AWGN 환경에서 영상복원 필터에 관한 연구

김남호,Kim, Nam-Ho 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.4

최근, 영상정보에 관련된 하드웨어 및 소프트웨어 등의 기술이 발달함에 따라 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 수요가 증가 되고 있다. 그러나 영상 신호의 처리, 전송, 저장하는 과정에서 여러 외부 원인에 의해 영상의 열화가 발생되며, 영상 열화의 주된 원인은 잡음에 의한 것이다. 영상은 대부분 AWGN(additive white Gaussian noise)에 의해 훼손되며, 잡음 제거를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 영상에 첨가되는 AWGN의 영향을 완화하기 위하여, 공간 영역에서의 저주파 및 고주파 특성이 우수한 잡음제거 알고리즘을 제안하였다. 그리고 시뮬레이션을 통해 기존의 방법들과 결과를 비교하였으며, 성능의 평가를 위하여 PSNR(peak signal to noise ratio)을 사용하였다. Recently, with the development of hardware and software technology related with image information delivery, the demand for various multimedia service has increased. But, the process of treating, sending, and storing image signals generates image degradation by various external causes. The main cause of image degradation is noise. image is mostly damaged by AWGN (additive white Gaussian noise). Therefore, there have been active researches on noise elimination. This paper, to reduce the effects of AWGN added to the image, suggests a noise-eliminating algorithm which is excellent in low-frequency and high-frequency characteristics in space. And, this paper, through simulation techniques, compared the result of the suggested algorithm with those of the existing methods. And, to evaluate the performance of it, PSNR (peak signal to noise ratio) was used.

임펄스 잡음환경에서 방향성을 고려한 가중치 필터 알고리즘에 관한 연구

김남호,Kim, Nam-Ho 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.7

현재, 디지털 시대의 급속 발전과 함께 멀티미디어 관련 영상 장치들이 대중화 되고 있다. 그러나 영상 데이터를 처리하는 과정에서 임펄스 잡음에 의해 영상이 훼손되어 영상 인식이 어렵게 되며, 이러한 영상을 복원하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 임펄스 잡음환경에서 훼손된 영상을 복원하기 위해 훼손된 화소를 중심으로 방향성과 화소 사이의 공간적 거리에 따라 가중치를 적용하는 영상복원 필터 알고리즘을 제안하였다. 그리고 개선 효과의 객관적 판단 기준으로 PSNR(peak signal to noise ratio)을 사용하여 기존의 방법들과 비교하였다. Currently, with the rapid development of the digital age, multimedia-related image devices become popular. However, images are susceptible to corruption in processing image data due to the impulse noise and active researches have been conducted to restore these images. This paper, in order to restore the damaged images in impulse noise environments, suggested an image restoration algorithm which applies weights depending on spatial distance between directionality and pixel by focusing on damaged pixels. Additionally, this algorithm was compared with existing methods by using the PSNR (peak signal to noise ratio) as the objective standard to judge whether there were improved effects.

AWGN에 훼손된 영상복원을 위한 복합 필터 알고리즘에 관한 연구

김남호,Kim, Nam-Ho 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.5

현재, 영상처리는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 영상의 우수한 화질을 위해 열화현상을 제거하여야 한다. 잡음은 열화현상의 대표적인 원인으로서, 영상은 AWGN(additive white Gaussian noise)에 의해 많이 훼손된다. 따라서 본 논문에서는 AWGN을 제거하기 위해, 공간영역에서의 워너 필터와 웨이브렛 영역에서의 임계값 잡음 처리방법을 병렬 연결하여 처리하는 복합 필터 알고리즘을 제안하였다. 웨이브렛 영역에서의 처리방법은 각 스케일에 따라 서로 다른 thresholding function을 사용하여 처리하며, 제안한 변형된 thresholding function은 parent 웨이브렛 계수와 child 웨이브렛 계수를 이용함으로서, 우수한 잡음제거 특성을 나타냈다. Nowadays, image processing has been applied in a variety of fields. In order to preserve the high quality of visual the degradation phenomenon for images should be removed. Noise is one of the representative elements cause of the degradation phenomenon and AWGN(additive white Gaussian noise) always damages images. In this paper, an mixed filter algorithm, which is based on parallel denoising method, is proposed to suppress AWGN. This algorithm parallels the spatial domain wiener filter and the wavelet domain thresholding method which thresholding function is selected based on scale level. The proposed modified thresholding function which considers the dependency between parent and child coefficient performs well on suppressing noise.

