지하시설물 안전점검을 위한 딥러닝 기반 콘크리트 균열 검출

전의익,이임평,김동규 사단법인 한국터널지하공간학회 2023 한국터널지하공간학회논문집 Vol.25 No.6

The cracks in the tunnel are currently determined through visual inspections conducted by inspectors based on images acquired using tunnel imaging acquisition systems. This labor-intensive approach, relying on inspectors, has inherent limitations as it is subject to their subjective judgments. Recently research efforts have actively explored the use of deep learning to automatically detect tunnel cracks. However, most studies utilize public datasets or lack sufficient objectivity in the analysis process, making it challenging to apply them effectively in practical operations. In this study, we selected test datasets consisting of images in the same format as those obtained from the actual inspection system to perform an objective evaluation of deep learning models. Additionally, we introduced ensemble techniques to complement the strengths and weaknesses of the deep learning models, thereby improving the accuracy of crack detection. As a result, we achieved high recall rates of 80%, 88%, and 89% for cracks with sizes of 0.2 mm, 0.3 mm, and 0.5 mm, respectively, in the test images. In addition, the crack detection result of deep learning included numerous cracks that the inspector could not find. if cracks are detected with sufficient accuracy in a more objective evaluation by selecting images from other tunnels that were not used in this study, it is judged that deep learning will be able to be introduced to facility safety inspection.

Comparative evaluation of commercial softwares in UAV imagery for cultural heritage recording: case study for traditional building in South Korea

전의익,유세종,석현우,강성주,이금영,권오섭 대한공간정보학회 2017 Spatial Information Research Vol.25 No.5

In recent years, many studies have conducted to 3D modeling based on images because of developments in hardware such as computers, non-metric digital cameras, and UAV (drone), and improvements in the performance of image processing software. These studies have shown the possibility of 3D modelling using the digital camera for record, preservation of cultural heritage. The purpose of this paper is to estimate the results of three commercial software using vertical, oblique, terrestrial images of a traditional building, and evaluate the possibility of 3D modelling based on images. The three software are ContextCapture, PhotoScan, Pix4Dmapper, the processes of three software consist of bundle block adjustment, point cloud generation, and 3D model generation. In order to verify the accuracy and precision results of each software, this paper measured values of ground control points, check points for spatial accuracy, density in some area of point clouds, and distance between feature points on 3D models.

멀티센서 초소형 무인항공기 기반의 고속 자동 매핑 시스템

전의익,최경아,이임평 대한공간정보학회 2015 Spatial Information Research Vol.23 No.3

We developed a micro UAV based rapid mapping system that provides geospatial information of target areas in a rapid and automatic way. Users can operate the system easily although they are inexperienced in UAV operation and photogrammetric processes. For the aerial data acquisition, we constructed a micro UAV system mounted with a digital camera, a GPS/IMU, and a control board for the sensor integration and synchronization. We also developed a flight planning software and data processing software for the generation of geo-spatial information. The processing software operates automatically with a high speed to perform data quality control, image matching, georeferencing, and orthoimage generation. With the system, we have generated individual ortho-images within 30 minutes from 57 images of 3cm resolution acquired from a target area of 400m × 300m. 초소형 무인항공기를 기반으로 대상영역에 대한 공간정보를 신속하게 자동으로 획득할 수 있는 긴급 매핑 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 사용자가 초소형 무인항공기 운용이나 사진측량에 대한 전문지식이 없어도 쉽게 사용할 수 있게 설계되었다. 항공 데이터 획득을 위해 디지털 카메라, GPS/IMU, 센서 통합 및 동기화를 담당하는 제어보드가 탑재된 초소형 무인항공기 시스템을 구축하였다. 또한, 항공부분의 운용을 지원하는 비행계획 수립 소프트웨어와 획득된 데이터의 품질을 평가하여 선별하고, 영상 매칭, 지오레퍼런싱, 정사영상 생성과 같은 일련의 과정을 고속 자동으로 수행하는 소프트웨어를 개발하였다. 본 시스템을 적용하여 400m × 300m 크기의 대상지역에 대해 획득된 3cm 해상도의 57장 영상을 고속으로 자동처리하여 30분 이내 개별정사영상으로 생성할 수 있었다.

