KR20160049305A - Method for detecting target material by spectral mixture analysis of hyperspectral image - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특정 지역에 대한 초분광 영상(hyperspectral image)으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 표적물질 탐지방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법에 있어서, 화소 단위로 목표 물질 여부를 판별함으로써 표적물질이 아닌 다른 물질까지 표적물질로 오탐지되거나, 목표물의 크기가 작은 경우에는 탐지되지 않는 경우가 많았던 종래기술의 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하기 위해, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하고, 취득된 초분광 영상으로부터 영상 엔드멤버(image endmember)를 자동으로 추출한 후, 여기에 다시 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 또 다른 엔드멤버로서 추가하여 분광 순수화(spectral unmixing)을 수행하고, 그 결과에 근거하여 표적물질에 대한 점유비율을 구하여 표적물질에 대한 분포도를 작성하도록 구성됨으로써, 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 서브픽셀(sub-pixel) 기반의 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법이 제공된다. The present invention relates to a method for detecting a target substance from a hyperspectral image for a specific region and a method for detecting a target substance from the hyperspectral image. In the method of detecting a target substance using an ultraspectral image for detecting the distribution of a target substance, whether a target substance is not detected is detected as a target substance to a target substance other than the target substance, or when the target is small in size, In order to solve the problems of the prior art target material detection methods, which are often not performed, an ultrasound image is acquired for an area to be analyzed, an image endmember is automatically extracted from the acquired ultrasound image, Here again, the target spectrum for the target material is added as another end member And performing spectral unmixing based on the result of the spectral unmixing and calculating the occupancy rate of the target material based on the result of the spectral unmixing so as to generate a distribution map for the target material, A method of detecting a target material using a spectroscopic mixture analysis of a sub-pixel-based hyperspectral image is provided.
Description
본 발명은 초분광 영상(hyperspectral image)을 이용한 표적물질 탐지방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for detecting a target substance using a hyperspectral image, and more particularly, to a method for detecting a target substance using a hyperspectral image, To a method for detecting a target substance.
또한, 본 발명은, 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 표적물질로 오탐지되거나, 화소 크기에 비해 크기가 작은 표적물질들은 탐지되지 않는 경우가 많았던 종래기술의 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하여, 크기에 관계없이 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 관한 것이다.
In addition, the present invention solves the problems of the prior art target material detection methods in which target materials other than the targeted target material are mistakenly detected as a target material or target materials smaller in size than the pixel size are often not detected The present invention relates to a method for detecting a target material by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image configured to accurately detect only a target material with little or no false detection regardless of its size.
일반적으로, 초분광 영상(hyperspectral image)이란, 위성이나 항공기 등을 이용하여 공중에서 촬영되는 영상으로서, 대략 400 ~ 2500nm의 파장 범위를 가지고 파장의 폭은 약 10nm로서, 수십 ~ 수백 개의 밴드(band)를 가지고 있음으로 인해 원격 탐사분야에서 특정한 물질의 분포나 표적 탐지 및 위장체 탐지 등을 위해 많이 이용되고 있다. Generally, a hyperspectral image is an image photographed in the air using a satellite or an aircraft. The hyperspectral image has a wavelength range of about 400 to 2500 nm, a wavelength of about 10 nm, and tens to hundreds of bands ), It is widely used in the field of remote sensing for the distribution of specific substances, target detection, and detection of a gastrointestinal body.
또한, 초분광 영상을 이용한 분광혼합분석(spectral mixture analysis)은, 초분광 영상자료가 포함하고 있는 광범위한 분광정보를 최대한 이용할 수 있는 분석기법으로서, 물질 고유의 분광반사 특성(pure spectral signature)들을 이용하여 하나의 화소가 차지하는 영역에 대하여 그 피복 물질과 각 물질별 점유비율(abundances fraction)을 정량적으로 분석하는 기법이다. In addition, spectral mixture analysis using ultrasound images is an analytical technique that can utilize a wide range of spectroscopic information including ultraspectral image data, using pure spectral signatures inherent in the material And quantitatively analyzes the coating material and the abundance fraction of each material with respect to the area occupied by one pixel.
이러한 분광혼합분석을 위해서는 영상자료 영역 내에 존재하는 피복 물질들에 대한 고유의 분광반사특성에 대한 정보, 즉, 엔드멤버(endmember)가 필요하며, 영상 자료로부터 직접 순수하게 단일 물질로만 피복된 화소들을 추출하여 그 분광반사 특성을 이용하는 방법(image endmember)과, 다양한 물질들에 대하여 실험실 혹은 현장에서 분광 반사도(spectral reflectance)를 측정하여 구축해놓은 분광 라이브러리(spectral library)를 이용하는 방법(library endmember)으로 구분될 수 있다. In order to perform this spectral mixing analysis, it is necessary to provide information on the spectral reflectance characteristics inherent to the coating materials existing in the image data region, that is, an endmember, (Image endmember), and a method using a spectral library (library endmember) which is constructed by measuring the spectral reflectance of a variety of materials in a laboratory or a field. .
여기서, 분광 라이브러리는 지표에 존재하는 다양한 물질에 대한 분광 반사율 자료를 모아놓은 일종의 데이터베이스로서, 400 ~ 2500nm 파장 범위에서 약 1 ~ 10nm 파장 폭을 가지며, 지상에서 근거리로 측정되므로 다른 분광 측정기와 비교하여 노이즈가 적은 장점이 있어 물질 비교 및 특성 분석을 위한 참조 데이터로 많이 사용되고 있으나, 항공기나 인공위성을 이용한 초분광 영상자료의 획득 환경과 분광라이브러리 구축시 반사특성을 측정하는 실험실 또는 현장의 환경이 다르다는 문제와, 주어진 영상이 어떤 물질들로 피복되어 있는지에 대한 사전 정보가 필요하다는 단점이 있다. Here, the spectroscopic library is a database which collects spectral reflectance data for various materials present on the surface, has a wavelength range of about 1 to 10 nm in a wavelength range of 400 to 2500 nm, and is measured at a near distance from the ground. Although it is widely used as reference data for comparison and characterization of materials due to its advantage of low noise, there is a problem that the acquisition environment of ultra-spectral image data using airplanes or satellites is different from that of a laboratory or a field for measuring reflection characteristics in spectral library construction And information about which materials are coated with a given image.
아울러, 영상 엔드멤버(image endmember)는 영상으로부터 직접 추출되기 때문에 곧 바로 분광혼합분석이 가능하다는 장점이 있어 대부분의 초분광 영상자료의 분석에 활용되고 있으나, 영상 영역 내에 존재하는 모든 물질들에 대해 순수하게 단일 물질로만 피복된 화소가 없는 경우가 있을 수 있다는 문제점 및 추출된 엔드멤버가 어떤 물질에 대한 분광특성인지를 추가 작업을 통해 확인해야만 하는 문제가 있다. In addition, since the image endmember is directly extracted from the image, it can be directly used for analysis of spectroscopic mixture. Therefore, it is used for analyzing most ultrasound image data. However, There is a problem that there may be no pixel covered purely with a single material, and that the extracted end member has to confirm the spectral characteristic for a certain material through an additional operation.
즉, 상기한 바와 같은 초분광 영상 및 분광 라이브러리를 이용한 분석방법에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1414045호에 제시된 바와 같은 "분광라이브러리 데이터와 입력된 초분광영상을 이용한 표적탐지방법" 및 한국 등록특허공보 제10-1361094호에 제시된 바와 같은 "피라미드 기법 기반 색인 및 질의를 통한 초분광영상의 물질탐지 방법"이 있다. That is, as an example of the conventional technique for the above-described analytical method using the ultrasound image and the spectroscopic library as described above, for example, as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1414045, "spectroscopic library data and input ultrasound A method of detecting a target using ultrasound image based on a pyramid technique based index and query "as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1361094.
