신호를 기초로 상기 SAR 데이터를 생성하는 SAR 원시데이터 생성부를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 SAR 모델 산출부는, SAR 안테나 이득, 송신대역폭, 펄스 폭, 및 SAR 플랫폼의 항법 정보를 포함하는 매개변수를 입력받는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 이하 바람직한 실시예와 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 실제 지형정보를 포함하는 광학영상을 기반으로 SAR 모의데이터를 생성함으로써, 점표적을 이용한 모의시험보다 더 실제 SAR 원시데이터에 가까운 데이터를 모의할 수 있다. 또한, 다양한 출처로부터 쉽게 획득할 수 있는 광학영상을 이용하므로 다양한 지형에 대한 데이터를 생성할 수 있어 SAR 시스템 및 알고리즘의 강건성 및 신뢰성을 검증하는데 유용하고, SAR 알고리즘의 역처리 방식으로 반사 신호를 직접적으로 모의하는 점표적 모의시험에 비해 상대적으로 높은 연산 효율성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 지형에 대한 위성 광학영상의 일 예를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 위성 광학영상을 이용한 SAR 모의 영상의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 데이터를 SAR 영상처리를 통해 획득한 영상의 일 예를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다. 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다. 즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다. 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고, 본 발명의 명세서, 특허청구범위 및 도면에 기재된 용어 "제1", "제2" 등은 유사한 대상을 구별하기 위한 것으로 특정된 순서 또는 선후 순서를 표시하기 위한 것이 아니다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다. 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, SAR 데이터 생성 시스템(1000)은 위성 광학영상으로부터 SAR 영상 모델(SMSAR)을 산출하는 SAR 모델 산출부(100) 및 상기 SAR 영상 모델(SMSAR)로부터 SAR 데이터를 생성하는 SAR 데이터 생성부(200)를 포함한다.
SAR 모델 산출부(100)는 SAR 모의 영상 획득부(110), 반사율 지도 모델 산출부(120), 및 SAR 영상 모델 산출부(130)를 포함한다.
SAR 모의 영상 획득부(110)는 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 SAR 모의 영상(SISAR)을 획득할 수 있다. 위성 광학영상과 SAR 영상의 큰 특징 차이 중 하나는 입자잡음효과(speckle)로, 위성 광학영상으로부터 SAR 모의 원시데이터를 획득하기 위해 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용할 수 있다. SAR 모의 영상 획득부(110)는 임의의 분포를 갖는 잡음 모델 및 위성 광학영상의 픽셀 밝기(intensity)의 요소별 곱셈(element-wise product)을 기초로 SAR 모의 영상(SISAR)을 획득할 수 있다. 예를 들어, 임의의 분포를 갖는 잡음 모델은 지수 분포(exponential distribution)를 가지는 잡음 모델일 수 있다. SAR 모의 영상 획득부(110)는 SAR 모의 영상(SISAR)을 반사율 지도 모델 산출부(120)로 전달할 수 있다.
반사율 지도 모델 산출부(120)는 SAR 모의 영상(SISAR)으로부터 SAR 모의 영상(SISAR) 내 표적의 반사율 지도 모델(RM)을 산출할 수 있다. SAR 모의 영상(SISAR) 내에 복수의 표적들이 포함되어 있고 복수의 표적 각각의 반사율이 다르므로, 상기 SAR 모의 영상(SISAR)으로부터 반사율 지도 모델(RM)을 획득할 수 있다. 반사율 지도 모델(RM)은 SAR 모의 영상(SISAR)을 기초로 생성될 수 있다. 일 예에 따르면, 반사율 지도 모델(a(x, y))은, a(x, y) = 에 따라 산출될 수 있다. 반사율 지도 모델 산출부(120)는 반사율 지도(RM)를 SAR 영상 모델 산출부(130)로 전달할 수 있다.
SAR 영상 모델 산출부(130)는 반사율 지도 모델(RM)을 2차원 고속 푸리에 변환하고, Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델(SMSAR)을 산출할 수 있다. SAR 영상 모델 산출부(130)는 반사율 지도 모델(RM)을 2차원 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역으로 변환할 수 있다. Polar Format Algorithm(PFA)은 영상 중심으로부터 같은 거리에서 polar 형태로 수신되는 신호를 거리와 방위 방향으로의 보간(interpolation)을 수행하여 rectangular 형태로 바꾸어 주고, 2차원 고속 푸리에 역변환(2D IFFT)을 통해 고해상도 영상을 형성하는 알고리즘이다. 본 발명에서는, 반사율 지도 모델(RM)을 2차원 고속 푸리에 변환한 모델에 대해 Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델(SMSAR)을 산출할 수 있다. SAR 영상 모델 산출부(130)는 SAR 영상 모델(SMSAR)을 SAR 데이터 생성부(200)의 제1 SAR 수신 신호 산출부(210)로 전달할 수 있다.
