KR20240044026A - Method and system for estimating shape of ships - Google Patents

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KR20240044026A
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장재영
이광재
이선구
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한국항공우주연구원
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Abstract

선박 형상 추정 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 방법은, 선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해 선박 형상 추정 모델을 구성하는 단계와, 대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여 선박자동식별시스템(Automatic Identification System)으로부터 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회하는 단계와, 상기 AIS 신호를 전처리하여 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성하는 단계, 및 상기 제1 입력신호의 입력에 따라 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.A ship shape estimation method and system are disclosed. The ship shape estimation method according to an embodiment of the present invention includes the steps of constructing a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared for the ship, and automatically calculating the ship shape in conjunction with the generation of a shape estimation command for the target ship. A step of retrieving an AIS signal related to the target ship from an automatic identification system, preprocessing the AIS signal to configure a first input signal that can be input to the ship shape estimation model, and the first input signal It includes obtaining an image estimating the shape of the target ship output from the ship shape estimation model according to the input of .

Description

선박 형상 추정 방법 및 선박 형상 추정 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING SHAPE OF SHIPS}Ship shape estimation method and ship shape estimation system {METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING SHAPE OF SHIPS}

본 발명은 선박의 AIS(Automatic Identification System) 신호와 위성영상신호를 융합한 선박 형상화 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 AIS 신호 및 위성영상신호를 활용한 학습 모델 기반의 선박 형상의 추정 이미지 획득을 통한 선박 모니터링의 편의성 개선에 연관된다.The present invention relates to a method of shaping a ship by fusing a ship's AIS (Automatic Identification System) signal and a satellite image signal, and more specifically, to obtain an estimated image of the shape of a ship based on a learning model using AIS signals and satellite image signals. It is related to improving the convenience of ship monitoring through

해상의 선박은 선박의 상태를 알리기 위한 AIS(Automatic Identification System) 선박신호를 지속적으로 발신하고, 이 AIS 선박신호는 해상 선박에서 가까운 지상 수신국에서 안테나를 통해 수신하거나, 혹은 인공위성에서 거리 제한 없이 수신 가능하다.Ships at sea continuously transmit AIS (Automatic Identification System) ship signals to inform of the ship's status, and these AIS ship signals are received through an antenna at a ground receiving station close to the ship at sea, or from a satellite without distance limit. possible.

한편, 소형 선박에서 발신되는 AIS 선박신호의 경우, 컨테이너선이나 유조선 같은 대형 선박에 비해 발신 전력이 낮아서 인공위성을 통한 수신이 어려우며, 또한 소형 선박이 지상 수신국에서 멀리 떨어진 상태에서는 지상 수신국에서도 AIS 선박신호를 수신할 수 없어 선박의 상태를 파악하는데 어려움이 있다.Meanwhile, in the case of AIS ship signals transmitted from small ships, the transmission power is lower than that of large ships such as container ships or oil tankers, so it is difficult to receive them through satellite. Additionally, when the small ship is far away from the ground receiving station, the AIS signal is transmitted from the ground receiving station as well. Since ship signals cannot be received, it is difficult to determine the ship's status.

따라서 지상 기지국에서 멀리 떨어진 소형 선박의 경우, 고해상도 지구관측 인공위성에서의 영상 촬영에 의해서만 모니터링될 수 있다.Therefore, small vessels located far from ground stations can only be monitored by imaging from high-resolution Earth observation satellites.

하지만 고해상도 지구관측 인공위성에 의해 촬영된 선박 영상에는, 단지 직하 방향에서 보여지는 제한된 해상도의 선박 형상의 Top view와, 일정량의 기하오차를 포함하는 위치 정보가 제공될 뿐, 상기 AIS 선박신호에 의해 제공되는 선박의 유형, 선박명, 규모, 위치, 방향, 속도 등의 다양한 정보는 포함되지 않기 때문에, 실제 선박의 형상을 정확히 추정하는데 한계가 있다.However, ship images captured by high-resolution Earth observation satellites only provide a limited-resolution top view of the ship's shape seen from directly below and location information including a certain amount of geometric error, provided by the AIS ship signal. Because various information such as the type of ship, ship name, size, location, direction, and speed are not included, there are limitations in accurately estimating the shape of the actual ship.

따라서 선박이 발신하는 AIS 선박신호를 위성영상신호와 함께 활용하여 지상 기지국에서 멀리 떨어진 소형 선박에 대해서도 형상화 가능한 기술이 요구된다.Therefore, there is a need for a technology that can image even small ships that are far from a ground station by utilizing AIS ship signals transmitted by ships together with satellite image signals.

본 발명의 실시예는 특정 선박에 대해 AIS 신호, 위성영상 중 하나 이상의 정보가 주어졌을 때, 해당 선박의 형상을 추정한 이미지를 학습 기반의 인공신경망을 이용하여 생성하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the embodiment of the present invention is to propose a method of generating an image estimating the shape of a specific ship using a learning-based artificial neural network when one or more information among AIS signals and satellite images is given for a specific ship. do.

본 발명의 실시예는 특정 선박에 대해서 위성영상신호만 수집되는 경우, AIS 신호만 수집되는 경우, 양 신호가 모두 수집되는 경우의 각각에서, 선박 형상의 추정 이미지를 생성할 수 있는 선박 형상 추정 모델을 구축하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention is a ship shape estimation model that can generate an estimated image of the ship shape in each of the cases where only satellite image signals are collected, when only AIS signals are collected, and when both signals are collected for a specific ship. The purpose is to build.

본 발명의 실시예는 선박의 AIS 신호와 위성영상신호를 융합하여, 대형선박 외에, AIS 신호의 발신전력이 상대적으로 낮고, 형태와 크기가 다양한 소형선박의 선박 형상도 정확하게 추정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention fuses the ship's AIS signal and the satellite image signal to accurately estimate the ship shape of not only large ships, but also small ships of various shapes and sizes with relatively low AIS signal transmission power. The purpose.

본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 방법은, 선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해 선박 형상 추정 모델을 구성하는 단계와, 대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여 선박자동식별시스템(Automatic Identification System)으로부터 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회하는 단계와, 상기 AIS 신호를 전처리하여 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성하는 단계, 및 상기 제1 입력신호의 입력에 따라 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The ship shape estimation method according to an embodiment of the present invention includes the steps of constructing a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared for the ship, and automatically calculating the ship shape in conjunction with the generation of a shape estimation command for the target ship. A step of retrieving an AIS signal related to the target ship from an automatic identification system, preprocessing the AIS signal to configure a first input signal that can be input to the ship shape estimation model, and the first input signal It may include obtaining an image that estimates the shape of the target ship output from the ship shape estimation model according to the input of .

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템은, 선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해 선박 형상 추정 모델을 구성하는 학습 처리부와, 대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여 선박자동식별시스템으로부터 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회하고, 상기 AIS 신호를 전처리하여 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성하는 전처리부, 및 상기 제1 입력신호의 입력에 따라 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 획득 처리부를 포함할 수 있다.In addition, the ship shape estimation system according to an embodiment of the present invention is linked to a learning processing unit that configures a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared for ships and the generation of a shape estimation command for the target ship. A preprocessing unit that searches the AIS signal related to the target ship from the automatic ship identification system, preprocesses the AIS signal to form a first input signal that can be input to the ship shape estimation model, and inputs the first input signal. Accordingly, it may include an acquisition processing unit that acquires an image that estimates the shape of the target ship output from the ship shape estimation model.

본 발명에 따르면, AIS 신호와, 위성영상신호, 또는 그 양방을 이용하여, 제한적인 정보만으로 실제 선박 형상을 추정할 수 있는 선박 형상 추정 모델을 구축함으로써 선박 모니터링의 편의성을 개선할 수 있다.According to the present invention, the convenience of ship monitoring can be improved by constructing a ship shape estimation model that can estimate the actual ship shape with only limited information using AIS signals, satellite image signals, or both.

본 발명에 따르면, 유인항공기에서의 실시간 선박 모니터링, 판독용 교육 자료, 사고 상황 파악, 학습자료 구축 시 참조 자료 등 측정된 데이터와 실제 형상을 좁혀 보다 효율적인 데이터 활용이 가능해진다.According to the present invention, more efficient data utilization is possible by narrowing down the measured data and actual shape, such as real-time ship monitoring in manned aircraft, reading training materials, accident situation identification, and reference materials when constructing learning materials.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박 형상 추정 시스템에 포함되는 선박 형상 추정 모델의 생성 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 선박 형상 추정 시스템에서, 입력신호에 따라 선박 형상 추정 모델을 통해 얻어지는 선박 이미지를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 선박 형상 추정 시스템에서, 위성영상신호를 전처리해 구성되는 선박패치영상(제2 입력신호)을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 선박 형상 추정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a ship shape estimation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the creation process of a ship shape estimation model included in the ship shape estimation system shown in FIG. 1.
Figure 3 is a diagram showing the configuration of a ship shape estimation system according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram illustrating a ship image obtained through a ship shape estimation model according to an input signal in the ship shape estimation system according to embodiments of the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating a ship patch image (second input signal) formed by pre-processing a satellite image signal in the ship shape estimation system according to embodiments of the present invention.
Figure 6 is a flowchart showing the sequence of a ship shape estimation method according to embodiments of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, various changes may be made to the embodiments, so the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for descriptive purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the embodiments, the detailed descriptions are omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a ship shape estimation system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템(100)은 선박형상 생성 모델(이하, 선박 형상 추정 모델)(200)을 이용하여, 선박으로부터의 AIS 정보(동적/정적)(410) 및 위성으로부터의 위성영상(씬 단위)(420) 중 어느 하나의 입력신호에 따라, 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 1, the ship shape estimation system 100 according to an embodiment of the present invention uses a ship shape generation model (hereinafter, ship shape estimation model) 200 to generate AIS information (dynamic/static) from the ship. ) 410 and a satellite image (scene unit) 420 from a satellite, an image estimating the shape of the target ship can be obtained.

여기서 AIS 정보(동적/정적)(410)는 동적 정보와 정적 정보로 구분된다. 동적 정보에는 빈번하게 갱신되는 선박의 위치, 방향, 속도 등이 포함되며, 정적 정보에는 선박유형(선종), 선박명, 선박 규모 등의 변하지 않는 정보가 포함되며, 이들은 선박에 할당된 고유식별번호(MMSI)에 의해 연관지어지고, 7자리 숫자로 구성되는 MMSI 중 상위 3자리 숫자로부터 선박의 국적이 식별 가능하다.Here, AIS information (dynamic/static) 410 is divided into dynamic information and static information. Dynamic information includes the frequently updated location, direction, and speed of the ship, while static information includes unchanging information such as ship type (ship type), ship name, and ship size, and these include the unique identification number (unique identification number) assigned to the ship. MMSI), and the nationality of the vessel can be identified from the top 3 digits of the MMSI, which consists of 7 digits.

위성영상(씬 단위)(420)은, 위성에 의해 촬영된 위에서 내려다본 영상(Topview)으로서, 비교적 제한된 해상도를 가지며, 각도와 고도 등에 의해 계산되는 대략적인 위치를 포함하지만, 해상 선박의 위치는 지상에 비해 오차가 큰 편이며, AIS 정보(동적/정적)(410)와 달리 선박 형상에 영향을 미치는 다양한 정보는 포함되지 않는다.Satellite image (scene unit) 420 is a top view image captured by a satellite, has a relatively limited resolution, and includes an approximate location calculated by angle and altitude, but the location of a marine vessel is The error is relatively large compared to the ground, and unlike AIS information (dynamic/static) 410, various information that affects the shape of the ship is not included.