복합잡음 환경에서 영상복원 필터에 관한 연구

김남호,Kim, Nam-Ho 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.8

다양한 디스플레이 장치의 개발과 콘텐츠의 대중화로 영상신호 관련 기술들이 발전하여 왔다. 그러나 일반적으로 영상신호의 데이터 처리, 전송 및 저장하는 과정에서 여러 원인에 의해 잡음이 첨가되어 영상에 오류를 발생한다. 영상에 첨가되는 잡음은 발생원인과 형태에 따라 다양한 종류가 있으며, 주로 임펄스 잡음, 가우시안 잡음 및 두 가지 잡음이 중첩된 복합잡음 등이 있다. 본 논문에서는 영상에 첨가되는 복합잡음의 영향을 완화하기 위하여 잡음 판단을 거친 후, 임펄스 및 가우시안 잡음을 분류하여 각각 처리하는 복합적인 알고리즘을 제안하였다. 그리고 제안한 알고리즘의 우수성을 입증하기 위해 PSNR(peak signal to noise ratio)을 판단의 기준으로 사용하였다. Image signal related technology has been developing via various display equipment development and popularization of contents. However, errors occur in these image contents due to addition of excess noise from several cause during the process of general image signal data processing, transmission and storage. In terms of noise added to the image content, there are various types in accordance with cause of occurrence and form, and it is typically impulse noise, gaussian noise and complex noise which is composed of two types of overlapping noise. In this paper, complex algorithm is suggested in order to lessen the effect of mixed noise added to the image content by putting it through noise judgement process and categorizing each into impulse and gaussian noise and processing them separately. And in order to demonstrate the superiority of the suggested algorithm, PSIN(peak signal to noise ratio) was used as the standard of judgement.

복합잡음 환경에서 에지 보존을 위한 영상복원

김남호,Kim, Nam-Ho 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.3

디지털 영상처리 기술은 영상의 압축, 인식 그리고 복원 등 많은 분야에서 연구가 진행되고 있다. 그러나 여전히 영상의 획득, 저장 및 전송하는 과정에서 잡음에 의해 영상의 열화가 발생하고 있다. 일반적으로 영상에 첨가되는 대표적인 잡음으로는 가우시안 잡음, 임펄스 잡음, 가우시안 및 임펄스 잡음이 중첩된 복합잡음 등이 있으며, 이러한 복합잡음을 제거하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 에지를 보존하고 복합잡음을 제거하기 위하여, 잡음 판단을 거친 후, 화소집합의 메디안값 및 평균값에 의해 적응 가중치를 설정하여 처리하는 영상복원 필터 알고리즘을 제안하였다. 그리고 시뮬레이션을 통해 기존의 방법들과 비교하였으며, 판단의 기준으로 PSNR(peak signal to noise ratio)을 사용하였다. Digital processing technologies are being studied in various areas of image compression, recognition and recovery. However, image deterioration still occurs due to the noises in the process of image acquisition, storage and transmission. Generally in the typical noises which are included in the images, there are Gaussian noise and the mixed noise where the Gaussian noise and impulse noise are overlapped and in order to remove these noises, various researches are being executed. In order to preserve the edge and effectively remove mixed noises, image recovery filter algorithm was suggested in this study which sets and processes the adaptive weight using the median values and average values after noise judgment. Additionally, existing methods were compared through simulations and PSNR(peak signal to noise ratio) was used as a judgment standard.

임펄스 잡음 제거를 위한 변형된 메디안 필터

김남호,Kim, Nam-Ho 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.2

사회가 고도의 디지털 정보화 시대로 발전함에 따라 영상복원 등 디지털 영상처리 기술분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 임펄스 잡음에 훼손된 영상을 복원하는데 대표적인 방법은 SM(Standard Median) 필터가 있지만, SM 필터는 에지영역에서 오류를 나타내어 영상의 품질을 저하시킨다. 본 논문에서는 임펄스 잡음환경에서 훼손된 영상을 복원하기 위해 화소를 중심으로 하여 이중 마스크를 취하는 변형된 메디안 필터 알고리즘을 제안하였다. 이중 마스크를 취함에 따라 제안한 방법은 우수한 잡음제거 및 에지보존 특성을 나타내었고 영상의 화질을 개선하였다. As the technology of the digital information age has developed rapidly, lots of research has been done on the digital image processing techniques, such as the image restoration. However, the SM(Standard Median) filter is a typical method of recovering the image which are corrupted by the impulse noise, this method will also reduce the quality of image by generating an error in the edge region. In this paper, in order to restore the corrupted images in the impulse noise environment, a modified median filter algorithm is proposed, which uses the pixels as the center and takes double mask. By using the double mask, we are succeeded in acquiring the excellent performance on noise-canceling, edge preservation, and also in improving the quality of image.