SAR 모델 산출부(100)는 SAR 안테나 이득, 송신대역폭, 펄스 폭, 및 SAR 플랫폼의 항법 정보를 포함하는 매개변수를 입력 받을 수 있다. 그 외에, SAR 모델 산출부(100)는 샘플링 주파수와 같은 하드웨어 매개변수, PRF, modulation type과 같은 파형 매개변수, scene center location, grayscale optical image와 같은 영상 매개변수, 및 재머의 위치, 재밍 방법과 같은 재머 매개변수를 더 입력 받을 수 있다.
SAR 데이터 생성부(200)는 제1 SAR 수신 신호 산출부(210), 제2 SAR 수신 신호 산출부(220), 및 SAR 원시데이터 생성부(230)를 포함한다. SAR 데이터 생성부(200)는 SAR 모델 산출부(100)에서 생성된 SAR 영상 모델(SMSAR)을 수신하고, SAR 영상 모델(SMSAR)로부터 SAR 원시데이터를 생성할 수 있다.
제1 SAR 수신 신호 산출부(210)는 SAR 영상 모델(SMSAR) 및 참조 신호의 합성곱(Convolution)을 기초로 제1 SAR 수신 신호(SIG1)를 산출할 수 있다. 제1 SAR 수신 신호(SIG1)는 주파수 영역에서의 기저대역(baseband) 수신 신호일 수 있다. 예를 들어, 참조 신호는 영상 중심에 반사율이 1인 점표적으로부터 반사되어 수신된 기저대역 신호일 수 있다. 제1 SAR 수신 신호 산출부(210)는 제1 SAR 수신 신호(SIG1)를 제2 SAR 수신 신호 산출부(220)로 전달할 수 있다.
제2 SAR 수신 신호 산출부(220)는 제1 SAR 수신 신호(SIG1)를 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호(SIG2)로 변환할 수 있다. 제2 SAR 수신 신호(SIG2)는 주파수 영역의 제1 SAR 수신 신호(SIG1)를 고속 푸리에 역변환하여 산출된 시간 영역의 신호일 수 있다. 제2 SAR 수신 신호 산출부(220)는 제2 SAR 수신 신호(SIG2)를 SAR 원시데이터 생성부(230)로 전달할 수 있다.
SAR 원시데이터 생성부(230)는 제2 SAR 수신 신호(SIG2)를 기초로 SAR 데이터를 생성할 수 있다. 상기 SAR 데이터는 실제 SAR에서 획득된 데이터가 아닌 위성 광학영상으로부터 생성된 SAR 모의 원시데이터(raw data) 일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 컴퓨팅 장치(10)는 메모리(20) 및 프로세서(30)를 포함한다.
메모리(20)는 컴퓨팅 장치(10)가 판독할 수 있는 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다.
메모리(20)는 본 발명의 일 실시예에 따라서 SAR 데이터 생성 방법을 실행하기 위한 프로그램 코드, 상기 프로그램 코드를 실행하는 데에 필요한 데이터들 및 상기 프로그램 코드를 실행하는 과정에서 생성되는 데이터들을 저장할 수 있다. 상기 프로그램 코드는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT), 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT), 및 Polar format algorithm(PFA) 수행을 위한 알고리즘 코드를 포함할 수 있다.
메모리(20)는 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 실행하는 데 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(20)는 임의의 분포를 갖는 잡음 모델, 참조 신호, 및 위성 광학영상에 관한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(20)는 위성 광학영상에 포함된 픽셀 각각의 밝기 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(20)는 SAR 안테나 이득, 송신대역폭, 펄스 폭, 및 SAR 플랫폼의 항법 정보를 포함하는 매개변수를 저장할 수 있다. 메모리(20)는 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 실행하여 생성된 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(20)는 SAR 데이터 생성 방법을 실행하여 생성된 SAR 모의 영상, SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델, SAR 영상 모델, SAR 수신 신호, 및 SAR 데이터를 저장할 수 있다.
