KR20230110861A - Method for Detecting Fish in Sonar Video using Deep Learning - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어 모듈과 딥러닝 모듈과 소나 센서 및 디스플레이 모듈을 포함하는 어류 검출 장치를 이용한 어류 검출 방법으로서, 상기 제어 모듈이 상기 소나 센서가 음파 펄스를 수신하여 생성하는 소나 영상을 캡쳐하여 어류를 포함하는 원본 이미지를 생성하는 원본 이미지 생성 단계와, 상기 딥러닝 모듈이 상기 원본 이미지에서 상기 어류가 존재하는 어류 영역을 레이블링하여 레이블드 이미지를 생성하는 레이블드 이미지 생성 단계와, 상기 딥러닝 모듈이 상기 원본 이미지에서 상기 어류 영역 및 상기 어류영역을 제외한 잔여 영역을 서로 다른 색상으로 표시하는 마스크를 생성하는 마스크 생성 단계와, 상기 딥러닝 모듈이 상기 레이블드 이미지와 상기 마스크를 이용하여 딥러닝 모델을 학습하는 딥러닝 모델 학습 단계와,
상기 제어 모듈이 상기 소나 센서가 촬영하는 소나 영상에 상기 딥러닝모델을 적용하여 어류를 검출하는 어류 검출 단계 및 검출된 상기 어류만을 포함하는 어류 검출 이미지를 표시하는 상기 디스플레이 모듈에 표시하는 어류 표시 단계를 포함하는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법을 개시한다.
The present invention is a fish detection method using a fish detection device including a control module, a deep learning module, a sonar sensor, and a display module, wherein the control module captures a sonar image generated by receiving a sonar sensor and generates an original image to generate an original image including a fish, a labeled image generation step in which the deep learning module labels a fish region in the original image where the fish exists to generate a labeled image, and the deep learning module generates a labeled image of the fish region and the fish in the original image. A mask generation step of generating a mask displaying remaining regions excluding regions in different colors; a deep learning model learning step of learning a deep learning model using the labeled image and the mask by the deep learning module;
A fish detection step in which the control module detects fish by applying the deep learning model to a sonar image captured by the sonar sensor, and a fish display step in which a fish detection image including only the detected fish is displayed on the display module is disclosed.

Description

딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법{Method for Detecting Fish in Sonar Video using Deep Learning}Method for detecting fish in sonar video using deep learning {Method for Detecting Fish in Sonar Video using Deep Learning}

본 발명은 딥러닝을 이용하여 소나 영상내에서 어류를 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting fish in a sonar image using deep learning.

소나(sonar) 장치는 음파 펄스를 물을 통해 전송하고 음파 펄스가 어류, 식물, 또는 해저면과 같은 물체에 접촉한 후 반사되는 음파 펄스를 수신하면서 반사되는데 걸리는 시간을 측정하여 물체의 위치를 판단하게 된다. 또한, 소나 장치는 반사되는 음파 펄스의 강도를 측정하여 물체의 종류를 구분할 수 있다. 상기 소나 장치는 수신되는 음파 펄스에 의한 소자 이미지를 형성할 수 있다.A sonar device transmits sound wave pulses through water and determines the position of an object by measuring the time it takes for the sound wave pulse to be reflected while receiving the reflected sound wave pulse after contacting an object such as a fish, plant, or seabed. In addition, the sonar device can distinguish the type of object by measuring the intensity of the reflected sound wave pulse. The sonar device may form an element image by a received sound wave pulse.

상기 어류는 대부분 소나 이미지 상에서 아치 형상으로 나타날 수 있다. 그 이유는 소나의 원뿔형 범위에서 어류의 양끝에서의 반사값이 중간 지점보다 거리가 멀기 때문이다. 또한, 상기 어류는 위치(또는 깊이)에 따라 소나 영상내에서 형상의 크기가 변하게 된다. 따라서, 상기 소나 영상내에서 어류의 크기(또는 종류)를 찾는 것에 주의해야 한다.Most of the fish may appear in an arch shape on sonar images. The reason is that the reflectance values at both ends of the fish in the sonar's conical range are farther away than at the midpoint. In addition, the size of the shape of the fish changes within the sonar image according to the location (or depth). Therefore, care must be taken in finding the size (or type) of fish within the sonar image.

