KR20150109083A - Method of Distance Adaptive Detection Threshold Value for Infrared Target Detection System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적외선 해상 표적 탐지장치의 탐지성능에 관한 것으로, 특히 해면 반사 클러터의 신호세기가 거리에 반비례하는 특성을 이용함으로써 오경보 및 신호처리 계산량의 감소와 함께 원거리 표적의 탐지성능이 향상될 수 있는 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the detection performance of an infrared marine target detection apparatus, and in particular, by using a characteristic in which the signal intensity of the marine reflection clutter is inversely proportional to the distance, the detection performance of the remote target can be improved The present invention relates to a method of implementing an infrared marine target detection apparatus by applying a distance adaptive detection threshold.
일반적으로 해상 환경에서 운영되는 적외선 탐색 및 추적장비(Infrared Search and Track, 이하 IRST)와 같은 적외선 영상센서 기반 표적탐지장비는 원거리에서 침투하는 저고도 대함 미사일과 같은 소형 위협 표적을 자동으로 탐지 및 추적하는 기능을 요구한다. Infrared image sensor-based target detection devices such as Infrared Search and Track (IRST), which are typically operated in marine environments, automatically detect and track small threat targets, such as low-altitude anti- Function.
그러므로, 해상환경에서 적외선 영상 센서를 사용하는 탐지장비에서는 탐지 문턱값 적용에 의한 효과적인 오경보 감소가 이루어지는 클러터 제거 기법이 필요하고, 더불어 수많은 해면 반사(Sun-glint)의 신호처리 계산량 감소 기술이 요구된다.Therefore, in a detection system using an infrared image sensor in a marine environment, a clutter removal technique that effectively reduces false alarms by applying a detection threshold is required. In addition, a number of techniques for reducing the signal processing amount of sun- do.
이와 같이 해상 환경에서 사용되는 적외선 탐지센서에 문턱값 적용에 의한 클러터 제거기법이 실시됨으로써 오경보를 감소시키고 원거리에서 진입 하는 표적에 대한 조기 탐지 성능을 향상시키며 동시에 클러터에 대한 신호처리 계산량 감소 효과를 얻을 수 있다. In this way, the clutter removal technique is applied to the infrared detection sensor used in the marine environment to reduce the false alarm, improve the early detection performance for the target entering from the long distance, and reduce the signal processing calculation amount for the clutter Can be obtained.
일반적인 적외선 센서는 표적과의 거리정보를 알 수 없는 수동형 센서타입인 관계로 이를 이용한 탐지장비는 탐지 문턱값을 일률적으로 적용할 수밖에 없다. 이로 인하여, 문턱값을 낮추면 표적에 대한 탐지거리 증가와 함께 오경보도 증가하고 반면 문턱값을 높이면 오경보 감소와 함께 탐지거리도 감소됨으로써 성능향상에 한계가 있을 수밖에 없다.Since a general infrared sensor is a passive sensor type which does not know the distance information with respect to the target, the detection device using the infrared sensor can not but apply the detection threshold uniformly. Therefore, if the threshold value is lowered, the detection distance for the target is increased and the false alarm is increased. On the other hand, if the threshold value is increased, the detection distance is reduced along with the false alarm, thereby limiting the performance improvement.
또한, 일반적인 탐지 추적 시스템에서는 해면 반사(Sun-glint)에 의한 오경보 발생 문제뿐만 아니라 동시에 추적 가능한 표적 수가 제한될 수밖에 없다. 이로 인하여, 강한 신호세기를 갖는 클러터에 의해 원거리에서 진입하는 약한 신호세기를 갖는 표적의 추적 기회가 감소하면서 탐지거리도 감소하게 된다.In addition, in general detection tracking systems, not only the problem of false alarm caused by sun-glint but also the number of simultaneously trackable targets can be limited. As a result, the tracking distance of the target with a weak signal intensity entering from a distance by the clutter having a strong signal intensity is reduced, and the detection distance is also reduced.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 적외선 센서의 해면 기준 장착 높이, 센서의 수직시계 및 고각 정보를 이용하여 적외선 영상에서 바다 영역을 구분하고, 바다 영역의 각 수평 라인별로 센서에서 해면까지의 거리 추정이 이루어지고, 공간 필터의 출력값에 대해 거리제곱에 반비례하는 1차 문턱값과 신호대 잡음비에 대한 거리제곱에 반비례하는 2차 문턱값으로 해면반사 클러터가 제거됨으로써 오경보 감소와 신호처리 시간 단축 및 원거리 소형표적의 탐지거리 향상이 가능한 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법의 제공에 목적이 있다.In view of the above, the present invention is based on the idea that the sea area is divided in the infrared image by using the reference height of the sea surface of the infrared sensor, the vertical clock of the sensor and the height information, and the distance from the sensor to the sea surface And a second threshold value inversely proportional to the square of the distance to the signal-to-noise ratio is removed from the output value of the spatial filter to reduce the false alarm and shorten the signal processing time. The object of the present invention is to provide a method of implementing an infrared marine target detection device by applying a distance adaptive detection threshold value capable of improving the detection distance of a small remote target.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법은 적외선 입력 영상에 나타난 바다영역에 대해서 영상화소의 xy좌표중 y좌표 별로 구분되는 각 수평라인에 1~N으로 고유번호를 부여하고, 상기 바다 영역 수평라인의 각각에 대해 센서로부터 해면까지의 거리를 계산하며, 상기 거리정보를 이용하여 거리 적응적 문턱값이 계산되는 문턱값향상단계; 상기 거리 적응적 문턱값으로 최종 표적 후보 플롯이 탐지되는 해상 표적 탐지단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting an infrared ray target by applying a distance-adaptive detection threshold value to an infrared ray input image, the method comprising: A threshold improving step of assigning a unique number from 1 to N to the line, calculating a distance from the sensor to the sea surface with respect to each of the sea area horizontal lines, and calculating a distance adaptive threshold value using the distance information; A marine target detection step in which a final target candidate plot is detected with the distance adaptive threshold value; As shown in FIG.