더 상세하게는, 먼저, 상기한 등록특허공보 제10-1414045호에 제시된 분광라이브러리 데이터와 입력된 초분광영상을 이용한 표적탐지방법은, 미리 설정된 차원 축소 개수에 기초하여 초분광 영상을 미리 설정된 개수의 밴드를 가지는 복수 개의 그룹으로 분리하고, 미리 설정된 개수의 밴드들 간의 반사율의 변화량을 기초로 K-Means 클러스터링을 이용하여 물질을 분류하는 단계, 초분광 영상의 분광 데이터 특성에 기초한 영역 질의 기반의 k-최근접 질의 알고리즘을 사용하여 k개의 후보자를 추출하고 추출된 후보자의 차원 축소된 분광 라이브러리 데이터 및 입력된 초분광 영상의 차원 축소 데이터에 기초해 표적을 탐지하는 단계를 포함하여, 적은 차원을 이용하여 높은 탐지율을 획득할 수 있는 분광라이브러리 데이터와 입력된 초분광영상을 이용한 표적탐지방법에 관한 것이다. More specifically, the target detection method using the spectroscopic library data and the inputted ultrasound image presented in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1414045 is a method for detecting an ultrasound image based on a preset number of dimension reduction, Classifying the material using a K-Means clustering method based on a variation amount of reflectance between a predetermined number of bands, separating the material into a plurality of groups having bands of the spectral data, using the k-nearest neighbor algorithm to extract k candidates and detecting the target based on the dimensionally reduced spectral library data of the extracted candidate and the reduced size data of the input hyperspectral image, Spectroscopic library data that can acquire a high detection rate using a superimposed spectroscopic image The present invention relates to an enemy detection method.
더욱이, 상기한 등록특허공보 제10-1361094호에 제시된 피라미드 기법 기반 색인 및 질의를 통한 초분광 영상의 물질탐지 방법은, 미분 분광법을 이용하여 분광 라이브러리 내 분광 데이터를 전처리하는 단계와, 피라미드 기법을 사용하여 상기 전처리된 분광 데이터에 대한 색인을 구축하는 단계와, 초분광 영상으로부터 추출된 물질 데이터로부터 키값을 생성하는 단계와, 상기 색인 내에서 상기 물질 데이터의 키값과 유사한 분광 데이터의 키값이 존재하는 위치로 이동하는 단계와, 상기 위치로 이동 후 그 위치를 기준으로 소정 추출범위 내에서 특정 질의 알고리즘에 따라 질의를 수행하여 상기 분광 라이브러리로부터 후보자 물질을 추출하는 단계와, 상기 질의를 통해 추출된 후보자 물질 중 다른 물질을 필터링하는 단계와, 상기 필터링을 통해 남은 최종 후보자를 출력하는 단계를 포함하여, 검색시간을 줄이고 정확도 높은 후보자를 추출하여 물질 탐색의 정확도를 개선할 수 있는 피라미드 기법 기반 색인 및 질의를 통한 초분광 영상의 물질탐지 방법에 관한 것이다. Furthermore, the method for detecting substances in hyperspectral images through the pyramid technique-based index and query presented in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-1361094 includes a step of preprocessing the spectral data in the spectral library using differential spectroscopy, Generating a key value from the material data extracted from the ultrasound spectral image, and generating a key value of spectral data similar to the key value of the material data in the index Extracting a candidate material from the spectroscopy library by performing a query according to a specific query algorithm within a predetermined extraction range based on the position of the candidate after moving to the position; Filtering other materials in the material; The present invention relates to a pyramidal technique-based index and a method for detecting a substance in an ultrasound image through querying, which can reduce search time and extract candidates with high accuracy, thereby improving the accuracy of substance search.
또한, 상기한 엔드멤버를 추출하는 방법에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1425159호에 제시된 바와 같은 "초분광 영상의 엔드멤버 추출 방법" 및 한국 등록특허공보 제10-1281873호에 제시된 바와 같은 "초분광 영상의 최적 엔드멤버 개수 고속 추정방법"이 있다. As an example of a conventional technique for extracting the end member described above, there is a method of extracting an end member of an ultra-spectroscopic image as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1425159, There is a "method for estimating the number of optimal end member numbers of superscritical images as shown in Japanese Patent No. 10-1281873 ".
더 상세하게는, 먼저, 상기한 등록특허 제10-1425159호에 제시된 초분광 영상의 엔드멤버 추출 방법은, 초분광 영상 자료를 압축하고 초기 엔드멤버의 개수를 설정하는 전처리 단계; 상기 초기 엔드멤버들을 엔드멤버 셋의 초기값으로 하여 단체의 부피를 계산하는 초기 설정 단계; 영상의 모든 화소들에 대해 엔드멤버 셋의 원소를 차례로 대치해 가며 단체의 부피를 계산하고, 부피가 증가하면 해당 화소의 분광특성 값으로 해당 엔드멤버 원소를 추출하는 엔드멤버 탐색 단계; 상기 추출된 엔드멤버를 이용해 선형 분광혼합분석을 적용시켜 오차영상을 구하고 전체 화소를 대상으로 오차의 합을 구하는 에러영상 분석 단계; 및 엔드멤버의 개수를 한 개씩 증가시키면서 상기 엔드멤버 탐색 단계와 에러영상 분석 단계를 반복하여, 오차의 합이 증가하면 반복을 중지하고 이전 과정의 엔드멤버를 최종 결과로 출력하는 판단 단계;를 포함하여, 초분광 영상의 분광혼합분석을 위한 엔드멤버를 효율적으로 추출할 수 있는 초분광 영상의 엔드멤버 추출 방법에 관한 것이다. More specifically, an end member extraction method of the ultrasound image disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 10-1425159 includes a preprocessing step of compressing the ultrasound image data and setting the number of initial end members; An initial setting step of calculating the volume of the group by using the initial end members as initial values of the end member set; An end member searching step of calculating the volume of a group by sequentially replacing the elements of the end member set with respect to all the pixels of the image and extracting the corresponding end member element with the spectral characteristic value of the pixel when the volume increases; An error image analyzing step of obtaining an error image by applying linear spectral mixing analysis using the extracted end member and obtaining a sum of errors of all pixels; And a determination step of repeating the end member search step and the error image analysis step while increasing the number of end members by one and stopping repetition when the sum of errors increases and outputting the end member of the previous step as a final result To an end member extraction method of an ultrasound image capable of efficiently extracting an end member for spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image.
