KR20220040025A - Thermal image reconstruction device and method based on deep learning - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열 영상 재구성 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 딥러닝을 이용해 카메라로 취득한 열 영상의 저해상도 및 블러 현상을 복원하여 객체 검출을 용이하게 수행할 수 있는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for reconstructing a thermal image, and more particularly, to a thermal image reconstruction based on deep learning that can easily perform object detection by restoring a low resolution and blur phenomenon of a thermal image acquired with a camera using deep learning It relates to an apparatus and method.
최근, 코로나19로 인한 열 영상 기술의 수요가 급증함에 따라 열 영상과 관련한 다양한 기술이 개발되고 있다. Recently, as the demand for thermal imaging technology is rapidly increasing due to COVID-19, various technologies related to thermal imaging are being developed.
열 영상을 촬영하는 열화상 카메라는 기존 가시광선 카메라와는 다르게 특정 영역대(8-12μm)에 있는 파장을 포착하여 영상으로 볼 수 있도록 한다. 열화상 카메라는 산업장비나 대형 건물의 상태와 내부의 결함을 검출하고, 화재를 감지하며, 인체의 발열을 감지하는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. Unlike conventional visible light cameras, thermal imaging cameras that take thermal images capture wavelengths in a specific region (8-12 μm) so that they can be viewed as images. Thermal imaging cameras are used in various fields, such as detecting the condition and internal defects of industrial equipment or large buildings, detecting fire, and detecting heat of the human body.
하지만, 열화상 카메라로 촬영한 열 영상은 열의 특성으로 인해 영상에 사람의 동작과 카메라의 흔들림, 초점 이탈 등의 문제가 발생하고, 열 영상 특유의 블러 현상이 발생하게 되어 높은 성능의 열 영상을 취득할 수 없는 상황이 발생하게 된다. 또한, 고해상도의 열 영상을 촬영할 수 있는 열화상 카메라를 구매하기 위해서는 많은 비용을 지출해야 하는 문제점이 있다. However, thermal images taken with thermal imaging cameras have problems such as human motion, camera shake, and out-of-focus due to the characteristics of the thermal image, and the characteristic blur of thermal images occurs. Circumstances that cannot be obtained arise. In addition, there is a problem in that it is necessary to spend a lot of money in order to purchase a thermal imaging camera capable of taking a high-resolution thermal image.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제 10- 2127014호에 게시되어 있다.Background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2127014.
본 발명은 딥러닝 학습을 통해 저해상도의 열 영상을 고해상도로 복원하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치 및 방법을 제공한다. The present invention provides a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus and method for reconstructing a low-resolution thermal image to a high resolution through deep learning learning.
본 발명은 딥러닝 학습을 통해 블러 현상이 존재하는 열 영상을 복원하여 객체를 용이하게 검출할 수 있는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치 및 방법을 제공한다. The present invention provides an apparatus and method for reconstructing a thermal image based on deep learning that can easily detect an object by restoring a thermal image in which a blur phenomenon exists through deep learning learning.
본 발명의 일 측면에 따르면, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus is provided.
본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치는 열카메라로 취득한 열 영상 정보를 수신하는 입력부, 수신한 열 영상을 온도에 상응하는 색상으로 컬러 변환하는 컬러변환부 및 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 고해상도 복원을 수행하는 고해상도복원부를 포함할 수 있다.A deep learning-based thermal image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention includes an input unit for receiving thermal image information acquired with a thermal camera, a color conversion unit for color-converting the received thermal image into a color corresponding to temperature, and a color-converted column When the resolution of the image is less than a preset reference value, a high-resolution restoration unit for performing high-resolution restoration may be included.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a deep learning-based thermal image reconstruction method is provided.
본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법은 열카메라로 취득한 열 영상 정보를 수신하는 단계, 수신한 열 영상을 온도에 상응하는 색상으로 컬러 변환하는 단계 및 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 고해상도 복원을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.A deep learning-based thermal image reconstruction method according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving thermal image information acquired with a thermal camera, color-converting the received thermal image into a color corresponding to temperature, and the color-converted thermal image. The method may include performing high-resolution restoration when the resolution is less than a preset reference value.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치 및 방법은 딥러닝 학습을 통해 저해상도의 열 영상을 고해상도로 복원할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus and method may restore a low-resolution thermal image to a high resolution through deep learning learning.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치 및 방법은 딥러닝 학습을 통해 블러 현상이 존재하는 열 영상을 복원하여 객체를 용이하게 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus and method for reconstructing a thermal image based on deep learning can easily detect an object by reconstructing a thermal image having a blur phenomenon through deep learning learning.
