KR20120025832A - 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정시스템 및 방법 - Google Patents

스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템 및 방법에 관한 것으로, 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하는 일측 밀리미터파 수신모듈(10) 및 타측 밀리미터파 수신모듈(10')과; 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 일측 밀리미터파영상을 획득하여 송신하는 일측 영상신호 송신부(20) 및 타측 영상신호 송신부(20')와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')의 송신 신호를 수신처리하여 은닉물체(A)의 거리를 구하는 일측 영상신호 수신처리부(30) 및 타측 영상신호 수신처리부(30')로 구성되어 스테레오스코픽(stereoscopic) 수동형 밀리미터파(PMMW: passive millimeter wave) 라디오메트릭(radiometric) 영상 획득 시스템을 이용함으로써 은닉물체의 검색뿐만 아니라 은닉된 물체의 거리를 용이하게 추정할 수 있고, 보안장치가 없는 실외공간에도 간편하게 채용하여 은닉물체의 3차원 위치추적이 가능하므로 의복이나 가방 등에 숨겨진 위험물질 등 은닉물체의 위치추적이 가능하면서도 시스템의 구성이 간편하여 경제적 활용도가 높을 뿐만 아니라 운동경기장, 역광장, 공연장 또는 군사시설 등 다수의 대중이 운집할 수 있는 곳에 채용하여 테러나 은닉물체에 의한 공격을 사전에 방지할 수 있어 보안이나 국방 등에 효율적으로 활용할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정시스템 및 방법{Distance estimation system of concealed object using stereoscopic passive millimeter wave imaging and method thereof}
본 발명은 물체에서 발산하는 밀리미터파를 수신하여 영상을 구성함으로써 은닉물체을 검색하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테레오스코픽(stereoscopic) 수동형 밀리미터파(PMMW: passive millimeter wave) 라디오메트릭(radiometric) 영상 획득 시스템을 이용하여 은닉물체의 검색뿐만 아니라 은닉물체의 거리를 추정할 수 있는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템 및 방법에 관한 것이다.
밀리미터파(milimeter wave)는 파장대가 대략 1㎜ ? 1㎝인 전자기파(elect romagnetic wave)이고, 수동형 밀리미터파 영상획득 장치는 적외선 카메라와 같이 물체가 간직하고 있는 열에서 기인되는 열복사(thermal radiation 또는 blackbody radiation)로 복사되는 전자기파 중 밀리미터 파장대의 에너지를 수집하는 광학적 특성을 지닌 라디오메트릭 시스템이다.
특히 밀리미터파는 일반적인 레이더(radar)에 사용하는 마이크로파의 파장보다는 짧으므로 레이더에서 불가능한 결상장치를 제작하여 영상을 얻을 수 있고, 렌즈(lens)나 반사경(reflector)을 사용하여 에너지를 집적할 수 있으므로 휴대용(p ortable) 카메라 형태로 제작이 가능하다.
따라서 밀리미터파는 옷, 플라스틱, 종이를 큰 감쇄 없이 투과할 수 있어 의복 속에 숨긴 금속, 액체 등 물질의 탐지가 가능하므로 공항 등에서 은닉물체의 탐지에 많이 사용될 뿐만 아니라 수증기, 가스 등에 의한 감쇄도가 낮아 비, 구름, 안개, 연기, 먼지 등의 영향을 적게 받으므로 기상조건이 나빠 가시영상의 획득이 어려운 경우에 항공기의 안전을 위한 장비로도 사용되고 있다.
그러나 밀리미터파는 가시광선 파장대에 비하여 파장이 길기 때문에 해상도를 높이기 위해서는 개구(aperture)의 크기가 커야하는 제약이 따르게 되고, 이러한 제약으로 밀리미터파 영상은 통상적으로 해상도가 낮게 된다.
그러므로 밀리미터파를 이용하여 은닉물체를 탐지할 때에는 밀리미터파장대의 수동형 열복사 신호가 실온에서 미약하고 영상시스템은 잡음 등의 영향에 민감하므로 잡음에 강한 고감도, 고이득 시스템이 요구되는 실정이며, 특히 밀리미터파 영상에서 구분 가능한 온도의 해상도는 적분시간(intergrating time)에 비례하므로 일반적으로 밀리미터파 영상은 가시광선 영상에 비하여 획득시간이 길고 해상도와 명암도가 낮고 잡음이 심하게 된다.