아울러, 상기한 등록특허 제10-1281873호에 제시된 초분광 영상의 최적 엔드멤버 개수 고속 추정방법은, 초분광 영상에 최적 엔드멤버를 추정하기 위한 전처리를 수행하는 전처리 단계; 상기 전처리 단계에서 처리된 상기 초분광 영상의 데이터에 대한 초기화를 수행하는 초기화 단계; 상기 초분광 영상의 최적 엔드멤버 개수를 결정하기 위해 상기 초기화 단계의 처리를 모든 픽셀에 대하여 반복하는 엔드멤버 추정단계; 상기 전처리 단계에서 구해진 상기 초분광 영상의 평균 스펙트럼을 이용하여 분광 순수화에 의한 에러를 산출하고 이전의 에러와 비교하는 에러분석단계; 및 상기 에러분석단계의 비교 결과에 따라 처리를 완료하거나 또는 상기 엔드멤버 추정단계로 돌아가는 처리를 반복하는 반복단계를 포함하여 구성됨으로써, 처리 과정이 복잡하여 시스템 복잡화 및 처리시간 지연 등을 야기하는 문제가 있었던 종래의 초분광 영상의 엔드멤버 추출방법들의 문제점을 해결하여, 초분광 영상의 완전한 분광 순수화(spectral unmixing)를 위한 알고리즘에 요구되는 최적의 엔드멤버(endmembers)의 수를 고속으로 추정할 수 있도록 하기 위한 초분광 영상의 최적 엔드멤버 개수의 고속 추정방법에 관한 것이다. In addition, the method for estimating the optimum number of end members of the superspectral image disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 10-1281873 comprises: a pre-processing step for performing a pre-processing for estimating an optimal end member in an ultrasound image; An initialization step of initializing data of the ultrasound spectral image processed in the preprocessing step; An end member estimating step of repeating the processing of the initialization step for all the pixels to determine the optimal number of end members of the hyperspectral image; An error analysis step of calculating an error by spectral pure calculation using an average spectrum of the ultrasonic image obtained in the pre-processing step and comparing the error with a previous error; And an iterative step of repeating the process of completing the process according to the comparison result of the error analysis step or returning to the end member estimation step, thereby complicating the process due to complication of the system and a problem The present invention solves the problem of endmember extraction methods of conventional ultrasound spectra, and estimates the number of optimal endmembers required for an algorithm for spectral unmixing of ultrasound images at high speed To a method for estimating the number of optimal end members of an ultrasound image.
상기한 바와 같이, 종래, 초분광 영상과 분광 라이브러리를 이용한 분석방법 및 엔드멤버를 추출하기 위한 방법에 대한 연구가 제시된 바 있으나, 이러한 종래기술의 방법들에는 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다. As described above, there have been proposed studies on an analysis method using an ultrasound image and a spectroscopic library, and a method for extracting an end member, but the conventional methods have the following problems.
더 상세하게는, 현재, 대부분의 초분광 영상 관련 연구는 유효밴드 추출, 전처리, 표적탐지 및 물질 분류 등과 같은 영상처리 분야에서 진행되고 있으며, 높은 정확도로 물질 분류와 물질 탐색을 하기 위해서는, 지상에서 측정된 분광 라이브러리 데이터와 초분광영상을 이용한 분광 정합(Spectral matching), 색인 구축(indexing) 및 후보자 필터와 같은 연구들이 필요하다. More specifically, currently, most ultrasound imaging studies have been conducted in the field of image processing such as effective band extraction, preprocessing, target detection, and material classification. In order to classify and search materials with high accuracy, Studies such as spectral matching, indexing, and candidate filters using measured spectral library data and ultrasound images are needed.
여기서, 최근, 초분광 영상을 이용한 분석기법에 대한 연구는, 크게 나누어, 영상 엔드멤버 추출의 성능을 향상시키기 위한 연구와, 라이브러리 엔드멤버를 분광혼합분석에 직접 사용하기 위해 매우 큰 희소행렬(sparse matrix)로부터 영상 내의 엔드멤버들에 대한 점유비율값을 효율적으로 계산해내기 위한 기법들에 대한 연구들로 나누어지며, 즉, 최근의 초분광 영상을 이용한 분석기법은, 일반적으로, 우선 영상 엔드멤버를 추출하여 현장조사 혹은 분광 라이브러리와의 분광특성 비교분석을 통해 해당 엔드멤버가 어떤 물질인지를 찾아낸 후, 분광혼합분석을 통해 최종적으로 물질별 점유비율도(abundance fraction map)를 생성해내는 방식으로 이루어지고 있다. Recently, research on analytical techniques using ultraspectral images has been broadly divided into a research for improving the performance of the video end member extraction and a very large sparse matrix for directly using the library end members for spectral mixture analysis In this paper, we propose a new method for efficiently calculating the occupancy rate value for end members in an image from a matrix. After extracting and analyzing the spectroscopic characteristics of the end member by analyzing the spectroscopic characteristics with the field library or the spectroscopic library, the end member is identified and then the spectroscopic mixture analysis is finally performed to generate the abundance fraction map ought.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술의 방법들은 단순히 초분광 영상과 분광 라이브러리를 이용하거나 영상 엔드멤버를 추출하는 방법만을 제시하는 데 그치는 것으로, 이들 방법들을 유기적으로 결합하여 초분광 영상에서 목표하는 표적물질만을 정확히 찾아낼 수 있도록 하기 위한 표적물질 탐지방법으로까지는 제시되지 못하는 한계가 있는 것이었다. However, the above-described conventional methods merely suggest a method of using an ultraspectral image and a spectral library or extracting a video end member. By combining these methods, it is possible to combine only the target material There is a limitation that can not be presented as a method for detecting a target substance so as to be able to accurately detect it.
또한, 기존의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법들은, 모두 화소 단위의 분광반사 스펙트럼을 기준으로 표적물질의 스펙트럼과의 유사도를 비교하여 표적물질과 비표적물질의 2가지로 구분하고 있으나, 지표면에는 매우 다양한 물질이 분포하고 있어 아무리 많은 분광정보를 사용하는 초분광 영상에서도 비표적물질이 표적으로 오탐지되는 경우가 매우 많이 발생하게 되는 문제점이 있다. In addition, the methods of detecting target materials using the conventional ultrasound image are classified into two kinds of target materials and non-target materials by comparing the similarity with the spectrum of the target material based on the spectral reflection spectrum of the pixel unit, There is a problem that a non-target substance is detected as a target in a very large amount even in an ultraspectral image using a very large amount of spectral information.
아울러, 기존의 방법들은, 모두 화소별로 스펙트럼의 유사도를 기준으로 표적물질인지 아닌지를 결정하므로, 화소가 차지하는 공간적 영역이 표적물질의 공간적 크기에 비해서 넓은 경우 표적물질을 찾아내지 못하는 문제가 있다. In addition, the conventional methods determine whether or not the target material is based on the similarity of spectra for each pixel. Therefore, when the spatial area occupied by the pixel is wider than the spatial size of the target material, there is a problem that the target material can not be found.
즉, 하나의 화소가 지상에서의 차지하는 영역의 크기가 5m×5m 라고 할 때, 그 안에 2m×2m크기의 표적이 있어도 면적 비율이 25 : 4이므로, 나머지 21(25 - 4)을 차지하는 물질로 인지하게 되어 이 표적은 표적물질로 탐지되지 못하게 된다. That is, assuming that the size of the area occupied by one pixel on the ground is 5m × 5m, even if there is a target of 2m × 2m in size, the area ratio is 25: 4 and the remaining 21 (25 - 4) And this target is not detected as a target substance.
상기한 바와 같이, 초분광 영상을 이용한 기존의 모든 표적물질 탐지방법들은, 표적물질의 분광반사 스펙트럼 특징을 기준으로 모든 화소에 대해 해당 화소가 가지는 분광 스펙트럼과의 유사도를 수학적으로 비교하여 각 화소를 표적물질과 비표적물질의 2가지로 구분하며, 각 기법별로 유사도의 기준이 되는 수학적 지표를 달리하거나, 전처리를 통해서 분광반사 스펙트럼을 보다 더 특징화한다는 특징들을 가지고 있으나, 표적물질 여부가 하나의 화소를 기준으로 판정됨으로 인해 화소의 크기에 비해 작은 크기를 가지는 표적들은 표적물질로 탐지되기가 매우 어렵다는 문제점이 있다. As described above, all conventional methods for detecting target materials using ultrasound spectra are based on the spectral reflection spectrum characteristics of the target material, mathematically comparing the similarity with the spectral spectrum of the corresponding pixels of all the pixels, It is divided into two kinds of target material and non-target material. In each technique, the mathematical indices which are the standard of the similarity are different or the spectral reflection spectrum is further characterized through the preprocessing. However, It is very difficult to detect a target having a size smaller than the size of a pixel as a target material because it is determined based on a pixel.