대상 선박의 형상을 추정한 이미지는, 상기 대상 선박의 형상을 추정시 이용된 입력신호가, AIS 정보(동적/정적)(410)와 위성영상(씬 단위)(420)의 어느 일방인지, AIS 정보(동적/정적)(410)와 위성영상(씬 단위)(420)의 양방인지에 따라, 선박신호 기반 선박형상(430), 선박패치 기반 선박형상(440), 및 융합입력 기반 선박형상(450)으로서 획득될 수 있다.The image estimating the shape of the target ship is based on whether the input signal used when estimating the shape of the target ship is either AIS information (dynamic/static) 410 or satellite image (scene unit) 420. Depending on whether there are both information (dynamic/static) 410 and satellite images (scene unit) 420, ship signal-based ship shape 430, ship patch-based ship shape 440, and fusion input-based ship shape ( 450).

구체적으로, 상기 입력신호로서, 선박으로부터의 AIS 정보(동적/정적)(410)가 입력되는 경우, 선박 형상 추정 모델(200)은 선박신호 특징량 생성부(201) 및 선박신호 기반 선박형상 생성부(204)에 의해, AIS 정보(동적/정적)(410)로부터 파악되는 대상 선박의 국적, 규모, 선종 및 무게로부터 예상되는 형상을 가지는 선박신호 기반 선박형상(430)을 출력할 수 있다.Specifically, when AIS information (dynamic/static) 410 from a ship is input as the input signal, the ship shape estimation model 200 generates a ship shape based on the ship signal feature quantity generator 201 and the ship signal. The unit 204 may output a ship signal-based ship shape 430 having a shape expected from the nationality, size, ship type, and weight of the target ship identified from the AIS information (dynamic/static) 410.

또한 상기 입력신호로서, 위성으로부터의 위성영상(씬 단위)(420)이 입력되는 경우, 선박 형상 추정 모델(200)은 선박패치 특징량 생성부(202) 및 선박패치 기반 선박형상 생성부(205)에 의해, 위성영상(씬 단위)(420)으로부터 파악되는 대상 선박의 RGB/NIR값으로부터 예상되는 색상을 가지는 선박패치 기반 선박형상(440)을 출력할 수 있다.In addition, when a satellite image (scene unit) 420 from a satellite is input as the input signal, the ship shape estimation model 200 includes a ship patch feature generation unit 202 and a ship patch-based ship shape generation unit 205. ), a ship patch-based ship shape 440 having the color expected from the RGB/NIR value of the target ship identified from the satellite image (scene unit) 420 can be output.

또한 상기 입력신호로서, 선박으로부터의 AIS 정보(동적/정적)(410)와 위성으로부터의 위성영상(씬 단위)(420)이 모두 입력되는 경우, 선박 형상 추정 모델(200)은 특징량 합성부(203), 및 융합 선박형상 생성부(206)에 의해, AIS 정보(동적/정적)(410)와 위성영상(씬 단위)(420)으로부터 파악되는 형상 및 색상을 가지는 융합입력 기반 선박형상(450)을 출력할 수 있다.In addition, when both AIS information (dynamic/static) 410 from a ship and satellite image (scene unit) 420 from a satellite are input as the input signal, the ship shape estimation model 200 is a feature synthesis unit. (203), and a fusion input-based ship shape ( 450) can be output.

따라서 선박 형상 추정 시스템(100)은 특정 선박에 대해 AIS 정보(410)만 수집되는 경우, 위성영상(420)만 수집되는 경우, AIS 정보(410) 및 위성영상(420)가 모두 수집되는 경우에도, 선박 형상 추정 모델(200)을 이용하여, 제한적인 정보 만으로 다소 품질(해상도)의 차이는 있더라도 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득할 수 있다.Therefore, the ship shape estimation system 100 can be used even when only AIS information 410 is collected for a specific ship, when only satellite images 420 are collected, and even when both AIS information 410 and satellite images 420 are collected. , using the ship shape estimation model 200, it is possible to obtain an image that estimates the shape of the ship even if there is a slight difference in quality (resolution) with only limited information.

이를 통해 본 발명에 의하면, 지상 수신국에서 멀리 떨어진 형태와 크기가 다양한 소형 선박의 형상도 추정이 용이해지므로, 우리 해역에서 조업 중인 어선이 타국적의 어선인지 신속하게 파악해 대응할 수 있는 등 소형 선박의 모니터링에 도움을 줄 수 있다.Through this, according to the present invention, it is easy to estimate the shape of small vessels of various shapes and sizes that are far away from the ground receiving station, so it is possible to quickly determine whether a fishing vessel operating in our waters is a fishing vessel of another nationality and respond accordingly. can help with monitoring.

선박 형상 추정 시스템(100)은 AIS 정보(410) 또는 위성영상(420)을 상기 입력신호로서 선박 형상 추정 모델(200)에 입력하기 위해 상기 입력신호를 전처리하는 선박신호 입력 생성부(101), 선박패치 입력 생성부(102), 선박선정 및 입력정보 정합부(103)를 포함하여 구성될 수 있다.The ship shape estimation system 100 includes a ship signal input generator 101 that preprocesses the input signal to input AIS information 410 or satellite image 420 into the ship shape estimation model 200, It may be configured to include a ship patch input generation unit 102 and a ship selection and input information matching unit 103.

선박신호 입력 생성부(101)는, AIS 정보(410)로부터 선박의 형상에 영향을 미치는 데이터(동적/정적)를 추출하여, 선박 형상 추정 모델(200)에 입력 가능한 형태의 제1 입력신호를 구성한다.The ship signal input generator 101 extracts data (dynamic/static) affecting the shape of the ship from the AIS information 410 and generates a first input signal in a form that can be input to the ship shape estimation model 200. Compose.

여기서 AIS 정보(410) 중 선박의 국적, 선종(선박종류), 선박 규모, 선박 무게 등은, 선박의 형상에 영향을 미치는 정적 정보로서 추출되고, AIS 정보(410) 중 선박의 위치(위경도 좌표), 방향, 속도 등은, 선박의 이동궤적을 생성하는데 이용되는 동적 정보로서 추출될 수 있다. 이는, 선박의 이동궤적으로부터 선박의 용도가 예컨대 무역용(화물선)인지, 어업용(어선)인지 파악하면, 선박을 형상화하는데 도움이 되기 때문이다.Here, among the AIS information 410, the ship's nationality, ship type (ship type), ship size, ship weight, etc. are extracted as static information that affects the shape of the ship, and the ship's location (latitude and longitude) is extracted from the AIS information 410. Coordinates), direction, speed, etc. can be extracted as dynamic information used to generate the movement trajectory of the ship. This is because determining whether the ship's purpose is for trade (cargo ship) or fishing (fishing ship) based on the ship's movement trajectory helps shape the ship.

따라서 선박신호 입력 생성부(101)는 AIS 정보(410)에서 추출한 상기 정적 정보를, 상기 동적 정보로부터 생성된 이동궤적과 함께, 선박 형상 추정 모델(200)에 입력 가능한 1차원 텐서(tensor)로 배열하여, 제1 입력신호를 구성할 수 있다.Therefore, the ship signal input generator 101 converts the static information extracted from the AIS information 410, along with the movement trajectory generated from the dynamic information, into a one-dimensional tensor that can be input to the ship shape estimation model 200. By arranging them, the first input signal can be formed.

선박패치 입력 생성부(102)는 씬 단위의 위성영상(420)으로부터 검출된 선박 영역을 일정 크기로 추출해 얻어진 선박패치영상을 이용하여, 선박 형상 추정 모델(200)에 입력 가능한 형태의 제2 입력신호를 구성한다.The ship patch input generator 102 uses the ship patch image obtained by extracting the ship area detected from the scene-unit satellite image 420 to a certain size to provide a second input in a form that can be input to the ship shape estimation model 200. Construct the signal.

위성영상(420)에서 추출된 선박패치영상은, RGB 3채널 혹은 NIR을 추가한 4채널의 2차원 신호로 이루어지기 때문에, 상기 제2 입력신호를 이용하면 선박의 색상을 나타내는 RGB/NIR값을 추정하는데 도움이 될 수 있다.Since the ship patch image extracted from the satellite image 420 consists of a two-dimensional signal of 3 channels RGB or 4 channels with NIR added, using the second input signal, RGB/NIR values representing the color of the ship can be obtained. It can be helpful in estimating.

일례로 도 5를 참조하면, 선박패치 입력 생성부(102)는 위성영상(씬 단위)(420, 510)에 객체 검출 모델을 적용해 선박의 영역을 검출하고, 위성영상(씬 단위)(420, 510)에 자세 추정 모델을 적용해 선박의 위치, 크기, 방향 등의 자세를 추정하고, 추정된 자세에 근거에 선박 영역을 일정 크기로 추출하여, 선박패치영상(520)을 생성할 수 있다.For example, referring to FIG. 5, the ship patch input generator 102 detects the area of the ship by applying an object detection model to the satellite images (scene units) 420 and 510, and displays the satellite images (scene units) 420 , 510), the posture of the ship can be estimated by applying the posture estimation model to the ship's position, size, and direction, and the ship patch image 520 can be generated by extracting the ship area to a certain size based on the estimated posture. .

도 5에 도시된 것처럼, 지상에서 선박을 촬영한 Topview의 위성영상(씬 단위)(420, 510) 중에서 선박 부분을 검출해 뽑아낸 일부가 선박패치영상(520)으로 생성될 수 있다. 이처럼 생성된 다수의 선박패치영상(520)은 선박 형상 추정 모델(200)에 대한 제2 입력신호로 사용될 수 있다.As shown in FIG. 5, a portion of a ship portion detected and extracted from Topview satellite images (scene units) 420, 510 that capture a ship on the ground can be generated as a ship patch image 520. The plurality of ship patch images 520 generated in this way can be used as a second input signal for the ship shape estimation model 200.

선박선정 및 입력정보 정합부(103)는, 선박신호 입력 생성부(101)에 의해 구성된 특정 선박의 제1 입력신호와, 선박패치 입력 생성부(102)에 의해 구성된 특정 선박의 제2 입력신호를, 상기 특정 선박의 고유식별번호로 상호연관지어 정합하는 기능을 한다.The ship selection and input information matching unit 103 is configured to receive a first input signal of a specific ship configured by the ship signal input generator 101 and a second input signal of a specific ship configured by the ship patch input generator 102. It functions to match and correlate with the unique identification number of the specific vessel.

즉, 선박선정 및 입력정보 정합부(103)는 여러 선박에 대해 수집되는 다수의 AIS 정보(410)와 다수의 씬 단위의 위성영상(420) 중에서, 특정 선박에 대해 수집된 AIS 정보(410)와 위성영상(420)을, 해당 선박의 형상 추정시 함께 이용할 수 있도록 정합하는 기능을 한다.That is, the vessel selection and input information matching unit 103 selects AIS information 410 collected for a specific vessel from among a plurality of AIS information 410 collected for several ships and a plurality of scene-level satellite images 420. It functions to match the and satellite images 420 so that they can be used together when estimating the shape of the relevant ship.

만일 특정 선박에 대해 AIS 정보(410)만 수집되거나, 위성영상(420)만 수집되는 경우에는, 선박선정 및 입력정보 정합부(103)에 의한 제1 입력신호와 제2 입력신호의 정합은 생략될 수 있다.If only AIS information 410 or satellite images 420 are collected for a specific vessel, matching of the first and second input signals by the vessel selection and input information matching unit 103 is omitted. It can be.

일례로, 선박선정 및 입력정보 정합부(103)는 다수의 AIS 정보(410) 중 어느 하나의 AIS 정보(410)가 관리자에 의해 선택되면, 해당 AIS 정보(410)를 발신한 선박을 촬영한 위성영상(420)을, 위치 기준으로 자동 검색하여, 선박에 할당된 고유식별번호(MMSI)에 연관시켜 저장할 수 있다.For example, when any one AIS information 410 among a plurality of AIS information 410 is selected by the manager, the vessel selection and input information matching unit 103 photographs the vessel that transmitted the corresponding AIS information 410. Satellite images 420 can be automatically searched based on location and stored in association with the unique identification number (MMSI) assigned to the vessel.