상기한 실정을 고려하여 개발된 종래의 은닉물체를 탐지기술로서, 특허등록 제0832466호의 "수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법"이 등록특허공보에 게시되어 있다.
상기 특허등록 제0832466호의 "수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법"은 도 1에 도시한 바와 같이 밀리미터파를 이용한 은닉 물체 감지 장치에 있어서, 일렬로 배열 구성되어 검색자의 스캔 동작에 따라 검색 대상으로부터 방출되는 밀리미터파를 검색 범위를 균일하게 분할하여 획득하는 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(1)과, 상기 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(1)로부터 나오는 직류전압을 증폭하는 증폭부(2)와, 증폭된 직류 전압을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(3)와, 가속도 센서(7)의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 상기 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(1)을 통하여 구해진 밀리미터파 영상이 재구성되도록 제어하여, 검색자의 스캔 속도에 관계없이 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파 영상을 획득할 수 있도록 제어하는 마이크로컨트롤러(4)와, 상기 마이크로컨트롤러(4)에 의해 처리된 신호를 무선 송신하는 무선 송신 모듈(5)과, 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(6) 및, 검색자에 의한 스캔시에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(1)의 이동을 감지하여 밀리미터파 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용하기 위한 본체의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 출력하는 가속도 센서(7)로 이루어지는 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(A)와; 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(A)의 무선 송신 모듈(5)에서 전송된 데이터를 수신하는 무선 수신 모듈(1')과, 수신된 데이터를 처리하여 영상으로 구성하는 제 1, 2 영상 출력장치(2', 3')로 이루어지는 영상 신호 처리부(B)로 구성되어 있다.
그러나 상기한 구성의 특허등록 제0832466호의 "수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법"은 하나의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(1)을 이동시키면서 은닉물체를 스캔하여 은닉물체의 분활 영상을 획득하고, 획득한 분활 영상을 합성하여 전체 영상을 재구성하는 것이기 때문에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(1)을 일정한 속도로 이동시키기 위한 각종 수단들을 필요로 하여 은닉 물체 감지 장치의 구성이 복합해 짐은 물론 구성에 소요되는 경비의 증가가 초래되어 경제성이 결여되는 결점이 있었다.
뿐만 아니라 상기한 특허등록 제0832466호는 은닉물체의 위치를 파악하기 위해 필수적으로 필요한 은닉물체의 거리 추정이 불가능하다고 하는 문제점도 있었다.
또 다른 종래의 은닉물체를 탐지기술로서, 특허공개 제2009-92660호의 "CCD 영상으로 보정하는 나노구조 반도체 소자를 이용한 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치"가 공개특허공보에 게시되어 있다.
상기 특허공개 제2009-92660호의 "CCD 영상으로 보정하는 나노구조 반도체 소자를 이용한 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치"는 도 2에 도시한 바와 같이 일련의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈, 그리고 이들로부터 나오는 직류전압을 증폭하는 증폭부, 증폭된 직류 전압을 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 이용해서 디지털 신호로 변환하는 변환부, 물체의 이동을 감지하고 정해진 위치를 통과하는 물체로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 획득하도록 신호를 주는 이동감지부, CCD 영상을 획득하는 CCD 카메라, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈이 획득한 신호를 CCD 영상과 연동하여 재구성하고 의심이 되는 부분을 beamforming 기법을 수행하여 수동 밀리미터파 신호를 보정한 후 CCD 영상과 혼합하여 영상을 재구성하는 디지털 신호 처리 프로세서, 그리고 이를 영상으로 출력하는 모니터로 구성되어 있다.
그러나 상기한 구성의 특허공개 제2009-92660호는 CCD 모듈로 이루어지는 수많은 CCD 카메라가 필요하게 되어 그에 따른 경비의 상승으로 경제성이 결여되는 결점이 있을 뿐만 아니라 이 또한 은닉물체의 위치를 파악하기 위해 필수적으로 필요한 은닉물체의 거리 추정이 불가능하다고 하는 문제점도 있었다.