따라서 상기한 바와 같이, 탐지결과에 표적물질이 아닌 다른 물질까지 오탐지되거나 화소 영역에 비해 크기가 작은 목표물은 탐지되지 못하는 경우가 많았던 종래기술의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하기 위하여는, 표적물질 탐지방법의 정확도를 개선하여 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질들을 크기에 관계없이 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 탐지방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
Therefore, as described above, the problem of the target material detection methods using the ultrasound image of the prior art, in which the detection result is misjudged to a substance other than the target substance or the target whose size is smaller than that of the pixel region is often not detected can be solved It is desirable to provide a new configuration detection method which is configured to improve the accuracy of the target material detection method so as to accurately detect the target materials regardless of the size with little or no false detection of pixels, And devices and methods that satisfy all such demands are not presented.
[선행기술문헌][Prior Art Literature]
1. 한국 등록특허공보 제10-1414045호 (2014.06.25.) 1. Korean Patent Registration No. 10-1414045 (June 25, 2014)
2. 한국 등록특허공보 제10-1361094호 (2014.02.04.) 2. Korean Patent Registration No. 10-1361094 (Feb.
3. 한국 등록특허공보 제10-1281873호 (2013.06.27.) 3. Korean Patent Registration No. 10-1281873 (June 27, 2013).
4. 한국 등록특허공보 제10-1425159호 (2014.07.24.)
4. Korean Patent Registration No. 10-1425159 (Apr. 24, 2014).
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 표적물질 탐지방법에 있어서, 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 표적물질로 오탐지되거나, 화소 영역에 비해 크기가 작은 표적이 탐지되지 못하는 경우가 많았던 종래기술의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하여, 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질들을 크기에 관계없이 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 제공하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for detecting a target substance from a superspectral image of a specific region, The present inventors have solved the problems of the conventional methods of detecting target materials using ultra-spectroscopic images, in which a target substance other than the target substance is misdetected as a target substance or a target smaller in size than the pixel region is not detected. And to provide a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultra-spectroscopic image configured to accurately detect target substances regardless of size without almost any detected pixels.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같은 종래기술의 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하기 위해, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하고, 취득된 초분광 영상으로부터 영상 엔드멤버(image endmember)를 자동으로 추출하여 다양한 지표 구성 물질들의 스펙트럼을 확보한 후, 여기에 다시 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 또 다른 엔드멤버로서 추가하여 분광 순수화(spectral unmixing)을 수행하고, 그 결과에 근거하여 표적물질에 대한 점유비율을 구하여 표적물질에 대한 분포도를 작성함으로써, 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 제공하고자 하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting a target substance by using an ultrasound image of an area to be analyzed, image endmember) is automatically extracted to obtain a spectrum of various surface constituent materials. Spectral unmixing is then performed by adding a target spectrum for the target material as another end member , Spectral mixture analysis of ultraspectral image that is constructed so that only target target material can be accurately detected with few false-detected pixels, by calculating the occupancy rate of target material based on the result and creating a distribution map for the target material The present invention provides a method for detecting a target substance.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 자동으로 추출된 영상 내의 모든 배경물질들에 대한 모든 스펙트럼과 표적물질의 스펙트럼을 이용하여 각 화소별로 각 배경물질들과 표적물질의 구성비율을 계산하고, 최종적으로 표적물질만의 공간적 분포도를 제공하도록 구성됨으로써, 배경물질에 관계없이 단순히 표적물질의 스펙트럼만을 가지고 유사도를 비교하는 기존의 방법들에 비해 매우 정확한 탐지결과를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 화소 영역의 크기에 비해 크기가 매우 작은 목표물도 탐지가 용이하여, 예를 들면, 상기한 바와 같이 5m×5m 크기의 화소에 2m×2m크기의 표적이 존재하는 경우에도, 표적물질이 해당 화소영역에서 16%(4/25) 차지하고 있다고 분석되도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 제공하고자 하는 것이다.
It is a further object of the present invention to calculate the composition ratios of background materials and target materials for each pixel using all the spectra of all the background materials in the extracted image and the spectrum of the target material, , It is possible to produce highly accurate detection results as compared with the conventional methods of simply comparing the similarity with only the spectrum of the target material regardless of the background material, Even if a target having a size of 2m x 2m is present in a pixel of 5m x 5m size as described above, the target material can be detected in the pixel area by 16% ( 4/25) of the object to be detected by spectroscopic mixture analysis of ultraspectral images The.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출시 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 상기 표적물질로 오탐지되거나, 화소 영역에 비해 크기가 작은 표적은 탐지되지 못하는 문제가 있었던 종래기술의 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하기 위해, 목표하는 상기 표적물질만을 크기에 관계없이 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 있어서, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하는 단계; 상기 초분광 영상을 취득하는 단계에서 취득된 상기 초분광 영상의 단위 픽셀에 대하여 물질 분포를 분석하여 자동으로 영상 엔드멤버(image member)를 추출하는 단계; 상기 영상 엔드멤버를 추출하는 단계에서 추출된 상기 영상 엔드멤버에 찾고자 하는 상기 표적물질의 분광반사 스펙트럼을 새로운 엔드멤버로 추가하여 분광 순수화(spectral unmixing)를 수행하는 단계; 상기 분광 순수화를 수행하는 단계의 처리결과에 근거하여 상기 표적물질에 대한 점유 비율을 구하는 단계; 및 상기 표적물질에 대한 점유 비율을 구하는 단계의 결과에 근거하여 상기 초분광 영상의 단위 픽셀에 대한 상기 표적물질의 분포를 상기 초분광 영상 상에 표시하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a target substance from a supersonic spectroscopic image of a specific region, In order to solve the problem of the conventional target material detection methods in which a target having a size smaller than that of the pixel area can not be detected, there is a problem in that, in order to accurately detect only the target material, A method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis, comprising: obtaining an ultrasound image of an area to be analyzed; Analyzing a substance distribution with respect to a unit pixel of the superspectral image acquired in the step of acquiring the superspectral image and automatically extracting an image member; Performing spectral unmixing by adding a spectral reflection spectrum of the target material to be detected to the image end member extracted in the step of extracting the image end member as a new end member; Obtaining the occupancy rate of the target substance based on a result of the process of performing the spectral purifying step; And displaying the distribution of the target material with respect to a unit pixel of the superspectral image on the superspectral image based on a result of obtaining an occupancy rate of the target material. A method of detecting a target substance by spectral mixture analysis of a spectroscopic image is provided.
여기서, 상기 탐지방법은, 상기 표적물질과 상기 초분광 영상 내에 포함된 지표 구성물질에 대한 모든 스펙트럼을 이용하여 모든 화소에 대하여 상기 분광혼합분석을 수행하여 모든 화소에 대하여 상기 표적물질의 점유비율이 계산되도록 구성됨으로써, 각각의 화소가 구성하는 영역에서 상기 표적물질이 일부분만을 구성하고 있어도 상기 표적물질의 존재 여부가 정확하게 분석될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the detection method may include performing the spectral mixture analysis on all the pixels using all the spectra of the target material and the index constituent material contained in the ultrasound spectral image to determine the occupation ratio of the target material to all the pixels So that the presence or absence of the target material can be accurately analyzed even if the target material constitutes only a part of the region constituting each pixel.