이미지 프로세싱 기법은 영상 전처리 기술과 특징점 추출을 통하여 물체 (어류)를 인식하는 방법이지만, 수면, 바닥, 벽면에서 반사되는 반사파에 의해 영상의 잡음이 심하여 안정적인 어류 검출을 어렵게 할 수 있다. 따라서, 다양한 기법을 적용하여 정확하게 어류를 검출하고자 하는 시도가 진행되고 있다. 상기 어류 검출에서 사용되는 기법으로 메디안 필터(Median filter)등으로 이미지에서 노이즈를 제거하여 물체 영역을 추출하는 필터 노이즈 제거 기법이 적용될 수 있다. 상기 필터 노이즈 제거 기법은 작은 노이즈의 제거에는 효과적이나,소나 이미지와 같이 노이즈가 클 경우는 영상 왜곡이 심해져 어류 검출에 오류가 발생할 수 있다.The image processing technique is a method of recognizing an object (fish) through image preprocessing technology and feature point extraction, but it can be difficult to stably detect fish due to severe image noise caused by reflected waves reflected from the surface of the water, floor, or wall. Therefore, attempts are being made to accurately detect fish by applying various techniques. As a technique used in the fish detection, a filter noise removal technique may be applied to extract an object area by removing noise from an image using a median filter or the like. The filter noise removal technique is effective in removing small noise, but when the noise is large, such as in a sonar image, image distortion becomes severe, which may cause errors in fish detection.

본 발명은 소나 이미지에서 어류를 보다 안정적으로 검출할 수 있는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for detecting fish in a sonar image using deep learning, which can more stably detect fish in a sonar image.

본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법은 제어 모듈과 딥러닝 모듈과 소나 센서 및 디스플레이 모듈을 포함하는 어류 검출 장치를 이용한 어류 검출 방법으로서, 상기 제어 모듈이 상기 소나 센서가 음파 펄스를 수신하여 생성하는 소나 영상을 캡쳐하여 어류를 포함하는 원본 이미지를 생성하는 원본 이미지 생성 단계와, 상기 딥러닝 모듈이 상기 원본 이미지에서 상기 어류가 존재하는 어류 영역을 레이블링하여 레이블드 이미지를 생성하는 레이블드 이미지 생성 단계와, 상기 딥러닝 모듈이 상기 원본 이미지에서 상기 어류 영역 및 상기 어류영역을 제외한 잔여 영역을 서로 다른 색상으로 표시하는 마스크를 생성하는 마스크 생성 단계와, 상기 딥러닝 모듈이 상기 레이블드 이미지와 상기 마스크를 이용하여 딥러닝 모델을 학습하는 딥러닝 모델 학습 단계와, 상기 제어 모듈이 상기 소나 센서가 촬영하는 소나 영상에 상기 딥러닝모델을 적용하여 어류를 검출하는 어류 검출 단계 및 검출된 상기 어류만을 포함하는 어류 검출 이미지를 표시하는 상기 디스플레이 모듈에 표시하는 어류 표시 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fish detection method in a sonar image using deep learning of the present invention is a fish detection method using a fish detection device including a control module, a deep learning module, a sonar sensor, and a display module, wherein the control module captures a sonar image generated by receiving a sonar sensor and generates an original image to generate an original image including a fish, and a labeled image generation step in which the deep learning module labels a fish area in the original image to generate a labeled image; A mask generation step in which a module generates a mask displaying the fish region and remaining regions excluding the fish region in different colors in the original image, a deep learning model learning step in which the deep learning module learns a deep learning model using the labeled image and the mask, a fish detection step in which the control module detects fish by applying the deep learning model to a sonar image captured by the sonar sensor, and a fish display step displaying a fish detection image including only the detected fish on the display module. characterized by

또한, 상기 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 상기 소나 영상은 바닥과 언덕을 포함하는 지형물 및 상기 어류를 포함하는 물체를 포함할 수 있다. In addition, in the fish detection method in the sonar image using the deep learning, the sonar image may include a terrain feature including a floor and a hill and an object including the fish.

또한, 상기 레이블드 이미지 생성 단계는 시멘틱 세그멘테이션을 이용하여 상기 원본 이미지에서 모든 픽셀을 레이블링할 수 있다.Also, in the generating of the labeled image, all pixels of the original image may be labeled using semantic segmentation.

또한, 상기 마스크 생성 단계는 원본 이미지에 대하여 어류 영역에 대한 레이블을 이용하여 어류 영역에 대한 마스크를 생성할 수 있다.In the mask generating step, a mask for the fish region may be generated by using a label for the fish region in the original image.

또한, 상기 마스크 생성 단계에서 상기 마스크는 상기 어류 영역을 흰색으로 표시하고 상기 잔여 영역을 검은색으로 표시할 수 있다.In the mask generating step, the mask may display the fish area in white and the remaining area in black.

