KR20220064104A - Device for analyzing explosives media propagation characteristic image, drone therefor and method thereof - Google Patents
Device for analyzing explosives media propagation characteristic image, drone therefor and method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220064104A KR20220064104A KR1020200150266A KR20200150266A KR20220064104A KR 20220064104 A KR20220064104 A KR 20220064104A KR 1020200150266 A KR1020200150266 A KR 1020200150266A KR 20200150266 A KR20200150266 A KR 20200150266A KR 20220064104 A KR20220064104 A KR 20220064104A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- image
- medium
- explosive
- speed
- aerial
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
- G06T11/60—Editing figures and text; Combining figures or text
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/13—Edge detection
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/194—Segmentation; Edge detection involving foreground-background segmentation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/20—Analysis of motion
- G06T7/269—Analysis of motion using gradient-based methods
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10032—Satellite or aerial image; Remote sensing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 장치, 이를 위한 드론 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for analyzing the propagation characteristics of an explosive medium, a drone therefor, and a method therefor.
연료를 이용하는 폭발물은 1차 기폭으로 폭발물 내부 연료를 등방성으로 분산시키고, 연료가 공기와 혼합하면서 연료 매질을 형성한다. 연료 매질은 사방으로 전파되며, 연료와 공기가 최적으로 혼합되었을 시점에 2차 기폭이 수행된다. 2차 기폭 시 발생한 폭발 에너지로 인하여 연료 매질에 폭굉(detonation)이 발생하여 고압의 충격파와 고온의 열이 발생하게 된다. 폭발물은 연료 매질이 확산된 영역에서 높은 효과도를 보이며, 장시간(long duration) 특성의 높은 압력으로 인하여 시설, 장비 등이 파괴된다. 이러한 특성을 갖는 폭발물의 연료 매질 분산, 충격파 전파 등의 특성을 정량적으로 분석하기 위하여 폭발물 주변에 다수의 압력 센서와 고속 카메라를 사용하지만, 다음과 같은 문제점이 있다.Explosives using fuel disperse the fuel inside the explosive isotropically with the primary detonation, and the fuel mixes with air to form a fuel medium. The fuel medium propagates in all directions, and the secondary detonation is performed when the fuel and air are optimally mixed. Due to the explosive energy generated during the second detonation, detonation occurs in the fuel medium, resulting in high-pressure shock waves and high-temperature heat. Explosives show high effectiveness in the area where the fuel medium is diffused, and facilities and equipment are destroyed due to the high pressure of the long duration characteristic. A number of pressure sensors and high-speed cameras are used around explosives to quantitatively analyze characteristics such as dispersion of fuel medium and shock wave propagation of explosives having these characteristics, but there are the following problems.
기존에는 상용 영상 분석툴을 이용하여 측면 고속 영상에서의 연료 매질 분산 특성을 분석하였다. 하지만, 영상 분석툴에서 제공하는 윤곽선 및 대비도 검출, 상관기법 등의 알고리듬은 폭발물 주변에 있는 배경 잡음을 연료 및 충격파 매질로 인식하므로 매질 영역을 수동으로 지정, 삭제하여 분석하였다. 폭발물의 전체 작동시간은 수백 ms이며, 폭발 특성 고속 영상을 획득하기 위하여 고속 카메라를 초당 수천 프레임 이상으로 설정한다. 따라서 사방으로 전파하는 연료와 충격파 매질의 영역을 수동으로 지정하여 분석할 경우 상당한 시간이 소요되며, 인적 오류가 포함될 수 있다.In the past, the fuel medium dispersion characteristics in the side high-speed image were analyzed using a commercial image analysis tool. However, the algorithms such as contour and contrast detection and correlation techniques provided by the image analysis tool recognize the background noise around the explosive as fuel and shock wave medium, so the medium area was manually designated and deleted for analysis. The total operation time of the explosive is several hundred ms, and the high-speed camera is set at thousands of frames per second or more to acquire high-speed images of the explosive characteristics. Therefore, it takes a considerable amount of time to manually designate and analyze the areas of fuel and shock wave medium propagating in all directions, and human error may be included.
또한, 폭발물의 시험평가 항목 중 기폭 시 발생하는 충격파의 전파 속도 측정이 중요한데, 1차 기폭 시 발생하는 충격파의 압력이 낮으므로 고속 영상에서는 충격파 매질의 식별이 어렵다. 그리고 2차 기폭 시에는 폭발 영역이 넓으므로 설치된 압력 센서는 폭발물 주변에서의 충격파 전파 속도만 측정할 수 있으며, 압력 센서 이후의 전파 속도를 분석할 수 없다.In addition, it is important to measure the propagation speed of the shock wave generated during detonation among the test evaluation items for explosives. Since the pressure of the shock wave generated during the first detonation is low, it is difficult to identify the shock wave medium in high-speed images. And since the explosion area is wide during the second detonation, the installed pressure sensor can only measure the propagation speed of the shock wave around the explosive, and cannot analyze the propagation speed after the pressure sensor.
그리고 폭발물 내부 연료를 분산시키기 위하여 폭발물의 몸체는 균일한 간격으로 노치(notch) 가공되므로 상공에서 봤을 때 실제 연료 매질의 분산 특성은 해바라기 모양이 된다. 하지만, 기존에는 고속 카메라에서 획득한 측면 영상으로만 연료 매질의 분산 특성을 2차원으로 분석하므로 연료 매질의 분산 특성을 정확하게 분석할 수 없다. And, in order to disperse the fuel inside the explosive, the body of the explosive is notched at uniform intervals, so the dispersion characteristic of the actual fuel medium is sunflower-shaped when viewed from above. However, since the dispersion characteristic of the fuel medium is analyzed in two dimensions only with the side image obtained from the conventional high-speed camera, the dispersion characteristic of the fuel medium cannot be accurately analyzed.
연료 매질의 분산 특성을 정확하게 분석하기 위해서 측면과 상공에서 획득한 고속 영상을 활용한 3차원 영상 분석 방법이 요구된다. 상공에서 고속 영상을 획득하기 위해서는 드론에 고속 카메라를 탑재하여야 하고, 드론에 탑재한 고속 카메라에 트리거 신호 공급 등의 원격 제어와 GPS 시각 정보 및 초당 프레임 수를 동기화하는 방법이 추가적으로 필요하다. In order to accurately analyze the dispersion characteristics of the fuel medium, a three-dimensional image analysis method using high-speed images acquired from the side and from above is required. In order to acquire high-speed images in the sky, a high-speed camera must be mounted on the drone, and a remote control such as supplying a trigger signal to the high-speed camera mounted on the drone and a method of synchronizing GPS time information and the number of frames per second are additionally required.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 시간 흐름에 따라 전파하는 매질을 배경 잡음과 구분하고, 딥러닝 기반의 매질 검출 모델을 생성 및 학습하고, 3차원으로 융합한 고속 영상을 이용하여 폭발물의 연료와 충격파 매질의 전파 특성을 정량적으로 분석할 수 있는 영상 분석 장치, 이를 위한 드론 및 그 방법을 제공함에 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to distinguish a medium propagating over time from background noise, to create and learn a deep learning-based medium detection model, and to use high-speed images fused in three dimensions to combine fuel and explosives An object of the present invention is to provide an image analysis apparatus capable of quantitatively analyzing the propagation characteristics of a shock wave medium, a drone therefor, and a method therefor.