다른 일례로, 관리자에 의해 위성영상(420)이 먼저 선택되면, 위성영상(420) 내 다수의 선박 각각으로 선박패치영상이 생성될 수 있다. 선박선정 및 입력정보 정합부(103)는 각각의 선박패치영상 내 선박에서 발신한 AIS 정보(420)를 위경도좌표를 이용해 자동 검색하여, 동일한 고유식별번호(MMSI)로 선박패치영상과 상호연관지어 정합시킬 수 있다.As another example, if the satellite image 420 is first selected by the manager, a ship patch image may be generated for each of the multiple ships in the satellite image 420. The ship selection and input information matching unit 103 automatically searches the AIS information 420 transmitted from the ship in each ship patch image using latitude and longitude coordinates, and correlates it with the ship patch image using the same unique identification number (MMSI). It can be built and aligned.

이는, 일반적으로 선박은 일정 시간 간격으로 AIS 정보를 지속적으로 발신하기 때문에, 하나의 선박패치영상에 상응하는 AIS 정보는 다수일 수 있고, 또한 다수의 선박이 모여있으면 위경도좌표가 비슷한 AIS 정보도 많아지기 때문에, 다수의 AIS 정보 중에서 하나의 선박패치영상 내 특정 선박에서 발신된 AIS 정보를 미리 찾아 동일한 고유식별번호로 상호연관지어 정합시켜둠으로써, 하나의 선박패치영상과 그에 상응하는 AIS 정보를, 선박의 형상을 추정하는데 함께 이용할 수 있도록 하기 위한 것이다.This is because ships generally continuously transmit AIS information at regular time intervals, so there may be multiple AIS information corresponding to one ship patch image, and if multiple ships are gathered together, AIS information with similar latitude and longitude coordinates may also be included. As the number of AIS information increases, the AIS information transmitted from a specific ship in one ship patch image is searched in advance among multiple AIS information and correlated with the same unique identification number to match the AIS information to create one ship patch image and the corresponding AIS information. , so that it can be used together to estimate the shape of the ship.

선박신호 입력 생성부(101)와 선박패치 입력 생성부(102)에 의해 구성된 제1 입력신호와 제2 입력신호는, 선박 형상 추정 모델(200)에 입력되어, 선박신호 특징량 생성부(201)와 선박패치 입력 생성부(102)에 의해 특징량화되고, 선박신호 기반 선박형상 생성부(204)와 선박패치 기반 선박형상 생성부(205)에 의해 특징량 기반으로 추정된 형상/색상을 가지는 선박 이미지(430, 440, 450)를 생성하는데 이용될 수 있다.The first and second input signals formed by the ship signal input generation unit 101 and the ship patch input generation unit 102 are input to the ship shape estimation model 200, and are input to the ship signal feature generation unit 201. ) and the ship patch input generator 102, and have shape/color estimated based on the feature quantities by the ship signal-based ship shape generator 204 and the ship patch-based ship shape generator 205. It can be used to generate ship images 430, 440, and 450.

먼저 선박신호 특징량 생성부(201)는, 선박 형상 추정 모델(200)에 입력되는 1차원의 제1 입력신호(예, 61*1*1의 선박신호)를, 디컨볼루션 레이어(deconvolution layer)를 통해 n층의 2차원 특징량(상기 n은 3 이상의 자연수)으로 변환한다.First, the ship signal feature generation unit 201 processes the one-dimensional first input signal (e.g., 61*1*1 ship signal) input to the ship shape estimation model 200 into a deconvolution layer. ) is converted into a two-dimensional characteristic quantity of the n layer (where n is a natural number of 3 or more).

상기 n층의 2차원 특징량은, 저해상도에 해당하는 2차원 특징량을 n층 겹쳐서 고해상화한 다층의 저해상도 특징량을 의미하며, 일례로, "(3*3)"의 저해상도 2차원 특징량 층이 2048겹(n=2048) 있는 "2048*(3*3)"을 상기 n층의 2차원 특징량의 예로 들 수 있다.The n-layer two-dimensional feature quantity refers to a multi-layer low-resolution feature quantity obtained by overlapping n layers of two-dimensional feature quantities corresponding to low resolution to high resolution. For example, the low-resolution two-dimensional feature quantity of "(3*3)" “2048*(3*3)”, which has 2048 layers (n=2048), can be taken as an example of the two-dimensional characteristic quantity of the n layer.

선박신호 특징량 생성부(201)에서 제1 입력신호는, 특징량 변환을 위한 디컨볼루션 레이어를 반복할수록 해상도가 확대되고, 선박패치 특징량 생성부(202)에서의 제2 입력신호의 특징량(선박패치 특징량)의 낱장 해상도(예, 2048*3*3)와 동일해질 때까지 반복적으로 해상도 확대가 이루어질 수 있다.The resolution of the first input signal in the ship signal feature generation unit 201 increases as the deconvolution layer for feature transformation is repeated, and the characteristics of the second input signal in the ship patch feature generation unit 202 The resolution can be expanded repeatedly until the quantity (ship patch characteristic quantity) becomes the same as the sheet resolution (e.g., 2048*3*3).

선박패치 특징량 생성부(202)는 선박 형상 추정 모델(200)에 입력되는 제2 입력신호(예, 3*96*96의 RGB로 표현되는 선박패치)를, 컨볼루셔널 뉴럴 네트워크(CNN, Convolutional Neural Network)의 기저 네트워크인 'ResNet-50'를 통해, 상기 n층의 2차원 특징량(예, 2048*3*3)으로 변환한다.The ship patch feature generation unit 202 generates a second input signal (e.g., a ship patch expressed in RGB of 3*96*96) input to the ship shape estimation model 200, and uses a convolutional neural network (CNN, Through 'ResNet-50', a base network of Convolutional Neural Network, it is converted into a 2-dimensional feature quantity (e.g., 2048*3*3) of the n layer.

선박패치는 통상 RGB 3채널 혹은 NIR을 추가한 4채널의 2차원 신호로 표현되며, 이로부터 선박패치 특징량 생성부(202)는 임의 채널수 만큼의 상기 n층의 2차원 특징량을 생성할 수 있고, 통상 이 과정에서 낱장 해상도는 줄어들고 채널 수는 증가한다. 이 과정은 CNN 기반 네트워크의 컨볼루션(Convolution) 및 풀링(Pooling)을 통해 수행될 수 있다.The ship patch is usually expressed as a 2-dimensional signal of 3 channels RGB or 4 channels with NIR added, from which the ship patch feature generation unit 202 generates a 2-dimensional feature amount of the n layer as many as a random number of channels. In this process, the resolution of each sheet decreases and the number of channels increases. This process can be performed through convolution and pooling of a CNN-based network.

특징량 합성부(203)는, 특정 선박에 대해 선박신호와 위성영상이 모두 수집되어 제1 입력신호의 특징량과 제2 입력신호의 특징량이 획득된 경우, 각각의 특징량 텐서(3차원 정보)를 합성하여 하나의 특징량 텐서(융합 특징량)를 생성한다.When both the ship signal and the satellite image are collected for a specific ship and the feature quantity of the first input signal and the feature quantity of the second input signal are obtained, the feature quantity synthesis unit 203 generates each feature tensor (3D information ) are synthesized to create one feature tensor (fused feature quantity).

즉, 특징량 합성부(203)는 형상 파악에 더 도움이 되는 제1 입력신호의 특징량의 적어도 일부와, 색상 파악에 더 도움이 되는 제2 입력신호의 특징량의 적어도 일부를 적절히 합성해 고해상도화한 융합 특징량을 생성함으로써, 융합 특징량 기반의 선박의 형상과 색상이 동시에 존재하는 선박의 형상화가 가능해지도록 할 수 있다.That is, the feature synthesis unit 203 appropriately synthesizes at least a part of the feature amount of the first input signal, which is more helpful in understanding the shape, and at least a part of the feature amount of the second input signal, which is more helpful in understanding the color. By generating high-resolution fusion feature quantities, it is possible to shape a ship in which both the shape and color of the ship based on the fusion feature quantity exist simultaneously.

선박신호 기반 선박형상 생성부(204)는, 선박신호 특징량 생성부(201)에 의해 생성된 제1 입력신호의 특징량 기반으로, 선박신호 기반 선박형상(430)을 생성할 수 있다. 일례로 선박신호 기반 선박형상(430)은 도 4와 같이 흑백으로 표현된 선박 형상 이미지로 생성될 수 있다.The ship signal-based ship shape generator 204 may generate a ship signal-based ship shape 430 based on the feature amount of the first input signal generated by the ship signal feature amount generator 201. For example, the ship signal-based ship shape 430 may be created as a ship shape image expressed in black and white as shown in FIG. 4.

선박패치 기반 선박형상 생성부(205)는, 선박패치 특징량 생성부(202)에 의해 생성된 제2 입력신호의 특징량 기반으로, 선박패치 기반 선박형상(440)을 생성할 수 있다. 일례로 선박패치 기반 선박형상(440)은 도 4와 같이 컬러로 표현된 선박 형상 이미지로 생성될 수 있다.The ship patch-based ship shape generator 205 may generate a ship patch-based ship shape 440 based on the feature amount of the second input signal generated by the ship patch feature amount generator 202. For example, the ship patch-based ship shape 440 may be created as a ship shape image expressed in color as shown in FIG. 4.

융합 선박형상 생성부(206)는, 특징량 합성부(203)에 의해 생성된 융합 특징량 기반으로, 융합입력 기반 선박형상(450)을 생성할 수 있다.The fusion ship shape generator 206 may generate a fusion input-based ship shape 450 based on the fusion feature quantity generated by the feature quantity synthesis unit 203.

이 경우 융합 선박형상 생성부(206)는 서로 다른 제1 및 제2 입력신호를 이용하여 각 신호의 특징량의 해상도를 확대함으로써, 최종 형상인 RGB 3채널의 선박 사진을 생성할 수 있다. 일례로 융합입력 기반 선박형상(450)은 도 4에 도시된 것처럼, 선박신호 기반 선박형상(430)의 형상과 선박패치 기반 선박형상(440)의 컬러를 모두 가지는 선박 형상 이미지로 생성될 수 있다.In this case, the fusion ship shape generator 206 can use different first and second input signals to expand the resolution of the feature quantities of each signal, thereby generating a three-channel RGB ship photo as the final shape. For example, the fusion input-based ship shape 450 can be created as a ship shape image that has both the color of the ship signal-based ship shape 430 and the color of the ship patch-based ship shape 440, as shown in FIG. .

도 2는 도 1에 도시된 선박 형상 추정 시스템에 포함되는 선박 형상 추정 모델의 생성 과정을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the creation process of a ship shape estimation model included in the ship shape estimation system shown in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 선박 형상 추정 시스템(100)은, 대상 선박에 관해 입력되는 입력신호(410, 420)에 따라, 선박의 형상을 추정한 이미지(430, 440, 450)를 출력 가능한 선박 형상 추정 모델(200)을, 선박으로부터의 AIS 선박신호와 위성영상으로부터의 선박패치영상 및 선박이미지로 이루어진 복수의 데이터셋의 학습에 의해 생성할 수 있다.Referring to FIG. 2, the ship shape estimation system 100 is a ship shape capable of outputting images 430, 440, and 450 that estimate the shape of the ship according to input signals 410 and 420 regarding the target ship. The estimation model 200 can be created by learning a plurality of datasets consisting of AIS ship signals from ships, ship patch images from satellite images, and ship images.

선박 형상 추정 시스템(100)은, 상기 학습에 이용할 데이터셋을 확보하기 위해, 도 1에서 각 입력신호를 전처리하는 선박신호 입력 생성부(101) 및 선박패치 입력 생성부(102)와, 각 입력신호를 특징량화하는 선박신호 특징량 생성부(201), 선박패치 특징량 생성부(202) 및 특징량 합성부(203)를 이용할 수 있다.In order to secure a dataset to be used for learning, the ship shape estimation system 100 includes a ship signal input generator 101 and a ship patch input generator 102 that preprocess each input signal in FIG. 1, and each input A ship signal feature quantity generation unit 201, a ship patch feature quantity generation unit 202, and a feature quantity synthesis unit 203 that convert signals into feature quantities can be used.