Modified Weighted Filter Algorithm for Noise Elimination In Mixed Noise Environments

김남호,Gao, Yinyu,Kim, Nam-Ho 한국신호처리시스템학회 2012 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.13 No.2

Noise is regarded as an unwanted component of the image because it significantly reduces image quality. And image is often corrupted by mixed noise. In this paper an efficient modified weighted filter algorithm which combines spatial weight and intensity weight is proposed for removing mixed noise. In the proposed method, the filtering mask is separated into the four sub-windows and the parameters of the weights are confirmed by calculating local standard deviation and the mean of four sub-windows' standard deviations. Considering the spatial information and intensity information, the proposed method has good performance on not only noise elimination but also preservation of details. Simulation results demonstrate that the proposed method performs better than conventional algorithms.

과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기분사법(Air-sparging)을 연계한 디젤 오염 토양/지하수 동시 정화 실내 실험 연구

김남호,김인수,최애정,이민희,Kim, Nam-Ho,Kim, In-Su,Choi, Ae-Jung,Lee, Min-Hee 한국지하수토양환경학회 2006 지하수토양환경 Vol.11 No.6

현장비원위치(Ex-situ) 공법 적용이 불가능한 부지에서, 디젤로 오염된 오염 토양과 지하수를 동시에 복원하기 위하여 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법(chemical oxidation)과 공기분사법(air-sparging)을 연계한 복합 복원 공정의 정화 효율 규명을 위한 실내 실험을 실시하였다. TPH 농도가 2,401 mg/kg(A 토양)과 9,551 mg/kg(B 토양)인 두 종류의 현장 오염 토양을 대상으로 과산화수소용액을 이용한 화학적 산화법의 디젤 제거 효율 규명을 위한 배치(회분식) 실험 결과, 과산화수소 50% 용액에 의해 토양 초기 TPH 농도의 18%와 15%까지 감소하였다. 과산화수소 용액 20%를 이용한 칼럼 세정 실험 결과, 세정에 의해서 A 토양과 B 토양의 경우 각각 초기 TPH 양의 78%와 72%가 제거되었다. 칼럼 실험에서 과산화수소의 산화반응에 의해 완전 분해되어 무기가스상(주로 $CO_2$과 $H_2O$)으로 제거된 양까지 고려한다면, 과산화수소용액이 오염 토양과 접촉하면서 충분한 산화과정을 거쳐 대부분의 유류가 토양으로부터 제거되었음을 알 수 있었다. 공기분사법을 이용한 디젤 오염 지하수 정화 실험의 경우, TPH 농도가 820 mg/L인 고농도의 인공 지하수 경우에도 공기분사 72시간 이내에 폐수배출허용기준인 5 mg/L 보다 낮아져, 디젤 제거 효율이 매우 높은 것으로 나타났다. 다만, 오염 토양 내 다량의 디젤 자유상이 존재하는 경우 토양으로부터 지하수로의 지속적인 자유상 디젤의 질량 이동에 의하여, 공기분사법의 지하수 정화 효율은 매우 낮았다. 마지막으로, 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기분사법을 연계한 복합 공정의 디젤 정화 효율을 규명하는 박스 실험을 실시하였다. 토양 내 자유상 디젤을 먼저 제거하기 위해 과산화수소 용액을 이용한 토양세정법을 실시한 후, 토양 내 TPH가 제거 되는 정도에 따라 후차적으로 공기분사법을 적용함으로써 토양 및 지하수로부터 디젤을 효과적으로 제거할 수 있었다. 20% 과산화수소 용액의 23 L 세정과 2,160 L의 공기분사에 의해 토양의 TPH 농도는 9,551 mg/kg에서 390 mg/kg으로 낮아졌으며, 오염 지하수의 TPH 농도도 5 mg/L 이하로 낮출 수 있었다. 본 실험들에서 얻어진 결과를 바탕으로 실제 현장에서 대단위 공정을 운영하는데 필요한 복원 공정의 최적 조건들을 도출해 낼 수 있으리라 판단되며, 유류로 오염된 토양 뿐 아니라 오염 지하수까지 동시에 정화할 수 있는 복합 공정 개발을 위한 중요한 기술 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. Laboratory scale experiments were performed to investigate the removal efficiency of the in-situ chemical oxidation method and the air-sparging method for diesel contaminated soil and groundwater. Two kinds of diesel contaminated soils (TPH concentration : 2,401 mg/kg and 9,551 mg/kg) and groundwater sampled at Busan railroad station were used for the experiments. For batch experiments of chemical oxidation by using 50% hydrogen peroxide solution, TPH concentration of soil decreased to 18% and 15% of initial TPH concentration. For continuous column experiments, more than 70% of initial TPH in soil was removed by using soil flushing with 20% hydrogen peroxide solution, suggesting that most of diesel in soil reacted with hydrogen peroxide and degraded into $CO_2$ or $H_2O$ gases. Batch experiment for the air-sparging method with artificially contaminated groundwater (TPH concentration : 810 mg/L) was performed to evaluate the removal efficiency of the air-sparging method and TPH concentration of groundwater decreased to lower than 5 mg/L (waste water discharge tolerance limit) within 72 hours of air-sparging. For box experiment with diesel contaminated real soil and groundwater, the removal efficiency of air-sparging was very low because of the residual diesel phase existed in soil medium, suggesting that the air-sparging method should be applied to remediate groundwater after the free phase of diesel in soil medium was removed. For the last time, the in-situ box experiment for a unit process mixed the chemical oxidation process with the air-sparging process was performed to remove diesel from soil and groundwater at a time. Soil flushing with 20% hydrogen peroxide solution was applied to diesel contaminated soils in box, and subsequently contaminated groundwater was purified by the air-sparging method. With 23 L of 20% hydrogen peroxide solution and 2,160 L of air-sparging, TPH concentration of soil decreased from 9,551 mg/kg to 390 mg/kg and TPH concentration of groundwater reduced to lower than 5 mg/L. Results suggested that the combination process of the in-situ hydrogen peroxide flushing and the air-sparging has a great possibility to simultaneously remediate fuel contaminated soil and groundwater.