도 1 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치를 설명하기 위한 도면들.
도 13 내지 도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치의 복원 성능을 예시한 도면들.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 도면.1 to 12 are diagrams for explaining a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
13 to 20 are diagrams illustrating restoration performance of a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
21 is a view for explaining a deep learning-based thermal image reconstruction method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Also, the expressions "a" and "a", "a" and "a", as used in this specification and claims, should generally be construed to mean "one or more" unless stated otherwise.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do it with
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치를 설명하기 위한 도면들이다.1 to 8 are diagrams for explaining a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 입력부(110), 컬러변환부(120), 고해상도복원부(130), 이미지분할부(140), 블러복원부(150) 및 이미지결합부(160)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the deep learning-based thermal
입력부(110)는 고해상도 복원을 수행하는 과정에서 필요한 열 영상 정보를 수신한다. 예를 들어, 입력부(110)는 열카메라로 취득한 흑백 열 영상 또는 컬러 열 영상을 수신할 수 있다.The
컬러변환부(120)는 취득한 열 영상이 흑백 열 영상일 경우 컬러로 변환하여 측정된 열 영상의 온도에 상응하는 색상으로 표현한다.When the acquired thermal image is a black-and-white thermal image, the
도 2를 참조하면, 컬러변환부(120)는 흑백 열 영상의 0~255픽셀(총 256 픽셀)을 컬러로 매칭하여 변환한다. 예를 들어, 입력부(110)에 입력된 흑백 열 영상에서 열이 가장 높은 영역의 픽셀 값인 255는 하얀색으로, 열이 가장 낮은 영역의 픽셀 값인 0은 검정색으로 나타난다. 컬러변환부(120)는 입력부(110)에 입력된 흑백 열 영상을 컬러로 변환하여 열이 가장 높은 영역의 픽셀 값인 255는 빨간색(255,0,0)으로, 열이 가장 낮은 영역의 픽셀 값인 0은 파란색(0,0,255)으로 표현한다. 즉, 컬러변환부(120)는 1채널 열 영상(1-channel thermal image)을 3채널 열 영상(3-channel thermal image)으로 변환한다.Referring to FIG. 2 , the
도 3을 참조하면, 흑백 공간(gray)에서의 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio), SNR(Signal-to-Noise Ratio), SSIM(Structural Similarity Index Map) 값은 컬러 공간(RGB)보다 낮은 값이 측정되었으며, MSE(Mean Squre Error) 값은 컬러 공간(RGB 등)보다 높은 값이 측정되었다. 여기서, PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio), SNR(Signal-to-Noise Ratio) 및 MSE(Mean Squre Error)는 영상의 화질에 대한 손실 정보를 평가하는 지표이며, SSIM(Structural Similarity Index Map)은 시각적 품질을 평가하는 지표이다. PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio), SNR(Signal-to-Noise Ratio) 및 SSIM(Structural Similarity Index Map)값은 측정값이 높을수록 영상의 정확도가 높으며, MSE(Mean Squre Error)값은 측정값이 낮을수록 영상의 정확도가 높다. Referring to FIG. 3 , Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR), Signal-to-Noise Ratio (SNR), and Structural Similarity Index Map (SSIM) values in the black-and-white space (gray) are lower than those of the color space (RGB). The values were measured, and the Mean Square Error (MSE) value was measured to be higher than that of the color space (RGB, etc.). Here, PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio), SNR (Signal-to-Noise Ratio), and MSE (Mean Square Error) are indicators for evaluating loss information on image quality, and SSIM (Structural Similarity Index Map) is an indicator for evaluating visual quality. For PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio), SNR (Signal-to-Noise Ratio), and SSIM (Structural Similarity Index Map) values, the higher the measured value, the higher the image accuracy, and the MSE (Mean Square Error) value is measured The lower the value, the higher the image accuracy.