선박신호 입력 생성부(101)는, 선박으로부터 수집된 AIS 정보를 전처리하여, 1차원의 선박신호를 구성하고, 선박패치 입력 생성부(102)는 위성으로부터 수집된 위성영상을 전처리하여, 2차원의 RGB/NIR로 표현되는 선박패치영상(예, 3*96*96의 RGB영상)을 구성할 수 있다.The ship signal input generator 101 preprocesses the AIS information collected from the ship to construct a one-dimensional ship signal, and the ship patch input generator 102 preprocesses the satellite image collected from the satellite to create a two-dimensional ship signal. A ship patch image expressed in RGB/NIR (e.g., 3*96*96 RGB image) can be configured.

예를 들어 선박신호 입력 생성부(101)는 수집된 AIS 정보로부터, 선박의 국적, 선종(선박유형), 전장, 전폭, 무게, 정해진 기간(예, ±1주) 동안의 일정 시간 간격(예, 12시간)의 위경도 좌표(예를 들어, 총28개의 위치좌표)에 관한 정적/동적 데이터를 추출하여 1차원의 61*1*1 선박신호를 구성하고, 선박신호 특징량 생성부(201)는 1차원의 61*1*1 선박신호를 디컨볼루션 레이어에 적용해, 2차원의 특징량으로 변환할 수 있다.For example, the ship signal input generator 101 determines the nationality of the ship, the ship type (ship type), the overall length, the overall width, the weight, and a certain time interval (e.g., ±1 week) for a certain period of time (e.g., ±1 week) from the collected AIS information. , 12 hours) of latitude/longitude coordinates (e.g., a total of 28 position coordinates) are extracted to extract static/dynamic data to construct a one-dimensional 61*1*1 ship signal, and the ship signal feature quantity generator (201) ) can apply a one-dimensional 61*1*1 ship signal to a deconvolution layer and convert it into a two-dimensional feature quantity.

이때 선박신호 특징량 생성부(201)는 상기 선박신호의 특징량화에 의해 확대되는 해상도가, 후술하는 선박패치영상의 특징량의 낱장 해상도(예, 2048*3*3)와 동일해질 때까지 반복적으로 디컨볼루션 레이어를 적용해 해상도를 확대시킬 수 있다. 이는, 후술하는 특징량 합성부(203)에서 상기 선박신호의 특징량과 선박패치영상의 특징량 간 융합을 위하여, 출력 크기를 맞추기 위한 것이다.At this time, the ship signal feature generation unit 201 repeats the process until the resolution expanded by feature quantification of the ship signal becomes the same as the single-sheet resolution (e.g., 2048 * 3 * 3) of the feature quantity of the ship patch image, which will be described later. The resolution can be expanded by applying a deconvolution layer. This is to match the output size for fusion between the feature quantities of the ship signal and the feature quantities of the ship patch image in the feature quantity synthesis unit 203, which will be described later.

선박패치 입력 생성부(102)는 수집된 위성영상을 'FasterRCNN'+'ResNeSt101' 등과 같은 객체 검출 모델 및 'Simple Pose 모델' 등과 같은 자세 추정 모델에 적용하여, 검출되는 다수 선박의 위치와 크기 및 방향 등의 자세에 근거해, 일정 크기(예, 96*96 픽셀)의 RGB 3채널로 표현되는 선박패치영상(3*96*96)을 구성하고, 선박패치 특징량 생성부(202)는 상기 선박패치영상(3*96*96)을 CNN 기저 네트워크인 'ResNet-50'에 적용해, 상기 n층의 2차원 특징량(예, 2048*3*3)으로 변환할 수 있다.The ship patch input generator 102 applies the collected satellite images to an object detection model such as 'FasterRCNN' + 'ResNeSt101' and a posture estimation model such as 'Simple Pose model' to determine the positions and sizes of multiple detected ships. Based on the posture such as direction, a ship patch image (3*96*96) expressed in 3 RGB channels of a certain size (e.g., 96*96 pixels) is constructed, and the ship patch feature generation unit 202 The ship patch image (3*96*96) can be applied to the CNN base network 'ResNet-50' and converted to the n-layer 2D feature quantity (e.g., 2048*3*3).

특징량 합성부(203)는, 선박신호 특징량 생성부(201)에서 얻어진 선박신호 특징량(2048*3*3) 및 선박패치 특징량 생성부(202)에서 얻어진 선박패치영상의 특징량(2048*3*3)에 1*1 컨볼루션(convolution)을 적용함으로써, 각 픽셀 위치에서의 전연결(Fully connection)을 구현해, 선박신호 특징량 및 선박패치영상의 특징량과 동일 크기(2048*3*3)의 융합 특징량을 생성할 수 있다.The feature quantity synthesis unit 203 includes the ship signal feature quantity (2048*3*3) obtained from the ship signal feature quantity generation unit 201 and the feature quantity of the ship patch image obtained from the ship patch feature quantity generation unit 202 ( By applying 1*1 convolution to 2048*3*3), full connection at each pixel position is implemented, and the feature quantity of the ship signal and the feature quantity of the ship patch image are the same size (2048*). 3*3) fusion feature quantities can be generated.

이러한 과정에 의해 2048*3*3 크기의 선박신호 특징량, 선박패치영상 특징량 및 융합 특징량과, 실제 선박의 이미지로 구성된 데이터셋이 확보되면, 선박 형상 추정 시스템(100)은 상기 데이터셋을 학습 처리해 선박 형상 추정 모델(200)을 구성할 수 있다.When a dataset consisting of a ship signal feature, ship patch image feature, and fusion feature of size 2048*3*3 is secured through this process, and an image of an actual ship, the ship shape estimation system 100 uses the data set. The ship shape estimation model 200 can be constructed by learning and processing.

이때 선박 형상 추정 시스템(100)은 동일한 실제 선박의 이미지를 정답값으로 하되, 선박신호 특징량과 선박패치영상 특징량 및 융합 특징량 중에서 서로 다른 입력값을 사용하여 개별적으로 학습을 진행하여, 제1 내지 제3 고해상화 블록을 생성할 수 있다.At this time, the ship shape estimation system 100 uses the image of the same actual ship as the correct value, but individually learns using different input values among the ship signal feature, ship patch image feature, and fusion feature, The first to third high resolution blocks can be generated.

제1 고해상화 블록은, 선박신호 특징량을 입력값으로 하고, 실제 선박의 이미지를 정답값(GT, Ground Truth)으로 하는 학습에 의해 생성될 수 있고, 제2 고해상화 블록은, 선박패치영상 특징량을 입력값으로 하고, 실제 선박의 이미지를 정답값으로 하는 학습에 의해 생성될 수 있고, 제3 고해상화 블록은, 융합 특징량을 입력값으로 하고, 실제 선박의 이미지를 정답값으로 하는 학습에 의해 생성될 수 있다. 이처럼 제1 내지 제3 고해상화 블록은 서로 다른 입력값에 의해 동일한 결과물 생성을 목표로 학습이 진행되므로, 서로 다른 가중치값을 가지게 된다.The first high-resolution block can be generated by learning using the ship signal feature as input and the image of the actual ship as the correct value (GT, Ground Truth), and the second high-resolution block is the ship patch image. It can be generated by learning with a feature quantity as an input value and an image of an actual ship as an answer value, and the third high-resolution block uses a fusion feature quantity as an input value and an image of an actual ship as an answer value. It can be created through learning. In this way, the first to third high-resolution blocks are trained with the goal of producing the same result using different input values, so they have different weight values.

이후, 선박 형상 추정 시스템(100)은 동일한 선박 이미지에 대해서 산출되는 손실함수(Loss)를 역전파하는 것으로 제1 내지 제3 고해상화 블록에 설정된 가중치값을 일괄 갱신하여, 선박 형상 추정 모델(200)을 최적화할 수 있다.Thereafter, the ship shape estimation system 100 updates the weight values set in the first to third high-resolution blocks in batches by back-propagating the loss function (Loss) calculated for the same ship image, and creates a ship shape estimation model (200 ) can be optimized.

즉, 선박 형상 추정 시스템(100)은 동일한 선박 이미지를 GT로 하여, 3가지 입력값을 이용해 학습된 선박 형상 추정 모델(200)의 제1 내지 제3 고해상화 블록에 테스트용 데이터셋을 적용하여, 3가지 입력값에 따른 3가지 출력(3*48*48 크기의 선박신호 기반 형상, 위성영상 기반 형상 및 융합정보 기반 형상)에서의 L2 손실함수를 구하고, 이를 최소화하는 방향으로 최적화를 진행한다. 또한 선박형상 이미지 생성의 성능 개선을 위하여 적대적 생성 신경망(GAN) 기법이 적용될 수 있다.That is, the ship shape estimation system 100 uses the same ship image as GT and applies the test dataset to the first to third high-resolution blocks of the ship shape estimation model 200 learned using three input values. , Obtain the L2 loss function from three outputs (ship signal-based shape of size 3*48*48, satellite image-based shape, and fusion information-based shape) according to three input values, and optimize it in the direction of minimizing it. . Additionally, generative adversarial neural network (GAN) techniques can be applied to improve the performance of ship shape image generation.

이와 같이 3가지 입력값을 사용해 제1 내지 제3 고해상화 블록을 가지는 선박 형상 추정 모델(200)의 생성 및 최적화가 이루어지면, 선박 형상 추정 시스템(100)은, 도 1에서 대상 선박에 관해 입력되는 신호가 AIS 신호인지, 위성영상신호인지, 양 신호 모두인지에 관계없이, 선박 형상 추정 모델(200)을 이용해 대상 선박의 형상을 추정할 수 있다.When the ship shape estimation model 200 having the first to third high-resolution blocks is created and optimized using the three input values in this way, the ship shape estimation system 100 inputs the target ship in FIG. Regardless of whether the signal is an AIS signal, a satellite image signal, or both signals, the shape of the target ship can be estimated using the ship shape estimation model 200.

이에 따라 본 발명에 의하면, 열악한 해상 환경에서 대상 선박에 대해 획득 가능한 제한적인 정보 만으로, 대상 선박의 형상 이미지를 선박 형상 추정 모델(200) 기반으로 추정해 획득할 수 있다.Accordingly, according to the present invention, the shape image of the target ship can be estimated and obtained based on the ship shape estimation model 200 with only limited information that can be obtained about the target ship in a poor marine environment.

실시예에 따라, 선박 형상 추정 모델(200) 내 제1 내지 제3 고해상화 블록의 각각은, 복수 레벨의 디컨볼루션 레이어를 포함하여 구성할 수 있다. 이에 따라 제1 내지 제3 고해상화 블록에 3가지 특징량이 입력되어, 3*48*48의 선박 형상 이미지를 생성하는 과정에서, 제1 내지 제3 고해상화 블록 내 각각의 디컨볼루션 레이어를 거칠수록 해상도가 2배씩 확대되므로, 본 발명에서 제안하는 선박 형상 추정 모델(200)에 의해 보다 고해상화된 선박 형상 이미지를 얻을 수 있다.Depending on the embodiment, each of the first to third high-resolution blocks in the ship shape estimation model 200 may be configured to include multiple levels of deconvolution layers. Accordingly, three feature quantities are input to the first to third high-resolution blocks, and in the process of generating a 3*48*48 ship shape image, each deconvolution layer in the first to third high-resolution blocks is passed. Since the resolution is doubled, a higher resolution ship shape image can be obtained by the ship shape estimation model 200 proposed in the present invention.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the configuration of a ship shape estimation system according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 형상 추정 시스템(300)은, 학습 처리부(310), 전처리부(320), 획득 처리부(330) 및 데이터베이스(340)를 포함하여 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3, the ship shape estimation system 300 according to an embodiment of the present invention includes a learning processing unit 310, a pre-processing unit 320, an acquisition processing unit 330, and a database 340. You can.