상기 문턱값향상단계에서, 상기 센서로부터 해면까지의 거리는 센서의 높이, 센서의 고각자세 정보, 센서의 수직시계를 이용하여 상기 바다 영역의 상기 바다 영역 수평라인의 각각에 해당하는 거리가 계산된다.In the threshold improving step, a distance corresponding to each of the sea area horizontal lines of the sea area is calculated using the height of the sensor, the altitude attitude information of the sensor, and the vertical clock of the sensor.
상기 해상 표적 탐지단계는, (a) 상기 적외선 입력 영상에 대하여 공간 필터를 수행해 각 픽셀별 제1 필터 출력이 획득되고; (b) 상기 제1 필터 출력에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 1차 문턱치화를 수행하고, 그 결과로 각 픽셀별 제2 필터 출력이 획득되며; (c) 상기 제2 필터 출력에 대한 클러스터링 수행과 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 계산되어 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지되고; (d) 상기 각 클러스터의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대하여 2차 문턱치화가 수행된 후 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지되고, 상기 C2(i)가 최종 표적 후보 플롯인 것을 특징으로 한다. The resolution target detection step may include: (a) performing a spatial filter on the infrared input image to obtain a first filter output for each pixel; (b) performing a first-order thresholding on the first filter output by applying the calculated distance-adaptive threshold value, resulting in a second filter output for each pixel; (c) performing a clustering on the second filter output and calculating a signal-to-noise ratio for each cluster to detect C 1 (i) as a target candidate plot; (d) C 2 (i) is detected as a final target candidate plot after performing a second-order thresholding on the signal-to-noise ratio of each cluster, and C 2 (i) Plot.
또한, 상기 해상 표적 탐지단계는, (a-1) 상기 적외선 입력 영상에 대하여 공간 필터를 수행해 각 픽셀별 제1 필터 출력이 획득되고; (b-1) 상기 제1 필터 출력에 대해 1차 문턱치화를 수행하고, 그 결과로 각 픽셀별 제2 필터 출력이 획득되며; (c-1) 상기 제2 필터 출력에 대한 클러스터링 수행과 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 계산되어 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지되고; (d-1) 상기 각 클러스터의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 2차 문턱치화가 수행된 후 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지되고, 상기 C2(i)가 최종 표적 후보 플롯인 것을 특징으로 한다.In addition, the resolution target detection step may include: (a-1) performing a spatial filter on the infrared input image to obtain a first filter output for each pixel; (b-1) performing a first-order thresholding on the first filter output, resulting in a second filter output for each pixel; (c-1) performing a clustering on the second filter output and calculating a signal-to-noise ratio for each cluster to detect C 1 (i) as a target candidate plot; (d-1) Applying the calculated distance adaptive threshold value to the signal-to-noise ratio of each cluster, a second thresholding is performed, and C 2 (i) is calculated as a final target candidate plot And C 2 (i) is a final target candidate plot.
또는, 상기 해상 표적 탐지단계는, (a-2) 상기 적외선 입력 영상에 대하여 공간 필터를 수행해 각 픽셀별 제1 필터 출력이 획득되고; (b-2) 상기 제1 필터 출력에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 1차 문턱치화를 수행하고, 그 결과로 각 픽셀별 제2 필터 출력이 획득되며; (c-2) 상기 제2 필터 출력에 대한 클러스터링 수행과 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 계산되어 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지되고; (d-2) 상기 각 클러스터의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 2차 문턱치화가 수행된 후 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지되고, 상기 C2(i)가 최종 표적 후보 플롯인 것을 특징으로 한다.Alternatively, the resolution target detection step may include: (a-2) performing a spatial filter on the infrared input image to obtain a first filter output for each pixel; (b-2) applying the calculated distance adaptive threshold value to the first filter output to perform a first-order thresholding, resulting in a second filter output for each pixel; (c-2) Clustering for the second filter output and signal-to-noise ratio for each cluster is calculated to detect C 1 (i) as a target candidate plot; (d-2) Applying the calculated distance adaptive threshold value to the signal-to-noise ratio of each cluster, a second thresholding is performed, and C 2 (i) is calculated as a final target candidate plot And C 2 (i) is a final target candidate plot.
상기 적외선 영상은 상기 공간필터에 실시간으로 입력된다.The infrared image is input to the spatial filter in real time.
상기 계산된 거리 적응적 문턱값은 상기 각 픽셀별 제1 필터 출력에 대해 거리의 1이상의 정수 n승에 반비례하는 문턱값을 적용하거나, 상기 계산된 거리 적응적 문턱값은 탐지된 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대해 거리의 1이상의 정수 n승에 반비례하는 문턱값을 적용한다.Wherein the calculated distance adaptive threshold value applies a threshold in inverse proportion to an integer greater than or equal to one power of the distance to the first filter output for each pixel or the calculated distance adaptive threshold value is greater than the detected signal- -to-noise ratio), a threshold value which is inversely proportional to one or more integer n-th power of distance is applied.