본 발명의 딥러닝을 이용한 원본 영상내의 어류 검출 방법은 소나 이미지로부터 생성되는 레이블드 이미지와 마스크드 시맨틱 세그멘테이션에 의한 마스크 이미지를 이용한 딥러닝에 기초하여 소나 이미지에서 어류를 검출하므로 주변 환경의 변화에 민감하지 않게 안정적으로 어류를 검출할 수 있다.The method for detecting fish in an original image using deep learning of the present invention detects fish in a sonar image based on deep learning using a labeled image generated from a sonar image and a mask image by masked semantic segmentation, so that the fish can be stably detected without being sensitive to changes in the surrounding environment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법을 위한 어류 검출 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에 대한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 생성되는 원본 이미지이다.
도 4는 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 생성되는 레이블된 이미지이다.
도 5은 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 생성되는 마스크 이미지이다.
1 is a block diagram of a fish detection device for a method of detecting fish in a sonar image using deep learning according to an embodiment of the present invention.
2 is a process flow chart for a method of detecting fish in a sonar image using deep learning according to an embodiment of the present invention.
3 is an original image generated by the method of detecting fish in a sonar image using deep learning according to the present invention.
4 is a labeled image generated in the method of detecting fish in a sonar image using deep learning of the present invention.
5 is a mask image generated in the fish detection method in a sonar image using deep learning of the present invention.

이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the fish detection method in a sonar image using deep learning of the present invention will be described in more detail through examples and accompanying drawings.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 어류 검출 방법을 위한 어류 검출 장치에 대하여 개략적으로 설명한다. First, a fish detection device for a fish detection method according to an embodiment of the present invention will be schematically described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어류 검출 장치를 위한 어류 검출 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a fish detection device for a fish detection device according to an embodiment of the present invention.

상기 어류 검출 장치(100)는, 도 1을 참조하면, 제어 모듈(110)과 딥러닝 모듈(120)과 소나 센서(130) 및 디스플레이 모듈(140)을 포함할 수 있다. 상기 제어 모듈(110)과 딥러닝 모듈(120)은 일체로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the fish detection device 100 may include a control module 110, a deep learning module 120, a sonar sensor 130, and a display module 140. The control module 110 and the deep learning module 120 may be integrally formed.

상기 어류 검출 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 어류 검출 방법에 적용될 수 있다. The fish detection device 100 may be applied to a fish detection method according to an embodiment of the present invention.

상기 제어 모듈(110)은 어류 검출 방법의 각 단계를 제어할 수 있다. 상기 제어 모듈(110)은 딥러닝 모델 학습을 제어할 수 있다. 상기 제어 모듈(110)은 소나 센서(130)의 작동을 제어할 수 있다. 상기 제어 모듈(110)은 소나 센서(130)로부터 소나 영상에 대한 신호를 수신할 수 있다. 또한, 상기 제어 모듈(110)은 촬영되는 소나 영상에서 원본 이미지를 추출할 수 있다. 상기 제어 모듈(110)은 검출된 어류에 대한 어류 검출 이미지를 생성할 수 있다.The control module 110 may control each step of the fish detection method. The control module 110 may control deep learning model learning. The control module 110 may control the operation of the sonar sensor 130 . The control module 110 may receive a signal for a sonar image from the sonar sensor 130 . In addition, the control module 110 may extract an original image from a captured sonar image. The control module 110 may generate a fish detection image for the detected fish.

상기 제어 모듈(110)은 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 촬영되는 소나 영상에서 실시간으로 어류 검출을 진행할 수 있다. 상기 제어 모듈(110)은 소나 영상을 실시간으로 분석하여 어류 검출을 진행할 수 있다. 또한, 상기 제어 모듈(110)은 실시간으로 어류 분류를 진행할 수 있다. The control module 110 may detect fish in real time from sonar images captured using the learned deep learning model. The control module 110 may perform fish detection by analyzing sonar images in real time. Also, the control module 110 may classify fish in real time.

상기 제어 모듈(110)은 별도의 저장 장치를 구비할 수 있다. 상기 저장 장치는 소나 센서(130)에서 전송되는 소나 영상을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장 장치는 딥러닝 모델 학습에 필요한 제반 정보를 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장 장치는 학습된 딥러닝 모델을 저장할 수 있다.The control module 110 may have a separate storage device. The storage device may store sonar images transmitted from the sonar sensor 130 . In addition, the storage device may store various information required for deep learning model learning. Also, the storage device may store the learned deep learning model.

상기 딥러닝 모듈(120)은 딥러닝 모델 학습을 진행할 수 있다. 상기 딥러닝 모듈(120)은 제어 모듈(110)과 연동되며, 소나 영상을 수신할 수 있다. 상기 딥러닝 모듈(120)은 소나 영상에서 원본 이미지를 추출하고, 레이블링 이미지와 마스크를 생성할 수 있다. 또한, 상기 딥러닝 모듈(120)은 생성된 레이블링 이미지와 마스크를 이용하여 딥러닝 모델을 학습할 수 있다. 상기 딥러닝 모듈(120)은 학습된 딥러닝 모델을 제어 모듈(110)로 전송할 수 있다.The deep learning module 120 may proceed with deep learning model learning. The deep learning module 120 is interlocked with the control module 110 and can receive sonar images. The deep learning module 120 may extract an original image from a sonar image and generate a labeling image and a mask. In addition, the deep learning module 120 may learn a deep learning model using the generated labeling image and mask. The deep learning module 120 may transmit the learned deep learning model to the control module 110 .