드론 초분광 영상 활용을 위한 절대적 대기보정 방법의 비교 분석

전의익,김경우,조성빈,김성학 대한원격탐사학회 2019 大韓遠隔探査學會誌 Vol.35 No.2

As hyperspectral sensors that can be mounted on drones are developed, it is possible to acquire hyperspectral imagery with high spatial and spectral resolution. Although the importance of atmospheric correction has been reduced since imagery of drones were acquired at a low altitude, studies on the conversion process from raw data to spectral reflectance should be done for studies such as estimating the concentration of surface materials using hyperspectral imagery. In this study, a vicarious radiometric calibration and an atmospheric correction algorithm based on atmospheric radiation transfer model were applied to hyperspectral data of drone and the results were compared and analyzed. The vicarious calibration method was applied to an empirical line calibration using the spectral reflectance of a tarp made of uniform material. The atmospheric correction algorithm used ATCOR-4 based Modran- 5 that was widely used for the atmospheric correction of aerial hyperspectral imagery. As a result of analyzing the RMSE of the difference between the reference reflectance and the correction, the vicarious calibration using the tarp in a single period of hyperspectral image was the most accurate, but the atmospheric correction was possible according to the application purpose of using hyperspectral imagery. If the correction process of normalized spectral reflectance is carried out through the additional vicarious calibration for imagery from multiple periods in the future, accurate analysis using hyperspectral drone imagery will be possible. 드론에 탑재가 가능한 초분광 센서가 개발됨에 따라 높은 공간해상도와 분광해상도를 가지는 초분광영상의 획득이 가능해졌다. 드론 초분광 영상은 저고도에서 획득되므로 대기보정의 중요성이 낮아졌으나, 초분광 영상의 활용하여 지표물의 농도 추정 등의 연구를 위해서는 원자료에서 정규화된 분광반사율로 변환 과정에 관한 연구는 필수적으로 이루어져야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 드론 초분광 영상에 대리복사보정과 대기복사전달모델 기반의 대기보정 알고리즘을 적용하고 결과를 비교분석하였다. 대리복사보정에는 균일한물질로 이루어진 타프의 분광반사율을 이용하여 경험적 선형보정 기법을 적용하였다. 대기보정 알고리즘은항공 초분광 영상의 대기보정에 널리 사용되는 Modtran-5 기반의 ATCOR-4를 사용하였다. 기준 반사율과의상관도와 차이의 RMSE를 분석한 결과, 단일 시기의 초분광 영상에서 타프를 이용한 대리보정이 가장 정확도가 높았지만, 초분광 영상의 활용 목적에 따라 대기보정 알고리즘의 활용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 향후 다중 시기의 영상에 대해 추가적인 대리보정 실험을 통해 정규화된 분광반사율 변환 과정이 이루어진다면 드론 초분광 영상을 활용한 정밀한 분석이 가능할 것으로 사료된다.

멀티센서 초소형 무인항공기 기반의 고속 자동 매핑 시스템

전의익,최경아,이임평,Jeon, Euiik,Choi, Kyoungah,Lee, Impyeong 한국공간정보학회 2015 한국공간정보학회지 Vol.23 No.3

We developed a micro UAV based rapid mapping system that provides geospatial information of target areas in a rapid and automatic way. Users can operate the system easily although they are inexperienced in UAV operation and photogrammetric processes. For the aerial data acquisition, we constructed a micro UAV system mounted with a digital camera, a GPS/IMU, and a control board for the sensor integration and synchronization. We also developed a flight planning software and data processing software for the generation of geo-spatial information. The processing software operates automatically with a high speed to perform data quality control, image matching, georeferencing, and orthoimage generation. With the system, we have generated individual ortho-images within 30 minutes from 57 images of 3cm resolution acquired from a target area of $400m{\times}300m$. 초소형 무인항공기를 기반으로 대상영역에 대한 공간정보를 신속하게 자동으로 획득할 수 있는 긴급 매핑 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 사용자가 초소형 무인항공기 운용이나 사진측량에 대한 전문지식이 없어도 쉽게 사용할 수 있게 설계되었다. 항공 데이터 획득을 위해 디지털 카메라, GPS/IMU, 센서 통합 및 동기화를 담당하는 제어보드가 탑재된 초소형 무인항공기 시스템을 구축하였다. 또한, 항공부분의 운용을 지원하는 비행계획 수립 소프트웨어와 획득된 데이터의 품질을 평가하여 선별하고, 영상 매칭, 지오레퍼런싱, 정사영상 생성과 같은 일련의 과정을 고속 자동으로 수행하는 소프트웨어를 개발하였다. 본 시스템을 적용하여 $400m{\times}300m$ 크기의 대상지역에 대해 획득된 3cm 해상도의 57장 영상을 고속으로 자동처리하여 30분 이내 개별정사영상으로 생성할 수 있었다.