본 발명의 일 실시예에 따른 매질 전파 특성 영상 분석 장치는 폭발물의 상공에서 촬영되는 상공 영상을 획득하는 상공 영상 획득부, 상기 폭발물의 측면 주변에서 촬영되는 측면 영상을 획득하는 측면 영상 획득부, 상기 폭발물의 매질을 배경 잡음과 구분하는 매질 검출부, 상기 폭발물의 매질에 대한 상기 상공 영상과 상기 측면 영상을 3차원으로 융합하는 영상 융합부, 및 3차원으로 융합된 매질에 대한 물리량을 산출하는 물리량 산출부를 포함한다. A medium propagation characteristic image analysis apparatus according to an embodiment of the present invention includes an aerial image acquisition unit for acquiring an aerial image photographed from above the explosive, a side image acquisition unit for acquiring a side image photographed around the side of the explosive, and the A medium detecting unit that distinguishes the medium of the explosive from background noise, an image fusion unit that fuses the aerial image and the side image of the explosive medium in three dimensions, and a physical quantity calculation for calculating a physical quantity for the three-dimensionally fused medium includes wealth.
상기 상공 영상을 촬영하는 상공 고속 카메라에 트거리 신호를 공급하여 상기 상공 영상과 상기 측면 영상의 프레임을 동기화하는 동기화부를 더 포함할 수 있다. It may further include a synchronizer for synchronizing the frames of the aerial image and the side image by supplying a twitch signal to the overhead high-speed camera for photographing the aerial image.
상기 폭발물의 매질을 잡음이 포함된 배경 영상과 구분하는 영상 전처리부를 더 포함할 수 있다. It may further include an image preprocessor for discriminating the medium of the explosive from a background image containing noise.
상기 영상 전처리부는 영상 밝기의 최댓값과 최솟값 차이에 대한 대비를 조정하고, 매질의 윤곽선에 가중치를 설정하여 상기 잡음이 포함된 배경 영상과 상기 폭발물의 매질을 구분할 수 있다. The image preprocessor may adjust the contrast for the difference between the maximum and minimum values of image brightness and set a weight to the outline of the medium to distinguish the background image containing the noise from the medium of the explosive.
상기 매질 검출부는 현재 프레임과 과거 프레임과의 차, 현재 프레임과 배경 영상과의 차 중에서 최솟값을 사용하여 영상의 변화량을 영상차로 계산하고, 상기 영상차를 이진화하여 이진화 영상을 계산하고, 상기 이진화 영상에서 매질이 계속해서 팽창하는 방식을 적용하여 관심 영역을 검출하고, 상기 관심 영역을 제외한 영역을 배경 잡음으로 지정할 수 있다. The medium detection unit calculates the amount of change in the image as the image difference using a minimum value among the difference between the current frame and the past frame and the difference between the current frame and the background image, and calculates the binarized image by binarizing the image difference, and the binarized image , a method in which the medium continues to expand may be applied to detect a region of interest, and a region excluding the region of interest may be designated as background noise.
상기 매질 검출부는 신경망 기반의 매질 검출 모델을 이용하여 상기 폭발물의 매질을 상기 배경 잡음과 구분할 수 있다. The medium detection unit may distinguish the medium of the explosive from the background noise by using a medium detection model based on a neural network.
상기 영상 융합부는 상기 측면 영상에서의 매질의 x축 값과 y축 값을 상기 상공 영상에서 획득한 x축 값과 y축 값으로 보정할 수 있다. The image fusion unit may correct the x-axis value and the y-axis value of the medium in the side image with the x-axis value and the y-axis value obtained from the aerial image.
상기 물리량 산출부는 상기 x축 값과 상기 y축 값이 보정된 측면 영상으로부터 시간의 흐름에 따라 전파하는 매질의 전파 거리, 넓이, 부피를 계산할 수 있다. The physical quantity calculator may calculate a propagation distance, an area, and a volume of a medium propagating over time from the side image in which the x-axis value and the y-axis value are corrected.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석을 위한 드론은 상기 폭발물에 대한 상공 영상을 촬영하는 상공 고속 카메라, 상기 상공 고속 카메라의 해상도, 프레임 수를 포함하는 파라미터를 원격으로 제어하기 위한 무선 원격 제어부, 상기 드론의 위치를 확인하고, 상기 상공 고속 카메라의 출력 영상을 무선으로 전송하는 고속 영상 송신부, 상기 상공 영상과 상기 폭발물의 측면 영상의 프레임을 동기화하기 위하여 상기 폭발물의 기폭 시점을 상기 상공 고속 카메라의 촬영 시작 시점으로 설정하는 트리거 신호 공급부, 및 상기 측면 영상을 촬영하는 측면 고속 카메라와 상기 상공 고속 카메라에 대한 트리거 시점을 동기화하는 GPS 시각 정보 수신부를 포함한다. A drone for analyzing an image of a medium propagation characteristic of an explosive according to another embodiment of the present invention remotely controls a parameter including a high-speed camera in the sky for capturing an image of the explosive, a resolution of the high-speed camera in the sky, and the number of frames a wireless remote control unit for confirming the location of the drone, a high-speed image transmitter for wirelessly transmitting the output image of the high-speed camera in the sky, and the detonation time of the explosive in order to synchronize the frames of the aerial image and the side image of the explosive It includes a trigger signal supply unit for setting the shooting start time of the high-speed overhead camera, and a GPS time information receiving unit for synchronizing the trigger time for the side high-speed camera and the high-speed camera to take the side image.
상기 드론에 공급되는 전원과 별도로 상기 상공 고속 카메라에 전원을 추가적으로 공급하는 전원 공급부를 더 포함하고, 상기 상공 고속 카메라에 전원이 듀얼로 공급될 수 있다. A power supply unit for additionally supplying power to the high-speed aerial camera separately from the power supplied to the drone may be further included, and power may be dually supplied to the high-speed aerial camera.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법은 폭발물의 측면 주변에 설치된 복수의 측면 고속 카메라로 측면 영상을 촬영하고, 상기 폭발물의 상공에 위치하는 드론에 장착된 상공 고속 카메라로 상공 영상을 촬영하여 상기 폭발물의 매질에 대한 고속 영상을 획득하는 단계, 상기 고속 영상에서 상기 폭발물의 매질과 잡음이 포함된 배경 영상의 경계를 구분하기 위한 영상 전처리를 수행하는 단계, 상기 폭발물의 매질을 배경 잡음과 구분하여 상기 폭발물의 매질을 검출하는 단계, 상기 폭발물의 매질에 대한 상기 상공 영상과 상기 측면 영상을 3차원으로 융합하는 단계, 및 3차원으로 융합된 매질에 대한 물리량을 산출하는 단계를 포함한다. In a method for analyzing an image of an explosive medium propagation characteristic according to another embodiment of the present invention, a side image is taken with a plurality of side high-speed cameras installed around the side of the explosive, and an overhead high-speed camera mounted on a drone positioned above the explosive. acquiring a high-speed image of the medium of the explosive by taking an overhead image with Detecting the medium of the explosive by distinguishing the medium from the background noise, fusing the aerial image and the side image of the explosive medium in three dimensions, and calculating a physical quantity for the three-dimensionally fused medium includes steps.
상기 상공 고속 카메라에 트거리 신호를 공급하여 상기 상공 영상과 상기 측면 영상의 프레임을 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include the step of synchronizing the frames of the aerial image and the side image by supplying a zoom signal to the aerial high-speed camera.
영상 밝기의 최댓값과 최솟값 차이에 대한 대비를 조정하고, 매질의 윤곽선에 가중치를 설정하여 상기 배경 영상과 상기 폭발물의 매질을 구분하여 상기 영상 전처리를 수행할 수 있다. The image preprocessing may be performed by adjusting the contrast for the difference between the maximum and minimum values of the image brightness and setting a weight to the outline of the medium to distinguish the background image from the medium of the explosive.