또한, 상기 탐지방법은, 상기 영상 엔드멤버를 추출하는 단계와 상기 분광 순수화를 수행하는 단계 및 상기 표적물질에 대한 점유 비율을 구하는 단계의 처리를 상기 초분광 영상의 각각의 픽셀에 대하여 반복 수행하여 상기 표적물질에 대한 분포도를 작성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the detection method may include repeating the process of extracting the image end member, performing the spectropolarization, and obtaining the occupation ratio for the target material with respect to each pixel of the ultrasound spectral image And preparing a distribution map for the target material.
아울러, 본 발명에 따르면, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출시 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 상기 표적물질로 오탐지되거나, 화소 영역에 비해 크기가 작은 표적은 탐지되지 못하는 문제가 있었던 종래기술의 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하기 위해, 목표하는 상기 표적물질만을 크기에 관계없이 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지시스템에 있어서, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하는 영상취득부; 상기 영상취득부에 의해 취득된 상기 초분광 영상으로부터 상기 표적물질에 대한 분포를 분석하는 영상분석부; 및 상기 영상분석부에 의해 분석된 상기 표적물질에 대한 분포를 상기 초분광 영상 상에 표시하는 영상표시부를 포함하여 구성되고, 상기 영상분석부는, 상기에 기재된 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 이용하여 상기 표적물질의 분포를 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지시스템이 제공된다.
In addition, according to the present invention, when a target substance is detected from a supersonic spectroscopic image of a specific region, a target other than a target material is detected as a target material, In order to solve the problems of the prior art target substance detection methods in which there is a problem that can not be detected, there is a need to detect target substances using spectroscopic mixture analysis of ultraspectral images, A system, comprising: an image acquisition unit for acquiring hyperspectral images of an area to be analyzed; An image analyzer for analyzing a distribution of the target material from the superspectral image acquired by the image acquisition unit; And an image display unit for displaying a distribution of the target substance analyzed by the image analyzing unit on the superspectral image, wherein the image analyzing unit is configured to perform a spectroscopic analysis And analyzing the distribution of the target substance using a substance detection method. The system for detecting a target substance using spectroscopic analysis of an ultrasound image is provided.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 초분광 영상을 이용한 표적탐지방법에 있어서, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하고, 취득된 초분광 영상으로부터 영상 엔드멤버(image endmember)를 구한 후, 여기에 다시 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 또 다른 엔드멤버로서 추가하여 화소별로 분광 순수화(spectral unmixing) 과정을 통해 표적물질에 대한 분포도를 작성하도록 구성되어, 매우 다양한 종류의 배경 물질이 분포하는 영상에서도 오탐지되는 화소가 거의 없이 효과적으로 목표하는 표적물질만이 정확하게 탐지됨은 물론, 화소 크기에 비해 매우 작은 크기의 표적에 대해서도 탐지가 가능한 장점을 가지는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법이 제공됨으로써, 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 표적물질로 오탐지되거나, 화소 영역에 비해 크기가 작은 표적은 탐지되지 못하는 문제가 있었던 종래기술의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결할 수 있다. As described above, according to the present invention, there is provided a method of detecting a target using an ultrasound image to detect a distribution of a target material from a superspectral image of a specific region, Then, the image endmember is obtained from the acquired ultrasound image, and then a target spectrum for the target material is added as another end member to perform a spectral unmixing process for each pixel It is possible to accurately detect only a target material which is not detected with a large number of false positives even in an image in which a very wide variety of background materials are distributed, Spectroscopic analysis of ultrasound images with the advantage of being able to detect the target It is possible to detect a target material other than a target material by false detection or a target having a size smaller than that of the pixel area can not be detected by using the target material detection method, The problem of detection methods can be solved.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법을 이용하여, 다양한 종류의 배경 물질이 분포하는 영상에서도 오탐지되는 화소가 거의 없이 효과적으로 목표하는 표적물질만이 정확하게 탐지 가능한 동시에, 화소 크기에 비해 매우 작은 크기의 표적에 대해서도 탐지가 가능하도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지시스템을 제공할 수 있다.
Also, according to the present invention, by using the method of detecting a target substance using the spectral mixture analysis of an ultraspectral image configured to accurately detect only a target material as described above, A target material detection system using spectroscopic analysis of ultraspectral images configured to be able to accurately detect only the target material that is effectively aimed at with little or no false-positive pixels, and to detect even a small-sized target relative to the pixel size .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 성능을 검증하기 위한 샘플 자료로서 항공기를 이용하여 촬영된 초분광 영상을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 초분광 영상으로부터 종래기술의 표적물질 탐지방법과 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법을 이용하여 목표 물질에 대한 검출을 수행한 결과를 각각 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 인위적으로 추가된 타겟 신호에 대한 탐지 능력 실험을 위해 제작된 모의 자료를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 픽셀에 대한 종래기술과 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법에 의한 표적탐지 결과를 각각 비교하여 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a flow chart schematically showing the overall configuration of a method for detecting a target substance by spectral mixing analysis of an ultraspectral image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an ultra-spectroscopic image photographed using an aircraft as sample data for verifying the performance of a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a result of performing detection on a target material using the conventional method of detecting a target material and the method of detecting a target material according to an embodiment of the present invention, respectively, from the ultrasound image shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing simulation data prepared for a detection capability test for an artificially added target signal. FIG.
FIG. 5 is a graph comparing target detection results obtained by the conventional technique for the pixel shown in FIG. 4 and the target material detection method according to the embodiment of the present invention, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a description will be made of a specific embodiment of a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultrasound image according to the present invention.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. In the following description of the embodiments of the present invention, parts that are the same as or similar to those of the prior art, or which can be easily understood and practiced by a person skilled in the art, It is important to bear in mind that we omit.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 표적탐지방법에 있어서, 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 표적물질로 오탐지되거나, 화소 영역에 비해 크기가 작은 표적이 탐지되지 못하는 경우가 많았던 종래기술의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하여, 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질들을 크기에 관계없이 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 관한 것이다. That is, the present invention provides a target detection method for detecting a target distribution of a target substance from a superspectral image of a specific region, as described later, Or a target having a size smaller than that of the pixel area is often not detected, and thus it is possible to solve the problem of the target material detection methods using the ultrasound image of the related art, And more particularly to a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image configured to detect the target substance accurately.