잘피 서식지 모니터링을 위한 딥러닝 기반의 드론 영상 의미론적 분할

전의익,김성학,김병섭,박경현,최옥인,Jeon, Eui-Ik,Kim, Seong-Hak,Kim, Byoung-Sub,Park, Kyung-Hyun,Choi, Ock-In 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.2

잘피는 연안해역에 서식하는 해양수생관속식물로 해양생태계의 중요한 역할을 하고 있어, 주기적인 잘피 서식지의 모니터링이 이루어지고 있다. 최근 효율적인 잘피 서식지의 모니터링을 위해 고해상도의 영상 획득이 가능한 드론의 활용도가 높아지고 있다. 그리고 의미론적 분할에 있어 합성곱 신경망 기반의 딥러닝이 뛰어난 성능을 보임에 따라, 원격탐사 분야에 이를 적용한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 다양한 딥러닝 모델, 영상, 그리고 하이퍼파라미터에 의해 의미론적 분할의 정확도가 다르게 나타나고, 영상의 정규화와 타일과 배치 크기에서도 정형화되어 있지 않은 상태이다. 이에 따라 본 연구에서는 우수한 성능을 보여주는 딥러닝 모델을 이용하여 드론의 광학 영상에서 잘피 서식지를 분할하였다. 그리고 학습 자료의 정규화 및 타일의 크기를 중점으로 결과를 비교 및 분석하였다. 먼저 정규화와 타일, 배치 크기에 따른 결과 비교를 위해 흑백 영상을 만들고 흑백 영상을 Z-score 정규화 및 Min-Max 정규화 방법으로 변환한 영상을 사용하였다. 그리고 타일 크기를 특정 간격으로 증가시키면서 배치 크기는 메모리 크기를 최대한 사용할 수 있도록 하였다. 그 결과, Z-score 정규화가 적용된 영상이 다른 영상보다 IoU가 0.26 ~ 0.4 정도 높게 나타났다. 또한, 타일과 배치 크기에 따라 최대 0.09까지 차이가 나타나는 것을 확인하였다. 딥러닝을 이용한 의미론적 분할에 있어 정규화, 타일의 배치 크기의 변화에 따른 결과가 다르게 나타났다. 그러므로 실험을 통해 이들 요소에 대한 적합한 결정 과정이 있어야 함을 알 수 있었다. A seagrass that is marine vascular plants plays an important role in the marine ecosystem, so periodic monitoring ofseagrass habitatsis being performed. Recently, the use of dronesthat can easily acquire very high-resolution imagery is increasing to efficiently monitor seagrass habitats. And deep learning based on a convolutional neural network has shown excellent performance in semantic segmentation. So, studies applied to deep learning models have been actively conducted in remote sensing. However, the segmentation accuracy was different due to the hyperparameter, various deep learning models and imagery. And the normalization of the image and the tile and batch size are also not standardized. So,seagrass habitats were segmented from drone-borne imagery using a deep learning that shows excellent performance in this study. And it compared and analyzed the results focused on normalization and tile size. For comparison of the results according to the normalization, tile and batch size, a grayscale image and grayscale imagery converted to Z-score and Min-Max normalization methods were used. And the tile size isincreased at a specific interval while the batch size is allowed the memory size to be used as much as possible. As a result, IoU was 0.26 ~ 0.4 higher than that of Z-score normalized imagery than other imagery. Also, it wasfound that the difference to 0.09 depending on the tile and batch size. The results were different according to the normalization, tile and batch. Therefore, this experiment found that these factors should have a suitable decision process.