현재 프레임과 과거 프레임과의 차, 현재 프레임과 배경 영상과의 차 중에서 최솟값을 사용하여 영상의 변화량을 영상차로 계산하고, 상기 영상차를 이진화하여 이진화 영상을 계산하고, 상기 이진화 영상에서 매질이 계속해서 팽창하는 방식을 적용하여 관심 영역을 검출하고, 상기 관심 영역을 제외한 영역을 배경 잡음으로 지정하여 상기 폭발물의 매질을 검출할 수 있다. Using the minimum value among the difference between the current frame and the past frame and the difference between the current frame and the background image, the amount of change in the image is calculated as the image difference, the image difference is binarized to calculate the binarized image, and the medium continues in the binarized image. Thus, a region of interest may be detected by applying the expansion method, and a region other than the region of interest may be designated as background noise to detect the medium of the explosive.
상기 측면 영상에서의 매질의 x축 값과 y축 값을 상기 상공 영상에서 획득한 x축 값과 y축 값으로 보정하여 상기 상공 영상과 상기 측면 영상을 3차원으로 융합할 수 있다. By correcting the x-axis value and the y-axis value of the medium in the side image with the x-axis value and the y-axis value obtained from the aerial image, the aerial image and the side image may be 3D fused.
상기 x축 값과 상기 y축 값이 보정된 측면 영상으로부터 시간의 흐름에 따라 전파하는 매질의 전파 거리, 넓이, 부피를 계산하여 상기 3차원으로 융합된 매질에 대한 물리량을 산출할 수 있다. A physical quantity for the three-dimensionally fused medium may be calculated by calculating a propagation distance, an area, and a volume of a medium propagating over time from the side image in which the x-axis value and the y-axis value are corrected.
폭발물의 연료와 충격파 매질의 전파 특성을 정량적으로 분석하기 위하여 시간 흐름에 따라 전파하는 매질을 배경 잡음과 구분하고, 딥러닝 기반의 매질 검출 모델을 생성 및 학습하고, 3차원으로 융합한 고속 영상을 이용하여 매질 전파 특성에 대한 물리량을 정량적으로 분석할 수 있다.In order to quantitatively analyze the propagation characteristics of the fuel of explosives and the shock wave medium, the medium propagating over time is distinguished from the background noise, a deep learning-based medium detection model is created and learned, and a three-dimensional fused high-speed image is produced. It can be used to quantitatively analyze physical quantities for medium propagation characteristics.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성을 측정하기 위한 방법을 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성을 분석하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 전처리 및 매질 검출 결과를 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매질 전파 특성을 3차원으로 분석하기 위한 스케일 인자(scale factor)를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 매질의 물리량 산출 결과를 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파 매질의 물리량 산출 결과를 나타내는 예시도이다. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for analyzing an image of an explosive medium propagation characteristic according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram illustrating a method for measuring medium propagation characteristics of an explosive according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the configuration of a drone according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of analyzing medium propagation characteristics of an explosive according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view showing results of image preprocessing and medium detection according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram for explaining a method of calculating a scale factor for analyzing a medium propagation characteristic in three dimensions according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary diagram illustrating a result of calculating a physical quantity of a fuel medium according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary diagram illustrating a result of calculating a physical quantity of a shock wave medium according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 다른 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, an apparatus for analyzing medium propagation characteristics of explosives according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 장치를 나타내는 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성을 측정하기 위한 방법을 나타내는 예시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an apparatus for analyzing an image of an explosive medium propagation characteristic according to an embodiment of the present invention. 2 is an exemplary diagram illustrating a method for measuring medium propagation characteristics of an explosive according to an embodiment of the present invention. 3 is a block diagram showing the configuration of a drone according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 3을 참조하면, 영상 분석 장치(10)는 고속 영상 획득부(100) 및 영상 분석부(200)를 포함한다. 고속 영상 획득부(100)는 상공 영상 획득부(110), 측면 영상 획득부(120) 및 동기화부(130)를 포함한다. 영상 분석부(200)는 영상 전처리부(210), 매질 검출부(220), 영상 융합부(230) 및 물리량 산출부(240)를 포함한다. 매질 검출부(220)는 검출 모델부(221)를 포함할 수 있다. 1 to 3 , the
고속 영상 획득부(100)는 복수의 고속 카메라와 연동하여 폭발물 매질에 대한 측면 영상 및 상공 영상을 획득한다. The high-speed
상공 영상 획득부(110)는 폭발물(400)의 상공에서 정지 비행할 수 있는 드론(300)에 탑재되는 상공 고속 카메라(320)에 의해 촬영되는 상공 영상을 획득한다. 상공 영상 획득부(110)는 드론(300)과 무선 통신으로 접속될 수 있다. The aerial
측면 영상 획득부(120)는 폭발물(400)의 측면 주변에 설치되는 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)에 의해 촬영되는 측면 영상을 획득한다. 측면 영상 획득부(120)는 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 무선 통신 또는 유선 통신으로 접속될 수 있다. 도 2에서는 측면 고속 카메라(121, 122)가 지면 상에서 x축 방향 및 y축 방향으로 2개 설치되어 있는 것으로 예시하였으나, 측면 고속 카메라(121, 122)는 폭발물(400)을 사방에서 촬영할 수 있도록 더 많은 수로 설치될 수 있다. The side
동기화부(130)는 상공 고속 카메라(320)에 트리거 신호를 공급하는 등의 원격 제어와 상공 고속 카메라(320)의 GPS 시각 정보 및 초당 프레임 수를 측면 고속 카메라(121, 122)와 동기화한다. 즉, 동기화부(130)는 상공 영상과 측면 영상의 프레임을 동기화할 수 있다. The
영상 전처리부(210)는 연료 매질의 분산, 고속 영상과 압력 센서로 식별이 어려운 1차 기폭과 2차 기폭 시에 발생하는 충격파를 검출하기 위하여 잡음이 포함된 배경 영상과 매질을 구분한다. The
매질 검출부(220)는 연료 매질과 충격파 전파 특성을 분석하기 위하여 시간 흐름에 따라 확산되는 매질을 배경 잡음과 구분한다. 검출 모델부(221)는 딥러닝 기반의 매질 검출 모델을 생성 및 학습한다. 매질 검출부(220)는 검출 모델부(221)에서 학습된 값을 기초로 매질을 배경 잡음과 구분할 수 있다.The