본 발명의 발명자는 상기한 종래 기술들에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점 들을 해소하고자 연구를 거듭한 결과, 최소한 하나 이상의 입체영상 쌍(st ereoscopic image pair; 이하, "스테레오스코픽 영상 쌍"이라 함)을 이용하고, 클러스터링(clustering) 방법을 채용하면, 쉽게 은닉물체의 거리를 추정할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 밀리미터파 영상과 가시광선 영역의 영상에는 차이가 있지만, 깊이 방향으로 배열된 두 물체를 구분하기 위해 최소한 하나 이상의 스테레오스코픽 영상 쌍(stereosco pic image pair)을 필요로 하는 것은 동일하다.
스테레오스코픽 영상 쌍이란 하나의 대상을 일정 거리를 둔 두 개의 동일한 영상시스템에서 서로 다른 두 방향에서 본 영상으로서, 이 영상 쌍은 방향의 차이에 의해 주어진 시차정보를 포함하고 있어 이 시차정보의 획득에 의해 영상 내 대상간의 상대적인 거리 정보와 대상까지의 실제 거리 계산이 가능하게 되는 것이다.
또한 영상 분할(image segmentation)은 영상에서 특정한 물체나 관심이 있는 영역을 다른 부분과 구분하는 작업이며, 분할을 통하여 영상을 의미가 있고 해석할 수 있는 표현으로 단순화할 수 있으므로 영상분할은 임계값 결정, Active Contour 등 여러 가지 방법이 있지만 본 발명에서는 클러스터링(clustering) 방법을 사용하였다.
클러스터링 또는 비교사학습(unsuperivsed learning) 이란 사전의 어떤 정보도 없이 임의의 데이터 집합을 의미 있는 두 개 이상의 그룹 또는 클러스터로 분리하는 방법으로서, 대표적인 클러스터링 방법에는 non-parametric 접근방법인 vector quantization(벡터양자화) 방법과 parameteric 방법인 Gaussian mixture modeling 방법이 있다.
이러한 영상 분할은 의료 영상, 위성 영상에서 도로, 숲 등과 같은 대상의 검출, 얼굴 인식, 지문 인식, 자동 교통제어 시스템, 기계 시각 (machine vision) 등과 같은 여러 분야에서 적용된다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 은닉물체을 검색기술 들에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 스테레오스코픽(stereoscopic) 수동형 밀리미터파(PMMW: passive millimeter wave) 라디오메트릭(radiometric) 영상 획득 시스템을 이용함으로써 은닉물체의 검색뿐만 아니라 은닉된 물체의 거리를 용이하게 추정할 수 있는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 보안장치가 없는 실외공간에도 간편하게 채용하여 은닉물체의 3차원 위치추적이 가능하므로 의복이나 가방 등에 숨겨진 위험물질 등 은닉물체의 위치추적이 가능하면서도 시스템의 구성이 간편하여 경제적 활용도가 높은 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 3차원 위치추적이 가능하여 운동경기장, 역광장, 공연장 또는 군사시설 등과 같은 다수의 대중이 운집할 수 있는 곳에 채용하여 은닉물체를 검색하고 거리를 추정함으로써 테러나 은닉물체에 의한 공격을 사전에 방지할 수 있어 보안이나 국방 등에 효율적으로 활용할 수 있는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템은 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하는 일측 밀리미터파 수신모듈(10) 및 밀리미터파 수신모듈(10')과; 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 일측 밀리미터파영상을 획득하여 송신하는 일측 영상신호 송신부(20) 및 타측 영상신호 송신부(20')와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')의 송신 신호를 수신처리하여 은닉물체(A)의 거리를 구하는 일측 영상신호 수신처리부(30) 및 타측 영상신호 수신처리부(30')로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법은 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 밀리미터파 수신모듈(10, 10')로 수신하는 밀리미터파 신호 수신단계(S1, S1'단계)와; 영상신호 송신부(20, 20')로 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 밀리미터파 영상신호 획득단계(S2, S2'단계)와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')가 각각 획득한 밀리미터파 영상신호를 송신하는 영상신호 송신단계(S3, S3'단계)와; 상기 영상신호 송신단계(S3, S3'단계)의 송신신호를 수신하여 전 처리하는 신호수신 전 처리단계(S4, S4')와; 