열 영상 지표의 수치를 통해 컬러변환부(120)에서 열 영상의 온도에 상응하는 색상으로 변환된 컬러 열 영상은 흑백 열 영상보다 높은 품질의 열 영상 복원 성능을 구현함을 확인할 수 있다. It can be confirmed that the color thermal image converted to a color corresponding to the temperature of the thermal image by the
다시 도 1을 참조하면, 고해상도복원부(130)는 컬러변환부(120)에서 컬러 변환된 열 영상의 복원을 수행한다. 구체적으로, 고해상도복원부(130)는 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 고해상도 복원을 수행한다. 여기서, 고해상도복원부(130)는 도 4와 같이 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)을 이용하여 해상도 복원을 수행한다. Referring back to FIG. 1 , the high-
고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)은 제너레이터 네트워크(Generator Network)와 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network) 가 학습하면서 서로 경쟁을 하게끔 구성된다. 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 입력 영상으로부터 데이터를 생성하는 역할을 수행하며, 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)는 입력으로 주어진 영상이 제너레이터 네트워크(Generator Network)를 통해 생성된 데이터인지, 실제 영상인지 구별하는 역할을 수행한다.The high-resolution reconstructed generative adversarial neural network (SRRGAN) is configured so that the Generator Network and the Discriminator Network compete with each other while learning. The generator network plays a role in generating data from an input image, and the discriminator network distinguishes whether an image given as an input is data generated through the generator network or an actual image. perform the role
도 5를 참조하면, 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)의 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 저해상도 열 영상을 입력하여 높은 해상도의 열 영상 데이터를 생성한다. 이후, 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)는 입력된 영상이 실제 영상(1)인지 제너레이터 네트워크(Generator Network)를 통해 생성된 고해상도 영상(0)인지 판별하는 과정을 거쳐 고해상도 열 영상을 출력한다. Referring to FIG. 5 , a generator network of a high-resolution reconstructed generative adversarial neural network (SRRGAN) generates high-resolution thermal image data by inputting a low-resolution thermal image. Thereafter, the discriminator network outputs a high-resolution thermal image through a process of determining whether the input image is an
도 6 내지 도 8은 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)의 제너레이터 네트워크(Generator Network) 및 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)의 구조를 나타낸다.6 to 8 show the structures of a generator network and a discriminator network of a high-resolution reconstructed generative adversarial neural network (SRRGAN).
도 6을 참조하면, 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 다수의 레이어(layer)로 구성된다. 구체적으로, 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 17개의 레이어(layer)를 포함하며, 그 중 conv2d_1내지 conv2d_5 레이어(layer)는 9x9의 필터 크기를 가지고, 그 외 나머지 레이어(layer)는 3x3의 필터 크기를 가진다.Referring to FIG. 6 , a generator network is composed of a plurality of layers. Specifically, the Generator Network includes 17 layers, among which conv2d_1 to conv2d_5 layers have a filter size of 9x9, and the remaining layers have a filter size of 3x3. have
이 때, res_block 레이어(layer)의 구조는 도 7과 같이 conv2d_1, prelu, convd_2 및 add 레이어(layer)를 더 포함한다. 또한, 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 1x1의 스트라이드(stride) 및 1x1의 패딩(padding)을 가진다.In this case, the structure of the res_block layer further includes conv2d_1, prelu, convd_2, and add layers as shown in FIG. 7 . In addition, the generator network has a stride of 1x1 and a padding of 1x1.
도 8을 참조하면, 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)의 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)는 9개의 레이어(layer)를 포함하며, 그 중 conv_block_1, conv_block_3 및 conv_block_6 레이어(layer)의 경우 1 스트라이드(stride) 및 1x1의 패딩(padding)을 가진다. 또한, 나머지 컨볼루션 블록인 conv_block_2, conv_block_4 및 conv_block_5 레이어(layer)의 경우 2 스트라이드(stride) 및 0x0의 패딩(padding)을 가진다. conv_block_1부터 conv_block_6까지의 모든 레이어(layer)는 3x3의 필터 크기를 가진다.Referring to FIG. 8, the discriminator network of the high resolution reconstruction generative adversarial neural network (SRRGAN) includes 9 layers, of which 1 stride in the case of conv_block_1, conv_block_3 and conv_block_6 layers. (stride) and has a padding of 1x1. In addition, the remaining convolution blocks, conv_block_2, conv_block_4, and conv_block_5 layers, have 2 strides and 0x0 padding. All layers from conv_block_1 to conv_block_6 have a filter size of 3x3.