이러한 본 발명은 해상 배경에서 운용되는 적외선 2D영상에 대한 표적 탐지 처리에서 거리 적응적 문턱치화로 근거리 해면 반사 클러터를 다수 제거함으로써 대용량 영상에 대한 실시간 탐지를 수행하는 IRST(Infrared Search and Track)에서 오경보가 감소되는 효과가 있다.In the present invention, IRST (Infrared Search and Track), which performs real-time detection of a large-sized image by removing a large number of near-surface reflection clusters by distance adaptive thresholding in the target detection processing for an infrared 2D image operated in a marine background, Is reduced.
또한, 본 발명은 1차 문턱값에 대해 적응적 문턱값을 적용해 탐지된 플롯수를 2812에서 564개로 줄여 이후 수행되는 클러스터링을 비롯한 일련의 신호 처리 계산량이 대폭 축소됨으로써 대용량 영상에 대한 실시간 탐지를 수행하는 IRST(Infrared Search and Track)에서 신호처리 계산량이 크게 감소되는 효과가 있다.In addition, the present invention reduces the number of detected plots from 2812 to 564 by applying an adaptive threshold value to the first threshold value, thereby realizing a real-time detection of a large capacity image by greatly reducing a series of signal processing computations including clustering In IRST (Infrared Search and Track), the signal processing complexity is greatly reduced.
또한, 본 발명은 탐지된 모든 플롯중 근거리 강한 신호의 클러터 제거로 원거리에서 진입하는 약한 신호의 표적을 우선 선정되는 상위 순위에 포함될 확률이 크게 높아짐으로써 원거리 소형표적의 탐지 확률 및 탐지거리 향상이 이루어지는 효과가 있다.In addition, the present invention significantly improves detection probability and detection distance of a small-sized target by reducing the clutter of the near-strong signal among all the detected plots, .
도 1은 본 발명에 따른 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법의 동작블록도이고, 도 2는 본 발명에서 센서 높이, 고각자세 및 수직시계를 이용하여 수평선의 y좌표 및 하늘, 바다 영역에 해당하는 센서의 수직시계를 구하기 위한 기하학적 관계를 도시한 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 영상의 수평라인별로 센서로부터 해면까지의 경사 거리를 추정하는 방법 및 그 결과이며, 도 4는 본 발명에 따른 거리에 대한 탐지된 플롯의 신호세기의 그래프로 거리 적응적 1차 문턱치를 적용하였을 때 근거리 클러터를 제거할 수 있는 상태이고, 도 5는 본 발명에 따른 거리에 대한 탐지된 플롯의 신호대 잡음비 그래프로 거리 적응적 2차 문턱치를 적용하였을 때 근거리 클러터를 제거할 수 있는 상태이며, 도 6은 본 발명에 따른 거리 적응적 문턱치를 적용하였을 때 탐지 결과를 비교한 영상이고, 도 7은 본 발명에 따른 거리 적응적 문턱치를 적용하였을 때 탐지된 플롯 수를 비교한 결과이며, 도 8은 본 발명에 따른 거리 적응적 문턱치를 적용하였을 때 탐지된 후보들 중 표적의 순위가 1위가 되는 거리를 비교한 것이다.FIG. 1 is an operational block diagram of a method for implementing an infrared ray target detection apparatus by applying a distance adaptive detection threshold value according to the present invention. FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of detecting an infrared ray target by using a sensor height, FIG. 3 illustrates a method of estimating the slope distance from the sensor to the sea surface according to the horizontal line of the image according to the present invention, and a result thereof. , Figure 4 is a graph of the signal strength of a detected plot for a distance according to the present invention, in which a near-field clutter can be removed when a distance adaptive first-order threshold is applied, FIG. 6 is a state in which the near-field clutter can be removed when a distance-adaptive second-order threshold is applied to a graph of a signal-to-noise ratio of a detected plot. FIG. 7 is a result of comparing the number of detected plots when the distance adaptive threshold according to the present invention is applied, and FIG. 8 is a graph showing a result of comparing the distance adaptive threshold according to the present invention This is the comparison of the distance that the target is ranked first among the candidates detected when the enemy threshold is applied.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.
도 1은 본 발명에 따른 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법을 나타낸다.FIG. 1 shows a method for implementing an infrared marine target detection apparatus by applying a distance adaptive detection threshold value according to the present invention.
S10에서는 2D 적외선 영상(I(x,y))에 대하여 공간 필터가 수행되고, 그 결과로써 각 픽셀별 제1 필터 출력(F1(x,y))이 획득된다. 이때, 상기 2D 적외선 영상(I(x,y))은 공간필터에 실시간으로 입력된다.In S10, a spatial filter is performed on the 2D infrared image I (x, y), and as a result, a first filter output F 1 (x, y) for each pixel is obtained. At this time, the 2D infrared image I (x, y) is input to the spatial filter in real time.
S20에서는 각 픽셀별 제1 필터 출력(F1(x,y))에 대해 1차 문턱치화가 수행되고, 그 결과로써 각 픽셀별 제2 필터 출력(F2(x,y))이 획득된다.In S20, a first thresholding is performed on the first filter output F 1 (x, y) for each pixel, and as a result, a second filter output F 2 (x, y) for each pixel is obtained.