영상 융합부(230)는 기폭 시 사방으로 확산되는 매질에 대한 측면 영상과 상공 영상을 3차원으로 융합한다. 영상 융합부(230)는 매질 검출부(220)에서 구분된 연료 매질과 충격파 매질에 체인 코드(chain-code)를 적용하여 픽셀 단위로 계산하여 측면 영상과 상공 영상을 3차원으로 융합할 수 있다. The
물리량 산출부(240)는 3차원으로 융합된 연료 매질과 충격파 매질에 대한 물리량을 산출한다. 연료와 충격파 매질의 전파 특성에 대한 물리량을 정량적으로 분석하기 위하여 폭발물(400) 주변에 기준 폴대(125)가 설치된다. 시간의 흐름에 따라 전파하는 매질의 전파 거리, 넓이, 부피 등은 x축 및 y축이 보정된 측면 영상으로부터 계산되며, 매질은 z축을 중심으로 등방성을 이루므로 측면 영상을 적분하여 부피를 계산할 수 있다. 물리량 산출부(240)는 계산된 물리량을 시간축에 대한 물리량의 그래프로 생성할 수 있다.The
폭발물(400)의 기폭 시 연료와 충격파 매질의 전파 특성을 3차원으로 분석하기 위하여 폭발물(400) 측면에 다수의 측면 고속 카메라(121, 122)가 설치되고, 폭발물(400)의 상공에서 정지 비행하는 드론(300)에 상공 고속 카메라(320)가 탑재된다. 폭발물(400)의 기폭 시에 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)가 측면 영상 및 상공 영상을 획득한다. 폭발물(400)의 측면에 설치된 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)는 최소 두 대 이상을 x축 방향 및 y축 방향에 90도 간격으로 설치하여 등방성으로 전파하는 연료와 충격파 매질의 고속 영상을 획득할 수 있다. 폭발물(400)의 기폭 시 발생하는 파편 및 충격파로부터 드론(300)을 보호하기 위하여 드론(300)의 운용 고도는 최소 150m 이상이 되어야 한다.A plurality of side high-
드론(300)은 전원 공급부(310), 상공 고속 카메라(320), 무선 원격 제어부(330), 고속 영상 송신부(340), 트리거 신호 공급부(350) 및 GPS 시각 정보 수신부(360)를 포함할 수 있다. The
전원 공급부(310)는 드론(300)의 구동에 공급되는 전원과 별도로 상공 고속 카메라(320)에 전원을 추가적으로 공급하기 위하여 추가 장착될 수 있다. 드론(300) 자체의 전원과 함께 전원 공급부(310)는 상공 고속 카메라(320)의 메모리에 저장된 수 기가바이트 이상의 고속 영상이 전원 끊김으로 인하여 메모리에서 삭제되는 것을 방지하기 위하여 상공 고속 카메라(320)에 전원을 듀얼로 공급할 수 있다. 또한, 전원 공급부(310)는 무선 원격 제어부(330), 고속 영상 송신부(340), 트리거 신호 공급부(350) 및 GPS 시각 정보 수신부(360)를 운용하기 위한 직류 전원을 공급한다. The
무선 원격 제어부(330)는 상공 고속 카메라(320)의 해상도, 프레임 수, 렌즈의 노출값 등의 파라미터 설정을 운용자가 원격으로 제어할 수 있는 기능을 제공한다. 이를 위해, 무선 원격 제어부(330)는 스위칭 허브 및 ISM(Industrial Scientific Medical) 밴드의 송수신기로 구성될 수 있다. The wireless
고속 영상 송신부(340)는 폭발물(400)의 상공에 정지 비행하는 드론(300)의 x축, y축 위치를 확인하고, 상공 고속 카메라(320)의 HD-SDI(High Definition Serial Digital Interface) 출력 영상을 운용자에게 무선으로 전송하는 기능을 제공한다.The high-
트리거 신호 공급부(350)는 폭발물(400)의 기폭 시점을 상공 고속 카메라(320)의 제로 타임, 즉 촬영 시작 시점으로 설정하기 위하여 상공 고속 카메라(320)에 TTL 레벨의 외부 트리거 신호를 원격으로 공급하는 기능을 제공한다. 상공 고속 카메라(320)는 초당 수천 프레임 수로 고속 영상을 획득하기 때문에 메모리의 용량 제한으로 인하여 상공 영상의 저장 시간이 제한되기 때문에 상공 고속 카메라(320)의 제로 타임을 설정할 필요가 있다. The trigger
GPS 시각 정보 수신부(360)는 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)의 초당 프레임 수가 동일 또는 정수배의 형태로 설정될 수 있도록 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)에 대한 트리거 시점을 동기화한다. 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)에서 획득한 복수의 2차원 영상을 3차원으로 융합하기 위해서는 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)의 초당 프레임 수가 동일하거나 정수배가 되어야 한다. The GPS time information receiving unit 360 includes a plurality of side high-
드론(300)은 상공 고속 카메라(320), 전원 공급부(310) 등을 포함한 다양한 장치를 장착하여 원거리에 이격되어 있는 폭발물(400)의 상공까지 이동하고 정지 비행해야 하기 때문에 20kg 이상의 페이로드(payload) 상태에서 20분 이상 비행이 가능한 중형급 이상으로 운용되어야 한다.The
기존의 상용 영상 분석 툴에서 제공하는 윤곽선 및 대비도 검출, 상관기법 등의 알고리듬은 시험장 주변에 있는 배경 잡음, 즉, 시험 구조물, 나무, 수풀, 연료 분산 시 지면에 발생하는 그림자, 날씨에 따른 배경 밝기, 연료 조성에 따른 연료 매질 색상 변동, 기폭 시 발생하는 충격파로 의한 주변물의 흔들림 등으로 인하여 배경 잡음을 연료 및 충격파 매질로 인식하였고, 매질 영역을 수동으로 지정, 삭제하여 분석하였으므로 상당한 시간이 소요되고, 인적 오류가 포함되었다. Algorithms such as contour and contrast detection and correlation techniques provided by existing commercial image analysis tools are used for background noise around the test site, i.e., test structures, trees, bushes, shadows on the ground when fuel is dispersed, and weather-dependent backgrounds. Background noise was recognized as fuel and shock wave media due to changes in the color of the fuel medium according to the brightness and fuel composition, and shaking of surrounding objects due to the shock wave generated during detonation. and human error was included.
또한, 폭발물의 1차 기폭 시 발생하는 충격파의 압력이 낮아 고속 영상에서는 충격파 매질의 식별이 어렵고, 2차 기폭 시에는 폭발 영역이 넓으므로 설치된 압력 센서 이후의 전파속 도를 분석할 수 없었다. In addition, since the pressure of the shock wave generated during the first detonation of the explosive was low, it was difficult to identify the shock wave medium in high-speed images, and during the second detonation, the propagation speed after the installed pressure sensor could not be analyzed because the explosion area was wide.
이하, 연료 매질의 분산, 고속 영상과 압력 센서로 식별이 어려운 1차 기폭과 2차 기폭 시 발생하는 충격파를 검출하기 위하여 잡음이 포함된 배경 영상과 연료 및 충격파 매질을 구분하기 위한 딥러닝 기반의 최적화된 영상 분석 방법에 대하여 설명한다. 도 4 내지 8을 참조하여 영상 분석 장치(10)를 이용하여 폭발물의 매질 전파 특성을 분석하는 영상 분석 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, in order to detect the dispersion of the fuel medium, high-speed images and shock waves generated during the first and second detonation, which are difficult to identify with a pressure sensor, a deep learning-based An optimized image analysis method will be described. An image analysis method for analyzing medium propagation characteristics of an explosive using the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폭발물의 매질 전파 특성을 분석하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 전처리 및 매질 검출 결과를 나타내는 예시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매질 전파 특성을 3차원으로 분석하기 위한 스케일 인자(scale factor)를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 매질의 물리량 산출 결과를 나타내는 예시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파 매질의 물리량 산출 결과를 나타내는 예시도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of analyzing medium propagation characteristics of an explosive according to an embodiment of the present invention. 5 is an exemplary view showing results of image preprocessing and medium detection according to an embodiment of the present invention. 6 is an exemplary diagram for explaining a method of calculating a scale factor for analyzing a medium propagation characteristic in three dimensions according to an embodiment of the present invention. 7 is an exemplary diagram illustrating a result of calculating a physical quantity of a fuel medium according to an embodiment of the present invention. 8 is an exemplary diagram illustrating a result of calculating a physical quantity of a shock wave medium according to an embodiment of the present invention.