다시 도 1을 참조하면, 이미지분할부(140)는 컬러변환부(120)로부터 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 이상일 경우 열 영상을 수신하여 열 영상의 온도에 상응하는 색상으로 변환된 전체 영상을 일정한 크기의 영역으로 나눌 수 있다. 또한, 이미지분할부(140)는 고해상도복원부(130)로부터 복원된 고해상도 열 영상을 수신하여 일정한 크기의 영역으로 나눌 수 있다. 여기서, 이미지분할부(140)는 미리 설정된 기준 값을 이용하여 복원된 고해상도 열 영상의 블러 현상을 판단하고, 블러 현상의 열 영상만을 수신하여 일정한 크기의 영역으로 나눌 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the
예를 들어, 이미지분할부(140)는 도 9와 같이 360*360 크기의 열 영상을 60*60 크기로 나누어 열 영상을 생성한다. 만약 컬러로 변환된 전체 영상에 대해 일정한 크기로 나누지 않고 학습하는 경우, 전체 영상 내에 포함된 많은 특징을 학습하지 못하는 문제가 발생하여 열 영상의 블러 현상 복원 성능을 저하시킨다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지분할부(140)는 블러 현상 복원 이전에 전체 영상을 일정한 크기로 나누는 과정을 수행하여 고품질의 열 영상을 취득할 수 있다. For example, the
블러복원부(150)는 이미지분할부(140)에서 일정한 크기로 나누어진 열 영상의 블러 현상 복원을 수행한다. 구체적으로, 블러복원부(150)는 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)을 이용하여 블러 현상 복원을 수행한다.The
디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)은 시각적 이미지를 분석하는 데 쓰이는 인공 신경망의 한 종류로, 이미지에서 특징을 추출하여 블러 현상을 처리하는 것을 특징으로 한다. Deblur Convolutional Neural Network (DeblurCNN) is a type of artificial neural network used to analyze visual images. It is characterized by processing the blur by extracting features from the image.
도 10을 참조하면, 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)은 앞서 설명한 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)과 같이 제너레이터 네트워크(Generator Network)와 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)로 구성된다. 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)의 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 블러 현상의 열 영상을 입력하여 블러 현상이 복원된 열 영상 데이터를 생성한다. 이후, 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)는 입력된 영상이 실제 영상(1)인지 제너레이터 네트워크(Generator Network)를 통해 생성된 블러 복원 영상(0)인지 판별한다.Referring to FIG. 10 , the deblur convolutional neural network (DeblurCNN) is composed of a generator network and a discriminator network like the high-resolution reconstructed generative adversarial neural network (SRRGAN) described above. A generator network of a deblur convolutional neural network (DeblurCNN) generates thermal image data in which blur is restored by inputting a thermal image of the blur phenomenon. Thereafter, the discriminator network determines whether the input image is an
디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)은 도 11과 같이 이미지분할부(140)에서 일정한 크기로 나누어진 영상을 입력하여 블러 현상 복원을 수행한다. 이후, 블러복원부(150)는 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)을 통해 복원된 영상들을 이미지결합부(160)로 전송한다.The deblur convolutional neural network (DeblurCNN) performs blur restoration by inputting an image divided into a predetermined size by the
도 12를 참조하면, 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)의 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 12개의 레이어(layer)를 포함하며, 모든 레이어(layer)는 3x3의 필터 크기를 가진다. 또한, 제너레이터 네트워크(Generator Network)는 1x1의 스트라이드(stride) 및 1x1의 패딩(padding)을 가진다. Referring to FIG. 12 , a generator network of a deblur convolutional neural network (DeblurCNN) includes 12 layers, and all layers have a filter size of 3x3. In addition, the generator network has a stride of 1x1 and a padding of 1x1.
디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)의 제너레이터 네트워크(Generator Nework) res_block 레이어(layer)의 구조 및 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network) 구조는 앞서 설명한 도 7 및 도 8의 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)의 제너레이터 네트워크(Generator Nework) res_block 레이어(layer)의 구조 및 디스크리미네이터 네트워크(Discriminator Network)와 동일하다. The structure of the generator network res_block layer of the deblur convolutional neural network (DeblurCNN) and the structure of the discriminator network are the high-resolution reconstructed generative adversarial neural networks (SRRGAN) of FIGS. 7 and 8 described above. The structure of the generator network res_block layer and the discriminator network of the res_block are the same.