S30에서는 각 픽셀별 제2 필터 출력(F2(x,y))에 대해 클러스터링이 수행됨으로써 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, 이하 SNR)가 계산되고, 그 결과로써 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지된다. 이때, SNR은 노이즈 신호 대비 표적 신호의 세기를 봄으로써 상대적인 신호 세기 크기를 의미한다.In step S30, clustering is performed on the second filter output F 2 (x, y) for each pixel to calculate a signal-to-noise ratio (SNR) for each cluster. As a result, C 1 (i) is detected. In this case, the SNR refers to the magnitude of the relative signal intensity by looking at the intensity of the target signal versus the noise signal.
S40에서는 각 클러스터의 SNR에 대하여 2차 문턱치화가 수행되고, 그 결과로써 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지된다.In S40 it is performed upset second threshold value with respect to the SNR of each cluster, the C 2 (i) as the final target candidate plotted as a result is detected.
하지만, 상기 C2(i)에는 해면 반사(Sun-glint) 클러스터의 신호세기가 거리에 반비례하는 특성이 반영되지 않고, 이를 그대로 이용함으로써 IRST에서는 강한 신호세기를 갖는 클러터에 의해 원거리에서 진입하는 약한 신호세기를 갖는 표적의 추적 기회가 감소하면서 탐지거리도 감소할 수밖에 없다.However, since the characteristic of the signal intensity of the sun-glint cluster is inversely proportional to the distance is not reflected in the C 2 (i), it is possible to use the same as the distance to enter from the distance by the clutter having strong signal intensity The detection range of the target with a weak signal strength is reduced while the detection distance is reduced.
이에, S100과 같이 표적 후보 플롯으로 C1(i)이나 C2(i)가 탐지되기 전 거리에 적응적인 문턱값을 적용하고, 그 결과로 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지됨으로써 표적의 탐지거리 향상과 동시에 효과적인 오경보 제거가 이루어질 수 있다.Thus, adaptive threshold values are applied to distances before C 1 (i) and C 2 (i) are detected in the target candidate plot as in S100, and as a result, C 2 (i) is detected as a final target candidate plot It is possible to improve the detection distance of the target and simultaneously remove the false alarm.
S100은 S100-1의 거리 추정, S100-3의 1차 문턱치화 과정에 대한 거리에 적응적인 문턱값 적용, S100-5의 2차 문턱치화 과정에 대한 거리에 적응적인 문턱값 적용, S100-7의 1차 문턱치화 과정 및 2차 문턱치화 과정에 대한 거리에 적응적인 문턱값 적용으로 구분될 수 있다.S100 is an adaptive threshold applied to the distance for S100-1, a distance to the primary thresholding process of S100-3, an adaptive threshold applied to the distance for the secondary thresholding of S100-5, S100-7 And the adaptive threshold application to the distance to the secondary thresholding process.
S100-1은 센서의 해수면 대비 높이, 고각 자세정보 및 수직시계를 이용하여 영상 내 바다영역에 대하여 각 수평라인별 센서로부터 해면까지의 경사거리를 추정한다.S100-1 estimates the slope distance from the sensor to the sea surface for each horizontal line with respect to the sea area in the image using the height, the altitude attitude information, and the vertical clock of the sensor.
S100-1에서 S100-3을 거쳐 S20, S30, S40으로 이어지는 순차적인 탐지절차가 수행되면, S100-1의 계산된 수평라인별 경사거리가 S100-3을 통해 S20에 전달되고 S10의 필터출력(F1(x,y))에 대한 거리 적응적 문턱값이 적용됨으로써 이어지는 S30에서 크게 줄어든 계산량으로 C1(i)이 획득된다. 그러면, S40에서는 근거리 해면 반사 클러터를 다수 제거한 C2(i)가 획득됨으로써 표적의 탐지거리 향상과 동시에 효과적인 오경보 제거가 이루어진다.When the sequential detection procedure from S100-1 to S100-3 is followed by S20, S30 and S40, the calculated slope distance for each horizontal line in S100-1 is transmitted to S20 in S100-3 and the filter output F 1 (x, y)) is applied to obtain C 1 (i) with a greatly reduced calculation amount at S 30 . Then, in S40, C 2 (i) obtained by removing a large number of near-surface reflection clusters is obtained, thereby improving detection distance of the target and effectively removing false alarms.
이는, 제1타입 거리에 적응적인 문턱값 탐지절차로 정의된다. 이 경우 거리 적응적 문턱값을 적용하는 방식은 각 픽셀별 탐지 필터 출력값에 대해 거리의 n(1이상의 정수) 승에 반비례하는 문턱값을 적용한다.This is defined as a threshold detection procedure adaptive to the first type distance. In this case, a method of applying the distance adaptive threshold value applies a threshold value that is inversely proportional to n (an integer of 1 or more) of the distance to the detection filter output value for each pixel.
S100-1에서 S100-5를 거쳐 S40으로 이어지는 순차적인 탐지절차가 수행되면, S100-1의 계산된 수평 라인별 경사 거리가 S100-5를 통해 S40에 전달되고 S30 결과로 얻어진 표적 후보 C1(i) 각각의 SNR에 대한 거리 적응적 문턱값이 적용되어져 근거리 해면 반사 클러터를 다수 제거한 C2(i)가 획득됨으로써 표적의 탐지거리 향상과 동시에 효과적인 오경보 제거가 이루어진다.When the sequential detection procedure from S100-1 to S100-5 is performed, the calculated slope distance for each horizontal line of S100-1 is transmitted to S40 through S100-5, and the target candidate C 1 ( i) C 2 (i) is obtained by removing a large number of near-surface reflection clusters by applying a distance adaptive threshold value for each SNR, thereby improving detection distance of the target and effectively removing false alarms.