상기 전 처리단계(S4, S4')를 거친 밀리미터파 영상신호의 데이터집합을 영상분할기(33, 33')를 이용해 분할하는 클러스터링단계(S5, S5'단계)와; 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pl)를 구하는 화소위치 획득단계(S6단계) 및 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pr)를 구하는 화소위치 획득단계(S6'단계)와; 상기 x방향 화소위치(pl, pr)로부터 은닉물체(A)의 거리를 추정하는 은닉물체 거리추정단계(S7단계)와; 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)의 거리 추정결과를 디스플레이하는 디스플레이단계(S8단계) 및; 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)의 거리 추정결과에 따라 경보하는 경보단계(S9단계)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 스테레오스코픽(stereoscopic) 수동형 밀리미터파(PMMW: passive millimeter wave) 라디오메트릭(radiometric) 영상 획득 시스템을 이용함으로써 은닉물체의 검색뿐만 아니라 은닉된 물체의 거리를 용이하게 추정할 수 있고, 보안장치가 없는 실외공간에도 간편하게 채용하여 은닉물체의 3차원 위치추적이 가능하므로 의복이나 가방 등에 숨겨진 위험물질 등 은닉물체의 위치추적이 가능하면서도 시스템의 구성이 간편하여 경제적 활용도가 높을 뿐만 아니라 운동경기장, 역광장, 공연장 또는 군사시설 등과 같은 다수의 대중이 운집할 수 있는 곳에 채용하여 은닉물체를 검색하고 거리를 추정함으로써 테러나 은닉물체에 의한 공격을 사전에 방지할 수 있어 보안이나 국방 등에 효율적으로 활용할 수 있는 각별한 장점이 있다.
도 1은 종래 은닉물체 감지장치의 구성도,
도 2는 종래 은닉물체 검색 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 밀리미터파 영상 획득장치의 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 영상신호 송신부의 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 영상신호 수신처리부의 블록 구성도,
도 6은 영상신호 송신부의 스캐닝에 의한 화소의 획득과정을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정방법의 실행 순서도,
도 8의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 방법 실시 단계에 따라 획득되는 영상을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 밀리미터파 영상 획득장치의 개념도, 도 4는 본 발명에 따른 영상신호 송신부의 블록 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 영상신호 수신처리부의 블록 구성도, 도 6은 영상신호 송신부의 스캐닝에 의한 화소의 획득과정을 나타낸 도면, 도 7은 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정방법의 실행 순서도, 도 8의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 방법 실시 단계에 따라 획득되는 영상을 나타낸 도면으로서, 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템은 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하는 일측 밀리미터파 수신모듈(10) 및 타측 밀리미터파 수신모듈(10')과; 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 일측 밀리미터파영상을 획득하여 송신하는 일측 영상신호 송신부(20) 및 타측 영상신호 송신부(20')와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')의 송신 신호를 수신처리하여 은닉물체(A)의 거리를 구하는 일측 영상신호 수신처리부(30) 및 타측 영상신호 수신처리부(30')로 구성되어 있다.
상기 밀리미터파 수신모듈(10)과 밀리미터파 수신모듈(10')는 동일한 구성을 갖는 것으로서, 카세인그레인 안테나, 유전체 렌즈, 표준형 안테나, 도파관 중 어느 하나가 사용되고, 각각은 밀리미터파 대역을 수신하는 N 개의 표준형 안테나(10a ? 10n)로 구성하는 것이 바람직하고, 상기 표준형 안테나(10a ? 10n)는 혼, 슬롯, 로드형태의 안테나 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 밀리미터파 수신모듈(10) 및 밀리미터파 수신모듈(10') 각각은 수직방향과 수평방향으로 일정한 스캔닝 각도(α)로 회전 가능하게 구성되고, 상기 영상신호 송신부(20, 20') 각각은 스테레오 베이스라인 상에 일정거리(b) 떨어져 설치되는 것이 바람직하다.