학습 처리부(310)는 선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해, 선박 형상 추정 모델을 구성한다.The learning processing unit 310 constructs a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared about ships.

이에 앞서, 학습 처리부(310)는 상기 학습에 이용할 선박에 관한 복수의 데이터셋을 선박자동식별시스템(301) 및 위성(302)으로부터 각각 수집하여 데이터베이스(340)에 저장하고, 충분한 수량의 데이터셋이 확보되면 학습을 진행할 수 있다.Prior to this, the learning processing unit 310 collects a plurality of data sets about ships to be used for learning from the automatic ship identification system 301 and the satellite 302, respectively, and stores them in the database 340, and stores a sufficient number of data sets on the ships. Once this is secured, learning can proceed.

여기서 선박자동식별시스템(Automatic Identification System)(301)이란, 상기 선박의 무선송수신기에 의해 일정 시간 간격으로 발신되어 중계기를 경유해 전달되는 복수의 시계열 AIS 신호를, 상기 선박의 고유식별번호와 연관시켜 기록해 두는 시스템을 지칭한다.Here, the Automatic Identification System (301) refers to a plurality of time-series AIS signals transmitted at regular time intervals by the ship's wireless transmitter and receiver and transmitted via a repeater, and associates them with the ship's unique identification number. Refers to a recording system.

학습 처리부(310)는 선박자동식별시스템(301)을 통해 다양한 선박에서 발신되는 시계열 AIS 신호를 수집할 수 있고, 또한 위성(302)으로부터 상기 시계열 AIS 신호가 수집된 해당 선박을 촬영한 위성영상신호를 수집하여 전처리를 통해 선박패치영상을 마련할 수 있고, 인터넷이나 소셜네트워크시스템(SNS), 동영상 재생앱 등을 통해 해당 선박의 실제 형상 이미지를 수집하거나 관리자단말로부터 입력받을 수 있고, 이를 학습용 데이터셋으로서 데이터베이스(340)에 저장할 수 있다.The learning processing unit 310 can collect time-series AIS signals transmitted from various ships through the automatic vessel identification system 301, and can also collect satellite image signals from the satellite 302 of the ship for which the time-series AIS signal was collected. By collecting and pre-processing, a ship patch image can be prepared, and the actual shape image of the ship can be collected through the Internet, social networking system (SNS), video playback app, etc., or input from the administrator terminal, and this can be used as learning data. They can be stored in the database 340 as a set.

이때, 학습 처리부(310)는 선박으로부터의 시계열 AIS 신호와, 위성(302)으로부터의 선박패치영상 및 선박의 실제 형상 이미지가 모두 갖춰진 데이터셋을 대상으로 학습을 진행하지만, 각 데이터셋 내에서 서로 다른 입력값을 사용해 개별적으로 학습을 진행할 수 있다.At this time, the learning processing unit 310 performs learning on a dataset that includes all the time-series AIS signals from the ship, the ship patch image from the satellite 302, and the actual shape image of the ship, but each dataset is different from the other. Learning can be done individually using different input values.

구체적으로 학습 처리부(310)는 상기 선박으로부터의 시계열 AIS 신호(제1 입력값)와 상기 선박의 형상 이미지(정답값)로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록을 생성할 수 있다.Specifically, the learning processor 310 creates a first high-resolution image in the ship shape estimation model by learning a dataset consisting of a time-series AIS signal (first input value) from the ship and a shape image (correct answer value) of the ship. Blocks can be created.

이와 함께 학습 처리부(310)는 상기 선박을 촬영한 위성영상신호 내에서 추출된 선박패치영상(제2 입력값)과, 상기 선박의 형상 이미지(정답값)로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록을 생성할 수 있다.In addition, the learning processing unit 310 learns the dataset consisting of a ship patch image (second input value) extracted from a satellite image signal capturing the ship and a shape image of the ship (correct answer value), A second high-resolution block within the ship shape estimation model can be created.

이와 함께 학습 처리부(310)는 상기 시계열 AIS 신호(제1 입력값)와 상기 선박패치영상(제2 입력값) 및 상기 선박의 형상 이미지(정답값)로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록을 생성할 수 있다.In addition, the learning processing unit 310 learns the dataset consisting of the time-series AIS signal (first input value), the ship patch image (second input value), and the shape image of the ship (correct answer value), A third high-resolution block within the shape estimation model can be created.

서로 다른 입력값을 사용한 개별적인 학습에 의해 생성된 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 내지 제3 고해상화 블록은 서로 다른 가중치를 가지게 되며, 이후, 학습 처리부(310)는 상기 제1 고해상화 블록, 상기 제2 고해상화 블록, 및 상기 제3 고해상화 블록 각각에 대해 학습 과정에서 산출되는 손실함수(Loss)를 역전파하여, 상기 설정된 가중치를 일괄 갱신함으로써, 상기 선박 형상 추정 모델의 최적화를 수행할 수 있다.The first to third high-resolution blocks in the ship shape estimation model generated by individual learning using different input values have different weights, and then the learning processor 310 controls the first high-resolution block, the Optimization of the ship shape estimation model can be performed by backpropagating the loss function (Loss) calculated in the learning process for each of the second high-resolution block and the third high-resolution block and collectively updating the set weights. there is.

이와 같이 서로 다른 입력값을 사용한 개별적인 학습에 의해 생성 및 최적화된 제1 내지 제3 고해상화 블록을 포함하는 상기 선박 형상 추정 모델은 데이터베이스(340)에 저장될 수 있다.In this way, the ship shape estimation model including the first to third high-resolution blocks generated and optimized through individual learning using different input values may be stored in the database 340.

이후, 대상 선박에 대한 형상 추정 명령이 관리자 단말에 의해 발생됨에 따라, 후술하는 전처리부(320) 및 획득 처리부(330)에서는, 상기 대상 선박과 관련하여 취득되는 AIS 신호나, 위성영상신호, 또는 그 양방을 입력신호로서 활용하여, 데이터베이스(340)에 저장된 상기 선박 형상 추정 모델을 이용해 대상 선박의 형상을 추정할 수 있다.Thereafter, as a shape estimation command for the target vessel is generated by the manager terminal, the pre-processing unit 320 and the acquisition processing unit 330, which will be described later, use AIS signals, satellite image signals, or By using both of them as input signals, the shape of the target ship can be estimated using the ship shape estimation model stored in the database 340.

전처리부(320)는 대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여, 선박자동식별시스템(301)으로부터 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회하고, 상기 AIS 신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성한다.The preprocessor 320 searches for the AIS signal related to the target ship from the automatic ship identification system 301 in conjunction with the generation of a shape estimation command for the target ship, preprocesses the AIS signal, and models the ship shape estimation model. Configures the first input signal that can be input to .

상기 제1 입력신호를 구성하는 과정을 구체적으로 설명하면, 전처리부(320)는 선박자동식별시스템(301)에 기록된 복수의 시계열 AIS 신호 중에서, 대상 선박에 할당된 고유식별번호(예, 7자리숫자)를 이용하여, 정해진 기간 동안(예, ±1주 동안의 12시간 간격) 기록된 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회할 수 있다.To describe the process of configuring the first input signal in detail, the preprocessor 320 selects a unique identification number (e.g., 7) assigned to the target vessel from among the plurality of time-series AIS signals recorded in the automatic vessel identification system 301. digits), you can search for AIS signals related to the target vessel recorded over a set period of time (e.g., 12-hour intervals for ±1 week).

전처리부(320)는 선박자동식별시스템(301)에서 조회한 AIS 신호로부터 상기 대상선박의 국적, 선종, 규모 및 무게 중 적어도 하나의 선박 형상에 영향을 미치는 정적 정보를 추출할 수 있다.The pre-processing unit 320 may extract static information affecting the shape of at least one of the nationality, type, size, and weight of the target ship from the AIS signal retrieved from the automatic ship identification system 301.

또한 전처리부(320)는 상기 대상선박의 위치, 방향 및 속도 등 시간에 따라 변화하는 동적 정보를 추출하고, 상기 동적 정보를 고려하여 상기 정해진 기간 동안의 상기 대상선박의 이동궤적을 생성할 수 있다. 여기서 대상 선박의 이동궤적은, 대상 선박이 무역용 화물선인지 또는 어업용 어선인지 파악할 수 있기 때문에, 대상 선박의 용도에 따라 선박을 형상화하는데 이용될 수 있다.In addition, the preprocessor 320 extracts dynamic information that changes with time, such as the location, direction, and speed of the target vessel, and considers the dynamic information to generate a movement trace of the target vessel during the specified period. . Here, the movement trajectory of the target vessel can be used to shape the vessel according to its purpose because it can determine whether the target vessel is a cargo ship for trade or a fishing vessel for fishing.

전처리부(320)는 대상선박의 정적 정보와, 이동궤적을 1차원 배열하여, 1차원 텐서(tensor)(예, 61*1*1)로 표현되는 상기 제1 입력신호를 구성할 수 있다.The preprocessor 320 may configure the first input signal expressed as a one-dimensional tensor (eg, 61*1*1) by arranging the static information and movement trajectory of the target ship in one dimension.

획득 처리부(330)는 상기 제1 입력신호의 입력에 따라, 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득한다.The acquisition processing unit 330 acquires an image estimating the shape of the target ship output from the ship shape estimation model according to the input of the first input signal.

이때 전처리부(320)는 상기 선박 형상 추정 모델의 입력단에 연결된 디컨볼루션 레이어(deconvolution layer)를 통해, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력되는 상기 제1 입력신호를 n층의 2차원 특징량(상기 n은 3 이상의 자연수)으로 변환함으로써, 해상도를 확대할 수 있다.At this time, the preprocessor 320 converts the first input signal input to the ship shape estimation model into the n-layer two-dimensional feature quantity (the above) through a deconvolution layer connected to the input terminal of the ship shape estimation model. The resolution can be expanded by converting to (n is a natural number of 3 or more).

상기 n층의 2차원 특징량은, 저해상도에 해당하는 2차원 특징량을 n층 겹쳐서 고해상화한 다층의 저해상도 특징량을 의미하며, 일례로, "(3*3)"의 저해상도 2차원 특징량 층이 2048겹(n=2048) 있는 "2048*(3*3)"을 상기 n층의 2차원 특징량의 예로 들 수 있다.The n-layer two-dimensional feature quantity refers to a multi-layer low-resolution feature quantity obtained by overlapping n layers of two-dimensional feature quantities corresponding to low resolution to high resolution. For example, the low-resolution two-dimensional feature quantity of "(3*3)" “2048*(3*3)”, which has 2048 layers (n=2048), can be taken as an example of the two-dimensional characteristic quantity of the n layer.

획득 처리부(330)는 전처리부(320)를 통해 얻어진 상기 제1 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록에 입력하여, 상기 AIS 신호 기반의 형상이 존재하는 상기 대상 선박의 형상 이미지를 획득할 수 있다.The acquisition processing unit 330 inputs the n-layer two-dimensional feature quantity for the first input signal obtained through the preprocessor 320 into the first high-resolution block in the ship shape estimation model, and calculates the AIS signal-based A shape image of the target vessel in which the shape exists can be obtained.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 대상 선박과 관련하여 'AIS 신호'가 취득되는 경우, 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록에 의해, AIS 신호 기반의 형상을 가지는 선박 형상 이미지를 추정하여 획득할 수 있다.As such, according to the present invention, when an 'AIS signal' is acquired in relation to a target ship, a ship shape image having a shape based on the AIS signal can be estimated and obtained by the first high-resolution block in the ship shape estimation model. You can.