도 4 내지 8을 참조하면, 폭발물(400)의 측면 주변에 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 기준 폴대(125)를 설치하고, 상공 고속 카메라(320)가 장착된 드론(300)을 폭발물(400)의 상공에 위치시켜 폭발물(400)의 매질 전파 특성 분석을 준비한 후 폭발물(400)을 기폭한다(S110).4 to 8, a plurality of side high-
측면 고속 카메라(121, 122)는 측면 영상을 촬영하고 상공 고속 카메라(320)는 상공 영상을 촬영함으로써 제1 내지 제3 방향(x, y, z)에서의 폭발물(400)의 매질에 대한 고속 영상을 획득한다(S120). 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)는 트리거 신호에 동기하여 촬영 시점을 동기화할 수 있다. 복수의 측면 고속 카메라(121, 122)와 상공 고속 카메라(320)의 초당 프레임 수는 동일 또는 정수배의 형태로 설정될 수 있다. The side high-
영상 분석 장치(10)의 영상 전처리부(210)는 획득된 고속 영상에 대하여 영상 전처리를 수행한다(S130). 연료 및 충격파 매질과 잡음이 포함된 배경 영상의 경계를 뚜렷하게 만들기 위하여 영상 밝기의 최댓값과 최솟값 차이에 대한 대비(contrast)를 조정하고, 비선형 전달 함수를 이용한 감마(gamma) 보정을 수행하여 영상을 개선한다. 또한, 중간값(medium) 필터와 저주파 통과 필터 및 고주파 통과 필터를 사용하여 매질의 윤곽선과 같은 중요한 영상 정보를 보존하기 위해 매질의 윤곽선에 가중치를 설정하고, 가중치보다 큰 값을 오차로 판별 및 보정하여 불규칙적으로 존재하는 잡음을 제거한 후 윤곽선 특징을 가중화한다. 추가적으로, 히스토그램 평활화(equalization) 적용 후 영상의 명암 대비를 개선하여 매질과 배경 잡음이 포함된 영상의 밝기 변화를 균일하게 개선한다.The
영상 분석 장치(10)의 매질 검출부(220)는 매질 검출 모델을 생성 및 학습하고(S140), 매질 검출 모델을 이용하여 매질을 검출한다(S150). The
매질 검출부(220)는 시간 흐름에 따라 전파하는 연료 및 충격파 매질을 배경 잡음과 구분하기 위하여 영상의 변화량을 계산한다. 기존 소벨, 가우시안과 같은 윤곽선 연산자는 매질과 배경 영상 구분이 어려우므로 본 발명의 실시예에서는 폭발물의 전파 특성이 시간 연속이라는 특징을 이용하여 수학식 1과 같은 영상차 함수로 영상의 변화량을 계산한다.The
여기서, D는 영상차를 의미하며, I는 입력 영상이다. B는 배경 영상으로써 초기에는 첫 번째 영상을 배경으로 사용하고, 프레임이 증가할 때마다 배경 영상에 을 적용한다. 즉, 영상차를 현재 프레임과 과거 프레임과의 차, 현재 프레임과 배경 영상과의 차 중에서 최솟값을 사용하여 영상의 변화량으로 계산한다. Here, D denotes an image difference, and I denotes an input image. B is a background image. Initially, the first image is used as a background, and each frame is added to the background image. apply That is, the image difference is calculated as the amount of change in the image by using the minimum value among the difference between the current frame and the past frame and the difference between the current frame and the background image.
매질 검출부(220)는 계산된 영상차로부터 연료 매질과 배경 영상을 구분하기 위해 이진화를 수행한다. 부분 평균 모델에서는 배경에 포함되는 지형이나 시설물의 형상에 따라 연료 매질이 사라진다. 이에 따라, 운용자는 시험 환경에 따라 적절한 임계값을 설정하여 폭발 영역을 결정하는 방법을 적용한다. 또한, 이진화 영상을 계산하고, 잡음 영역을 제거하기 위하여 다음과 같은 과정을 적용한다.The
폭발 영역의 잡음을 제거하고, 동일 영역 결합을 위하여 이진화 영상에 팽창 연산 후 침식 연산을 적용하고, 분리된 영역을 결합하여 외곽 영역을 스무딩(smoothing) 처리한다. The noise of the explosion region is removed, the erosion operation is applied after the dilation operation to the binarized image to combine the same region, and the outer region is smoothed by combining the separated regions.
또한, 매질이 연속적으로 확산한다는 특징을 이용하여, 이진화 영상에서 연료 매질로 구분되는 픽셀이 이전 프레임의 연료 매질 근처에 있다면, 연료 매질로 결정하고, 이전 프레임의 계산 결과로부터 계속해서 팽창하는 방식을 적용하여 관심 영역을 검출한다. 그리고 연료 및 충격파 매질 검출 시 관심 영역을 제외한 영역은 배경 잡음으로 지정된다. 이에 따라 영상 전처리 및 검출 모델 생성과 학습 속도를 향상시킬 수 있다. 추가적으로 체인 코드(chain-code)를 적용하여 영역의 외곽선을 추출하고, 외곽선의 특징을 이용하여 불규칙하게 증가하는 영역이나 그림자와 같은 오차를 제거한다. 마지막으로 체인 코드로 결정한 외곽선을 폭발 영역으로 정의하고, 체인 코드 내의 모든 영역을 연료 매질로 결정한 후 공간을 채워 최종 연료 매질로 결정한다. 이러한 결과를 딥러닝의 학습 데이터로 사용하기 위하여 원본 영상과 결과 영상을 딥러닝 학습 폴더에 저장하여 매질 검출 모델의 학습을 수행한다.In addition, using the characteristic that the medium continuously diffuses, if a pixel classified as a fuel medium in the binarized image is near the fuel medium of the previous frame, it is determined as the fuel medium, and continues to expand from the calculation result of the previous frame. to detect the region of interest. In addition, when the fuel and shock wave medium are detected, the region excluding the region of interest is designated as background noise. Accordingly, image preprocessing and detection model generation and learning speed can be improved. Additionally, the outline of the area is extracted by applying a chain-code, and errors such as irregularly increasing areas or shadows are removed using the characteristics of the outline. Finally, the outline determined by the chain code is defined as the explosion area, all areas within the chain code are determined as the fuel medium, and then the space is filled to determine the final fuel medium. In order to use these results as training data for deep learning, the original image and the resulting image are stored in the deep learning learning folder to learn the medium detection model.
매질 검출 모델은 시간 흐름에 따라 전파하는 연료와 충격파 매질을 배경 잡음과 구분하기 위한 신경망(neural network) 기반의 매질 검출 알고리듬을 포함한다. 기존 GAN(generative adversarial network)은 다운샘플링 시 공간 데이터의 손실이 발생하지만, 제안하는 매질 검출 알고리듬은 생성자에 U-Net 구조를 적용한 후 동일한 크기를 갖는 업샘플링의 결과에 스킵 커넥션(skip connection)을 추가하여 공간 데이터의 손실을 보완한다. 또한, 매질 검출 알고리듬은 PatchGAN 구조의 판별자를 적용하여 영상의 각 부분을 매질과 배경 영상으로 구분한다. 폭발물 매질의 전파 특성에 대한 매질 검출 모델 생성과 학습에 사용된 모델은 style transfer에 쓰이는 Pix2Pix 구조이다. 제안하는 매질 검출 모델은 연료와 충격파 매질과 배경 영상의 영역을 구분하기 위한 것이므로 출력을 (256, 256, 1) 크기로 이진화하고, 생성자는 7개의 다운샘플링 층과 7개의 업샘플링 층을 포함하여 총 14개의 층으로 구성되며, 다운샘플링과 업샘플링의 공간 데이터 손실을 최소화하도록 6개의 스킵 커넥션 층이 포함된다. 판별자는 입력 영상과 출력 영상을 입력받아 두 데이터를 연관시킨(concatenate) 연관값을 4개의 다운샘플링 층을 통해 (30, 30, 1) 결과로 출력하며, 출력 영상을 30×30으로 나누어 각 부분의 매질 검출 판별 결과를 나타낸다. 판별자의 목적 함수는 그대로 두고, 생성자의 목적 함수는 L1 기준(norm)값을 임의의 λ만큼 영향을 주어 더하는 방식을 사용하여 단순히 판별자를 속이는 것만이 아니라 실제 실측 자료(ground truth)에 가까운 결과를 출력한다. 제안하는 매질 검출 모델은 판별자의 1회 선 학습 후에 생성자를 1회 학습하는 방법이 아니라 WGAN 모델에서 사용한 방식과 같이 생성자의 학습 이전에 판별자를 임의의 횟수 n번 학습한 후 강인한 판별자의 형성을 통해 향상된 생성자의 결과를 유도한다. 이로써 매질을 배경 영상으로부터 최적화 검출할 수 있으며, 매질 검출 모델의 생성과 학습에 대한 노력과 시간을 줄일 수 있다.The medium detection model includes a neural network-based medium detection algorithm for distinguishing the propagating fuel and shock wave medium from background noise over time. In the existing generative adversarial network (GAN), spatial data loss occurs during downsampling, but the proposed medium detection algorithm applies a U-Net structure to the generator and then makes a skip connection to the result of upsampling having the same size. In addition, the loss of spatial data is compensated for. In addition, the medium detection algorithm divides each part of the image into a medium and a background image by applying the discriminator of the PatchGAN structure. The model used for generating and learning the medium detection model for the propagation characteristics of explosive medium is the Pix2Pix structure used for style transfer. Since the proposed medium detection model is to distinguish the regions of the fuel and shock wave medium and the background image, the output is binarized to a size of (256, 256, 1), and the generator includes 7 downsampling layers and 7 upsampling layers. It consists of a total of 14 layers, and includes 6 skip connection layers to minimize spatial data loss during downsampling and upsampling. The discriminator receives an input image and an output image, and outputs a result of concatenating the two data as (30, 30, 1) through four downsampling layers, and divides the output image by 30×30 to each part shows the results of detection and discrimination of the medium. The objective function of the discriminator is left as it is, and the objective function of the generator uses the method of adding the L1 norm by affecting the L1 norm by an arbitrary λ. print out The proposed medium detection model is not a method of learning the generator once after learning the discriminator once, but learning the discriminator n times randomly before learning the generator, like the method used in the WGAN model, and then forming a strong discriminator through the formation of a strong discriminator. It leads to improved constructor results. Accordingly, the medium can be optimally detected from the background image, and the effort and time for generating and learning the medium detection model can be reduced.