상기 영상신호 송신부(20)와 영상송신부(20')는 동일한 구성을 갖는 것으로서, 각각은 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10')의 표준형 안테나(10a ? 10n) 각각을 통해 수신한 통해 수신된 밀리미터파 영상신호를 변조하는 N 개의 변조기(21a ? 21n)와; 상기 변조기(21a ? 21n)로부터 출력되는 변조된 신호를 증폭하는 N 개의 증폭기((22a ? 22n)와; 상기 증폭기(22a ? 22n)로 증폭된 신호를 검출하는 N 채널 검지기(23)와; 상기 N 채널 검지기(23)로 검출한 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(24)와; 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10')인 주사장치의 스캔 방향을 제어하는 주사장치 제어기(25)와; 주사장치의 제어상태를 감지하는 센서기(26)와; 상기 A/D변환기(24)에서 무선송신모듈(28)로 인가되는 신호를 제어하는 제어기(27)와; 입력된 신호를 송신안테나(28a)를 통해 송신하는 무선송신모듈(28) 및; 상기 영상신호 송신부(20, 20')에 전원을 공급하는 전원 공급부(29)로 구성되어 있다.
또한, 상기 영상신호 수신처리부(30)와 영상신호 수신처리부(30')는 동일한 구성을 갖는 것으로서, 각각은 상기 영상신호 송신부(20, 20')의 무선송신모듈(28)로부터 전송되는 밀리미터파 영상신호를 수신하는 수신안테나(31a)를 구비하는 무선수신모듈(31)과; 상기 무선수신모듈(31)의 출력신호를 전처리하는 영상 전 처리기(32, 32')와; 상기 영상 전 처리기(32, 32')의 출력신호로부터 영상을 분할하는 영상분할기(33, 33')와; 상기 영상분할기(33, 33')의 출력으로부터 은닉물체(A)의 거리를 구하는 거리추정기(34)와; 상기 거리추정기(34)의 추정거리를 디스플레이하는 모니터(35)와; 상기 거리추정기(34)의 추정거리에 따라 위험성을 경고하는 경보기(36) 및; 상기 영상신호 수신처리부(30, 30')에 전원을 공급하는 전원 공급부(37)로 구성되어 있다.
한편, 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법은 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 밀리미터파 수신모듈(10, 10')로 수신하는 밀리미터파 신호 수신단계(S1, S1'단계)와; 영상신호 송신부(20, 20')로 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 밀리미터파 영상신호 획득단계(S2, S2'단계)와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')가 각각 획득한 밀리미터파 영상신호를 송신하는 영상신호 송신단계(S3, S3'단계)와; 상기 영상신호 송신단계(S3, S3'단계)의 송신신호를 수신하여 전 처리하는 신호수신 전 처리단계(S4, S4')와; 상기 신호수신 전 처리단계(S4, S4')를 거친 밀리미터파 영상신호의 데이터집합을 영상분할기(33, 33')를 이용해 분할하는 클러스터링단계(S5, S5'단계)와; 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pl)를 구하는 화소위치 획득단계(S6단계) 및 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pr)를 구하는 화소위치 획득단계(S6'단계)와; 상기 x방향 화소위치(pl, pr)로 부터 은닉물체(A)의 거리를 추정하는 은닉물체 거리추정단계(S7단계)와; 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)의 거리 추정결과를 디스플레이하는 디스플레이단계(S8단계 ) 및; 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)의 거리 추정결과에 따라 경보하는 경보단계(S9단계)로 이루어진다.
상기 클러스터링단계(S5, S5')에서의 클러스터링은 non-parametric 접근방법인 벡터양자화(vector quantization) 방법 또는 parameteric 방법인 가우시안 혼합모형화(Gaussian mixture modeling) 방법으로 실행된다.