실시예에 따라, 전처리부(320)는 위성(302)으로부터 상기 대상 선박을 촬영한 위성영상신호가 수신되면, 상기 위성영상신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제2 입력신호를 구성할 수 있다.Depending on the embodiment, when a satellite image signal capturing the target ship is received from the satellite 302, the preprocessor 320 preprocesses the satellite image signal to generate a second input signal that can be input to the ship shape estimation model. It can be configured.

구체적으로, 전처리부(320)는 상기 위성영상신호를 씬 단위로 분할하여, 선정된 객체 검출 모델을 적용해, 상기 위성영상신호 내에서 선박 영역을 검출하고, 선정된 자세 추정 모델을 적용하여, 상기 위성영상신호 내 상기 선박 영역의 현위치와, 크기 및 진행방향을 포함한 자세정보를 추정하고, 상기 추정된 자세정보에 근거해, 상기 위성영상신호로부터 상기 선박 영역을 일정 크기로 추출하여, RGB 3채널 혹은 NIR을 추가한 4채널의 2차원 신호로 표현되는 상기 제2 입력신호를 구성할 수 있다.Specifically, the preprocessor 320 divides the satellite image signal into scenes, applies a selected object detection model, detects the vessel area within the satellite image signal, and applies the selected posture estimation model, Estimating attitude information including the current position, size, and direction of movement of the vessel area in the satellite image signal, and extracting the vessel area to a certain size from the satellite image signal based on the estimated attitude information, RGB The second input signal can be configured to be expressed as a 2-dimensional signal of 3 channels or 4 channels with NIR added.

또한 전처리부(320)는 상기 선박 형상 추정 모델의 입력단에 연결된 컨볼루셔널 뉴럴 네트워크(CNN)의 기저 네트워크인 'ResNet-50'를 통해, 상기 제2 입력신호를, 상기 제1 입력신호와 마찬가지로 n층의 2차원 특징량(예, 2048*3*3)으로 변환할 수 있다.In addition, the preprocessor 320 receives the second input signal through 'ResNet-50', a base network of a convolutional neural network (CNN) connected to the input terminal of the ship shape estimation model, in the same way as the first input signal. It can be converted to a 2-dimensional feature quantity of the n layer (e.g., 2048*3*3).

이때, 선박자동식별시스템(301)으로부터 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호가 조회되지 않고, 상기 대상 선박을 촬영한 위성영상신호 만이 수신된 경우, 획득 처리부(330)는 상기 제2 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량(예, 2048*3*3)을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록에 입력하여, 상기 위성영상신호 기반의 색상이 존재하는 상기 대상 선박의 형상 이미지를 획득할 수 있다.At this time, when the AIS signal related to the target vessel is not searched from the automatic vessel identification system 301 and only the satellite image signal photographing the target vessel is received, the acquisition processing unit 330 determines n for the second input signal. Input the 2D feature quantity of the layer (e.g., 2048*3*3) into the second high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image of the target ship in which the color based on the satellite image signal exists. can do.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 대상 선박과 관련하여 '위성영상신호'만이 취득되는 경우, 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록에 의해, 위성영상신호에서 추출한 선박패치영상 기반의 색상을 가지는 선박 형상 이미지를 추정하여 획득할 수 있다.As such, according to the present invention, when only a 'satellite image signal' is acquired in relation to the target ship, the ship has a color based on the ship patch image extracted from the satellite image signal by the second high-resolution block in the ship shape estimation model. It can be obtained by estimating the shape image.

또한, 상기 대상 선박과 관련한 'AIS 신호'와 '위성영상신호'의 양방이 모두 취득된 경우에는, 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록에 의해, AIS 신호 및 선박패치영상 기반의 색상과 형상을 가지는 선박 형상 이미지를 추정하여 획득할 수 있다.In addition, when both the 'AIS signal' and 'satellite image signal' related to the target ship are acquired, the color and shape based on the AIS signal and the ship patch image are used by the third high-resolution block in the ship shape estimation model. It can be obtained by estimating a ship shape image having .

구체적으로, 위성으로부터 상기 대상 선박을 촬영한 위성영상신호가 수신되고, 상기 대상 선박에 대해 상기 AIS 신호가 조회된 경우, 전처리부(320)는 상기 제1 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량의 적어도 일부와, 상기 제2 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량의 적어도 일부를 합성하여, 상기 대상 선박에 대한 n층의 2차원 융합 특징량(예, 2048*3*3)을 생성하고, 획득 처리부(330)는 상기 융합 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록에 입력하여, 상기 AIS 신호 기반의 형상 및 상기 위성영상신호 기반의 색상이 함께 존재하는 상기 대상 선박의 형상 이미지를 획득할 수 있다.Specifically, when a satellite image signal capturing the target vessel is received from a satellite and the AIS signal is queried for the target vessel, the preprocessor 320 determines the two-dimensional features of the n layer for the first input signal. Combining at least a part of the quantity and at least a part of the two-dimensional feature quantity of the n-layer for the second input signal to create a two-dimensional fusion feature quantity of the n-layer (e.g., 2048*3*3) for the target ship and the acquisition processing unit 330 inputs the fused feature quantity into a third high-resolution block in the ship shape estimation model, and the object for which the shape based on the AIS signal and the color based on the satellite image signal exist together. An image of the shape of the ship can be obtained.

이와 같이 본 발명에 의하면, AIS 신호와, 위성영상신호, 또는 그 양방을 이용하여, 제한적인 정보만으로 실제 선박 형상을 추정할 수 있는 선박 형상 추정 모델을 구축함으로써, 대상 선박과 관련하여 어떤 입력신호를 사용해도, 선박 형상 추정 모델을 통해 선박의 형상 추정이 가능해지도록 할 수 있어, 선박 모니터링의 편의성을 개선할 수 있다.In this way, according to the present invention, by constructing a ship shape estimation model that can estimate the actual ship shape with only limited information using AIS signals, satellite image signals, or both, any input signal related to the target ship Even if you use , it is possible to estimate the shape of the ship through the ship shape estimation model, thereby improving the convenience of ship monitoring.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 선박 형상 추정 시스템에서, 입력신호에 따라 선박 형상 추정 모델을 통해 얻어지는 선박 이미지를 예시한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating a ship image obtained through a ship shape estimation model according to an input signal in the ship shape estimation system according to embodiments of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 선박 형상 추정 시스템은, 입력신호로서, 대상 선박에 의해 발신된 AIS 신호(410)가 입력되는 경우, AIS 신호(410)로부터 추출된 대상 선박의 형상 추정에 연관되는 국적, 규모, 선종 및 무게와 같은 정적 정보와, 대상 선박의 위치, 방향, 속도와 같은 동적 정보로부터 생성된 이동궤적을 1차원 배열하여, 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 1차원 제1 입력신호를 구성하고, 상기 제1 입력신호를 n층의 2차원 특징량(예, 2048*3*3)으로 변환하여 해상도 확대를 실시함으로써, 선박 형상 추정 모델을 통해 제1 입력신호의 n층의 2차원 특징량 기반으로 예상되는 형상을 가지는 선박신호 기반 선박형상(430)을 고해상도로 생성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the ship shape estimation system of the present invention is related to the shape estimation of the target ship extracted from the AIS signal 410 when the AIS signal 410 transmitted by the target ship is input as an input signal. A one-dimensional first input signal that can be input to the ship shape estimation model by arranging the movement traces generated from static information such as nationality, size, ship type, and weight, and dynamic information such as position, direction, and speed of the target ship, in one dimension. By configuring the first input signal to a two-dimensional feature quantity of the n layer (e.g., 2048 * 3 * 3) and expanding the resolution, 2 of the n layer of the first input signal is obtained through the ship shape estimation model. A ship signal-based ship shape 430 having an expected shape based on dimensional features can be generated at high resolution.

또한 본 발명의 선박 형상 추정 시스템은, 상기 입력신호로서, 대상 선박을 촬영한 위성영상(420)이 입력되는 경우, 위성영상(420)으로부터 검출한 선박 영역을 일정 크기로 추출하여, 3채널 RGB(NIR 추가한 4채널)의 선박패치영상을 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 2차원 제2 입력신호로서 구성하고, 상기 제2 입력신호를 n층의 2차원 특징량(예, 2048*3*3)으로 변환하여, 선박 형상 추정 모델을 통해 제2 입력신호의 n층의 2차원 특징량 기반으로 예상되는 색상을 가지는 선박패치영상(위성영상) 기반 선박형상(440)을 고해상도로 생성할 수 있다.In addition, the ship shape estimation system of the present invention, when a satellite image 420 of a target ship is input as the input signal, extracts the ship area detected from the satellite image 420 to a certain size, and generates 3-channel RGB The ship patch image (4 channels with NIR added) is configured as a two-dimensional second input signal that can be input to the ship shape estimation model, and the second input signal is converted into a two-dimensional feature quantity of the n layer (e.g., 2048 * 3 * 3). ), a ship patch image (satellite image)-based ship shape 440 with color expected based on the two-dimensional feature quantity of the n layer of the second input signal can be generated at high resolution through the ship shape estimation model. .

또한 본 발명의 선박 형상 추정 시스템은, 상기 입력신호로서, 대상 선박에 관련하여 AIS 신호(410)와 위성영상(420)이 모두 입력되는 경우, 제1 입력신호의 n층의 2차원 특징량과 제2 입력신호의 n층의 2차원 특징량을 적절히 합성하여, n층의 2차원 융합 특징량을 생성함으로써, 선박 형상 추정 모델을 통해 융합 특징량 기반으로 색상과 형상을 모두 가지는 융합입력 기반 선박형상(450)을 고해상도로 생성할 수 있다.In addition, the ship shape estimation system of the present invention, when both the AIS signal 410 and the satellite image 420 related to the target ship are input as the input signals, the two-dimensional feature quantity of the n layer of the first input signal and By appropriately synthesizing the n-layer two-dimensional feature quantities of the second input signal and generating the n-layer two-dimensional fusion feature quantity, a fusion input-based ship that has both color and shape based on the fusion feature quantity through the ship shape estimation model. The shape 450 can be created with high resolution.

이와 같이 본 발명의 선박 형상 추정 시스템은, 특정 선박에 대해 AIS 정보(410)만 수집되는 경우, 위성영상(420)만 수집되는 경우, AIS 정보(410) 및 위성영상(420)가 모두 수집되는 경우에도, 선박 형상 추정 모델을 이용하여, 제한적인 정보 만으로 다소 품질(해상도)의 차이는 있더라도 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득할 수 있다.In this way, the ship shape estimation system of the present invention is such that when only AIS information 410 is collected for a specific ship, when only satellite image 420 is collected, both AIS information 410 and satellite image 420 are collected. Even in this case, by using the ship shape estimation model, an image that estimates the shape of the ship can be obtained with only limited information, even if there is a slight difference in quality (resolution).

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 선박 형상 추정 시스템에서, 위성영상신호를 전처리해 구성되는 선박패치영상(제2 입력신호)을 예시한 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating a ship patch image (second input signal) formed by pre-processing a satellite image signal in the ship shape estimation system according to embodiments of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 선박 형상 추정 시스템은 지상에서 선박을 촬영한 Topview의 위성영상(510)으로부터 선박 부분을 검출해 뽑아낸 일부를 선박패치영상(520)으로서 생성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the ship shape estimation system of the present invention can detect a part of a ship from a Topview satellite image 510 that captures a ship on the ground and generate a part extracted as a ship patch image 520.