프로세서(30)는 통상적으로 컴퓨팅 장치(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(30)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 프로세서(30)는 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 SAR 모의 영상을 획득할 수 있다. 프로세서(30)는 SAR 모의 영상을 기초로 SAR 영상 모델을 산출하고, 상기 SAR 영상 모델을 기초로 SAR 원시데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(30)는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT), 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT), Polar format algorithm(PFA) 수행, 요소별 곱셈(element-wise product), 및 합성곱 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(30)는 메모리(20)에 저장된 데이터를 수신받고, 데이터를 메모리(20)로 송신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컴퓨팅 장치(10)는 메모리(20) 및 프로세서(30) 외에, 통신 모듈, 입출력 장치, 또는 저장 장치 등을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 프로세서(30)의 동작에 대하여 아래에서 더욱 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 SAR 데이터 생성 방법을 수행하기 위한 매개변수를 입력받고, 위성 광학영상으로부터 SAR 모의 영상 획득, 반사율 지도 모델 산출, SAR 영상 모델 산출, SAR 수신 신호 산출, 및 SAR 데이터 생성 단계를 통해 SAR 원시데이터를 모의할 수 있다.
위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 합성개구면레이다(SAR) 모의 영상을 획득할 수 있다(S10). 위성 광학영상은 실제 지형 정보를 포함하는 영상으로, 도 2의 메모리(도 2의 20)에 미리 저장된 영상일 수 있다. SAR 모의 영상은 임의의 분포를 갖는 잡음 모델 및 위성 광학영상의 픽셀 밝기(intensity)의 요소별 곱셈(element-wise product)을 기초로 산출될 수 있다. 임의의 분포를 가진 잡음 모델과 위성 광학 영상의 밝기 간의 요소별 곱셈을 수행하면, 실제 위성 광학영상에 잡음을 더하거나 혼합하는 효과를 얻을 수 있다. SAR 모의 영상(Ia(x, y))은 Ia(x, y) = B(x, y) Ib(x, y)에 따라 산출될 수 있다. 여기서, B(x, y)는 임의의 분포를 갖는 잡음 모델, Ib(x, y)는 위성 광학영상의 픽셀 밝기, x, y는 각각 직교좌표계에서의 x좌표, y좌표이다. 예를 들어, 잡음 모델이 지수 분포(exponential distribution)인 경우, 잡음 모델(Pβ(β))은 Pβ(β) = exp(-β)에 따라 산출될 수 있다. 여기서 β는 0 이상의 값이다.
SAR 모의 영상으로부터 SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델을 산출할 수 있다(S20). SAR 모의 영상 내 복수의 표적 각각의 반사율을 기초로 반사율 지도 모델을 산출할 수 있다. 반사율 지도 모델은 SAR 모의 영상을 기초로 생성될 수 있다. 일 예에 따르면, 반사율 지도 모델(a(x, y))은 a(x, y) = 에 따라 산출될 수 있다.
반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환(2-D Fast Fourier Transformation)하고, Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델을 산출할 수 있다(S30). 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역으로 변환할 수 있다. 이후, 주파수 영역으로 변환된 반사율 지도 모델에 Polar Format Algorithm을 역처리하여 SAR 영상 모델을 산출할 수 있다. 일 예에 따르면, SAR 영상 모델(V(n, f))은 V(n, f) = P-1[F{a(x, y)}]에 따라 산출될 수 있다. 여기서, n은 SAR 영상 모델의 펄스 index, f는 SAR 영상 모델의 펄스 주파수, F(A)는 A를 2차원 고속 푸리에 변환하는 함수, P-1(A)는 A를 Polar Format 역변환하는 함수이다.
SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱을 기초로 제1 SAR 수신 신호를 산출할 수 있다(S40). 두 신호의 합성곱은 주파수 영역에서 곱으로 표현 가능하므로, 제1 SAR 수신 신호는 SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱으로 산출될 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 SAR 수신 신호(S(n, f))는 S(n, f) = U(n, f)V(n, f)에 따라 산출될 수 있다. 여기서 U(n, f)는 참조 신호, V(n, f)는 SAR 영상 모델이다. 예를 들어, 참조 신호(U(n, f))가 SAR 영상 중심에서 반사율이 1인 점표적으로부터 반사되어 수신되는 신호인 경우, 참조 신호(U(n, f))는 U(n, f) = exp(-j(4πfcR0(m)/c))Q(n, f) 에 따라 산출될 수 있다. 여기서, fc는 중심주파수, R0(m)는 SAR 영상 중심에서 m번째 SAR 안테나까지의 경사거리, Q(n, f)는 주파수 영역에서의 SAR 송신 신호에 사용된 기저대역 신호, n은 신호의 펄스 index, f는 신호의 펄스 주파수, c는 빛의 속도이다. 참조 신호는 도 2의 메모리(도 2의 20)에 미리 저장된 데이터를 기초로 산출될 수 있다.