다음에 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용에 대하여 설명한다,
먼저 도 3에 도시한 바와 같이 영상신호 송신부(20) 및 타측 영상신호 송신부(20')가 스테레오 베이스라인 상에 거리(b) 만큼 떨어져 위치하고 있다고 가정하고, 영상신호 송신부(20)가 획득한 영상을 왼쪽영상, 영상신호 송신부(20')가 획득한 영상을 오른쪽영상이라고 하면, 왼쪽영상과 오른쪽영상은 한 쌍의 스테리오 영상 쌍을 이루게 된다.
따라서, 은닉물체(A)는 공통된 시야에 놓여있어 두 영상신호 송신부(20, 20') 모두에 의해 획득되며, 은닉물체(A)의 대응점의 물리적인 거리는 x방향(스테레오 베이스라인방향)으로 각각 xl과 xr이고, 화소위치는 pl과 pr 이라고 하고, 안테나(10, 10')의 회전 각도인 스캐닝 각도를 α라고 하면, xl - xr = si ㆍα ㆍ(pl - pr)의 관계가 성립한다.
y 방향(높이방향)의 거리는 동일하다고 가정하면, 도 3에서 구하고자 하는 은닉물체의 거리(s0)는 z방향으로의 거리로 된다.
도 6은 본 발명에 따른 영상신호 송신부의 스캐닝에 의한 화소의 획득과정을 나타낸 도면으로서, 영상신호 송신부(20, 20')로 래스터스캐닝을 통하여 영상을 획득하고, 영상평면(P) 상의 각 화소(Ic)는 영상신호 송신부(20, 20')에 설치된 안테나(10, 10')가 회전하면서 적분시간 동안에 얻은 에너지의 값이다.
그러므로 xl - xr = si ㆍα ㆍ(pl - pr)의 관계가 성립한다.
다음에 도 3 내지 도 6을 참조하여 도 7의 순서도에 따라 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법의 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저 밀리미터파 수신모듈(10, 10')가 수직방향과 수평방향으로 스캐닝 각도(α) 범위로 회전하면서 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하고(S1, S1'단계), 밀리미터파 수신모듈(10, 10')에 수신된 밀리미터파 신호로부터 영상신호 송신부(20, 20')는 밀리미터파 영상신호를 획득한다(S2, S2'단계).
영상신호 송신부(20, 20')에 의해 획득된 밀리미터파 영상신호는 영상신호 송신부(20, 20')의 무선송신모듈(28)을 통해 송신되어(S3, S3'단계), 영상신호 수신처리부(30, 30')에 있는 무선수신모듈(31)에 수신된다(S4, S4'단계).
이어서 상기 무선수신모듈(31)에 수신된 신호는 영상분할기(33, 33')에 의해 분할(클러스터링)된다(S5, S5'단계).
여기서 영상분할기(33, 33')에 의한 클러스터링은 사전의 어떤 정보도 없이 임의의 데이터 집합을 의미있는 두 개 이상의 그룹 또는 클러스터로 분리하는 방법으로서, 대표적인 클러스터링 방법에는 non-parametric 접근방법인 벡터양자화(ve ct or quantization) 방법과 parameteric 방법인 가우시안 혼합모형화(Gaussian mixt ure modeling) 방법이 있으며, 이러한 영상 분할은 의료 영상, 위성 영상에서 도로, 숲 등과 같은 대상의 검출, 얼굴 인식, 지문 인식, 자동 교통제어 시스템, 기계 시각 (machine vision) 등 다양한 분야에 적용된다.
그 다음에 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pl)를 구함(S6단계)과 더불어 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pr)를 구한다(S6'단계).
이어서 은닉물체 거리추정단계(S7단계)에서 상기 x방향 화소위치(pl, pr)로 부터 거리추정기(34)에 의해 은닉물체(A)의 거리(s0)를 구하게 되는데, 은닉물체 거리추정단계(S7단계)는 Δp = pl - pr 로 은닉물체(A)의 상대적 화소차(Δp)를 구하는 과정과
Figure pat00001
{b는 영상신호 송신부(20)와 영상신호 송신부(20') 사이의 스테레오 베이스라인 상 거리, α는 밀리미터파 수신모듈(10, 10')의 수직방향과 수평방향으로의 스캐닝 각도}로 은닉물체(A)의 거리(s0)를 추정하는 과정으로 진행된다.