구체적으로 선박 형상 추정 시스템은 위성으로부터 지상의 해상 선박을 촬영한 위성영상(510)을 수신하여 씬 단위로 분할 후, 객체 검출 모델(예, 'FasterRCNN'+'ResNeSt101')을 적용해 선박의 영역을 검출하고, 자세 추정 모델(예, 'Simple Pose 모델')을 적용해 검출한 선박의 위치, 크기, 방향 등의 자세를 추정하고, 추정된 자세에 근거에 선박 영역을 일정 크기(예, 96*96 픽셀)로 뽑아내, RGB 3채널(혹은 NIR을 추가한 4채널)로 표현되는 3*96*96 크기의 선박패치영상(520)을 생성할 수 있다.Specifically, the ship shape estimation system receives satellite images 510 of marine ships on the ground from satellites, divides them into scenes, and then applies an object detection model (e.g. 'FasterRCNN' + 'ResNeSt101') to determine the area of the ship. , and apply a posture estimation model (e.g., 'Simple Pose model') to estimate the posture, such as the position, size, and direction of the detected vessel, and based on the estimated posture, size the vessel area to a certain size (e.g., 96 *96 pixels), and can generate a ship patch image (520) of 3*96*96 size expressed in 3 RGB channels (or 4 channels with NIR added).

이처럼 선박패치영상(520)이 다수 획득되면, 선박 형상 추정 시스템은 각각의 선박패치영상(520)에 상응하는 AIS 신호, 즉, 선박패치영상(520) 내 선박에서 발신된 AIS 신호를 선박자동식별시스템으로부터 검색하고, 검색된 AIS 신호 및 선박패치영상(520)을 선박에 할당된 고유식별번호에 연관시킴으로서, 선박패치영상(520)과 AIS 신호 간 정합을 수행한다.When multiple ship patch images 520 are acquired in this way, the ship shape estimation system automatically identifies the AIS signal corresponding to each ship patch image 520, that is, the AIS signal transmitted from the ship in the ship patch image 520. By searching from the system and associating the searched AIS signal and ship patch image 520 with the unique identification number assigned to the ship, matching is performed between the ship patch image 520 and the AIS signal.

이에 따라, 선박 형상 추정 모델의 학습에 이용할 데이터셋(선박패치영상, AIS 신호, 및 선박 이미지)이 확보되면, 선박 형상 추정 시스템은 선박 이미지를 GT로 하고, 선박패치영상과 AIS 신호 중에서 서로 다른 입력값을 사용해 학습을 진행하여, 도 2와 같이 제1 내지 제3 고해상화 블록을 가지는 선박 형상 추정 모델(200)을 구성할 수 있다.Accordingly, when the dataset (ship patch image, AIS signal, and ship image) to be used for learning the ship shape estimation model is secured, the ship shape estimation system sets the ship image as GT and determines the different values among the ship patch image and AIS signal. By performing learning using the input values, a ship shape estimation model 200 having the first to third high-resolution blocks can be constructed as shown in FIG. 2.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 선박 형상 추정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.Figure 6 is a flowchart showing the sequence of a ship shape estimation method according to embodiments of the present invention.

본 실시예에 따른 선박 형상 추정 방법은, 상술한 선박 형상 추정 시스템(100, 300)에 의해 수행될 수 있다.The ship shape estimation method according to this embodiment can be performed by the ship shape estimation systems 100 and 300 described above.

도 6을 참조하면, 단계(610)에서 선박 형상 추정 시스템(100, 300)은 선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해, 선박 형상 추정 모델을 구성한다.Referring to FIG. 6, in step 610, the ship shape estimation system 100, 300 constructs a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared for ships.

단계(620)에서 선박 형상 추정 시스템(100, 300)은 대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여, 선박자동식별시스템으로부터, 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회한다.In step 620, the ship shape estimation system 100, 300 searches for an AIS signal related to the target ship from the automatic ship identification system in conjunction with the generation of a shape estimation command for the target ship.

단계(630)에서 선박 형상 추정 시스템(100, 300)은 상기 AIS 신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성한다.In step 630, the ship shape estimation system (100, 300) preprocesses the AIS signal to configure a first input signal that can be input to the ship shape estimation model.

단계(640)에서 선박 형상 추정 시스템(100, 300)은 위성으로부터 수신되는 대상 선박을 촬영한 위성영상신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제2 입력신호를 구성한다.In step 640, the ship shape estimation system 100, 300 pre-processes a satellite image signal of a target ship received from a satellite and configures a second input signal that can be input to the ship shape estimation model.

단계(650)에서 선박 형상 추정 시스템(100, 300)은 제1 입력신호, 제2 입력신호, 또는 그 양방을 선박 형상 추정 모델에 입력하여, 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득한다.In step 650, the ship shape estimation system (100, 300) inputs the first input signal, the second input signal, or both to the ship shape estimation model to determine the shape of the target ship output from the ship shape estimation model. Obtain the estimated image.

이와 같이 본 발명에 의하면, AIS 신호와, 위성영상신호, 또는 그 양방을 이용하여, 제한적인 정보만으로 실제 선박 형상을 추정할 수 있는 선박 형상 추정 모델을 구축함으로써, 대상 선박과 관련하여 어떤 입력신호를 사용해도, 선박 형상 추정 모델을 통해 선박의 형상 추정이 가능해지도록 할 수 있어, 선박 모니터링의 편의성을 개선할 수 있다.In this way, according to the present invention, by constructing a ship shape estimation model that can estimate the actual ship shape with only limited information using AIS signals, satellite image signals, or both, any input signal related to the target ship Even if you use , it is possible to estimate the shape of the ship through the ship shape estimation model, thereby improving the convenience of ship monitoring.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. It can be embodied permanently or temporarily. Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the following claims.

100, 300: 선박 형상 추정 시스템
101: 선박신호 입력 생성부
102: 선박패치 입력 생성부
103: 선박선정 및 입력정보 정합부
200: 선박 형상 추정 모델
201: 선박신호 특징량 생성부
202: 선박패치 특징량 생성부
203: 특징량 합성부
204: 선박신호 기반 선박형상 생성부
205: 선박패치 기반 선박형상 생성부
206: 융합 선박형상 생성부
410: AIS 정보(동적/정적)
420: 위성영상(씬 단위)
430: 선박신호 기반 선박형상
440: 선박패치 기반 선박형상
450: 융합입력 기반 선박형상
310: 학습 처리부
320: 전처리부
330: 획득 처리부
340: 데이터베이스
301: 선박자동식별시스템
302: 위성
100, 300: Ship shape estimation system
101: Ship signal input generation unit
102: Ship patch input generation unit
103: Ship selection and input information matching unit
200: Ship shape estimation model
201: Ship signal characteristic quantity generation unit
202: Ship patch feature generation unit
203: Characteristic quantity synthesis part
204: Ship signal-based ship shape generation unit
205: Ship patch-based ship shape generation unit
206: Fusion ship shape creation unit
410: AIS information (dynamic/static)
420: Satellite image (scene unit)
430: Ship shape based on ship signals
440: Ship shape based on ship patch
450: Ship shape based on fusion input
310: Learning processing unit
320: Preprocessing unit
330: Acquisition processing unit
340: database
301: Automatic vessel identification system
302: satellite

Claims (17)