이는, 제2타입 거리에 적응적인 문턱값 탐지절차로 정의된다. 이 경우 거리 적응적 문턱값을 적용하는 방식은 탐지된 각 후보의 신호대 잡음비에 대해 거리의 n(1이상의 정수) 승에 반비례하는 문턱값을 적용한다.This is defined as a threshold detection procedure adaptive to the second type distance. In this case, the method of applying the distance adaptive threshold applies a threshold value inversely proportional to n (an integer of 1 or more) of the distance to the signal-to-noise ratio of each detected candidate.
S100-1에서 S100-7을 거쳐 S20, S30, S40으로 이어지는 순차적인 탐지절차가 수행되면, 탐지절차에 따른 계산량은 S30의 C1(i) 획득 과정에서 크게 줄어들고, 동시에 C(i)로 탐지된 표적 후보 수가 다시 S40의 C2(i) 획득 시 크게 줄어짐으로써 제1,2타입 거리에 적응적인 문턱값 탐지절차대비 계산량과 오경보 성능에 있어서 우수한 성능이 구현될 수 있다.When S100-7 through S100-1 in the sequential detecting process is carried out leads to S20, S30, S40, amount of calculation according to the detection procedure it is greatly reduced from the obtained C 1 (i) the process of S30, at the same time, detected as C (i) the target number of candidates may be a high performance implementation in an adaptive threshold detection process compared to the amount of calculation false alarm performance for the first and second type of distance as again significantly reduced load when picked C 2 (i) in S40.
이는, 제3타입 거리에 적응적인 문턱값 탐지절차로 정의된다. 이 경우 거리 적응적 문턱값을 적용하는 방식은 각 픽셀별 탐지 필터 출력값에 대해 거리의 n(1이상의 정수) 승에 반비례하는 문턱값을 적용하고 탐지된 각 후보의 신호대 잡음비에 대해 거리의 n(1이상의 정수) 승에 반비례하는 문턱값을 적용할 수 있다.This is defined as a threshold detection procedure adaptive to the third type distance. In this case, a method of applying the distance adaptive threshold is to apply a threshold in inverse proportion to n (an integer of 1 or more) of the distance to the detection filter output value for each pixel, and calculate a distance n A positive integer equal to or greater than 1) can be applied.
한편, 도 2내지 도 8은 본 발명의 거리에 적응적인 문턱값 탐지절차에 대한 실시예로서, 이는 입력영상의 바다 영역에 대하여 수평라인별로 센서로부터 해면까지의 경사거리를 추정하고 거리에 적응적인 1차, 2차 문턱값을 적용하는 방법 및 그 결과를 보여준다.2 to 8 illustrate a distance-adaptive threshold value detection procedure according to an embodiment of the present invention. This algorithm estimates the slope distance from the sensor to the sea surface for each horizontal line with respect to the sea area of the input image, The method of applying first and second thresholds and the results are shown.
도 2는 실시를 위한 한 예로서, 센서의 수직시계(β), 센서의 고각 자세정보(α), 센서의 해면 높이(h) 및 지구 반지름(R)을 이용하여 평면과 센서에서 수평선까지의 시선(line of sight)이 이루는 각(θH), 하늘영역에 해당하는 센서의 수직 시계 각(θsky), 바다영역에 해당하는 센서의 수직 시계 각(θsea) 및 영상에서 수평선에 해당하는 y좌표(Hhor)를 계산하는 예를 나타내고, 이러한 계산은 다음 식(1),(2),(3),(4)를 통해 이루어진다. 이 때 영상 최상단 픽셀의 y좌표는 1이며 최하단 픽셀의 y좌표는 영상의 세로 픽셀수(Image Height)로 Hhor는 1과 Image Height 사이의 실수로 계산된다.FIG. 2 shows an example of a method for carrying out an embodiment of the present invention, in which the vertical clock (?) Of the sensor, the altitude attitude information (?) Of the sensor, the sea surface height (h) The angle of the line of sight (θ H ), the vertical angle of the sensor corresponding to the sky area (θ sky ), the vertical angle of the sensor (θ sea ) corresponding to the sea area, y-coordinate shows an example of calculating the (H hor), this calculation is performed by the following formula (1), (2), (3) and (4). In this case, the y coordinate of the top pixel of the image is 1 and the y coordinate of the bottom pixel is the number of pixels of the image (Image Height). H hor is calculated as a real number between 1 and Image Height.
도 3은 수평라인에 해당하는 센서에서 해면까지의 경사 거리를 계산하는 예로서, 이는 본 발명의 거리 적응적 문턱값을 적용하기 위하여 y좌표가 Hhor보다 큰 바다영역(10)에 대해 영상의 상단에서 하단 방향으로 수평 라인 번호를 1,2, ...,N(20-1, 20-2, …, 20-N)으로 순차적으로 부여 한 후 모든 수평라인에 해당하는 센서에서 해면까지의 경사 거리를 계산한다.Figure 3 is an example of calculating the slope distance to the surface of the sea at the sensor corresponding to the horizontal line, which of the image for y-coordinate is larger sea area than H hor (10) to apply drive an adaptive threshold according to the present invention ..., N (20-1, 20-2, ..., 20-N) sequentially from the top to the bottom in the horizontal direction, Calculate the slope distance.