마지막으로 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)에서 추정된 거리를 모니터(35)를 통해 디스플레이함(S8단계)과 더불어 은닉물체 거리추정단계(S7단계)에서의 거리추정 결과에 따라 필요한 경우 경보기(36)를 통해 경보한다(S9단계).
여기서 경보기(36)를 통한 경보는 은닉물체(A)가 위험물인 경우 위험물이 일정거리 이내에 있는 경우 경보를 발하도록 경보기(36)에 일정거리를 미리 설정해둠으로써 가능하게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법으로 영상신호 송신부(20)와 영상신호 송신부(20') 사이의 스테레오 베이스라인 상 거리(b)를 0.5m, 밀리미터파 수신모듈(10, 10')의 수직방향과 수평방향으로의 스캐닝 각도(α)를 0.4°로 하여 실제로 은닉물체(A)의 거리를 추정해본 결과, 도 8의 (a) 내지 (f)로 나타낸 바와 같은 영상을 획득할 수 있었고, 은닉물체(A)의 상대적 화소차(Δp) 28.5, 은닉물체(A)의 거리(s0) 2.51m 가 추정치로 구해져 실제값 2.5m 에 근접하는 것을 확인할 수 있었다.
도 8에서 (a)와 (b)는 영상신호 송신부(20)와 영상신호 송신부(20')로 획득한 한쌍의 밀리미터파 영상이며, (c)와 (d)는 클러스터링단계(S4, S4')에서의 클러스터링으로 벡터양자화(vector quantization) 방법을 이용하여 구한 클러스터링에 대응하는 이진화된 영상이며, (e)와 (f)는 영상 전 처리기(32, 32')로 전 처리한 영상으로서, '*'는 은닉물체(A)의 중심위치를 나타내는 것이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
10, 10' : 밀리미터파 수신모듈 10a ? 10n : 표준형 안테나
20, 20' : 영상신호 송신부 21a ? 21n : 변조기
22a ? 22n : 증폭기 23 : N 채널 검지기
24 : A/D변환기 25 : 주사장치 제어기
26 : 센서기 27 : 제어기
28 : 무선송신모듈 28a : 송신안테나
29 : 전원 공급부 30, 30' : 영상신호 수신처리부
31 : 무선수신모듈 32, 32' : 영상 전 처리기
33, 33' : 영상분할기 34 : 거리추정기
35 : 모니터 36 : 경보기
37 : 전원 공급부 A : 은닉물체
Ic : 화소 P : 영상평면
α : 스캔닝 각도
b : 스테레오 베이스라인 상에 일정거리(영상신호 송신부 사이의 거리)

Claims (11)

  1. 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하는 일측 밀리미터파 수신모듈(10) 및 타측 밀리미터파 수신모듈(10')과; 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 일측 밀리미터파영상을 획득하여 송신하는 일측 영상신호 송신부(20) 및 타측 영상신호 송신부(20')와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')의 송신 신호를 수신처리하여 은닉물체(A)의 거리를 구하는 일측 영상신호 수신처리부(30) 및 타측 영상신호 수신처리부(30')로 구성된 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각은 카세인그레인 안테나, 유전체 렌즈, 표준형 안테나, 도파관 중 어느 하인 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각은 밀리미터파 대역을 수신하는 N개의 표준형 안테나(10a ? 10n)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 표준형 안테나(10a ? 10n)는 혼, 슬롯, 로드 형태의 안테나 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  5. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각은 수직방향과 수평방향으로 일정한 스캔닝 각도(α)로 회전 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 영상신호 송신부(20, 20') 각각은 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10')의 표준형 안테나(10a ? 10n) 각각을 통해 수신한 통해 수신된 밀리미터파 영상신호를 변조하는 N 개의 변조기(21a ? 21n)와; 상기 변조기(21a ? 21n)로부터 출력되는 변조된 신호를 증폭하는 N 개의 증폭기(22a ? 22n)와; 상기 증폭기((22a ? 