선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해, 선박 형상 추정 모델을 구성하는 단계;
대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여,
선박자동식별시스템(Automatic Identification System)으로부터, 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회하는 단계;
상기 AIS 신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성하는 단계; 및
상기 제1 입력신호의 입력에 따라, 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 단계
를 포함하는 선박 형상 추정 방법.
Constructing a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared about the ship;
In conjunction with the generation of a shape estimation command for the target vessel,
Retrieving AIS signals related to the target vessel from an Automatic Identification System;
Preprocessing the AIS signal to configure a first input signal that can be input to the ship shape estimation model; and
Obtaining an image estimating the shape of the target ship output from the ship shape estimation model according to the input of the first input signal.
A ship shape estimation method including.
제1항에 있어서,
상기 선박자동식별시스템은, 상기 선박의 무선송수신기에 의해 일정 시간 간격으로 발신되어 중계기를 경유해 전달되는 복수의 시계열 AIS 신호를, 상기 선박의 고유식별번호와 연관시켜 기록하고,
상기 AIS 신호를 조회하는 단계는,
상기 복수의 시계열 AIS 신호 중에서, 상기 대상 선박에 할당된 고유식별번호를 이용하여, 정해진 기간 동안 상기 선박자동식별시스템에 기록된 상기 AIS 신호를 조회하는 단계
를 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to paragraph 1,
The ship automatic identification system records a plurality of time-series AIS signals transmitted at regular time intervals by the ship's wireless transmitter and receiver and transmitted via a repeater in association with the ship's unique identification number,
The step of checking the AIS signal is,
Among the plurality of time-series AIS signals, using the unique identification number assigned to the target vessel, searching for the AIS signal recorded in the automatic vessel identification system for a specified period of time
A ship shape estimation method including.
제2항에 있어서,
상기 제1 입력신호를 구성하는 단계는,
상기 AIS 신호로부터 상기 대상선박의 국적, 선종, 규모 및 무게 중 적어도 하나의 정적 정보와, 상기 대상선박의 위치, 방향 및 속도 중 적어도 하나의 동적 정보를 추출하는 단계;
상기 동적 정보를 고려하여, 상기 정해진 기간 동안의 상기 대상선박의 이동궤적을 생성하는 단계; 및
상기 대상선박의 정적 정보 및 이동궤적을 배열하여, 1차원 텐서(tensor)로 표현되는 상기 제1 입력신호를 구성하는 단계
를 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to paragraph 2,
The step of configuring the first input signal is,
Extracting at least one static information of the nationality, type, size, and weight of the target vessel and at least one dynamic information of the location, direction, and speed of the target vessel from the AIS signal;
Taking the dynamic information into consideration, generating a movement trajectory of the target vessel during the predetermined period of time; and
Arranging the static information and movement trajectory of the target ship to configure the first input signal expressed as a one-dimensional tensor.
A ship shape estimation method including.
제3항에 있어서,
상기 선박 형상 추정 모델을 구성하는 단계는,
상기 선박으로부터의 시계열 AIS 신호와 상기 선박의 형상 이미지로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록을 생성하는 단계;
상기 선박을 촬영한 위성영상신호 내에서 추출된 선박패치영상과, 상기 선박의 형상 이미지로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록을 생성하는 단계; 및
상기 시계열 AIS 신호와 상기 선박패치영상 및 상기 선박의 형상 이미지로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록을 생성하는 단계
를 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to paragraph 3,
The step of constructing the ship shape estimation model is,
generating a first high-resolution block in the ship shape estimation model by learning a dataset consisting of a time-series AIS signal from the ship and a shape image of the ship;
Generating a second high-resolution block in the ship shape estimation model by learning a dataset consisting of a ship patch image extracted from a satellite image signal capturing the ship and a shape image of the ship; and
Generating a third high-resolution block in the ship shape estimation model by learning a dataset consisting of the time series AIS signal, the ship patch image, and the shape image of the ship.
A ship shape estimation method including.
제4항에 있어서,
상기 선박 형상 추정 방법은,
상기 선박 형상 추정 모델의 입력단에 연결된 디컨볼루션 레이어(deconvolution layer)를 통해, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력되는 상기 제1 입력신호를, n층의 2차원 특징량(상기 n은 3 이상의 자연수)으로 변환하는 단계
를 더 포함하고,
상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 단계는,
상기 제1 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록에 입력하여, 상기 대상 선박에 대한 상기 AIS 신호 기반의 형상 이미지를 획득하는 단계
를 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to paragraph 4,
The ship shape estimation method is,
Through a deconvolution layer connected to the input terminal of the ship shape estimation model, the first input signal input to the ship shape estimation model is converted into a two-dimensional feature quantity of n layer (where n is a natural number of 3 or more). Steps to convert to
It further includes,
The step of acquiring an image estimating the shape of the target ship is,
Inputting the n-layer 2D feature for the first input signal into a first high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image based on the AIS signal for the target ship.
A ship shape estimation method including.
제5항에 있어서,
상기 선박 형상 추정 방법은,
위성으로부터 상기 대상 선박을 촬영한 위성영상신호가 수신되면,
상기 위성영상신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제2 입력신호를 구성하는 단계; 및
상기 선박 형상 추정 모델의 입력단에 연결된 컨볼루셔널 뉴럴 네트워크(CNN, Convolutional Neural Network)를 통해, 상기 제2 입력신호를, 상기 n층의 2차원 특징량으로 변환하는 단계
를 더 포함하고,
상기 대상 선박에 대해 상기 AIS 신호가 조회되지 않은 경우,
상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 단계는,
상기 제2 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록에 입력하여, 상기 대상 선박에 대한 상기 위성영상신호 기반의 형상 이미지를 획득하는 단계
를 더 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to clause 5,
The ship shape estimation method is,
When a satellite image signal capturing the target vessel is received from a satellite,
Preprocessing the satellite image signal to configure a second input signal that can be input to the ship shape estimation model; and
Converting the second input signal into a two-dimensional feature of the n layer through a convolutional neural network (CNN) connected to the input terminal of the ship shape estimation model.
It further includes,
If the AIS signal is not searched for the target vessel,
The step of acquiring an image estimating the shape of the target ship is,
Inputting the n-layer two-dimensional feature quantity for the second input signal into a second high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image based on the satellite image signal for the target ship.
A ship shape estimation method further comprising:
제6항에 있어서,
상기 대상 선박에 대해 상기 AIS 신호가 조회된 경우,
상기 선박 형상 추정 방법은,
상기 제1 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량의 적어도 일부와, 상기 제2 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량의 적어도 일부를 합성하여, 상기 대상 선박에 대한 융합 특징량을 생성하는 단계
를 더 포함하고,
상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 단계는,
상기 융합 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록에 입력하여, 상기 대상 선박에 대한 상기 AIS 신호 및 상기 위성영상신호 기반의 형상 이미지를 획득하는 단계
를 더 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to clause 6,
When the AIS signal is searched for the target vessel,
The ship shape estimation method is,
Combining at least a part of the n-layer two-dimensional feature for the first input signal and at least a part of the n-layer two-dimensional feature for the second input signal to generate a fused feature for the target ship. steps to do
It further includes,
The step of acquiring an image estimating the shape of the target ship is,
Inputting the fused feature quantity into a third high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image based on the AIS signal and the satellite image signal for the target ship.
A ship shape estimation method further comprising:
제6항에 있어서,
상기 제2 입력신호를 구성하는 단계는,
상기 위성영상신호를 씬 단위로 분할하여, 선정된 객체 검출 모델을 적용해, 상기 위성영상신호 내에서 선박 영역을 검출하는 단계;
선정된 자세 추정 모델을 적용하여, 상기 위성영상신호 내 상기 선박 영역의 현위치와, 크기 및 진행방향을 포함한 자세정보를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 자세정보에 근거해, 상기 위성영상신호로부터 상기 선박 영역을 일정 크기로 추출하여, RGB 3채널 혹은 NIR을 추가한 4채널의 2차원 신호로 표현되는 상기 제2 입력신호를 구성하는 단계
를 포함하는 선박 형상 추정 방법.
According to clause 6,
The step of configuring the second input signal is,
Dividing the satellite image signal into scenes and applying a selected object detection model to detect a vessel area within the satellite image signal;
applying a selected attitude estimation model to estimate attitude information including the current position, size, and direction of movement of the vessel area within the satellite image signal; and
Based on the estimated attitude information, extracting the vessel area of a certain size from the satellite image signal and configuring the second input signal expressed as a two-dimensional signal of 3 channels RGB or 4 channels with NIR added.
A ship shape estimation method including.
선박에 관해 마련된 복수의 데이터셋의 학습에 의해, 선박 형상 추정 모델을 구성하는 학습 처리부;
대상 선박에 대한 형상 추정 명령의 발생에 연동하여,
선박자동식별시스템으로부터, 상기 대상 선박과 관련한 AIS 신호를 조회하고, 상기 AIS 신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제1 입력신호를 구성하는 전처리부; 및
상기 제1 입력신호의 입력에 따라, 상기 선박 형상 추정 모델로부터 출력되는 상기 대상 선박의 형상을 추정한 이미지를 획득하는 획득 처리부
를 포함하는 선박 형상 추정 시스템.
A learning processing unit that configures a ship shape estimation model by learning a plurality of datasets prepared about ships;
In conjunction with the generation of a shape estimation command for the target vessel,
A pre-processing unit that searches for an AIS signal related to the target ship from the automatic ship identification system, preprocesses the AIS signal, and configures a first input signal that can be input to the ship shape estimation model; and
An acquisition processing unit that acquires an image estimating the shape of the target ship output from the ship shape estimation model according to the input of the first input signal.
A ship shape estimation system including.
제9항에 있어서,
상기 선박자동식별시스템은, 상기 선박의 무선송수신기에 의해 일정 시간 간격으로 발신되어 중계기를 경유해 전달되는 복수의 시계열 AIS 신호를, 상기 선박의 고유식별번호와 연관시켜 기록하고,
상기 전처리부는,
상기 복수의 시계열 AIS 신호 중에서, 상기 대상 선박에 할당된 고유식별번호를 이용하여, 정해진 기간 동안 상기 선박자동식별시스템에 기록된 상기 AIS 신호를 조회하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 9,
The automatic ship identification system records a plurality of time-series AIS signals transmitted at regular time intervals by the ship's wireless transmitter and receiver and transmitted via a repeater in association with the ship's unique identification number,
The preprocessor,
Among the plurality of time-series AIS signals, use the unique identification number assigned to the target vessel to query the AIS signal recorded in the automatic vessel identification system for a set period of time.
Ship shape estimation system.
제10항에 있어서,
상기 전처리부는,
상기 AIS 신호로부터 상기 대상선박의 국적, 선종, 규모 및 무게 중 적어도 하나의 정적 정보와, 상기 대상선박의 위치, 방향 및 속도 중 적어도 하나의 동적 정보를 추출하고,
상기 동적 정보를 고려하여, 상기 정해진 기간 동안의 상기 대상선박의 이동궤적을 생성하고,
상기 대상선박의 정적 정보 및 이동궤적을 배열하여, 1차원 텐서로 표현되는 상기 제1 입력신호를 구성하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 10,
The preprocessor,
Extracting at least one static information of the nationality, type, size, and weight of the target ship and at least one dynamic information of the location, direction, and speed of the target ship from the AIS signal,
Taking the dynamic information into consideration, generating a movement trajectory of the target vessel during the specified period,
Arranging the static information and movement trajectory of the target ship to configure the first input signal expressed as a one-dimensional tensor
Ship shape estimation system.
제11항에 있어서,
상기 학습 처리부는,
상기 선박으로부터의 시계열 AIS 신호와 상기 선박의 형상 이미지로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록을 생성하고,
상기 선박을 촬영한 위성영상신호 내에서 추출된 선박패치영상과, 상기 선박의 형상 이미지로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록을 생성하고,
상기 시계열 AIS 신호와 상기 선박패치영상 및 상기 선박의 형상 이미지로 이루어진 데이터셋의 학습에 의해, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록을 생성하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 11,
The learning processing unit,
Generate a first high-resolution block in the ship shape estimation model by learning a dataset consisting of a time-series AIS signal from the ship and a shape image of the ship,
Generate a second high-resolution block in the ship shape estimation model by learning a dataset consisting of a ship patch image extracted from a satellite image signal capturing the ship and a shape image of the ship,
By learning a dataset consisting of the time series AIS signal, the ship patch image, and the shape image of the ship, a third high-resolution block in the ship shape estimation model is generated.
Ship shape estimation system.
제12항에 있어서,
상기 전처리부는,
상기 선박 형상 추정 모델의 입력단에 연결된 디컨볼루션 레이어를 통해, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력되는 상기 제1 입력신호를, n층의 2차원 특징량(상기 n은 3 이상의 자연수)으로 변환하고,
상기 획득 처리부는,
상기 제1 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제1 고해상화 블록에 입력하여, 상기 대상 선박에 대한 상기 AIS 신호 기반의 형상 이미지를 획득하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 12,
The preprocessor,
Converting the first input signal input to the ship shape estimation model into an n-layer two-dimensional feature quantity (where n is a natural number of 3 or more) through a deconvolution layer connected to the input terminal of the ship shape estimation model,
The acquisition processing unit,
Inputting the n-layer two-dimensional feature quantity for the first input signal into the first high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image based on the AIS signal for the target ship.
Ship shape estimation system.
제13항에 있어서,
상기 전처리부는,
위성으로부터 상기 대상 선박을 촬영한 위성영상신호가 수신되면,
상기 위성영상신호를 전처리하여, 상기 선박 형상 추정 모델에 입력 가능한 제2 입력신호를 구성하고,
상기 선박 형상 추정 모델의 입력단에 연결된 컨볼루셔널 뉴럴 네트워크를 통해, 상기 제2 입력신호를, 상기 n층의 2차원 특징량으로 변환하고,
상기 대상 선박에 대해 상기 AIS 신호가 조회되지 않은 경우,
상기 획득 처리부는,
상기 제2 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제2 고해상화 블록에 입력하여, 상기 대상 선박에 대한 상기 위성영상신호 기반의 형상 이미지를 획득하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 13,
The preprocessor,
When a satellite image signal capturing the target vessel is received from a satellite,
Preprocessing the satellite image signal to configure a second input signal that can be input to the ship shape estimation model,
Converting the second input signal into a two-dimensional feature of the n layer through a convolutional neural network connected to the input terminal of the ship shape estimation model,
If the AIS signal is not searched for the target vessel,
The acquisition processing unit,
Inputting the n-layer two-dimensional feature quantity for the second input signal into a second high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image based on the satellite image signal for the target ship.
Ship shape estimation system.
제14항에 있어서,
상기 대상 선박에 대해 상기 AIS 신호가 조회된 경우,
상기 전처리부는,
상기 제1 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량의 적어도 일부와, 상기 제2 입력신호에 대한 n층의 2차원 특징량의 적어도 일부를 합성하여, 상기 대상 선박에 대한 융합 특징량을 생성하고,
상기 획득 처리부는,
상기 융합 특징량을, 상기 선박 형상 추정 모델 내 제3 고해상화 블록에 입력하여, 상기 대상 선박에 대한 상기 AIS 신호 및 상기 위성영상신호 기반의 형상 이미지를 획득하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 14,
When the AIS signal is searched for the target vessel,
The preprocessor,
Combining at least a part of the two-dimensional feature quantity of the n-layer for the first input signal and at least a part of the two-dimensional feature quantity of the n-layer for the second input signal to generate a fused feature quantity for the target ship do,
The acquisition processing unit,
Inputting the fusion feature quantity into a third high-resolution block in the ship shape estimation model to obtain a shape image based on the AIS signal and the satellite image signal for the target ship.
Ship shape estimation system.
제14항에 있어서,
상기 전처리부는,
상기 위성영상신호를 씬 단위로 분할하여, 선정된 객체 검출 모델을 적용해, 상기 위성영상신호 내에서 선박 영역을 검출하고,
선정된 자세 추정 모델을 적용하여, 상기 위성영상신호 내 상기 선박 영역의 현위치와, 크기 및 진행방향을 포함한 자세정보를 추정하고,
상기 추정된 자세정보에 근거해, 상기 위성영상신호로부터 상기 선박 영역을 일정 크기로 추출하여, RGB 3채널 혹은 NIR을 추가한 4채널의 2차원 신호로 표현되는 상기 제2 입력신호를 구성하는
선박 형상 추정 시스템.
According to clause 14,
The preprocessor,
Dividing the satellite image signal into scenes and applying a selected object detection model to detect the vessel area within the satellite image signal,
Applying the selected attitude estimation model, estimate attitude information including the current position, size, and direction of movement of the vessel area in the satellite image signal,
Based on the estimated attitude information, the vessel area is extracted to a certain size from the satellite image signal, and the second input signal is expressed as a two-dimensional signal of 3 channels RGB or 4 channels with NIR added.
Ship shape estimation system.
제1항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium recording a program for executing the method of claim 1.
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