이러한 경우, 평면으로부터 제 i번 수평라인의 시선에 해당하는 경사 각도(θi)와 경사 거리의 산출은 다음 식(5),식(6)을 이용한다.In this case, the following equations (5) and (6) are used to calculate the inclination angle (? I ) and the inclination distance corresponding to the line of sight of the i-th horizontal line from the plane.
이어, 거리제곱에 반비례하는 거리적응적 1차 문턱값 및 2차 문턱값의 하나의 실시예로 식(7), 식(8)로 각각 적용할 수 있다.Next, Equation (7) and Equation (8) can be applied to each of the distance adaptive first-order threshold value and the second-order threshold value which are inversely proportional to the square of distance.
여기서, TH1,0및 TH2,0는 탐지거리를 충족시키기 위하여 진입 시점의 표적 신호세기를 기준으로 상수값으로 설정된 1차 및 2차 문턱값이며 2000m 이하의 거리에 대해서 상기 식7, 식8의 거리 적응적 문턱값을 적용한다.TH 1,0 and TH 2,0 are first and second threshold values set as constant values based on the target signal intensity at the entry point to satisfy the detection distance, 8 distance adaptive threshold is applied.
도 4는 각 경사거리에 대한 탐지된 클러터의 필터 출력 신호세기 및 1개의 항공 표적의 필터 출력 신호세기에 대한 그래프의 예이고, 특히 2000m 이하의 근거리에 대해 식(7)의 거리 적응적 1차 문턱치를 적용하였을 때 문턱값보다 필터 출력 신호가 작은 수많은 클러터를 제거할 수 있음을 예시한다.FIG. 4 is an example of a graph of the filter output signal strength of a detected clutter for each slope distance and the filter output signal strength of one aerial target, and specifically for a distance adaptive 1 of equation (7) It is shown that when the difference threshold is applied, many clutters with a smaller filter output signal than the threshold value can be removed.
도 5는 각 경사 거리에 대한 탐지된 클러터 및 1개의 항공표적의 SNR에 대한 그래프의 예이고, 특히 2000m 이하의 근거리에 대해 식(8)의 거리 적응적 2차 문턱치를 적용하였을 때 문턱값 보다 SNR이 작은 수많은 클러터를 제거할 수 있음을 예시한다.FIG. 5 is an example of a graph of the SNRs of detected clutter and one aerial target for each slope distance, and particularly when a distance adaptive second-order threshold of Equation (8) It is illustrated that many clusters with lower SNR can be removed.
도 6은 기존 상수값 문턱값을 적용하는 방법과 본 발명의 적응적 문턱값을 적용한 결과를 비교한 영상을 나타낸다. FIG. 6 shows an image obtained by comparing a method of applying a conventional constant value threshold value and a result of applying the adaptive threshold value of the present invention.
일례로, 입력영상(1)에 대해 공간 필터 및 1차 문턱값을 적용한 결과 영상(2) 위에 도시된 적색 사각형은 신호대 잡음비(SNR) 기준으로 선정된 상위 N개의 후보를 도시한 것으로 본 발명 미적용(종래의 기법)에서는 대부분 1차 문턱값으로 제거되지 않는 클러터 픽셀들이 다수 존재하며 2차 문턱값 후의 최종 결과에서도 근거리 표적 구간(B)에 탐지된 후보(30-1)가 다수 나타난다. 반면, 본 발명 적용 기법에서는 1차 문턱값 후 근거리 클러터 신호들이 거의 제거 되었으며 2차 문턱값 후의 최종 결과에서도 원거리 표적 구간(A)에 탐지된 후보(30-2)가 다수 나타남을 알 수 있다.For example, the red square shown on the
이러한 예를 통해 알 수 있는 바와 같이, IRST와 같이 대용량 영상에 대한 실시간 탐지를 수행하는 대부분의 탐지/추적 장비는 그 계산량의 제한으로 인하여 탐지된 모든 플롯을 추적할 수 없으며 상위 N개의 플롯만을 선정하여 추적한다. 이때 근거리 강한 신호의 클러터에 의해 원거리에서 진입하는 신호가 약한 표적이 상위 N개의 순위 안에 드는 것을 방해하게 된다.As can be seen from this example, most detection / tracking devices that perform real-time detection of large images, such as IRST, can not track all detected plots due to the limited amount of computation and only select the top N plots . At this time, a signal that enters from a distance by the clutter of the near strong signal interferes with the weak target in the top N ranking.
이러한 조건에서, 본 실시예는 근거리 강한 신호의 클러터를 제거함으로써 원거리 표적이 상위 N개에 포함될 확률을 높일 수 있어 탐지 확률 및 탐지거리를 향상 시킬 수 있고, IRST와 같이 대용량 영상에 대한 실시간 탐지를 수행하는 시스템에서 신호처리 계산량 감소에 매우 효과적인 기법임이 증명될 수 있다.In this condition, the present embodiment can increase the probability that the far target is included in the upper N by removing the clutter of the near strong signal, thereby improving the detection probability and detection distance, and real-time detection Can be proved to be a very effective technique for reducing the computational complexity of signal processing.
도 7은 각각의 적응적 문턱치를 적용하였을 때 탐지된 플롯수를 비교한 것으로 제안한 기법에 의해 수많은 근거리 클러터를 제거할 수 있음을 보여준다.Figure 7 compares the number of detected plots when each adaptive threshold is applied and shows that it is possible to remove many near clusters by the proposed technique.