콘크리트 라이닝 균열의 딥러닝 성능 평가 지표의 버퍼 범위 선정을 위한 연구

전의익(Jeon, Eui Ik),이임평(Lee, Im Pyeo) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

초분광센서를 활용한 이산화질소 농도 추정식에 관한 연구

전의익(Eui-Ik Jeon),박진우(Jin-Woo Park),임성하(Seong-Ha Lim),김동우(Dong-Woo Kim),유재진(Jae-Jin Yu),손승우(Seung-Woo Son),전형진(Hyung-Jin Jeon),윤정호(Jeong-Ho Yoon) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.6

국내 산업단지에서 배출되는 대기오염물질의 모니터링을 위해 굴뚝원격감시시스템이 운영되고 있으나 대상 시설이 한정적이어서, 시스템이 설치되지 않은 시설은 단속 요원이 직접 모니터링 및 단속을 수행하고 있다. 그래서 효율적인 산업단지에서 배출되는 대기오염물질의 모니터링을 위해 다양한 센서를 활용한 연구들이 수행되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 초분광센서로 측정할 수 있는 분광복사량을 활용하여 대기오염물질 중 이산화질소의 농도를 추정할 수 있는 공식을 개발하고 검증하였다. 농도 추정식 개발을 위해 다양한 농도의 이산화질소를 대상으로 태양천정각, 관측천정각, 상대방위각을 다르게 하여 분광복사량을 관측하였다. 관측된 분광복사량에서 특정 파장 간의 값의 차이를 흡수 깊이로 하였으며, 흡수 깊이와 이산화질소 농도와의 관계를 이용하여 농도 추정식을 개발하였다. 그리고 개발된 농도 추정식들의 검증을 위해 이산화질소와 아황산가스가 혼합된 가스를 대상으로 측정한 분광복사량을 이용하였다. 그 결과, 추정식의 형태에 따라 결정 계수와 RMSE가 0.71~0.88, 72~323 ppm으로 나타났으며, 지수 형태의 농도 추정식의 결정 계수가 가장 높게 나타났다. 추정식의 형태에 따라 농도의 변화에 따른 추정 농도의 정확도가 일정하지 않지만, 향후 농도 추정식의 고도화가 이루어진다면 초분광 센서를 활용하여 산업단지 배출되는 이산화질소의 모니터링에 사용 가능할 것으로 판단된다. The CleanSYS(Clean SYStem) is operated to monitor air pollutants emitted from specific industrial complexes in Korea. So the industrial complexes without the system are directly monitored by the control officers. For efficient monitoring, studies using various sensors have been conducted to monitor air pollutants emitted from industrial complex. In this study, hyperspectral sensors were used to model and verify the equations for estimating the concentration of NO2(nitrogen dioxide) in air pollutants emitted. For development of the equations, spectral radiance were observed for NO₂ at various concentrations with different SZA(Solar Zenith Angle), VZA(Viewing Zenith Angle), and RAA(Relative Azimuth Angle). From the observed spectral radiance, the calculated value of the difference between the values of the specific wavelengths was taken as an absorption depth, and the equations were developed using the relationship between the depth and the NO₂ concentration. The spectral radiance mixed gas of NO₂ and SO₂(sulfur dioxide) was used to verify the equations. As a result, the R2(coefficient of determination) and RMSE(Root Mean Square Error) were different from 0.71~0.88 and 72~323 ppm according to the form of the equation, and R<SUP>2</SUP> of the exponential form was the highest among the equations. Depending on the type of the equations, the accuracy of the estimated concentration with varying concentrations is not constant. However, if the equations are advanced in the future, hyperspectral sensors can be used to monitor the NO₂ emitted from the industrial complex.

초소형 무인기를 활용한 수변구조물 매핑

전의익(Jeon, Euiik),최경아(Choi, Kyeongah),이임평(Lee, Impyeong) 한국측량학회 2015 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2015 No.4

염생식물 분포량 추정을 위한 항공 초분광영상의 분류 기법 비교분석

전의익(Eui-ik Jeon),김병섭(Byeongseob Kim),김준성(Junseong Kim),김성학(Sunghak Kim) 한국해양환경·에너지학회 2019 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5