상기 소나 센서(130)는 바다 속에 위치하여 소나 영상을 위한 신호를 생성할 수 있다. 상기 소나 센서(130)는 음파 펄스를 물을 통해 전송하고, 어류, 식물, 또는 해저면과 같은 물체에 접촉한 후 반사되는 음파 펄스를 수신할 수 있다. 상기 소나 센서(130)는 수신되는 신호를 제어 모듈(110)로 전송할 수 있다. 상기 소나 센서(130)는 어류 검출에 사용되는 일반적인 센서로 형성될 수 있다. 상기 소나 센서(130)는 별도의 부유 장치(미도시)의 하단에 장착되어 수중에 위치할 수 있다. The sonar sensor 130 may be located in the sea and generate signals for sonar images. The sonar sensor 130 may transmit sound wave pulses through water and receive reflected sound pulses after contacting an object such as fish, plants, or the bottom of the sea. The sonar sensor 130 may transmit a received signal to the control module 110 . The sonar sensor 130 may be formed as a general sensor used for fish detection. The sonar sensor 130 may be mounted on the lower end of a separate floating device (not shown) and located underwater.

상기 디스플레이 모듈(140)은 영상 또는 이미지를 생성할 수 있는 일반적인 장치로 생성할 수 있다. 상기 디스플레이 모듈(140)은 2개로 형성될 수 있다. 상기 디스플레이 모듈(140)은 소나 영상을 표시하는 디스플레이 모듈(140)과 어류 검출 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈(140)로 형성될 수 있다.The display module 140 can be created with a general device capable of generating a video or image. The display module 140 may be formed in two pieces. The display module 140 may be formed of a display module 140 displaying a sonar image and a display module 140 displaying a fish detection image.

다음은, 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에 대하여 설명한다. Next, a method for detecting fish in a sonar image using deep learning according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에 대한 공정 순서도이다. 도 3은 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 생성되는 원본 이미지이다. 도 4는 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 생성되는 레이블된 이미지이다. 도 5는 본 발명의 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법에서 생성되는 마스크 이미지이다.2 is a process flow chart for a method of detecting fish in a sonar image using deep learning according to the present invention. 3 is an original image generated by the method of detecting fish in a sonar image using deep learning according to the present invention. 4 is a labeled image generated in the method of detecting fish in a sonar image using deep learning of the present invention. 5 is a mask image generated in the fish detection method in a sonar image using deep learning of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법은, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 원본 이미지 생성 단계(S10)와 레이블드 이미지 생성 단계(S20)와 마스크 생성 단계(S30)와 딥러닝 모델 학습 단계(S40)와 어류 검출 단계(S50) 및 어류 표시 단계(S60)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 5 , the method for detecting fish in a sonar image using deep learning according to an embodiment of the present invention may include generating an original image (S10), generating a labeled image (S20), generating a mask (S30), learning a deep learning model (S40), detecting fish (S50), and displaying fish (S60).

상기 어류 검출 방법은 도 1의 어류 검출 장치(100)를 이용할 수 있다. 상기 어류 검출 방법은 사전에 소나 센서(130)에 취득한 소자 영상의 소나 이미지에서 레이블드 이미지와 마스크를 생성하여 딥러닝 모델을 형성할 수 있다. 또한, 상기 어류 검출 방법은 딥러닝 모델을 학습하고, 딥러닝 모델에 기초하여 소자 장치에서 생성되는 소나 이미지에서 어류를 검출할 수 있다. 여기서, 상기 소나 영상은 소나 센서(130)에 의하여 생성되는 영상이며, 소나 이미지는 소나 영상에서 특정 시각에 선택되는 이미지일 수 있다.The fish detection method may use the fish detection device 100 of FIG. 1 . In the fish detection method, a deep learning model may be formed by generating a labeled image and a mask from a sonar image of a device image acquired by the sonar sensor 130 in advance. In addition, the fish detection method may learn a deep learning model and detect a fish from a sonar image generated by an element device based on the deep learning model. Here, the sonar image is an image generated by the sonar sensor 130, and the sonar image may be an image selected at a specific time from the sonar image.