일례로, 제1타입 거리에 적응적인 문턱값 탐지절차(S100-1에서 S100-3을 거쳐 S20, S30, S40으로 이어지는 순차적인 탐지절차)의 경우, 1차 문턱치에 대해 거리 적응적 문턱값을 적용하면 1차 문턱값 적용 후 탐지된 플롯수를 2812에서 564개로 줄일 수 있다. 그러므로, 이후 수행되는 클러스터링을 비롯한 일련의 신호 처리 계산량이 대폭 줄어짐을 알 수 있다.For example, in the case of a threshold detection procedure adaptive to the first type distance (sequential detection procedure from S100-1 through S100-3 to S20, S30, and S40), a distance adaptive threshold value for the primary threshold If applied, the number of detected plots after applying the first threshold can be reduced from 2812 to 564. Therefore, it can be seen that a series of signal processing computations including clustering performed later is greatly reduced.
제2타입 거리적응적 문턱값 탐지절차(S100-1에서 S100-5를 거쳐 S40으로 이어지는 순차적인 탐지절차)의 경우 2차 문턱치에 대해 거리 적응적 문턱값을 적용하면 최종 탐지된 후보 수를 342에서 85개로 줄일 수 있으며, 제3타입 거리적응적인 문턱값 탐지 절차(S-100에서 S100-7을 거처 S20, S30, S40으로 이어지는 순차적인 탐지절차)의 경우 1, 2차 문턱치에 대해 거리 적응적 문턱값을 적용하면 최종 탐지 후보를 83개로 줄일 수 있다.In the case of the second type of distance adaptive threshold value detection procedure (sequential detection procedure from S100-1 to S100-5), applying the distance adaptive threshold value to the secondary threshold value results in 342 To 85, and in the case of the third type of distance adaptive threshold value detection procedure (sequential detection procedure from S100 to S100-7 to S20, S30, S40), distance adaptation Applying the enemy threshold can reduce the number of final detection candidates to 83.
이러한 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 해상 배경에서 운용되는 2D 적외선 영상(1)에 대한 표적 탐지 처리 시 거리 적응적 문턱치화를 적용함으로서 근거리 해면 반사 클러터를 다수 제거하여 계산량 및 오경보가 감소된다.As can be seen from this embodiment, by applying the distance adaptive thresholding to the target detection processing for the 2D infrared image (1) operating on the marine background, a large number of near-surface reflection clutter is removed to reduce the calculation amount and false alarm .
도 8은 본 발명의 적용으로 표적에 대한 탐지거리의 향상을 예측할 수 있는 그래프를 도시한 것이다. 본발명 적용 여부에 따라 탐지된 클러터들 중 매 프레임 SNR값이 1위인 클러터들의 여러 프레임에 대한 SNR 평균값(40-1, 40-2)보다 표적의 SNR값이 커지는 거리(40-3, 40-4)를 비교하였다. 본 발명의 적용으로 탐지된 클러터의 최대 SNR 평균값이 약 100에서 약 30으로 감소하였고, 이로써 탐지된 클러터 후보들 중에서 표적의 SNR값이 1위가 되는 거리가 약 2700m(40-3)에서 약 5000m(40-5)로 증가된 것을 알 수 있다.Figure 8 shows a graph that can predict the improvement of the detection distance for a target with the application of the present invention. The distance (40-3, 40) at which the SNR value of the target is larger than the SNR average value (40-1, 40-2) for various frames of the clutter having each frame SNR value of the clutter detected according to the present invention -4) were compared. The maximum SNR value of the clutter detected by the application of the present invention was reduced from about 100 to about 30, so that the SNR value of the target among the detected clutter candidates was about 2700 m (40-3) (40-5).
이러한 실시예로부터 근거리 해상 배경의 강한 클러터들을 제거함으로써 상대적으로 표적의 탐지거리를 향상 시킬 수 있음이 증명될 수 있다.It can be proved from this embodiment that the detection distance of the target can be relatively improved by removing the strong clutters of the near-sea background.