매질 검출 모델을 학습하기 위하여 영상은 (256, 256, 3) 크기의 RGB로 입력되고, 생성자에서 이진화된 (256, 256, 1) 크기의 영상이 출력된다. 생성자와 판별자의 최적화 함수의 파리미터는 학습율 4e-5, Beta_1 0.5, Epsilon 1e-6을 적용하고, 목적 함수에서 생성자가 실측 자료(ground truth)에 가까운 결과를 출력하도록 지원하는 파라미터인 λ는 1000으로 설정된다. 매질 검출 모델의 총 학습은 영상 전처리를 통해 생성된 약 2000장의 영상 쌍(원본, 마스크)을 이용하고, 각 에포치(epoch)마다 250번의 반복(iteration)을 수행하여 100 epoch 후 손실(loss)이 가장 낮은 경우의 모델을 저장한다. 또한, 학습 후 매질의 윤곽선이 잘못 설정되었을 경우에도 매질 영역을 수동으로 지정 및 삭제가 가능하므로 보다 정확하게 분석할 수 있고 매질 검출 정확도, 정밀도, 재현율이 향상된다. 도 5에 예시한 바와 같이, 시간의 흐름에 따라 매질이 배경 잡음과 구분되어 검출될 수 있다.To learn the medium detection model, an image is input as RGB of size (256, 256, 3), and an image of size (256, 256, 1) that is binarized by the generator is output. The parameters of the optimization function of the generator and discriminator apply a learning rate of 4e -5 , Beta_1 0.5 , and Epsilon 1e -6 , and λ, a parameter that supports the generator to output a result close to the ground truth in the objective function, is 1000. is set The total learning of the medium detection model uses about 2000 image pairs (original, mask) generated through image preprocessing, and performs 250 iterations for each epoch, resulting in a loss after 100 epochs. Save the model for this lowest case. In addition, even if the outline of the medium is set incorrectly after learning, the medium area can be manually specified and deleted, so that analysis can be performed more accurately and the medium detection accuracy, precision, and reproducibility are improved. As illustrated in FIG. 5 , the medium may be detected separately from the background noise over time.
영상 융합부(230)는 매질에 대한 측면 영상과 상공 영상을 3차원으로 융합한다(S160). 폭발물(400) 내부 연료를 등방성으로 분산시키기 위하여 원기둥 형태의 폭발물(400)의 몸체는 균일한 간격으로 노치(notch) 가공된다. 도 6에 예시한 바와 같이, 기폭 시 매질은 사방으로 확산되므로 측면과 상공에서 획득한 고속 영상을 3차원으로 융합하여 매질의 전파특성을 정량적으로 분석한다. 실제 연료 매질의 분산 특성은 해바라기 모양이므로 측면 영상에서 매질의 x축 값과 y축 값을 상공 영상에서 획득한 x축 값과 y축 값으로 보정한다. 상공 고속 영상 매질의 평균 반지름인 r상공을 산출하기 위하여 의 면적을 이용한 보정식을 사용한다. 또한, 매질은 등방성으로 분산하므로 측면 고속 영상의 매질의 x축, y축에 대한 스케일 인자(scale factor) κ를 으로 계산하여 측면 영상에서 각 z축에 해당하는 x축과 y축의 반지름에 대해 보정한다. The
물리량 산출부(240)는 연료와 충격파 매질의 전파 특성에 대한 물리량을 산출한다(S170). 연료와 충격파 매질의 전파 특성에 대한 물리량에 정량적 분석을 위해 폭발물(400) 주변에 기준 폴대(125)가 설치된다. 도 7 및 8에 예시한 바와 같이, 시간의 흐름에 따라 전파하는 매질의 전파 거리, 넓이, 부피는 x축 값과 y축 값이 보정된 측면 영상으로부터 계산된다. 매질의 부피는 z축을 중심으로 등방성을 이루므로 측면 영상을 적분하여 계산된다. 그리고 계산된 물리량을 시간축에 대한 그래프와 문서 양식으로 출력할 수 있다.The physical
상술한 바와 같이, 폭발물 매질의 고속 영상에 대한 전처리를 수행하고, 매질 검출 모델을 생성 및 학습하는 알고리듬을 만들 수 있다. 그리고 연료와 충격파 매질의 전파 특성이 포함된 고속 영상으로부터 다양한 배경 잡음이 포함된 데이터를 수집하고, 영상 처리를 수행하여 매질 영역을 결정하고, 환경이 다른 25가지 이상의 경우에 대한 학습 데이터를 제작한 후 매질 검출 모델을 학습할 수 있다. 총 100epoch 학습 후, 딥러닝 학습에 사용한 다양한 영상 중 3개의 영상을 선택하여 검증을 수행할 수 있으며, 재학습을 통해 매질 검출 성능을 지속적으로 향상시킬 수 있다.As described above, it is possible to create an algorithm for performing pre-processing on a high-speed image of an explosive medium, and generating and learning a medium detection model. In addition, data containing various background noises are collected from high-speed images including propagation characteristics of fuel and shock wave medium, image processing is performed to determine the medium area, and learning data for 25 or more cases with different environments is produced. After that, the medium detection model can be trained. After a total of 100 epoch learning, it is possible to select three images among various images used for deep learning learning and perform verification, and the medium detection performance can be continuously improved through re-learning.