상기 어류 검출 방법은 통상적으로 사용되는 세그멘테이션(segmentation)과 달리 마스크드 시멘틱 세그멘테이션(masked semantic segmentation)을 사용할 수 있다. 상기 어류 검출 방법은 마스크드 시멘틱 세그멘테이션을 이용하므로 소나 영상내에서 다른 특징들을 억제하고 검출하고자 하는 어류의 특징을 강화시켜 어류를 정확하고도 안정적으로 검출할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 소나 영상내의 어류 검출 방법은 어류의 특징만 추출 가능하므로 어류의 크기로 보정할 수 있으며, 어류의 분류도 가능할 수 있다. 따라서, 상기 소나 영상내의 어류 검출 방법은 음파 펄스의 반사파 강도에 관계없이 바다의 바닥면의 일부와 어류의 일부가 유사한 특징을 가지는 점에 따라 나타날 수 있는 검출 오류를 감소시킬 수 있다.The fish detection method may use masked semantic segmentation unlike commonly used segmentation. Since the fish detection method uses masked semantic segmentation, it is possible to accurately and stably detect fish by suppressing other features in a sonar image and reinforcing the fish feature to be detected. In addition, since the fish detection method in the sonar image can extract only fish features, it can be corrected according to the size of the fish, and the fish can be classified. Therefore, the fish detection method in the sonar image can reduce detection errors that may appear due to the fact that a part of the sea bottom and a part of fish have similar characteristics regardless of the reflected wave intensity of the sound wave pulse.

상기 어류 검출 방법은 다양한 어류에 대하여 적용될 수 있다. 상기 어류 검출 방법은 각 어류 별로 딥러닝 모델 학습이 진행되어 소나 이미지에 포함되어 있는 다양한 어류를 검출하는데 적용될 수 있다.The fish detection method may be applied to various types of fish. The fish detection method may be applied to detect various fish included in a sonar image by learning a deep learning model for each fish.

상기 원본 이미지 생성 단계(S10)는 소나 센서(130)가 음파 펄스를 수신하여 생성하는 소나 영상을 캡쳐하여 원본 이미지를 생성하는 단계이다. 상기 원본 이미지 생성 단계(S10)는 제어 모듈(110)에서 진행될 수 있다. 또는 상기 원본 이미지 생성 단계(S10)는 딥러닝 모듈(120)이 제어 모듈(110)로부터 소나 영상을 전송받아 원본 이미지를 생성할 수 있다. 상기 소나 센서(130)는 바다속에서 음파 펄스를 발사하고, 바닥 또는 언덕과 같은 지형물, 해초 또는 어류와 같은 물체에서 반사되는 음파 펄스를 수신하여 소나 영상을 생성할 수 있다. 상기 어류는 다양한 종류의 어류일 수 있으며, 소나 영상은 다양한 어류를 포함할 수 있다. 일 수 있다. 따라서, 상기 원본 이미지는 다양한 어류를 포함할 수 있다. 또한, 상기 원본 이미지는 어류별로 생성될 수 있다.The original image generating step (S10) is a step of generating an original image by capturing a sonar image generated by receiving a sound wave pulse by the sonar sensor 130. The original image generating step (S10) may be performed in the control module 110. Alternatively, in the original image generating step (S10), the deep learning module 120 may receive the sonar image from the control module 110 and generate the original image. The sonar sensor 130 may generate a sonar image by emitting a sound wave pulse in the sea and receiving a sound wave pulse reflected from a feature such as a bottom or a hill, or an object such as seaweed or fish. The fish may be various types of fish, and the sonar image may include various types of fish. can be Accordingly, the original image may include various types of fish. Also, the original image may be generated for each fish.

상기 소나 영상은 모니터와 같은 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 상기 원본 이미지는 소나 영상에서 어류가 포함되어 있는 이미지를 캡쳐하여 생성할 수 있다. 따라서, 상기 원본 이미지는 어류 영역과 함께 바닥 또는 언덕과 같은 지형물이 포함될 수 있다. 상기 원본 이미지는 물체 또는 지형물에 따라 다른 색상으로 표시될 수 있다. 또한, 상기 원본 이미지는 어류별로 다른 색상으로 표시될 수 있다. The sonar image may be displayed on a display device such as a monitor. The original image may be generated by capturing an image including a fish in a sonar image. Accordingly, the original image may include a feature such as a floor or a hill along with a fish area. The original image may be displayed in different colors according to objects or features. Also, the original image may be displayed in different colors for each fish.