1 : 2D 적외선 영상
2: 공간필터 및 1차 문턱값이 적용된 영상
10 : 바다영역
20-1,20-2,20-3,20-4,...,20-N : 제1,2,3,4,...,N 바다 영역 수평라인
30-1 : 근거리 표적
30-2 : 원거리 표적
40-1 : 본 발명 적용 전 1순위 클러터들의 평균 SNR
40-2: 본 발명 적용 후 1순위 클러터들의 평균 SNR
40-3 : 본 발명 적용 전 표적의 순위가 1위가 되는 최대 거리
40-4: 본 발명 적용 후 표적의 순위가 1위가 되는 최대 거리
A : 원거리 표적 구간
B : 근거리 표적 구간1: 2D infrared image 2: Spatial filter and image with first-order threshold
10: Sea area
20-1, 20-2, 20-3, 20-4, ..., 20-N: 1st, 2nd, 3rd, 4th,
30-1: near target 30-2: far target
40-1: Average SNR of the first clutter before applying the present invention
40-2: Average SNR of the first clutter after applying the present invention
40-3: Maximum distance at which the rank of the target is ranked first before application of the present invention
40-4: Maximum distance at which the target is ranked first after applying the present invention
A: distant target section B: near target section
Claims (8)
상기 거리 적응적 문턱값으로 최종 표적 후보 플롯이 탐지되는 해상 표적 탐지단계;
로 수행되는 것을 특징으로 하는 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법,
A unique number is assigned to each of the horizontal lines in the y-coordinate of the xy coordinate of the image pixel from 1 to N with respect to the sea region appearing in the infrared input image, and the distance from the sensor to the sea surface is calculated for each of the sea area horizontal lines A threshold improving step of calculating a distance adaptive threshold value using the distance information;
A marine target detection step in which a final target candidate plot is detected with the distance adaptive threshold value;
The method comprising the steps of: (a) providing a distance adaptive detection threshold value,
2. The method of claim 1, wherein, in the threshold improving step, the distance from the sensor to the sea surface is calculated using the height of the sensor, the altitude attitude information of the sensor, A method of implementing an infrared marine target detection apparatus by applying a distance adaptive detection threshold value characterized by calculating a distance,
(a) 상기 적외선 입력 영상에 대하여 공간 필터를 수행해 각 픽셀별 제1 필터 출력이 획득되고;
(b) 상기 제1 필터 출력에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 1차 문턱치화를 수행하고, 그 결과로 각 픽셀별 제2 필터 출력이 획득되며;
(c) 상기 제2 필터 출력에 대한 클러스터링 수행과 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 계산되어 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지되고;
(d) 상기 각 클러스터의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대하여 2차 문턱치화가 수행된 후 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지되고, 상기 C2(i)가 최종 표적 후보 플롯인 것을 특징으로 하는 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법,
The method of claim 1, wherein the maritime target detection step comprises:
(a) performing a spatial filter on the infrared input image to obtain a first filter output for each pixel;
(b) performing a first-order thresholding on the first filter output by applying the calculated distance-adaptive threshold value, resulting in a second filter output for each pixel;
(c) performing a clustering on the second filter output and calculating a signal-to-noise ratio for each cluster to detect C 1 (i) as a target candidate plot;
(d) C 2 (i) is detected as a final target candidate plot after performing a second-order thresholding on the signal-to-noise ratio of each cluster, and C 2 (i) A method of implementing an infrared marine target detection device by applying a distance adaptive detection threshold value,
(a-1) 상기 적외선 입력 영상에 대하여 공간 필터를 수행해 각 픽셀별 제1 필터 출력이 획득되고;
(b-1) 상기 제1 필터 출력에 대해 1차 문턱치화를 수행하고, 그 결과로 각 픽셀별 제2 필터 출력이 획득되며;
(c-1) 상기 제2 필터 출력에 대한 클러스터링 수행과 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 계산되어 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지되고;
(d-1) 상기 각 클러스터의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 2차 문턱치화가 수행된 후 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지되고, 상기 C2(i)가 최종 표적 후보 플롯인 것을 특징으로 하는 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법,The method of claim 1, wherein the maritime target detection step comprises:
(a-1) performing a spatial filter on the infrared input image to obtain a first filter output for each pixel;
(b-1) performing a first-order thresholding on the first filter output, resulting in a second filter output for each pixel;
(c-1) performing a clustering on the second filter output and calculating a signal-to-noise ratio for each cluster to detect C 1 (i) as a target candidate plot;
(d-1) Applying the calculated distance adaptive threshold value to the signal-to-noise ratio of each cluster, a second thresholding is performed, and C 2 (i) is calculated as a final target candidate plot And the C 2 (i) is a final target candidate plot. A method of implementing an infrared ray target detection apparatus by applying a distance-adaptive detection threshold,
(a-2) 상기 적외선 입력 영상에 대하여 공간 필터를 수행해 각 픽셀별 제1 필터 출력이 획득되고;
(b-2) 상기 제1 필터 출력에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 1차 문턱치화를 수행하고, 그 결과로 각 픽셀별 제2 필터 출력이 획득되며;
(c-2) 상기 제2 필터 출력에 대한 클러스터링 수행과 각 클러스터별 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 계산되어 표적 후보 플롯으로 C1(i)이 탐지되고;
(d-2) 상기 각 클러스터의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대하여 상기 계산된 거리 적응적 문턱값을 적용해 2차 문턱치화가 수행된 후 최종 표적 후보 플롯으로 C2(i)가 탐지되고, 상기 C2(i)가 최종 표적 후보 플롯인 것을 특징으로 하는 거리 적응적 탐지 문턱값 적용에 의한 적외선 해상 표적 탐지장치 구현 방법,
The method of claim 1, wherein the maritime target detection step comprises:
(a-2) performing a spatial filter on the infrared input image to obtain a first filter output for each pixel;
(b-2) applying the calculated distance adaptive threshold value to the first filter output to perform a first-order thresholding, resulting in a second filter output for each pixel;
(c-2) Clustering for the second filter output and signal-to-noise ratio for each cluster is calculated to detect C 1 (i) as a target candidate plot;
(d-2) Applying the calculated distance adaptive threshold value to the signal-to-noise ratio of each cluster, a second thresholding is performed, and C 2 (i) is calculated as a final target candidate plot And the C 2 (i) is a final target candidate plot. A method of implementing an infrared ray target detection apparatus by applying a distance-adaptive detection threshold,
The method of any of claims 3 to 5, wherein the infrared image is input to the spatial filter in real time. A method of implementing an infrared marine target detection device by applying a distance adaptive detection threshold,
The method of any one of claims 3 to 5, wherein the calculated distance adaptive threshold applies a threshold in inverse proportion to the power of one or more integers n of the distance to the first filter output for each pixel. Implementation of Infrared Maritime Target Detection System by Applying Adaptive Detection Threshold,
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