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박종억,이기준 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.2
The focus control mechanism of the multi-purpose camera can be required for the better quality image acquisition. A good image acquisition through the hardware system including the optics and image sensor, has to be processed before the post correction for improvement of image quality. In the case of the high-resolution satellite camera, the focus control is not a necessity, unlike a normal camera due to a fixed optical system, but may be required due to various reasons. Although there is a basic focus control method using a motor for satellite electronic optical camera, a focus control method using thermal control can be a good alternative because of its various advantages in design, installation, operation, contamination, high reliability and etc. In this paper, we describe the design method and implementation results for the focus control mechanism using the temperature sensor and heater installed in the telescope structure. In the proposed focus control method, the measured temperature information is converted into temperature data by the Kalman filter and the converted temperature data are used in PI controller for the thermal focus control. 다양한 목적으로 개발되는 영상획득용 카메라는 고품질의 영상정보 획득을 위해 초점제어 기능이 탑재될 수 있다. 영상의 품질향상을 위한 후처리 보정에 앞서, 광학계와 영상센서를 비롯한 하드웨어를 통해 우수한 1차 영상 획득이 선행되어야 한다. 고해상도의 영상 촬영 임무를 수행하는 위성탑재용 고해상도 카메라의 경우, 고정된 광학계로 인해 일반 카메라와 달리 초점제어가 필수요건은 아니지만, 여러 외부요인으로 인해 해당 기능이 필요할 수 있다. 위성용 전자광학카메라의 초점제어방식에는 모터를 사용하는 기본적인 방식이 있으나, 이에 비해 다양한 장점(설계, 설치, 운용, 오염, 고신뢰성 등)을 갖는 열 제어에 의한 초점제어 방법이 대안으로 제시될 수 있다. 본 논문에서는 카메라경통에 설치된 온도센서와 히터를 이용한 초점제어방법을 설계하고 구현한 결과를 설명한다. 제안하는 초점제어방법에서, 측정된 온도 정보는 칼만필터를 통해 제어에 필요한 온도 데이터로 변환되고, 이 값을 이용하여 구현된 PI 제어기를 통해 열에 의한 초점제어가 수행된다.
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박종억,공종필,김영선,용상순,Park, Jong-Eok,Gong, Jong-Pil,Kim, Yeong-Seon,Yong, Sang-Sun 한국천문학회 2012 天文學會報 Vol.37 No.2
본 논문에서는 다양한 정보 획득을 목적으로 설계되는 카메라의 핵심 부품인 영상센서의 종류별 동작 특성에 대해 분석하였다. 카메라의 영상센서는 기본적으로 카메라 광학계 설계에 영향을 받으며, 운용의 편이성, 획득 영상의 품질 및 사용되는 환경에 따라 적당한 영상센서가 선택되어 사용된다. 용도에 따라 탑재체에 할당된 무게 및 크기가 제한되므로, 적당한 광학계의 크기와 목표 영상 획득을 위해 센서의 화소면 크기가 결정된다. 가시광선 영역에서는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 및 NMOS 등의 종류별 영상센서가 사용될 수 있으며, 충분한 광량 확보를 위해서는 넓은 크기의 화소를 보유한 센서가 필요하지만, 이 경우 광학계의 크기와 무게가 증가하여 한정된 자원이 허락된 탑재체 설계에 부담이 된다. 제어단 설계시 빛의 수광 능력이 좋은 CCD 영상 센서를 사용할 경우 좀 더 복잡하고 비교적 높은 소비전력이 요구되는 전자부가 설계되며, 상대적으로 간단한 제어단이 요구되는 CMOS 센서의 경우, 빛의 수광 능력이 CCD에 비해 떨어진다는 단점이 있다. 이 논문에서는 두 가지 영상 센서의 특성 분석을 통해 영상 시스템 설계시 영상 센서 선택에 필요한 고려 사항에 대해 분석하였고, 효율적인 영상 시스템 설계 방안에 대해 서술하였다.
