수중 광학소나 영상센서 캘리브레이션 및 영상융합

Abstract

수중 광학카메라와 멀티빔 소나는 사람을 대신하여 안전하고 정확하게 수중작업이나 수중환경을 가시화하고 수중정보를 파악하기 위하여 가장 널리 사용되는 영상 센서이다. 광학카메라는 빛을 감지하여 RGB (red, green, blue) 색조로 칼라 영상을 제공하며, 소나는 음파를 이용하여 감지된 거리 및 방향 정보로 피사체를 영상으로 표현한다. 수중 광학영상의 경우, 물과 수중 부유물로 인한 빛의 감쇠 및 산란으로 색조 불균형 및 선명도 저하 현상이 발생한다. 물을 잘 투과하는 음파신호로 표현되는 소나 영상은 낮은 해상도와 신호대잡음비로 비전문가가 영상을 판독하여 필요한 정보를 얻는 것은 매우 어렵다. 본 논문에서는 광학 영상의 직관적인 형상 및 색조 정보에 소나 영상이 제공하는 거리 정보를 융합하는 광학소나 융합시스템을 구축하고 캘리브레이션, 영상품질 개선 및 영상융합 기술을 개발하였다. 광학소나 융합시스템은 두 수중카메라와 하나의 멀티빔 소나로 구성되었다. 광학 및 소나 영상센서의 위치좌표계를 표현하기 위하여 캘리브레이션 영상에서 모서리 점을 검출하여 좌표계 변환 행렬을 계산하였다. 광학영상의 품질 개선을 위하여 세 단계로 구성된 영상 융합 기법을 적용하였고 소나영상 개선을 위하여 median 필터와 gamma correction 기법을 적용하였다. 좌표계 변환 행렬을 이용하여 광학영상의 색조와 소나영상의 거리 정보를 정합하여 수중 속 상황을 가시화하였다. 광학과 소나영상의 품질 개선 시 UIQM과 CNR은 각각 2.4배와 5.7배 향상되었다. RGB모형의 모서리 영역이 광학과 소나 영상에서 일치하게 정합되는 것을 확인할 수 있다. 광학영상의 RGB 색조 및 형상 정보와 소나영상의 거리 정보를 동시에 파악할 수 있었다.