다시 도 1을 참조하면, 이미지결합부(160)는 블러복원부(150)로부터 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)을 통해 복원된 영상들을 수신한다. 이후, 이미지결합부(160)는 나누어진 복원 영상들을 결합하여 하나의 전체 영상으로 재생성한다.Referring back to FIG. 1 , the
도 13내지 도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치의 복원 성능을 예시한 도면들이다.13 to 20 are diagrams illustrating restoration performance of a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)은 기존 고해상도 복원 기법(Bicubic, SRCNN, SRGAN, PULSE) 및 기존 블러 현상 복원 기법(DeblurCNN, DeblurGAN, DeblurCGAN-v2)을 통해 복원된 열 영상보다 더 효과적인 복원 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 컬러변환부(200)에서의 컬러 변환을 통해 복원된 열 영상은 다른 복원 기법에 비해 원본과 가장 유사한 해상도 및 블러 현상 복원 효과를 가진다.13 and 14 , a reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention includes an existing high-resolution restoration technique (Bicubic, SRCNN, SRGAN, PULSE) and an existing blur restoration technique (DeblurCNN, DeblurGAN, It can be seen that DeblurCGAN-v2) exhibits more effective restoration performance than the thermal image reconstructed. The thermal image reconstructed through color conversion in the
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)은 SSIM(Structural Similarity Index Map) 측정값 비교를 통해 기존 고해상도 기법을 통해 복원된 열 영상보다 복원 성능이 우수함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 15 , the restored thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention has better restoration performance than the thermal image restored through the existing high-resolution method by comparing SSIM (Structural Similarity Index Map) measurement values. can be checked
6개의 데이터를 이용하여 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio), 및 SSIM(Structural Similarity Index Map) 값을 측정한 결과, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)의 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio) 최대값은 22.99, SSIM(Structural Similarity Index Map) 최대값은 0.9760으로 측정되었다. 측정된 SSIM(Structural Similarity Index Map)값은 다른 고해상도 복원 기법을 통해 복원된 열 영상보다 높은 값이 측정되었지만, PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)값은 다른 고해상도 복원 기법을 통해 복원된 열 영상에 비해 비교적 낮은 값이 측정되었다. PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)의 경우, 사람이 보는 시각적 품질 차이와 유사성을 정확하게 평가하지 못하며, 정확도가 불분명한 경우가 존재한다. 따라서, 본 발명에서는 SSIM(Structural Similarity Index Map) 값을 비교하여 열 영상의 품질을 상대적으로 평가한다.As a result of measuring Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) and Structural Similarity Index Map (SSIM) values using six pieces of data, the PSNR (Proposed method) of a reconstructed thermal image according to an embodiment of the present invention ( The maximum value of Peak Signal-to-Noise Ratio) was 22.99, and the maximum value of SSIM (Structural Similarity Index Map) was measured to be 0.9760. The measured SSIM (Structural Similarity Index Map) value was higher than that of the thermal image reconstructed through other high-resolution restoration techniques, but the PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) value is the thermal image restored through other high-resolution restoration techniques. A relatively low value was measured compared to . In the case of PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio), it is not possible to accurately evaluate the difference and similarity of visual quality seen by humans, and there are cases in which the accuracy is unclear. Accordingly, in the present invention, the quality of a thermal image is relatively evaluated by comparing SSIM (Structural Similarity Index Map) values.
도 16를 참조하면, 6개의 데이터를 이용하여 SSIM(Structural Similarity Index Map) 값을 측정한 결과, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)의 SSIM(Structural Similarity Index Map) 최대값은 0.9873으로 측정되었다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)은 SSIM(Structural Similarity Index Map) 측정값 비교를 통해 다른 복원 기법보다 블러 현상 복원 성능이 우수함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 16 , as a result of measuring a Structural Similarity Index Map (SSIM) value using six pieces of data, a Structural Similarity Index Map (SSIM) maximum of a reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention The value was determined to be 0.9873. Through this, it can be confirmed that the reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention has better blur restoration performance than other restoration techniques by comparing SSIM (Structural Similarity Index Map) measurement values.