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 상기한 바와 같은 종래기술의 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결하기 위해, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하고, 취득된 초분광 영상으로부터 영상 엔드멤버(image endmember)를 자동으로 추출하여 다양한 지표 구성 물질들의 스펙트럼을 확보한 후, 여기에 다시 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 또 다른 엔드멤버로서 추가하여 분광 순수화(spectral unmixing)를 수행하고, 그 결과에 근거하여 표적물질에 대한 점유비율을 구하여 표적물질에 대한 분포도를 작성함으로써, 오탐지되는 화소가 거의 없이 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 관한 것이다. Further, in order to solve the problems of the above-described prior art target substance detection methods, as described later, the present invention is characterized in that an ultrasonic spectroscopic image for an area to be analyzed is acquired, The image endmember is automatically extracted to obtain spectra of various surface constituent materials and then the target spectrum for the target material is added as another end member to perform spectral unmixing Spectroscopic mixing of ultraspectral images constituted so as to detect only the target material with little false positives, by calculating the occupancy rate of the target substance based on the result, The present invention relates to a method for detecting a target substance by analysis.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 영상 내의 배경물질들에 대한 모든 스펙트럼과 표적물질의 스펙트럼을 이용하여 각 화소별로 각 배경물질들과 표적물질의 구성비율을 계산하고, 최종적으로 표적물질만의 공간적 분포도를 제공하도록 구성됨으로써, 배경물질에 관계없이 단순히 표적물질의 스펙트럼만을 가지고 유사도를 비교하는 기존의 방법들에 비해 매우 정확한 탐지결과를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 화소 영역의 크기에 비해 크기가 매우 작은 목표물도 탐지가 용이하여, 예를 들면, 상기한 바와 같이 5m×5m 크기의 화소에 2m×2m크기의 표적이 존재하는 경우에도, 표적물질이 해당 화소영역에서 16%(4/25) 차지하고 있다고 분석되도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 관한 것이다. In addition, as described later, the present invention calculates the composition ratios of background materials and target materials for each pixel using all the spectra of the background materials in the image and the spectrum of the target material, and finally, It is possible to produce highly accurate detection results as compared with the conventional methods of simply comparing the similarity with only the spectrum of the target material regardless of the background material, Even if a very small target is easy to detect, for example, even if a target having a size of 2 m x 2 m exists in a pixel of 5 m x 5 m in size as described above, the target material is 16% (4/25) The present invention relates to a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image configured to be analyzed.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다. Next, with reference to the drawings, the details of the method for detecting a target substance by spectroscopic mixing analysis of an ultrasound image according to the present invention will be described.
즉, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다. That is, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a flowchart schematically showing an overall configuration of a method for detecting a target material by spectral mixing analysis of an ultraspectral image according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법은, 먼저, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하는 단계(S110)와, 취득된 초분광 영상의 단위 픽셀에 대하여 물질 분포를 분석하여 영상 엔드멤버(image member)를 추출하는 단계(S120)와, 상기 단계에서 추출된 엔드멤버에 더하여, 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 영상 엔드멤버로서 추가하고 분광 순수화(spectral unmixing)를 수행하는 단계(S130) 및 상기한 분광 순수화의 결과에 근거하여 각 물질에 대한 점유비율을 구하고 표적물질에 대한 점유 비율을 추출하여 표시하는 단계(S140)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultrasound image according to an embodiment of the present invention includes a step (S110) of acquiring an ultrasound image for an area to be analyzed (S110) (S120) of analyzing a material distribution of a unit pixel of the ultrasound spectral image to extract a video image member (S120), and analyzing a target spectrum of the target material in addition to the extracted end member (S130) of adding spectral unmixing as a video end member and obtaining an occupation ratio of each substance based on the result of the spectral pureification described above, extracting the occupancy rate of the target substance (S140).
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법은, 초분광 영상의 각각의 픽셀에 대하여 상기한 단계(S130 ~ S140)들을 반복하여 최종적으로 표적물질에 대한 분포도를 작성하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다. Here, the method for detecting a target material by analyzing spectroscopic mixture of an ultrasound image according to an embodiment of the present invention may include repeating the steps S130 to S140 for each pixel of the ultrasound image, And a step of creating a distribution diagram.
또한, 상기한 초분광 영상을 취득하는 단계(S110)는, 위성이나 항공기 등을 이용하여 분석하고자 하는 지역에 대한 촬영을 행하여 초분광 영상을 얻을 수 있다. In addition, the step of acquiring the ultrasound spectral image (S110) can acquire an ultrasound image by photographing an area to be analyzed using a satellite or an aircraft.
또한, 상기한 영상 엔드멤버(image member)를 추출하는 단계(S120)는, 예를 들면, 상기한 종래기술에 대한 설명에서 제시된 바와 같이, 본 발명자 등에 의해 제시된 한국 등록특허공보 제10-1425159호의 "초분광 영상의 엔드멤버 추출 방법"이나, 한국 등록특허공보 제10-1281873호에 제시된 "초분광 영상의 최적 엔드멤버 개수 고속 추정방법"과 같은 내용을 참조하여 수행될 수 있다. In addition, the step of extracting the above-described image member (S120) may be carried out in accordance with Korean Patent Application No. 10-1425159 proposed by the present inventors, for example, A method of extracting an end member of an ultrasound image, and a method of estimating the number of optimal end member numbers of an ultrasound image, which are disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1281873.
아울러, 상기한 분광 순수화(spectral unmixing)를 수행하는 단계(S130)와, 표적물질에 대한 점유 비율을 추출하는 단계(S140) 및 분포도를 작성하는 단계(S150)의 구체적인 내용은, 종래기술의 문헌 등을 통하여 당업자에게 자명한 사항이므로, 여기서는 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명은 생략하였음에 유념해야 한다. In addition, the details of the step (S130) of performing the spectral unmixing, the step of extracting the occupancy rate of the target material (S140), and the step of creating the distribution diagram (S150) It is to be noted that the detailed description has been omitted here for the sake of brevity, since it is obvious to those skilled in the art through literature and the like.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법은, 초분광 영상을 취득하고 취득된 초분광 영상에서 최적의 영상 엔드멤버를 구한 후, 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼을 영상 엔드멤버에 추가하여 분광 순수화를 행함으로써 각 픽셀에 대하여 각각의 엔드멤버에 해당하는 물질들의 점유비율을 구하고, 이를 통해 표적물질의 점유비율을 구하는 과정을 각 픽셀마다 반복하여 영상 전체에 대한 목표 물질의 분포를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다. That is, in the method of detecting a target material by spectroscopic mixture analysis of an ultrasound image according to an embodiment of the present invention, an ultrasound image is obtained, an optimal image end member is obtained from the acquired ultrasound image, Spectral is added to the image end member to perform spectral purifications so that the occupation rate of the material corresponding to each end member is obtained for each pixel, and the occupation rate of the target material is obtained through this, The distribution of the target substance to the target substance is determined.
따라서 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법에 따르면, 단순히 초분광 영상에 나타난 스펙트럼 중에서 표적물질과 가장 유사한 패턴의 스펙트럼을 찾아내는 것에 불과하여 표적물질이 아닌 것까지 오탐지되는 경우가 많았던 종래의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법과, 단지 엔드멤버의 효율적인 추출방법만을 제시하는 데 그치는 것이었던 종래기술의 엔드멤버 추출방법을 효과적으로 융합하여, 초분광 영상에서 오탐지되는 화소가 거의 없이 표적물질만을 정확히 탐지할 수 있다. Therefore, according to the method of detecting a target material by the spectral mixing analysis of the ultrasound image according to the embodiment of the present invention configured as described above, only the spectrum of the pattern most similar to the target material among the spectra displayed in the ultrasound image is found A method of detecting a target material using a conventional ultrasound image and a method of efficiently extracting an end member extraction method of the prior art which was merely to suggest only an efficient extraction method of an end member, Thus, it is possible to accurately detect only the target material with few false-detected pixels in the ultra-spectral image.
상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 구현할 수 있다. As described above, a method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultrasound image according to an embodiment of the present invention can be implemented.