상기 레이블드 이미지 생성 단계(S20)는 딥러닝 모듈(120)이 원본 이미지에서 어류 영역을 레이블링하여 레이블드(labled) 이미지를 생성하는 단계이다. 상기 원본 이미지는 상기에서 언급한 바와 같이, 어류와 함께 해초와 같은 물체 또는 언덕과 같은 지형물을 포함할 수 있다. 상기 레이블드 이미지 생성 단계(S20)는 시멘틱 세그멘테이션을 이용하여 원본 이미지에서 모든 픽셀을 레이블링할 수 있다. 상기 시멘틱 세그멘테이션은 컨볼루셔널 신경망(Convolutional Neural Network)을 사용하여 진행될 수 있다. The labeled image generation step (S20) is a step in which the deep learning module 120 labels the fish region in the original image to generate a labeled image. As mentioned above, the original image may include an object such as seaweed or a feature such as a hill along with fish. In the labeled image generating step (S20), all pixels in the original image may be labeled using semantic segmentation. The semantic segmentation may be performed using a convolutional neural network.

따라서, 상기 시멘틱 세그멘테이션은 픽셀 단위의 분류를 이용할 수 있다. 상기 시멘틱 세그멘테이션은 원본 이미지에 포함되어 있는 어류 영역을 레이블링할 수 있다. 상기 어류 영역은 어류가 위치하는 영역으로 소자 이미지에서 어류가 존재하는 영역이다. 또한, 상기 어류 영역은 각 어류별로 설정되어 레이블링할 수 있다.Accordingly, the semantic segmentation may use classification in units of pixels. The semantic segmentation may label a fish region included in the original image. The fish area is an area where fish are located, and is an area where fish exist in the device image. In addition, the fish area may be set and labeled for each fish.

상기 레이블드 이미지는, 도 3에서 보는 바와 같이, 어류에 대하여 경계선과 경계선 내의 색상을 갖는 어류 영역으로 표시할 수 있다. 상기 레이블드 이미지는 어류 영역과 어류 영역을 제외한 잔여 영역으로 구분될 수 있다. 상기 레이블드 이미지는 영상내의 다른 특징들이 모두 사라지고 어류의 특징만 남게 될 수 있다. 또한, 상기 레이블드 이미지는 각 어류별로 서로 다른 특징이 남게 될 수 있다. 따라서, 상기 레이블드 이미지를 이용하여 딥러닝 모델을 학습하게 되면, 주변 환경과 잡음을 한꺼번에 제거하고 어류의 특징을 검출할 수 있다.As shown in FIG. 3 , the labeled image may be displayed as a boundary line for fish and a fish area having a color within the boundary line. The labeled image may be divided into a fish area and a residual area excluding the fish area. In the labeled image, all other features in the image may disappear and only fish features may remain. In addition, the labeled image may have different characteristics for each fish. Therefore, when the deep learning model is trained using the labeled image, it is possible to remove the surrounding environment and noise at once and detect the characteristics of the fish.

상기 마스크 생성 단계(S30)는 딥러닝 모듈(120)이 원본 이미지에서 어류 영역과 나머지 잔여 영역을 서로 다른 색상으로 표시하는 마스크를 생성하는 단계이다. 상기 어류 영역은 소나 이미지에 따라 1개 또는 복수 개로 존재할 수 있다. 상기 마스크는 시멘틱 세그멘테이션에 의한 레이블드 이미지를 이용하여 생성될 수 있다. 상기 마스크 생성 단계(S30)는 원본 이미지에 대하여 어류 영역에 대한 레이블을 이용하여 어류 영역에 대한 마스크를 생성할 수 있다.The mask generation step (S30) is a step in which the deep learning module 120 generates a mask displaying the fish area and the remaining remaining area in different colors in the original image. One or a plurality of fish areas may exist according to the sonar image. The mask may be generated using a labeled image by semantic segmentation. In the mask generation step ( S30 ), a mask for the fish region may be generated by using a label for the fish region with respect to the original image.

상기 마스크 생성 단계(S30)는 원본 이미지 내의 픽셀들 분할 사전 정보의 분포 및 수치 등을 고려하여 각 픽셀 또는 복수의 픽셀들을 포함한 각 픽셀군들의 분할 사전 정보에 대한 신뢰도(confidence level)를 결정하고, 각 픽셀 별 또는 각 픽셀군 별 분할 사전 정보 및 신뢰도를 최종 분할 사전 정보를 설정할 때 함께 이용할 수 있다. 또한, 상기 마스크 생성 단계(S30)는 고려되는 어류 영역에 한하여 1의 값을 갖는 픽셀들을 마스크로 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크 생성 단계(S30)는 영상내에 어류가 있는 경우, 마스크는 어류에 대응되는 마스크 영역을 1, 나머지 영역을 0의 값을 가지는 이미지를 생성할 수 있다. 상기 마스크는 어류를 흰색으로 표시하고 나머지 부분을 검은색으로 표시할 수 있다.In the mask generation step (S30), the confidence level of the segmentation prior information of each pixel or each pixel group including a plurality of pixels is determined in consideration of the distribution and numerical value of the segmentation dictionary information among the pixels in the original image, and the segmentation dictionary information and confidence level for each pixel or each pixel group can be used together when setting the final segmentation dictionary information. Also, in the mask generating step ( S30 ), pixels having a value of 1 may be generated as a mask only for the fish region to be considered. For example, in the mask generating step (S30), when there is a fish in the image, the mask may generate an image having a value of 1 for a mask area corresponding to the fish and a value of 0 for the remaining areas. The mask may display the fish in white and display the rest in black.