도 17및 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상과 기존 고해상도 복원 기법 및 기존 블러 현상 복원 기법으로 복원된 열 영상을 비교하기 위한 또다른 예시이다. 앞서 도시한 도 13 및 도 14와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)은 기존 고해상도 복원 기법(Bicubic, SRCNN, SRGAN, PULSE) 및 기존 블러 현상 복원 기법(DeblurCNN, DeblurGAN, DeblurCGAN-v2)을 통해 복원된 열 영상보다 더 효과적인 복원 성능을 나타낸다.17 and 18 are other examples for comparing a thermal image reconstructed according to an embodiment of the present invention with a thermal image reconstructed by a conventional high-resolution restoration technique and a conventional blur restoration technique. 13 and 14, the reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention includes an existing high-resolution restoration technique (Bicubic, SRCNN, SRGAN, PULSE) and an existing blur restoration technique (DeblurCNN, DeblurGAN and DeblurCGAN-v2) show more effective reconstruction performance than the reconstructed thermal image.
도 19및 도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)은 기존 고해상도 기법 및 기존 블러 현상 복원 기법으로 복원된 열 영상과의 Recall, Precision, GlobalACC, F1 및 Jaccard 값 비교를 통해 복원 성능을 확인한다.19 and 20 , a reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention includes Recall, Precision, GlobalACC, F1 and Check the restoration performance by comparing Jaccard values.
여기서, Recall은 실제 정답 대비 검출 결과의 비율을 나타내고, Precision 검출기가 얼마나 정답과 가깝게 검출해 내는지의 비율을 나타내고, GlobalACC는 정확도로 검출기의 결과가 실제로 옳고 그른지에 상관없이 정답이라 하는 비율을 나타내고, F1은 Precision 과 Recall 결과의 조화평균값이고, Jaccard는 열 영상의 유사도를 계산한 값을 나타낸다. Here, Recall represents the ratio of the detection result to the actual correct answer, and represents the ratio of how closely the precision detector detects the correct answer. F1 is the harmonic mean value of Precision and Recall results, and Jaccard represents the calculated similarity of thermal images.
도 19을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)의 Recall, Precision, GlobalACC, F1 및 Jaccard값은 기존 고해상도 복원 기법(Bicubic, SRCNN, SRGAN, PULSE)의 Recall, Precision, GlobalACC, F1 및 Jaccard보다 높은 값이 측정되었으며, 도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)의 Recall, GlobalACC, F1 및 Jaccard값은 기존 블러 현상 복원 기법(DeblurCNN, DeblurGAN, DeblurCGAN-v2)의 Recall, GlobalACC, F1 및 Jaccard보다 높은 값이 측정되었다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복원된 열 영상(Proposed method)은 다른 복원 기법보다 고해상도 및 블러 현상 복원 성능이 우수함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19 , the Recall, Precision, GlobalACC, F1 and Jaccard values of the reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention are Recall of the existing high-resolution restoration techniques (Bicubic, SRCNN, SRGAN, PULSE), Higher values than Precision, GlobalACC, F1 and Jaccard were measured, and referring to FIG. 20 , the Recall, GlobalACC, F1 and Jaccard values of the reconstructed thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention restore the existing blur. Methods (DeblurCNN, DeblurGAN, DeblurCGAN-v2) had higher values than Recall, GlobalACC, F1 and Jaccard. Through this, it can be confirmed that the restored thermal image (Proposed method) according to an embodiment of the present invention has superior resolution and blur restoration performance than other restoration techniques.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.21 is a diagram for explaining a deep learning-based thermal image reconstruction method according to an embodiment of the present invention.