제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호로 변환할 수 있다(S50). 제1 수신 신호는 주파수 영역에서의 기저대역(baseband) 수신 신호일 수 있다. 제2 SAR 수신 신호는 주파수 영역의 제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환하여 산출된 시간 영역의 신호일 수 있다.
제2 SAR 수신 신호를 기초로 SAR 데이터를 생성할 수 있다(S60). 일 실시예에 따라, SAR 데이터는 실제 SAR에서 획득된 데이터가 아닌 위성 광학영상으로부터 생성된 SAR 모의 원시데이터(raw data) 일 수 있다.
도 4 내지 도 5는 임의의 지형에 대해 본 발명에 따른 SAR 데이터를 기초로 생성된 SAR 영상을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 지형에 대한 위성 광학영상의 일 예를 도시한다. 도 4a의 위성 광학영상은 고도에서 우주로부터 지구 표면을 관측하고 기록하는 데 사용되고, 광학 카메라를 탑재한 인공위성을 통해 촬영될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 위성 광학영상을 이용한 SAR 모의 영상의 일 예를 도시한다.
도 4b를 참조하면, 도 4a에 도시된 임의의 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 생성된 SAR 모의 영상의 일 예를 도시한다.
위성 광학영상과 SAR 영상의 가장 큰 특징 차이 중 하나는 입자잡음효과(speckle)이다. 입자잡음효과(speckle)는 SAR 영상의 고유한 특징 중 하나로, 주로 잡음 현상을 나타낼 수 있다. speckle은 SAR 영상의 픽셀 영역 내에서 밝기 또는 반사 강도가 불규칙하게 변동하는 현상일 수 있다. speckle은 SAR 영상에서 대상 또는 지형의 특징을 왜곡시킬 수 있으며, 영상의 시각적 품질을 감소시킬 수 있다. 위성 광학영상에서는 주로 공기 중의 대기 조건, 구름, 햇빛 등의 광학적 요소로 인해 speckle 현상이 발생하지 않으나, SAR 영상에서는 전파의 상호 간섭과 반사로 인해 여러 개의 파장이 합쳐져서 speckle 현상이 발생할 수 있다. 예컨대, 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하는 것은 이미지 시뮬레이션 및 특수 효과를 적용하는 목적으로 수행될 수 있다. 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하는 것은 영상 내 먼지 및 입자 추가, 빛의 반사와 굴절 효과 적용, 색상 및 투명도 조절 등을 통해 적용될 수 있다.
도 4b에 도시된 SAR 모의 영상은 도 4a에 도시된 위성 광학영상의 픽셀 밝기(intensity) 및 임의의 분포를 갖는 잡음 모델의 요소별 곱셈(element-wise product)을 기초로 생성될 수 있다. 도 4b의 SAR 모의 영상로부터 도 5의 영상을 생성하는데 기초가 되는 SAR 데이터를 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 데이터를 SAR 영상처리를 통해 획득한 영상의 일 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 도 4에 따라 생성된 SAR 모의 영상을 기초로 SAR 영상 모델을 산출하고, SAR 영상 모델을 기초로 생성된 SAR 수신 신호를 이용해 모의된 SAR 원시데이터를 SAR 영상처리하여 획득한 영상의 일 예를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, SAR 데이터는 실제 SAR 에서 획득된 데이터가 아닌, 도 4a에 도시된 위성 광학영상으로부터 획득된 SAR 모의 원시데이터일 수 있다. 따라서, 실제 지형 정보를 포함하는 위성 광학영상에 따라 다양한 지형에 대한 SAR 모의 데이터를 생성할 수 있고, 실제 SAR 원시데이터에 가까운 데이터를 모의할 수 있다. 도 5에 도시된 영상의 획득 과정을 살펴보면, 도 4b에 도시된 SAR 모의 영상을 기초로 반사율 지도 모델을 생성할 수 있다. 상기 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역으로 변환하고, Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델을 산출할 수 있다. 상기 SAR 영상 모델을 기초로 SAR 데이터를 생성하여, SAR 데이터를 SAR 영상처리함으로써 도 5에 도시된 영상을 획득할 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10 : 컴퓨팅 장치
20 : 메모리
30 : 프로세서
100 : SAR 모델 산출부
110 : SAR 모의 영상 획득부
120 : 반사율 지도 모델 산출부
130 : SAR 영상 모델 산출부
200 : SAR 데이터 생성부
210 : 제1 SAR 수신 신호 산출부
220 : 제2 SAR 수신 신호 산출부
230 : SAR 원시데이터 생성부
1000 : SAR 데이터 생성 시스템

Claims (10)

  1. 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 합성개구면레이다(SAR) 모의 영상을 획득하는 단계;
    상기 SAR 모의 영상으로부터 상기 SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델을 산출하는 단계;