또한, 본 발명에 따르면, 예를 들면, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하는 영상취득부와, 영상취득부에 의해 취득된 초분광 영상으로부터 표적물질에 대한 분포를 분석하는 영상분석부 및 영상분석부에 의해 분석된 표적물질에 대한 분포를 초분광 영상 상에 표시하는 영상표시부를 포함하여 이루어지고, 이때, 상기한 영상분석부는, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 이용하여 분석을 수행하도록 구성함으로써, 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지시스템을 구현할 수 있다. According to the present invention, there is also provided an image processing apparatus including an image acquisition unit for acquiring an ultrasound image of an area to be analyzed, an image analysis unit for analyzing a distribution of a target material from the ultrasound image acquired by the image acquisition unit, And an image display unit for displaying the distribution of the target substance analyzed by the image analysis unit on the ultrasound image, wherein the image analyzing unit comprises: A system for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image configured to detect only a target material can be implemented by performing analysis using a target substance detection method by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image .
계속해서, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 성능을 종래기술의 방법과 비교하여 검증한 내용에 대하여 설명한다. The performance of the method of detecting a target material by spectroscopic analysis of an ultra-spectroscopic image according to an embodiment of the present invention constructed as described above will now be described in comparison with a conventional method.
먼저, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법의 성능을 검증하기 위한 샘플 자료로서 항공기를 이용하여 촬영된 초분광 영상을 나타내는 도면이다. Referring to FIG. 2, FIG. 2 is a sample data for verifying the performance of a method of detecting a target material by spectral mixing analysis of an ultra-spectroscopic image according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, 8 is a diagram showing an ultra-spectroscopic image.
즉, 도 2에 나타낸 초분광 영상은, 추수가 끝난 논에 몇 가지 물질들을 바닥에 설치하고 항공기를 이용하여 획득된 초분광 영상을 나타내고 있다. That is, the ultrasound image shown in FIG. 2 shows ultra-spectroscopic images obtained by installing several materials on the floor and using an aircraft after the harvest has been completed.
또한, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 2에 나타낸 초분광 영상으로부터 종래기술의 표적탐지방법과 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법을 이용하여 목표 물질에 대한 검출을 수행한 결과를 각각 비교하여 나타낸 도면이다. 3, FIG. 3 illustrates a result of performing detection of a target material using the conventional target detection method and the target substance detection method according to an embodiment of the present invention from the ultrasound image shown in FIG. 2 Respectively.
더 상세하게는, 도 3은 바닥에 설치해둔 잔디(Grass)에 대한 탐지 결과로서, 잔디에 대한 스펙트럼만을 입력하여 초분광 영상에서 잔디를 검출한 결과를 나타내고 있다. More specifically, FIG. 3 shows a result of detection of turf in an ultra-spectroscopic image by inputting only the spectrum of grass, as a result of detection of a grass installed on the floor.
아울러, 도 3에 있어서, 도 3a 내지 도 3d는 각각 기존의 방법에 의한 표적탐지 결과로서, 즉, 기존의 방법들은, 잔디도 찾아내지만 잔디가 아닌 부분들이 잔디로 오탐지되는 경우가 많은 것을 확인할 수 있다. In addition, in FIG. 3, FIG. 3A to FIG. 3D are target detection results by the conventional method, that is, in the conventional methods, although the grass is also found, Can be confirmed.
그러나 도 3e에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법에 의한 탐지결과는, 4m 크기의 잔디 패치는 물론 그 아래에 있는 1m 크기의 패치도 잘 탐지되고 있음을 알 수 있다. However, as shown in FIG. 3E, the detection result of the target material detection method according to the embodiment of the present invention shows that a 4-m size grass patch as well as a 1-m size patch below it are well detected.
다음으로, 도 4를 참조하면, 도 4는 인위적으로 추가된 타겟 신호에 대한 탐지 능력 실험을 위해 제작된 모의 자료를 나타내는 도면이다. Referring now to FIG. 4, FIG. 4 is a diagram illustrating simulated data generated for a detection capability test for an artificially added target signal.
즉, 도 4는 초분광 영상으로부터 하나의 픽셀(화소)을 추출하여 원래 그 화소의 스펙트럼과 적철석(hematite)이라는 광물의 스펙트럼을 각각 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 8%, 6%, 4% 혼합(mix)시킨 픽셀을 나타내고 있다. That is, FIG. 4 shows a case where a pixel (pixel) is extracted from a superspectral image and the original spectrum of the pixel and the spectrum of a mineral such as hematite are 50%, 40%, 30%, 20% %, 6%, and 4%, respectively.
여기서, 도 4에 있어서, 한 화소의 크기가 1m×1m 이므로, 10%의 경우 약 20cm×50cm 크기의 타겟이 해당 화소 내부에 존재하고 있는 것을 의미한다. Here, in FIG. 4, since the size of one pixel is 1m × 1m, it means that a target having a size of about 20 cm × 50 cm exists in the corresponding pixel in case of 10%.
또한, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4에 나타낸 픽셀에 대한 종래기술과 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법에 의한 표적탐지 결과를 각각 비교하여 나타낸 도면이다. 5, FIG. 5 is a diagram showing a comparison result of target detection result by the target material detection method according to the prior art for the pixel shown in FIG. 4 and the embodiment of the present invention, respectively.
즉, 도 5에 있어서, 도 5a 내지 도 5d는 기존의 방법에 의한 결과이고, 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법에 의한 결과이다. That is, in FIG. 5, FIGS. 5A to 5D show the results of the conventional method, and FIG. 5E shows the results of the method of detecting the target material according to the embodiment of the present invention.
더 상세하게는, 도 5a 및 도 5c에 나타낸 두 방법은 30% 화소 정도까지 탐지가 되고 있으나 좌측 하부에 오탐지 되는 화소들이 매우 많음을 알 수 있으며, 도 5b에 나타낸 결과에서도 10% 화소 정도까지 탐지되나 좌측 아래에 오탐지 되는 화소들이 매우 많음을 확인할 수 있고, 도 5d에 나타낸 결과에서는 약 20% 화소까지 탐지되고 있다. More specifically, although the two methods shown in FIGS. 5A and 5C are detected up to about 30% pixels, it can be seen that there are a large number of pixels that are false-detected in the lower left portion. Even in the result shown in FIG. 5B, It can be seen that there are many pixels that are detected at the lower left corner but are detected at about 20% pixel at the result shown in FIG. 5D.
그러나 도 5e에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법에 의한 결과는, 영상의 상부 가장자리를 따르는 잡음부분을 제외하고는 오탐지되는 화소가 거의 없으며, 4% 화소까지 탐지되고 있음을 알 수 있다. However, as shown in FIG. 5E, the result of the target material detection method according to the embodiment of the present invention shows that almost no false-positive pixels are detected except the noise portion along the upper edge of the image, and up to 4% pixels are detected .