도 21을 참조하면, 단계 S2101에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 고해상도 복원을 수행하는 과정에서 필요한 열 영상 정보를 수신한다. 예를 들어, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 흑백 열 영상 또는 컬러 열 영상을 수신할 수 있다. Referring to FIG. 21 , in step S2101 , the deep learning-based thermal
단계 S2103에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 수신한 흑백 열 영상을 컬러로 변환한다. 구체적으로, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 흑백 열 영상의 0~255픽셀(총 256 픽셀)을 컬러로 매칭하여 변환한다. 예를 들어, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)에 입력된 흑백 열 영상에서 열이 가장 높은 영역의 픽셀 값인 255는 하얀색으로, 열이 가장 낮은 영역의 픽셀 값인 0은 검정색으로 나타난다. 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 입력된 흑백 열 영상을 컬러로 변환하여 열이 가장 높은 영역의 픽셀 값인 255는 빨간색(255,0,0)으로, 열이 가장 낮은 영역의 픽셀 값인 0은 파란색(0,0,255)으로 표현한다. In step S2103, the deep learning-based thermal
단계 S2105에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 단계 S2107로 이동하여 고해상도 복원을 수행한다. 여기서, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)을 이용하여 해상도 복원을 수행한다. In step S2105, when the resolution of the color-converted thermal image is less than a preset reference value, the deep learning-based thermal
단계 S2109에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 미리 설정된 기준 값을 이용하여 복원된 고해상도 열 영상의 블러 현상을 판단하고 블러 현상일 경우 단계 S2111로 이동한다.In step S2109, the deep learning-based thermal
또한, 단계 S2105에서 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 단계 S2111로 이동한다.Also, if the resolution of the column image converted in color in step S2105 is less than a preset reference value, the process moves to step S2111.
단계 S2111에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 수신한 열 영상을 일정한 크기로 나눈다.In step S2111, the deep learning-based thermal
예를 들어, 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 360*360 크기의 열 영상을 60*60 크기로 나눈다. 만약 컬러로 변환된 전체 영상에 대해 일정한 크기로 나누지 않고 학습하는 경우, 전체 영상 내에 포함된 많은 특징을 학습하지 못하는 문제가 발생하여 열 영상의 블러 현상 복원 성능을 저하시킨다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 블러 현상 복원 이전에 전체 영상을 일정한 크기로 나누는 과정을 수행하여 고품질의 열 영상을 취득할 수 있다. For example, the deep learning-based thermal
단계 S2113에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)을 이용하여 열 영상 블러 복원을 수행한다.In step S2113, the deep learning-based thermal
단계 S2115에서 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치(10)는 복원 열 영상을 수신하고 나누어진 복원 영상들을 결합하여 하나의 전체 영상으로 재생성한다.In step S2115, the deep learning-based thermal
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even though it has been described that all components constituting the embodiment of the present invention are combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all the components may operate by selectively combining one or more.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시 예 들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.Although acts are shown in a particular order in the drawings, it should not be understood that the acts must be performed in the specific order or sequential order shown, or that all illustrated acts must be performed to obtain a desired result. In certain circumstances, multitasking and parallel processing may be advantageous. Moreover, the separation of the various components in the embodiments described above should not be construed as necessarily requiring such separation, and the described program components and systems may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products. It should be understood that there is
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 지하철특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential subway characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
Claims (10)
열카메라로 취득한 열 영상 정보를 수신하는 입력부;
상기 수신한 열 영상을 온도에 상응하는 색상으로 컬러 변환하는 컬러변환부; 및
상기 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 고해상도 복원을 수행하는 고해상도복원부를 포함하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치.
In the deep learning-based thermal image reconstruction apparatus,
an input unit for receiving thermal image information acquired by a thermal camera;
a color conversion unit for color-converting the received thermal image into a color corresponding to a temperature; and
A deep learning-based thermal image reconstruction apparatus comprising a high-resolution restoration unit that performs high-resolution restoration when the resolution of the color-converted thermal image is less than a preset reference value.
상기 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 이상일 경우 상기 열 영상을 수신하여 일정한 크기의 영역으로 나누는 이미지분할부;
상기 일정한 크기의 영역으로 나누어진 영상의 블러 복원을 수행하는 블러복원부; 및
상기 블러복원부로부터 블러 복원된 열 영상들을 결합하여 하나의 전체 영상으로 재생성하는 이미지결합부를 더 포함하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치.
The method of claim 1,
an image dividing unit that receives the thermal image and divides it into regions of a predetermined size when the resolution of the color-converted thermal image is greater than or equal to a preset reference value;
a blur restoration unit that restores the blur of the image divided into the region of a certain size; and
Deep learning-based thermal image reconstruction apparatus further comprising an image combining unit that combines the thermal images restored from the blur from the blur restoration unit and regenerates them into one whole image.
고해상도 복원된 열 영상을 수신하여 일정한 크기의 영역으로 나누는 이미지분할부;
상기 일정한 크기의 영역으로 나누어진 영상의 블러 복원을 수행하는 블러복원부; 및
상기 블러복원부로부터 블러 복원된 열 영상들을 결합하여 하나의 전체 영상으로 재생성하는 이미지결합부를 더 포함하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치.