웨이브렛 기반 에지 검출기에 관한 연구

김남호,배상범,Kim, Nam-Ho,Bae, Sang-Bum 한국융합신호처리학회 2007 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.8 No.2

신호에서 급격한 변화의 지점은 신호의 특징을 분석함에 있어서 가장 중요한 요소이며, 영상에서 에지는 위치, 모양 그리고 재질 등과 같은 다양한 정보를 포함한다. 따라서 이러한 에지를 검출하기 위한 많은 연구가 수행되었으며, 공간영역에서 컨벌루션 마스크를 이용한 방법들이 대표적이다. 그러나 이와 같은 초기의 방법들은 영상에 잡음과 다양한 종류의 에지가 존재할 경우, 선택적으로 에지를 분리하는 것이 용이하지 않다. 한편, 멀티스케일 에지 검출이 가능한 웨이브렛은 영상의 특징들을 분석하기 위해 광범위하게 응용되고 있다. 따라서 본 논문에서는 잡음에 강인한 웨이브렛 기반의 에지 검출기를 제안하여 라인-에지 성분을 선택적으로 분리 검출하였다. Points of sharp variations in signals are the most important factors when analyzing the features of signals. And in the image, edges include diverse information such as the locations, shape and material. There have been a variety of researches on edge detections, among them, methods based on convolution in the spatial domain have been most popular. However at the early stage of the method, if the noise and many kinds of edges exist in the image, it is not easy to separate edges selectively from corrupted images by noise. In meantime, the wavelet transform for multiscale edge detection is being applied widely to analyze the properties of images in various fields. In this paper, we suggest a robust wavelet-based method, which selectively detects line-edge elements from images in the presence of noise.

사물인터넷 기반의 해양 적·녹조 실시간 모니터링 시스템 설계

김남호,Kim, Nam Ho 한국스마트미디어학회 2016 스마트미디어저널 Vol.5 No.1

본 논문에서 제안하는 실시간 해양 이상조류 모니터링 시스템은 직접적으로 적 녹조의 주원인인 플랑크톤을 감지하는 것이 아니라 적조의 동물성 플랑크톤 특성인 수중 내의 산소 감소를 체크하고, 녹조의 식물성 플랑크톤 특성인 수중 내의 질소 감소를 측정한다. 각각의 특성 체크 및 간접적 요소인 수중 내외의 온도, 조도 센서를 이용하여 실시간 감시하는 모듈을 만들고 모듈은 특정 주기에 맞게 신호를 서버로 전송하여 데이터베이스를 형성하고, 이렇게 수집된 데이터는 해양수산청 적 녹조 기준 데이터와 비교 하여 분석하여 알맞은 형태의 정보로 가공한 뒤 사용자에게 정보를 시각화 하여 제공한다. 기존의 광역적 감지 및 감시 시스템이 아닌 지역적 특성을 갖게 되는, 어업을 하지 않는 시간에도 빠르게 대처 가능한 개인사업 맞춤형 양식장 적 녹조 감시 시스템을 제안하였다. In this paper, the real time monitoring system for the abnormal state of marine algae does not detect the plankton which may directly cause the red tide or the water bloom. But checks both oxygen reduction and nitrogen reduction in water, which indicates the characteristics of zooplankton and phytoplankton respectively, and this system makes a module that monitors in real time the temperature and the illumination of the water, which are indirect factors, with sensors placed in and outside the water, and this module transmits signals periodically at specific intervals to a sever that builds up data base, and the data collected in these ways will be analyzed and compared with the standard data from Ministry of Oceans and Fisheries, and then these data will be made the adequate form of information to be provided to the users as visual information, thus, this system intends to make a red tide and water bloom monitoring system tailored for individual fish farm businesses that has local characteristics and can quickly operate outside working hours, which differs from the existing wide area detecting and monitoring systems.