    상기 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하고, Polar Format 역처리하여 SAR 영상 모델을 산출하는 단계;
    상기 SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱을 기초로 제1 SAR 수신 신호를 산출하는 단계;
    상기 제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 제2 SAR 수신 신호를 기초로 SAR 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 참조 신호는 상기 SAR 모의 영상의 중심에서 반사율이 1인 점표적으로부터 반사되어 수신되는 신호인 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 SAR 모의 영상(Ia(x, y))은,
    임의의 분포를 갖는 잡음 모델 및 상기 위성 광학영상의 픽셀 밝기(intensity)의 요소별 곱셈(element-wise product)을 기초로,
    Ia(x, y) = B(x, y) Ib(x, y)에 따라 산출되고,
    여기서, B(x, y)는 상기 임의의 분포를 갖는 잡음 모델, Ib(x, y)는 상기 위성 광학영상의 픽셀 밝기, x, y는 각각 직교좌표계에서의 x좌표, y좌표인 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 반사율 지도 모델(a(x, y))은,
    상기 SAR 모의 영상(Ia(x, y))을 기초로 생성되고,
    a(x, y) = 에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 SAR 영상 모델(V(n, f))은,
    V(n, f) = P-1[F{a(x, y)}]에 따라 산출되고,
    여기서, n은 상기 SAR 영상 모델의 펄스 index, f는 상기 SAR 영상 모델의 펄스 주파수, F(A)는 A를 2차원 고속 푸리에 변환하는 함수, P-1(A)는 A를 Polar Format 역변환하는 함수인 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 SAR 수신 신호(S(n, f))는 상기 SAR 영상 모델(V(n, f)) 및 상기 참조 신호의 합성곱으로,
    S(n, f) = U(n, f)V(n, f)에 따라 산출되고,
    여기서 U(n, f)는 상기 참조 신호인 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 참조 신호(U(n, f))는,
    U(n, f) = exp(-j(4πfcR0(m)/c))Q(n, f) 에 따라 산출되고,
    여기서, fc는 중심주파수, R0(m)는 상기 SAR 영상 중심에서 m번째 SAR 안테나까지의 경사거리, Q(n, f)는 주파수 영역에서의 SAR 송신 신호에 사용된 기저대역 신호, n은 신호의 펄스 index, f는 신호의 펄스 주파수, c는 빛의 속도인 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    매개변수를 입력받는 단계를 더 포함하고,
    상기 매개변수는 SAR 안테나 이득, 송신대역폭, 펄스 폭, 및 SAR 플랫폼의 항법 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 방법.
  8. 컴퓨팅 장치를 이용하여 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  9. 위성 광학영상으로부터 SAR 영상 모델을 산출하는 SAR 모델 산출부, 및 상기 SAR 영상 모델로부터 SAR 데이터를 생성하는 SAR 데이터 생성부를 포함하고,
    상기 SAR 모델 산출부는,
    상기 위성 광학영상에 입자잡음효과(speckle)를 적용하여 SAR 모의 영상을 획득하는 SAR 모의 영상 획득부;
    상기 SAR 모의 영상으로부터 상기 SAR 모의 영상 내 표적의 반사율 지도 모델을 산출하는 반사율 지도 모델 산출부; 및
    상기 반사율 지도 모델을 2차원 고속 푸리에 변환하고, Polar Format 역처리하여 상기 SAR 영상 모델을 산출하는 SAR 영상 모델 산출부를 포함하고,
    상기 SAR 데이터 생성부는,
    상기 SAR 영상 모델 및 참조 신호의 합성곱을 기초로 제1 SAR 수신 신호를 산출하는 제1 SAR 수신 신호 산출부;
    상기 제1 SAR 수신 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 제2 SAR 수신 신호로 변환하는 제2 SAR 수신 신호 산출부; 및
    상기 제2 SAR 수신 신호를 기초로 상기 SAR 데이터를 생성하는 SAR 원시데이터 생성부를 포함하고,
    상기 참조 신호는 상기 SAR 모의 영상의 중심에서 반사율이 1인 점표적으로부터 반사되어 수신되는 신호인 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 SAR 모델 산출부는,
    SAR 안테나 이득, 송신대역폭, 펄스 폭, 및 SAR 플랫폼의 항법 정보를 포함하는 매개변수를 입력받는 것을 특징으로 하는 SAR 데이터 생성 시스템.
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