상기 딥러닝 모델 학습 단계(S40)는 딥러닝 모듈(120)이 레이블드 이미지와 마스크를 이용하여 딥러닝 모델을 학습하는 단계이다. 상기 딥러닝 모델 학습 단계(S40)는 소나 이미지에서 생성되는 레이블드 이미지와 마스크를 이용하여 소나 이미지에서 어류 검출을 위한 딥러닝 모델을 학습할 수 있다. 여기서 상기 딥러닝 모델 학습은 딥러닝에 사용되는 일반적인 인공신경망을 이용하여 학습을 진행할 수 있다. 따라서, 상기 딥러닝 학습 모델은 어류에 대한 학습된 딥러닝 모델을 형성할 수 있다. 상기 딥러닝 모델 학습 단계(S40)는 다양한 어류에 대하여 딥러닝 모델 학습을 진행할 수 있다.The deep learning model learning step (S40) is a step in which the deep learning module 120 learns a deep learning model using a labeled image and a mask. In the deep learning model learning step (S40), a deep learning model for fish detection may be learned from a sonar image using a labeled image and a mask generated from the sonar image. Here, the deep learning model can be learned using a general artificial neural network used in deep learning. Accordingly, the deep learning model may form a trained deep learning model for fish. In the deep learning model learning step (S40), deep learning model learning may be performed for various fish.

상기 어류 검출 단계(S50)는 제어 모듈(110)이 소나 센서(130)가 촬영하는 소나 영상에 딥러닝 모델을 적용하여 소나 영상내의 어류를 검출하는 단계이다. 상기 어류 검출 단계(S50)는 실시간으로 촬영되는 소나 영상에서 소나 이미지를 캡쳐할 수 있다. 상기 어류 검출 단계(S50)는 캡쳐된 소나 이미지에 딥러닝 모델을 적용하여 소나 이미지에서 어류를 검출할 수 있다. 상기 어류 검출 단계(S50)는 복수개의 소나 이미지를 캡쳐하여 진행될 수 있다. 상기 어류 검출 단계(S50)는 복수 개의 소나 이미지를 소정 시간 간격으로 캡쳐하여 진행될 수 있다. 상기 어류 검출 단계(S50)는 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 실시간으로 소나 영상에서 어류 검출을 진행할 수 있다. 또한, 상기 어류 검출 단계(S50)는 각 어류별로 진행될 수 있다. The fish detection step (S50) is a step in which the control module 110 detects fish in the sonar image by applying a deep learning model to the sonar image captured by the sonar sensor 130. In the fish detection step (S50), a sonar image may be captured from a sonar image captured in real time. In the fish detection step (S50), fish may be detected in the sonar image by applying a deep learning model to the captured sonar image. The fish detection step (S50) may be performed by capturing a plurality of sonar images. The fish detection step (S50) may be performed by capturing a plurality of sonar images at predetermined time intervals. In the fish detection step (S50), fish detection may be performed from the sonar image in real time using the learned deep learning model. In addition, the fish detection step (S50) may be performed for each fish.

상기 어류 표시 단계(S60)는 검출된 어류만을 포함하는 어류 검출 이미지를 표시하는 단계이다. 상기 어류 검출 이미지는 소나 이미지에서 검출되는 어류만을 포함할 수 있다. 상기 검출 어류 이미지는 어류를 흰색 또는 백색으로 표시하며, 배경을 다른 색으로 표시할 수 있다. 상기 어류 표시 단계(S60)는 어류 검출 이미지를 디스플레이 모듈(140)에 표시할 수 있다. The fish displaying step (S60) is a step of displaying a fish detection image including only the detected fish. The fish detection image may include only fish detected in the sonar image. In the detected fish image, the fish is displayed in white or white, and the background may be displayed in a different color. In the fish displaying step ( S60 ), a fish detection image may be displayed on the display module 140 .

이상에서 설명한 것은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a method of detecting fish in a cow or image using deep learning according to an embodiment of the present invention. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and as claimed in the following claims, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made by anyone skilled in the art without departing from the gist of the present invention.