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영상센서신호의 잡음분석을 이용한 위성용 전자광학탑재체의 신호대잡음비 개선 방법
박종억 ( Jong-euk Park ),이기준 ( Kijun Lee ) 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.2
위성용 전자광학탑재체는 제한된 소모전력 및 우주방사선과 같은 사용 환경에 의해 설계부터 특별한 요구사항을 가지고 있으며, 획득 영상의 품질은 주로 GSD (Ground Sampled Distance), 신호대잡음비 (SNR, Signal to Noise Ratio), MTF (Modulation Transfer Function)에 따라 좌우된다. 영상센서의 출력신호에 포함된 잡음 감소를 통한 신호대잡음비 개선을 위하여, 센서에 추가된 프리픽셀(Pre-pixel) 및 다크픽셀(Dark-pixel)을 사용하여 CDS (Corrective Double Sampling) 방식을 통해 영상 센서의 잡음 성분을 포함한 오프셋 신호(Offset Signal)를 제거하는 아날로그 신호처리(ASP, Analog Signal Processor) 방법을 제안한다. 또한 센서 제어시스템에서는 영상의 불균일성 처리를 위해 제어시스템의 출력 포트별 게인(Gain), 오프셋, 및 센서의 화소별 특성을 반영한 다양한 방식에 의한 보정 방법이 적용된다. 본 논문에서는 이상 설명한 여러 가지 잡음 개선방법을 시스템 설계 및 운영에 적용하여 위성탑재용 전자광학카메라의 신호대잡음비 향상 방법을 제안하고, 실험을 통해 검증한다. The Satellite Electro-Optic Payload System needs special requirements with the conditions of limited power consumption and the space environment of solar radiation. The acquired image quality should be mainly depend on the GSD (Ground Sampled Distance), SNR (Signal to Noise Ratio), and MTF (Modulation Transfer Function). On the well-manufactured sensor level, the thermal noise is removed on ASP (Analog Signal Processing) using the CDS (Corrective Double Sampling); the noise signal from the image sensor can be reduced from the offset signals based on the pre-pixels and the dark-pixels. The non-uniformity shall be corrected with gain, offset, and correction parameter of the image sensor pixel characteristic on the sensor control system. This paper describes the SNR enhancement method of the satellite EOS payload using the mentioned noise remove processes on the system design and operation, which is verified by tests and simulations.
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위성광학카메라 원격명령 및 상태정보 시험 소프트웨어 설계
김영선,공종필,박종억,용상순,Kim, Yeong-Seon,Gong, Jong-Pil,Park, Jong-Eok,Yong, Sang-Sun 한국천문학회 2012 天文學會報 Vol.37 No.2
지상시험에서 위성 카메라의 규격에 정의된 모든 원격명령과 상태정보 인터페이스를 확인하고 카메라의 기능 시험을 수행해야 한다. 위성 카메라는 많은 원격명령 및 상태정보 인터페이스를 정의하여 사용하므로 수작업으로 이 모든 인터페이스 및 기능을 시험하는 것은 무리가 있다. 따라서 빠르고, 정확하고, 꼼꼼하게 이를 점검하기 위한 시험 소프트웨어가 필요하다. 시험 소프트웨어는 모든 원격 명령을 카메라에 전송하고, 원격상태정보를 수신하여 명령의 동작여부와 카메라의 상태를 확인한다. 소프트웨어는 명령마다 임의로 파라미터를 세팅할 수 있어 정상적인 명령에 대한 카메라의 동작뿐만 아니라, 비정상 명령에 대한 처리 능력까지 살필 수 있다. 또한 시스템의 메모리에 데이터를 업로드 혹은 다운로드할 때는 데이터의 양이 많기 때문에 소프트웨어는 여러 서브 명령으로 나누어 전송하거나 수신하는 것이 필요하다. 메모리 업로드 다운로드를 위해 소프트웨어는 인터페이스 규격에 맞추어 헤더 정보를 생성하고, 데이터 분석을 위해 별도의 기능을 갖는다. 소프트웨어는 비주얼 C++과 네트워크 기반의 데이터소켓버스를 이용하여 설계하였다. 메인 GUI는 데이터소켓버스를 이용하여 로컬컴퓨터의 서버를 구동하여 카메라를 제어하고 영상데이터를 수신한다. 소프트웨어는 유저가 운용하기 쉽고, 모든 명령과 상태정보 인터페이스를 빠짐없이 점검하기 위해 기능별로 분류하였으며 명령과 연관된 상태정보를 함께 체크할 수 있도록 하였다. 또한 시험시 카메라의 상태를 확인하기 위하여 전원상태, 온도, 기본 상태정보를 항상 모니터링하는 기능을 추가적으로 갖는다.
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