22n)로 증폭된 신호를 검출하는 N 채널 검지기(23)와; 상기 N 채널 검지기(23)로 검출한 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(24)와; 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10')인 주사장치의 스캔 방향을 제어하는 주사장치 제어기(25)와; 주사장치의 제어상태를 감지하는 센서기(26)와; 상기 A/D변환기(24)에서 무선송신모듈(28)로 인가되는 신호를 제어하는 제어기(27)와; 입력된 신호를 송신안테나(28a)를 통해 송신하는 무선송신모듈(28) 및; 상기 영상신호 송신부(20, 20')에 전원을 공급하는 전원 공급부(29)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 영상신호 송신부(20, 20') 각각은 스테레오 베이스라인 상에 일정거리(b) 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 영상신호 수신처리부(30, 30') 각각은 상기 영상신호 송신부(20, 20')의 무선송신모듈(28)로부터 전송되는 밀리미터파 영상신호를 수신하는 수신안테나(31a)를 구비하는 무선수신모듈(31)과; 상기 무선수신모듈(31)의 출력신호를 전처리하는 영상 전 처리기(32, 32')와; 상기 영상 전 처리기(32, 32')의 출력신호로부터 영상을 분할하는 영상분할기(33, 33')와; 상기 영상분할기(33, 33')의 출력으로부터 은닉물체(A)의 거리를 구하는 거리추정기(34)와; 상기 거리추정기(34)의 추정거리를 디스플레이하는 모니터(35)와; 상기 거리추정기(34)의 추정거리에 따라 위험성을 경고하는 경보기(36) 및; 상기 영상신호 수신처리부(30, 30')에 전원을 공급하는 전원 공급부(37)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정시스템.
  9. 은닉물체(A)에서 방출되는 밀리미터파 신호를 밀리미터파 수신모듈(10, 10')로 수신하는 밀리미터파 신호 수신단계(S1, S1'단계)와; 영상신호 송신부(20, 20')로 상기 밀리미터파 수신모듈(10, 10') 각각을 통해 수신된 신호로부터 밀리미터파 영상신호를 획득하는 밀리미터파 영상신호 획득단계(S2, S2'단계)와; 상기 영상신호 송신부(20, 20')가 각각 획득한 밀리미터파 영상신호를 송신하는 영상신호 송신단계(S3, S3'단계)와; 상기 영상신호 송신단계(S3, S3'단계)의 송신신호를 수신하여 전 처리하는 신호수신 전 처리단계(S4, S4')와; 상기 전 처리단계(S4, S4')를 거친 밀리미터파 영상신호의 데이터집합을 영상분할기(33, 33')를 이용해 분할하는 클러스터링단계(S5, S5'단계)와; 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pl)를 구하는 화소위치 획득단계(S6단계) 및 은닉물체 대응점의 x방향 화소위치(pr)를 구하는 화소위치 획득단계(S6'단계)와; 상기 x방향 화소위치(pl, pr)로 부터 은닉물체(A)의 거리를 추정하는 은닉물체 거리추정단계(S7단계)와; 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)의 거리 추정결과를 디스플레이하는 디스플레이단계(S8단계 ) 및; 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)의 거리 추정결과에 따라 경보하는 경보단계(S9단계)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 클러스터링단계(S5, S5')에서의 클러스터링은 non-parametric 접근방법인 벡터양자화(vector quantization) 방법 또는 parameteric 방법인 가우시안 혼합모형화(Gaussian mixture modeling) 방법으로 실행되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 은닉물체 거리추정단계(S7단계)는 Δp = pl - pr 로 은닉물체(A)의 상대적 화소차(Δp)를 구하는 과정과
    Figure pat00002
    {b는 영상신호 송신부(20)와 영상신호 송신부(20') 사이의 스테레오 베이스라인 상 거리, α는 밀리미터파 수신모듈(10, 10')의 수직방향과 수평방향으로의 스캐닝 각도}로 은닉물체(A)의 거리(s0)를 추정하는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체의 거리 추정방법.
KR1020100087977A 2010-09-08 2010-09-08 스테레오스코픽 수동형 밀리미터파 영상을 이용한 은닉물체 거리 추정시스템 및 방법 KR101248150B1 (ko)

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