The method of claim 1,
an image division unit that receives a high-resolution reconstructed thermal image and divides it into regions of a predetermined size;
a blur restoration unit that restores the blur of the image divided into the region of a certain size; and
Deep learning-based thermal image reconstruction apparatus further comprising an image combining unit that combines the thermal images restored from the blur from the blur restoration unit and regenerates them into one whole image.
상기 블러 복원부는 디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)을 이용하여 블러 복원을 수행하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치.
4. The method of claim 2 or 3,
The blur restoration unit is a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus for performing blur restoration using a deblur convolutional neural network (DeblurCNN).
상기 고해상도 복원부는 초고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)를 이용하여 고해상도 복원을 수행하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 장치.
The method of claim 1,
The high-resolution reconstruction unit is a deep learning-based thermal image reconstruction apparatus for performing high-resolution reconstruction using a super-resolution reconstruction generative adversarial neural network (SRRGAN).
열카메라로 취득한 열 영상 정보를 수신하는 단계;
상기 수신한 열 영상을 온도에 상응하는 색상으로 컬러 변환하는 단계; 및
상기 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 고해상도 복원을 수행하는 단계를 포함하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법.
In the deep learning-based thermal image reconstruction method,
Receiving thermal image information acquired by a thermal camera;
color-converting the received thermal image into a color corresponding to a temperature; and
and performing high-resolution restoration when the resolution of the color-converted thermal image is less than a preset reference value.
상기 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 이상일 경우 상기 열 영상을 수신하여 일정한 크기의 영역으로 나누는 단계;
상기 일정한 크기의 영역으로 나누어진 영상의 블러 복원을 수행하는 단계; 및
상기 블러 복원된 열 영상들을 결합하여 하나의 전체 영상으로 재생성하는 단계를 더 포함하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법.
7. The method of claim 6,
receiving the column image and dividing the column image into regions of a predetermined size when the resolution of the color-converted column image is greater than or equal to a preset reference value;
performing blur restoration on the image divided into the region of the predetermined size; and
Deep learning-based thermal image reconstruction method further comprising the step of combining the reconstructed thermal images to regenerate into one whole image.
고해상도 복원된 열 영상을 수신하여 일정한 크기의 영역으로 나누는 단계;
상기 일정한 크기의 영역으로 나누어진 영상의 블러 복원을 수행하는 단계; 및
상기 블러 복원된 열 영상들을 결합하여 하나의 전체 영상으로 재생성하는 단계를 더 포함하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법.
7. The method of claim 6,
receiving the high-resolution reconstructed thermal image and dividing it into regions of a predetermined size;
performing blur restoration of the image divided into the area of the predetermined size; and
Deep learning-based thermal image reconstruction method further comprising the step of combining the reconstructed thermal images to regenerate into one whole image.
상기 일정한 크기의 영역으로 나누어진 영상의 블러 복원을 수행하는 단계는
디블러 컨볼루션 신경망(DeblurCNN)을 이용하여 블러 복원을 수행하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법.
9. The method according to claim 7 or 8,
The step of performing blur restoration of the image divided into the area of a certain size is
A deep learning-based thermal image reconstruction method that performs blur restoration using a deblur convolutional neural network (DeblurCNN).
상기 컬러 변환된 열 영상의 해상도가 미리 설정된 기준 값 미만일 경우 고해상도 복원을 수행하는 단계는 초고해상도 재구성 생성적적대신경망(SRRGAN)를 이용하여 고해상도 복원을 수행하는 딥러닝 기반 열 영상 재구성 방법.
According to claim 6,
The step of performing high-resolution restoration when the resolution of the color-converted thermal image is less than a preset reference value is a deep learning-based thermal image reconstruction method of performing high-resolution restoration using a super-resolution reconstruction generative adversarial neural network (SRRGAN).
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KR1020200122728A KR20220040025A (en) | 2020-09-23 | 2020-09-23 | Thermal image reconstruction device and method based on deep learning |
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Cited By (1)
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KR102593677B1 (en) * | 2022-06-28 | 2023-10-25 | 주식회사 포딕스시스템 | Object detection image preprocessing apparatus and method thereof |
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2020
- 2020-09-23 KR KR1020200122728A patent/KR20220040025A/en not_active Application Discontinuation
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