폭발물(400)의 연료와 충격파 매질의 전파 특성을 정량적으로 분석하기 위하여 시간 흐름에 따라 전파하는 매질을 배경 잡음과 구분하고, 딥러닝 기반의 매질 검출 모델을 생성 및 학습하고, 3차원으로 융합한 고속 영상을 이용하여 매질 전파 특성에 대한 물리량을 정량적으로 분석할 수 있다.In order to quantitatively analyze the propagation characteristics of the fuel and the shock wave medium of the explosive 400, the medium propagating over time is distinguished from the background noise, a deep learning-based medium detection model is created and learned, and three-dimensional fusion is performed. A physical quantity for the propagation characteristics of a medium can be quantitatively analyzed using a high-speed image.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. The drawings and the detailed description of the described invention referenced so far are merely exemplary of the present invention, which are only used for the purpose of explaining the present invention, and are used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. it is not Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 영상 분석 장치 100: 고속 영상 획득부
110: 상공 영상 획득부 120: 측면 영상 획득부
121, 122: 측면 고속 카메라 125: 기준 폴대
130: 동기화부 200: 영상 분석부
210: 영상 전처리부 220: 매질 검출부
221: 검출 모델부 230: 영상 융합부
240: 물리량 산출부 300: 드론
310: 전원 공급부 320: 상공 고속 카메라
330: 무선 원격 제어부 340: 고속 영상 송신부
350: 트리거 신호 공급부 360: GPS 시각 정보 수신부
400: 폭발물10: image analysis device 100: high-speed image acquisition unit
110: aerial image acquisition unit 120: side image acquisition unit
121, 122: side high-speed camera 125: reference pole
130: synchronization unit 200: image analysis unit
210: image preprocessor 220: medium detection unit
221: detection model unit 230: image fusion unit
240: physical quantity calculator 300: drone
310: power supply 320: high-speed camera in the sky
330: wireless remote control unit 340: high-speed video transmitter
350: trigger signal supply unit 360: GPS time information receiving unit
400: explosives
Claims (16)
상기 폭발물의 측면 주변에서 촬영되는 측면 영상을 획득하는 측면 영상 획득부;
상기 폭발물의 매질을 배경 잡음과 구분하는 매질 검출부;
상기 폭발물의 매질에 대한 상기 상공 영상과 상기 측면 영상을 3차원으로 융합하는 영상 융합부; 및
3차원으로 융합된 매질에 대한 물리량을 산출하는 물리량 산출부를 포함하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치.An aerial image acquisition unit for acquiring an aerial image taken from the sky of the explosive;
a side image acquisition unit for acquiring a side image taken around the side of the explosive;
a medium detection unit for discriminating the medium of the explosive from background noise;
an image fusion unit that fuses the aerial image and the side image of the explosive medium in three dimensions; and
A medium propagation characteristic image analysis apparatus comprising a physical quantity calculator for calculating a physical quantity for a three-dimensionally fused medium.
상기 상공 영상을 촬영하는 상공 고속 카메라에 트거리 신호를 공급하여 상기 상공 영상과 상기 측면 영상의 프레임을 동기화하는 동기화부를 더 포함하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치.According to claim 1,
The medium propagation characteristic image analysis apparatus further comprising a synchronizer for synchronizing the frames of the aerial image and the side image by supplying a zoom signal to the overhead high-speed camera that captures the aerial image.
상기 폭발물의 매질을 잡음이 포함된 배경 영상과 구분하는 영상 전처리부를 더 포함하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치.According to claim 1,
The medium propagation characteristic image analysis apparatus further comprising an image pre-processing unit for discriminating the medium of the explosive from a background image containing noise.
상기 영상 전처리부는 영상 밝기의 최댓값과 최솟값 차이에 대한 대비를 조정하고, 매질의 윤곽선에 가중치를 설정하여 상기 잡음이 포함된 배경 영상과 상기 폭발물의 매질을 구분하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치.4. The method of claim 3,
The image preprocessor adjusts the contrast for the difference between the maximum and minimum values of the image brightness, and sets a weight to the outline of the medium to distinguish the background image containing the noise from the medium of the explosive medium.
상기 매질 검출부는 현재 프레임과 과거 프레임과의 차, 현재 프레임과 배경 영상과의 차 중에서 최솟값을 사용하여 영상의 변화량을 영상차로 계산하고, 상기 영상차를 이진화하여 이진화 영상을 계산하고, 상기 이진화 영상에서 매질이 계속해서 팽창하는 방식을 적용하여 관심 영역을 검출하고, 상기 관심 영역을 제외한 영역을 배경 잡음으로 지정하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치.According to claim 1,
The medium detection unit calculates the amount of change in the image as the image difference using a minimum value among the difference between the current frame and the past frame and the difference between the current frame and the background image, and calculates the binarized image by binarizing the image difference, and the binarized image A medium propagation characteristic image analysis apparatus for detecting a region of interest by applying a method in which the medium continues to expand in the , and designating a region excluding the region of interest as background noise.
상기 매질 검출부는 신경망 기반의 매질 검출 모델을 이용하여 상기 폭발물의 매질을 상기 배경 잡음과 구분하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치.According to claim 1,
The medium detector distinguishes the medium of the explosive from the background noise by using a medium detection model based on a neural network.
상기 영상 융합부는 상기 측면 영상에서의 매질의 x축 값과 y축 값을 상기 상공 영상에서 획득한 x축 값과 y축 값으로 보정하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치. According to claim 1,
The image fusion unit corrects the x-axis value and the y-axis value of the medium in the side image with the x-axis value and the y-axis value obtained from the overhead image.
상기 물리량 산출부는 상기 x축 값과 상기 y축 값이 보정된 측면 영상으로부터 시간의 흐름에 따라 전파하는 매질의 전파 거리, 넓이, 부피를 계산하는 매질 전파 특성 영상 분석 장치. 8. The method of claim 7,
The physical quantity calculator calculates a propagation distance, an area, and a volume of a medium propagating over time from the side image in which the x-axis value and the y-axis value are corrected.
상기 폭발물에 대한 상공 영상을 촬영하는 상공 고속 카메라;
상기 상공 고속 카메라의 해상도, 프레임 수를 포함하는 파라미터를 원격으로 제어하기 위한 무선 원격 제어부;
상기 드론의 위치를 확인하고, 상기 상공 고속 카메라의 출력 영상을 무선으로 전송하는 고속 영상 송신부;
상기 상공 영상과 상기 폭발물의 측면 영상의 프레임을 동기화하기 위하여 상기 폭발물의 기폭 시점을 상기 상공 고속 카메라의 촬영 시작 시점으로 설정하는 트리거 신호 공급부; 및
상기 측면 영상을 촬영하는 측면 고속 카메라와 상기 상공 고속 카메라에 대한 트리거 시점을 동기화하는 GPS 시각 정보 수신부를 포함하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석을 위한 드론.A drone for image analysis of medium propagation characteristics of explosives,
an overhead high-speed camera that takes an aerial image of the explosive;
a wireless remote control unit for remotely controlling parameters including resolution and number of frames of the high-speed camera;
a high-speed image transmission unit that confirms the position of the drone and wirelessly transmits the output image of the high-speed camera in the sky;
a trigger signal supply unit configured to set the detonation time of the explosive to the start time of shooting of the high-speed camera in order to synchronize the frames of the aerial image and the side image of the explosive; and
A drone for analyzing a medium propagation characteristic image of an explosive, comprising a side high-speed camera for photographing the side image and a GPS time information receiver for synchronizing a trigger time for the high-speed camera in the sky.
상기 드론에 공급되는 전원과 별도로 상기 상공 고속 카메라에 전원을 추가적으로 공급하는 전원 공급부를 더 포함하고, 상기 상공 고속 카메라에 전원이 듀얼로 공급되는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석을 위한 드론.10. The method of claim 9,
A drone for analyzing a medium propagation characteristic image of an explosive, further comprising a power supply unit for additionally supplying power to the high-speed camera in the sky separately from the power supplied to the drone, wherein power is dually supplied to the high-speed camera.