100: 어류 검출 장치
110: 제어 모듈 120: 딥러닝 모듈
130: 소나 센서 140: 디스플레이 모듈
100: fish detection device
110: control module 120: deep learning module
130: sonar sensor 140: display module

Claims (5)

제어 모듈과 딥러닝 모듈과 소나 센서 및 디스플레이 모듈을 포함하는 어류 검출 장치를 이용한 어류 검출 방법으로서,
상기 제어 모듈이 상기 소나 센서가 음파 펄스를 수신하여 생성하는 소나 영상을 캡쳐하여 어류를 포함하는 원본 이미지를 생성하는 원본 이미지 생성 단계와,
상기 딥러닝 모듈이 상기 원본 이미지에서 상기 어류가 존재하는 어류 영역을 레이블링하여 레이블드 이미지를 생성하는 레이블드 이미지 생성 단계와,
상기 딥러닝 모듈이 상기 원본 이미지에서 상기 어류 영역 및 상기 어류영역을 제외한 잔여 영역을 서로 다른 색상으로 표시하는 마스크를 생성하는 마스크 생성 단계와,
상기 딥러닝 모듈이 상기 레이블드 이미지와 상기 마스크를 이용하여 딥러닝 모델을 학습하는 딥러닝 모델 학습 단계와,
상기 제어 모듈이 상기 소나 센서가 촬영하는 소나 영상에 상기 딥러닝모델을 적용하여 어류를 검출하는 어류 검출 단계 및
검출된 상기 어류만을 포함하는 어류 검출 이미지를 표시하는 상기 디스플레이 모듈에 표시하는 어류 표시 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법.
A fish detection method using a fish detection device including a control module, a deep learning module, a sonar sensor, and a display module,
An original image generating step in which the control module generates an original image including a fish by capturing a sonar image generated by receiving a sound wave pulse from the sonar sensor;
a labeled image generation step of generating a labeled image by labeling, by the deep learning module, a fish area where the fish exists in the original image;
a mask generation step of, by the deep learning module, generating a mask displaying the fish region and a remaining region excluding the fish region in the original image in different colors;
A deep learning model learning step in which the deep learning module learns a deep learning model using the labeled image and the mask;
A fish detection step in which the control module detects fish by applying the deep learning model to the sonar image captured by the sonar sensor; and
A fish detection method in a sonar image using deep learning, characterized in that it comprises a fish display step of displaying a fish detection image including only the detected fish on the display module.
제 1 항에 있어서,
상기 소나 영상은 바닥과 언덕을 포함하는 지형물 및 상기 어류를 포함하는 물체를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법.
According to claim 1,
The method of detecting fish in a sonar image using deep learning, characterized in that the sonar image includes a terrain feature including a floor and a hill and an object including the fish.
제 1 항에 있어서,
상기 레이블드 이미지 생성 단계는 시멘틱 세그멘테이션을 이용하여 상기 원본 이미지에서 모든 픽셀을 레이블링하는 것을 특징으로 하는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법.
According to claim 1,
The method of detecting fish in a sonar image using deep learning, characterized in that the step of generating the labeled image labels all pixels in the original image using semantic segmentation.
제1항에 있어서,
상기 마스크 생성 단계는 원본 이미지에 대하여 어류 영역에 대한 레이블을 이용하여 어류 영역에 대한 마스크를 생성하는 것을 특징으로 하는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법.
According to claim 1,
The method of detecting fish in a sonar image using deep learning, characterized in that in the mask generating step, a mask for the fish area is generated by using a label for the fish area with respect to the original image.
제1항에 있어서,
상기 마스크는 상기 어류 영역을 흰색으로 표시하고 상기 잔여 영역을 검은색으로 표시하는 것을 특징으로 하는 딥러닝을 이용한 소나 영상내의 어류 검출 방법.
According to claim 1,
The fish detection method in a sonar image using deep learning, characterized in that the mask displays the fish area in white and the remaining area in black.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3573783B2 (en) * 1993-04-27 2004-10-06 レイセオン・カンパニー Sonar system
JP2008268183A (en) * 2007-03-26 2008-11-06 Furuno Electric Co Ltd Underwater detection device
KR102005560B1 (en) * 2018-09-04 2019-08-07 씨드로닉스(주) Method for acquiring object information and apparatus for performing the same
JP2019200175A (en) * 2018-05-18 2019-11-21 古野電気株式会社 Fish species estimation system, fish species estimation method, and program

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3573783B2 (en) * 1993-04-27 2004-10-06 レイセオン・カンパニー Sonar system
JP2008268183A (en) * 2007-03-26 2008-11-06 Furuno Electric Co Ltd Underwater detection device
JP2019200175A (en) * 2018-05-18 2019-11-21 古野電気株式会社 Fish species estimation system, fish species estimation method, and program
KR102005560B1 (en) * 2018-09-04 2019-08-07 씨드로닉스(주) Method for acquiring object information and apparatus for performing the same

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