상기한 바와 같은 결과로부터, 본 발명의 실시예에 따른 표적물질 탐지방법을 이용하면, 종래기술의 탐지방법들에 비해 오탐지되는 화소가 거의 없이 보다 정확한 탐지결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. From the results described above, it can be seen that, by using the target material detection method according to the embodiment of the present invention, more accurate detection results can be obtained with few false-detected pixels compared with the conventional detection methods.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법을 구현할 수 있다. Accordingly, the method of detecting a target material using the spectral mixing analysis of the ultrasound image according to the present invention can be implemented as described above.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 특정 지역에 대한 초분광 영상으로부터 목표하는 표적물질의 분포를 검출하기 위한 초분광 영상을 이용한 표적탐지방법에 있어서, 분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하고, 취득된 초분광 영상으로부터 영상 엔드멤버(image endmember)를 구한 후, 여기에 다시 표적물질에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 또 다른 엔드멤버로서 추가하여 화소별로 분광 순수화(spectral unmixing) 과정을 통해 표적물질에 대한 분포도를 작성하도록 구성되어, 매우 다양한 종류의 배경 물질이 분포하는 영상에서도 오탐지되는 화소가 거의 없이 효과적으로 목표하는 표적물질만이 정확하게 탐지됨은 물론, 화소 크기에 비해 매우 작은 크기의 표적에 대해서도 탐지가 가능한 장점을 가지는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법이 제공됨으로써, 목표로 하는 표적물질이 아닌 다른 물질까지 표적물질로 오탐지되거나, 화소 영역에 비해 크기가 작은 표적은 탐지되지 못하는 문제가 있었던 종래기술의 초분광 영상을 이용한 표적물질 탐지방법들의 문제점을 해결할 수 있다. In addition, by implementing the method of detecting a target material using the spectroscopic analysis of the ultrasound image according to the present invention as described above, the present invention provides a method of detecting a target substance from a superspectral image of a specific region, A method for detecting a target using an ultrasound image to detect an ultrasound image of an area to be analyzed, acquiring an image endmember from the acquired ultrasound image, The target spectrum for the target material is added as another end member so that the spectral unmixing process is performed for each pixel to create a distribution map for the target material. With only a few pixels to be detected, only the target material that is effectively targeted is accurately detected, The present invention provides a method of detecting a target material using spectroscopic analysis of an ultrasound image having an advantage of being able to detect even a target of a very small size, It is possible to solve the problem of the target substance detection methods using the ultrasound image of the prior art in which the target of small size is not detected.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 목표하는 표적물질만을 정확하게 탐지할 수 있도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법을 이용하여, 다양한 종류의 배경 물질이 분포하는 영상에서도 오탐지되는 화소가 거의 없이 효과적으로 목표하는 표적물질만이 정확하게 탐지 가능한 동시에, 화소 크기에 비해 매우 작은 크기의 표적에 대해서도 탐지가 가능하도록 구성되는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지시스템을 제공할 수 있다. Also, according to the present invention, by using the method of detecting a target substance using the spectral mixture analysis of an ultraspectral image configured to accurately detect only a target material as described above, A target material detection system using spectroscopic analysis of ultraspectral images configured to be able to accurately detect only the target material that is effectively aimed at with little or no false-positive pixels, and to detect even a small-sized target relative to the pixel size .
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes, modifications, combinations, and substitutions may be made without departing from the scope of the present invention as set forth in the following claims. I will.
Claims (4)
분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하는 단계;
상기 초분광 영상을 취득하는 단계에서 취득된 상기 초분광 영상의 단위 픽셀에 대하여 물질 분포를 분석하여 자동으로 영상 엔드멤버(image member)를 추출하는 단계;
상기 영상 엔드멤버를 추출하는 단계에서 추출된 상기 영상 엔드멤버에 찾고자 하는 상기 표적물질의 분광반사 스펙트럼을 새로운 엔드멤버로 추가하여 분광 순수화(spectral unmixing)를 수행하는 단계;
상기 분광 순수화를 수행하는 단계의 처리결과에 근거하여 상기 표적물질에 대한 점유 비율을 구하는 단계; 및
상기 표적물질에 대한 점유 비율을 구하는 단계의 결과에 근거하여 상기 초분광 영상의 단위 픽셀에 대한 상기 표적물질의 분포를 상기 초분광 영상 상에 표시하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법.
There is a problem in that a target other than a target material is not detected as the target material or a target having a size smaller than that of the pixel region is not detected when the distribution of a target material is detected from a superspectral image of a specific region A method for detecting a target substance by spectroscopic mixture analysis of an ultraspectral image configured to accurately detect only a target substance, regardless of size, in order to solve the problems of the conventional methods for detecting target substances,
Obtaining an ultrasound image of an area to be analyzed;
Analyzing a substance distribution with respect to a unit pixel of the superspectral image acquired in the step of acquiring the superspectral image and automatically extracting an image member;
Performing spectral unmixing by adding a spectral reflection spectrum of the target material to be detected to the image end member extracted in the step of extracting the image end member as a new end member;
Obtaining the occupancy rate of the target substance based on a result of the process of performing the spectral purifying step; And
And displaying the distribution of the target material with respect to a unit pixel of the superspectral image on the superspectral image based on the result of the step of obtaining an occupancy ratio with respect to the target material. A method for detecting target substances by spectral mixing analysis of images.
상기 탐지방법은,
상기 표적물질과 상기 초분광 영상 내에 포함된 지표 구성물질에 대한 모든 스펙트럼을 이용하여 모든 화소에 대하여 상기 분광혼합분석을 수행하여 모든 화소에 대하여 상기 표적물질의 점유비율이 계산되도록 구성됨으로써, 각각의 화소가 구성하는 영역에서 상기 표적물질이 일부분만을 구성하고 있어도 상기 표적물질의 존재 여부가 정확하게 분석될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법.
The method according to claim 1,
The detection method includes:
Wherein the spectral mixture analysis is performed on all the pixels using all of the spectrum of the target material and the index constituent contained in the ultrasound image so that the occupancy rate of the target material is calculated for all the pixels, Wherein the presence or absence of the target material can be accurately analyzed even if the target material comprises only a part of the target material in a region constituting the pixel.
상기 탐지방법은,
상기 영상 엔드멤버를 추출하는 단계와 상기 분광 순수화를 수행하는 단계 및 상기 표적물질에 대한 점유 비율을 구하는 단계의 처리를 상기 초분광 영상의 각각의 픽셀에 대하여 반복 수행하여 상기 표적물질에 대한 분포도를 작성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법.
The method according to claim 1,
The detection method includes:
Wherein the step of extracting the image end member, performing the spectropolarization, and the step of obtaining an occupancy rate for the target material are repeated for each pixel of the ultrasound image, Wherein the method further comprises the step of generating spectroscopic data of the target substance by spectroscopic mixture analysis of the ultrasound image.
분석하고자 하는 지역에 대한 초분광 영상을 취득하는 영상취득부;
상기 영상취득부에 의해 취득된 상기 초분광 영상으로부터 상기 표적물질에 대한 분포를 분석하는 영상분석부; 및
상기 영상분석부에 의해 분석된 상기 표적물질에 대한 분포를 상기 초분광 영상 상에 표시하는 영상표시부를 포함하여 구성되고,
상기 영상분석부는,
청구항 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 기재된 초분광 영상의 분광혼합분석에 의한 표적물질 탐지방법을 이용하여 상기 표적물질의 분포를 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초분광 영상의 분광혼합분석을 이용한 표적물질 탐지시스템. There is a problem that a target other than the target material, which is a target in detecting the target target substance distribution from a superspectral image for a specific region, is misidentified as the target material or a target whose size is smaller than that of the pixel region is not detected A target substance detection system using a spectroscopic mixture analysis of an ultra-spectroscopic image configured to accurately detect only a target material to be targeted, in order to solve the problems of the prior art target substance detection methods,
An image acquisition unit for acquiring an ultrasound image of an area to be analyzed;
An image analyzer for analyzing a distribution of the target material from the superspectral image acquired by the image acquisition unit; And
And an image display unit displaying a distribution of the target material analyzed by the image analysis unit on the ultrasound spectral image,
Wherein the image analyzing unit comprises:
A spectroscopic mixture analysis of an ultrasound image characterized by analyzing a distribution of the target substance using a method for detecting a target substance by spectroscopic analysis of the ultrasound image according to any one of claims 1 to 3 Targeted substance detection system.
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| KR1020140146233A KR101634792B1 (en) | 2014-10-27 | 2014-10-27 | Method for detecting target material by spectral mixture analysis of hyperspectral image |
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