상기 고속 영상에서 상기 폭발물의 매질과 잡음이 포함된 배경 영상의 경계를 구분하기 위한 영상 전처리를 수행하는 단계;
상기 폭발물의 매질을 배경 잡음과 구분하여 상기 폭발물의 매질을 검출하는 단계;
상기 폭발물의 매질에 대한 상기 상공 영상과 상기 측면 영상을 3차원으로 융합하는 단계; 및
3차원으로 융합된 매질에 대한 물리량을 산출하는 단계를 포함하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법.Obtaining a high-speed image of the medium of the explosive by photographing a side image with a plurality of side high-speed cameras installed around the side of the explosive, and capturing an aerial image with an overhead high-speed camera mounted on a drone positioned above the explosive ;
performing image preprocessing to distinguish a boundary between the medium of the explosive and a background image including noise in the high-speed image;
detecting the medium of the explosive by distinguishing the medium of the explosive from background noise;
fusing the aerial image and the side image of the explosive medium in three dimensions; and
An image analysis method of medium propagation characteristics of explosives, comprising the step of calculating a physical quantity for a three-dimensionally fused medium.
상기 상공 고속 카메라에 트거리 신호를 공급하여 상기 상공 영상과 상기 측면 영상의 프레임을 동기화하는 단계를 더 포함하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법.12. The method of claim 11,
The medium propagation characteristic image analysis method of explosives further comprising the step of synchronizing the frames of the aerial image and the side image by supplying a trigger signal to the overhead high-speed camera.
영상 밝기의 최댓값과 최솟값 차이에 대한 대비를 조정하고, 매질의 윤곽선에 가중치를 설정하여 상기 배경 영상과 상기 폭발물의 매질을 구분하여 상기 영상 전처리를 수행하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법.12. The method of claim 11,
A method of analyzing the medium propagation characteristics of explosives by adjusting the contrast for the difference between the maximum and minimum values of the image brightness and setting a weight on the outline of the medium to distinguish the background image from the medium of the explosive and perform the image preprocessing.
현재 프레임과 과거 프레임과의 차, 현재 프레임과 배경 영상과의 차 중에서 최솟값을 사용하여 영상의 변화량을 영상차로 계산하고, 상기 영상차를 이진화하여 이진화 영상을 계산하고, 상기 이진화 영상에서 매질이 계속해서 팽창하는 방식을 적용하여 관심 영역을 검출하고, 상기 관심 영역을 제외한 영역을 배경 잡음으로 지정하여 상기 폭발물의 매질을 검출하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법.12. The method of claim 11,
Using the minimum value among the difference between the current frame and the past frame and the difference between the current frame and the background image, the amount of change in the image is calculated as the image difference, the image difference is binarized to calculate the binarized image, and the medium continues in the binarized image. An image analysis method for medium propagation characteristics of explosives to detect a region of interest by applying the expansion method, and to detect the medium of the explosive by designating a region other than the region of interest as background noise.
상기 측면 영상에서의 매질의 x축 값과 y축 값을 상기 상공 영상에서 획득한 x축 값과 y축 값으로 보정하여 상기 상공 영상과 상기 측면 영상을 3차원으로 융합하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법.12. The method of claim 11,
The medium propagation characteristic image of an explosive that three-dimensionally fuses the aerial image and the side image by correcting the x-axis value and the y-axis value of the medium in the side image with the x-axis value and the y-axis value obtained from the aerial image analysis method.
상기 x축 값과 상기 y축 값이 보정된 측면 영상으로부터 시간의 흐름에 따라 전파하는 매질의 전파 거리, 넓이, 부피를 계산하여 상기 3차원으로 융합된 매질에 대한 물리량을 산출하는 폭발물의 매질 전파 특성 영상 분석 방법.16. The method of claim 15,
Medium propagation of an explosive that calculates a physical quantity for the three-dimensionally fused medium by calculating the propagation distance, area, and volume of the medium propagating over time from the side image in which the x-axis value and the y-axis value are corrected Characteristic image analysis method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200150266A KR102499401B1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Device for analyzing explosives media propagation characteristic image, drone therefor and method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200150266A KR102499401B1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Device for analyzing explosives media propagation characteristic image, drone therefor and method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220064104A true KR20220064104A (en) | 2022-05-18 |
KR102499401B1 KR102499401B1 (en) | 2023-02-10 |
Family
ID=81804162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200150266A KR102499401B1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Device for analyzing explosives media propagation characteristic image, drone therefor and method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102499401B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024058887A1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-21 | Demining Development Llc | Systems and methods for detecting and identifying explosives |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140022056A (en) * | 2011-05-05 | 2014-02-21 | 파노노 게엠베하 | Camera system for recording images, and associated method |
JP2014229156A (en) * | 2013-05-24 | 2014-12-08 | ホーチキ株式会社 | Fire detection device and fire detection method |
WO2020163302A1 (en) * | 2019-02-05 | 2020-08-13 | Dyno Nobel Inc. | Systems for automated blast design planning and methods related thereto |
-
2020
- 2020-11-11 KR KR1020200150266A patent/KR102499401B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140022056A (en) * | 2011-05-05 | 2014-02-21 | 파노노 게엠베하 | Camera system for recording images, and associated method |
JP2014229156A (en) * | 2013-05-24 | 2014-12-08 | ホーチキ株式会社 | Fire detection device and fire detection method |
WO2020163302A1 (en) * | 2019-02-05 | 2020-08-13 | Dyno Nobel Inc. | Systems for automated blast design planning and methods related thereto |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Fluid volume modeling from sparse multi-view images by appearance transfer, ACM Transactions on Graphics, 2015.08.* * |
Quantitative imaging of explosions with high-speed cameras, Review of Scientific Instruments 87, 2017.09.* * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024058887A1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-21 | Demining Development Llc | Systems and methods for detecting and identifying explosives |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102499401B1 (en) | 2023-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107909061B (en) | Head posture tracking device and method based on incomplete features | |
CN106529495A (en) | Obstacle detection method of aircraft and device | |
KR102203135B1 (en) | Method and system for detecting disaster damage information based on artificial intelligence using drone | |
CN111985365A (en) | Straw burning monitoring method and system based on target detection technology | |
CN106447730A (en) | Parameter estimation method, parameter estimation apparatus and electronic equipment | |
CN113674335B (en) | Depth imaging method, electronic device and storage medium | |
JP7190951B2 (en) | Image recognition system and image recognition method | |
KR20210105487A (en) | Method for estimation of river bed change rate using hyperspectral image | |
KR102499401B1 (en) | Device for analyzing explosives media propagation characteristic image, drone therefor and method thereof | |
CN107454313A (en) | The photographic method and camera system of agricultural intelligent device | |
KR20180094554A (en) | Apparatus and method for reconstructing 3d image | |
KR102136264B1 (en) | Fragmentation data acquistion technique and system based on deep learning | |
CN112364903A (en) | X-ray machine-based article analysis and multi-dimensional image association method and system | |
CN109696156A (en) | Tunnel tunnel face geological information fast acquiring method based on close-range photogrammetry | |
CN114511608A (en) | Method, device, terminal, imaging system and medium for acquiring depth image | |
JP4771797B2 (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
KR102347226B1 (en) | Fusion sensor data visualization device and method | |
CN112461846B (en) | Workpiece defect detection method and device | |
KR20220014678A (en) | Method and apparatus for estimating depth of images | |
TWI502162B (en) | Twin image guiding-tracking shooting system and method | |
CN105143816A (en) | Three-dimensional shape measurement device, three-dimensional shape measurement method, and three-dimensional shape measurement program | |
KR20200084974A (en) | Method for estimation of depth of water using hyperspectral image | |
JP7328144B2 (en) | Face property estimation device and estimation method | |
CN111536895B (en) | Appearance recognition device, appearance recognition system, and appearance recognition method | |
CN112926498A (en) | In-vivo detection method based on multi-channel fusion and local dynamic generation of depth information |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |