서리 탐지를 위한 ‘무인 다중센서 기반의 관측 시스템’ 고안, 설치 및 시험 운영

김수현,이승재,손승원,조성식,조은수,김규랑 한국농림기상학회 2022 한국농림기상학회지 Vol.24 No.2

This study presented the possibility of automatic frost observation and the related image data acquisition through the design and installation of a Multiple-sensor based Frost Observation System (MFOS). The MFOS is composed of an RGB camera, a thermal camera and a leaf wetness sensor, and each device performs complementary roles. Through the test operation of the equipment before the occurrence of frost, the voltage value of the leaf wetness sensor increased when maintaining high relative humidity in the case of no precipitation. In the case of Gapyeong- gun, the high relative humidity was maintained due to the surrounding agricultural waterways, so the voltage value increased significantly. In the RGB camera image, leaf wetness sensor and the surface were not observed before sunrise and after sunset, but were observed for the rest of the time. In the case of precipitation, the voltage value of the leaf wetness sensor rapidly increased during the precipitation period and decreased after the precipitation was terminated. In the RGB camera image, the leaf wetness sensor and surface were observed regardless of the precipitation phenomenon, but the thermal camera image was taken due to the precipitation phenomenon, but the leaf wetness sensor and surface were not observed. Through, where actual frost occurred, it was confirmed that the voltage value of leaf wetness sensor was higher than the range corresponding to frost, but frost was observed on the surface and equipment surface by the RGB camera. 본 연구는 MFOS라 명명한 다중센서 기반의 서리관측 시스템의 고안 및 설치를 통해 서리의 자동 관측 가능성 및 실제 서리 발생 시 관련 영상 자료를 제시하였다. MFOS의 구성은 RGB 카메라, 열화상 카메라, LWS이며, 각 장비들은 서로 상보적인 역할을 수행한다. 서리 발생 전 장비의 시험 운영을 통해, 무강수 사례인 경우 높은 상대습도를 유지할 때 LWS의 전압값은 증가하였고, 특히 주변의 농수로로 인해 높은 상대습도가 유지되는 가평군 관측지에서 크게 증가하였다. RGB 카메라 이미지에서는 일출 전과 일몰 후에 LWS와 지표면을 관측할 수 없었으나 나머지 시간에 대해서는 가능하였다. 강수 사례의 경우 강수 기간 동안 LWS의 전압값은 급격하게 증가하였고, 강수 종료 후 감소하였다. RGB 카메라 이미지는 강수 현상과 상관없이 LWS와 지표면을 관측하였다. 반면, 열화상 카메라의 경우 강수 현상으로 인해 이미지 촬영은 되었지만 LWS와 지표면을 관측하지 못했다. 실제 서리가 발생한 사례의 자료를 통해, LWS의 전압값이 서리에 해당하는 범위보다 높더라도 RGB 카메라가 서리의 지표면 및 장비 표면 발생을 관측할 수 있는 것으로 나타났다.

스마트폰의 바이오센서 개발에 응용

박진수 ( Jinsoo Park ),이호서 ( Hoseo Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

스마트폰은 휴대형 컴퓨터라고 할 수 있을 정도로 정보의 처리와 저장 능력이 향상되었고, 인터넷 접속이 용이하고, 다양한 센서들을 갖추고 있다. 대다수 스마트폰에는 자이로스코프, GPS(global positioning system), 3축 가속도계, 근접 적외선 센서, 광센서 등이 내장되어있다. 더러는 자기장탐지기, 기압계, 온도계, 습도계, 심장박동계, 지문인식기를 내장한 모델들도 있다. 스마트폰은 이처럼 다양한 센서들을 다양한 응용프로그램을 구현하는데 사용한다. 특히 스마트폰에 내장된 CMOS(complementary metal-oxide -semiconductor)와 같은 광센서/카메라를 바이오센서 개발에사용한 사례들이 늘고 있다. 스마트폰의 광센서/카메라를 기반으로 하는 측정은 사용이 편리하고, 휴대가 간편하기 때문에 의료용, 식품 또는 환경의 안전성 측정을 위한 목적의 센서 개발에 빈번히 사용되고 있다. 스마트폰에 내장된 백색 광원 (White LED: light emitting diode)을 적절히 활용하면 별도의 광원 없이도 재현성 있는 센서 시스템을 구성할 수 있다는 장점도 있다. 본 발표는 최근 스마트폰 카메라를 이용하여 개발한 다양한 바이오센서 사례들을 소개한다. 의료용으로서 갑상선 자극 호르몬 (TSH: Thyroid stimulation hormone), 말라리아(malaria), 요로감염증(urinary tract infection) 등에 스마트폰 카메라가 검출부로 사용된 사례와 대표적인 식중독균인 살모넬라와 대장균 검출, 식육의 대장균 측정, 식품의 품질을 평가하는데 스마트폰 카메라와 자이로스코프가 사용된 사례, 실시간 유전자 증폭(realtime-PCR: polymerase chain reaction) 및 유전자 검출에 스마트폰 카메라가 사용된 사례 등을 소개한다. 스마트폰은 자기 위치를 GPS를 통해 확인이 가능하고, 인터넷 접속이 자유롭기 때문에 스마트폰을 기반하는 센서들로부터 획득한 정보들을 시간 및 위치정보와 연계하여 데이터를 누적하고 종합적인 의사결정을 내리는데 유용한 도구가 될 수 있을 것이다. 이들 사례를 통해 농업용 바이오센서를 개발함에 있어 스마트폰을 적극적으로 활용할 수 있도록 다양한 제안을 한다.

디지털카메라의 이미지센서와 사진해상도 상관성 연구 -라이카, 캐논, 니콘카메라를 중심으로

임재현 ( Jae Hyun Lim ),이해만 ( Hai Man Lee ) 커뮤니케이션디자인협회 커뮤니케이션디자인학회 2009 커뮤니케이션 디자인학연구 Vol.30 No.-

본 연구는 디지털카메라 사용자들에게 올바른 선택과 출력에 도움을 주고 특성을 확인하는데 목적이 있다. 카메라의 화소별 출력 해상도 비교연구를 통하여 카메라의 화소에 대한 이해와 프린터에 따른 화질을 비교 실험하는 방법으로 진행하였다. 전반적인 색 재현 폭에서는 컬러 재현 폭이 넓은 Leica Digital Module R이 우수하였다. 저 광원에서의 노이즈에 대한 문제는 단연 Nikon D3가 탁월하였다. Canon 5D는 전반적으로 무난하였으나 채도부분에서 다른 기종보다 상대적으로 낮게 나타났다. 프린트 용지는 실키(Glacier)의 경우 전체적인 이미지 재현은 우수하였으나, 섀도우 디테일 부분은 부족하였다. 광택 용지는 일반 디지털 사진에 폭 넓게 사용되고 있지만 세부 디테일 재현력이 떨어지는 것으로 연구과정에서 나타났다. 출력시 광택용지만을 선호하는 경우가 많았으나 앞으로는 용지 선택 시 신중을 기해야 할 것으로 보인다. 무광택 역시 전체적으로 명도가 낮은 반면에 섀도우의 디테일 재현력은 광택용지 보다 우수하였다. 결국 디지털카메라는 비트심도(bit depth)가 깊은 카메라가 색 재현력이 뛰어났고, 용지 출력 결과는 광택용지 보다 무광택 용지가 섀도우 디테일 재현에서 품질이 우수하게 분석되었다. 광택용지는 하이라이트 부분에서 무광택용지보다 돋보이는 결과를 나타내었다. 프린트 기종 역시 은염 프린트가 잉크젯 프린터 보다 월등한 품질의 차이를 나타내었다. 잉크젯 프린트에서는 잉크색의 차이가 출력 품질에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었고, 풍부한 컬러 표현과 섀도우에서의 디테일 재현력은 은염 프린트 못지않은 품질을 보여 주었다. This study was processed to comprehend the pixel of a camera through comparative study of the printing resolution classified by the camera pixel, and to show the quality of Ink-jet printer by decipher comparison experiments through the objective naked eye. The purpose of this study is to give tips to digital camera users on how to choose the right camera and how to print photos taken by it. Moreover, the study also ascertains the characteristic of digital cameras. As a result of the experiment, Leica Digital Module R, which has a wide scope of color reappearance, was excellent in overall color reappearance range. On the score of the noise problem under a low light source, Nikon D3 showed the best performance. Though Canon 5D was fairly good in general, the saturation section was relatively inferior than other types of camera. In the print paper case, Glacier was excellent in the reappearance of images, but was in lack of the shadow detail section. Through the process of the study it showed that although glossy paper is used widely to print digital photos, the detail reappearance ability is insufficient. Despite the fact that glossy paper is highly preferred in printing, selecting print papers should be done more cautiously from now on. While the overall brightness of matte print paper was low, the reappearance ability of shadow detail was better than glossy paper. In conclusion, the digital cameras with deep bit depth showed excellence in color reappearance ability, and the matte print paper was better in shadow detail reappearance compared to glossy paper. However, glossy paper resulted better in highlighting. In case of printers, the gelatin silver print was far better in quality than the Ink-jet printer. The study shows that the color of the ink used in the Ink-jet printer had a great effect on the quality of printing. Moreover it`s rich color expression and the reappearance ability of shadow detail is not inferior to gelatin silver print.

융합센서 기반의 모션캡처 시스템

김병열(Byung-Yul Kim),한영준(Young-Joon Han),한헌수(Hern-Soo Hahn) 한국컴퓨터정보학회 2010 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.15 No.4

본 논문에서는 기존의 광학식 모션 캡처에서 생길 수 있는 마커들 간의 간섭이나 복잡한 시스템 구성으로 인한 시스템 설치의 복잡성 문제들을 해결하기 위해, 2차원 위치정보를 제공하는 단일 카메라와 특정부위의 방향정보를 제공하는 가속도센서와 자이로 센서로 구성된 동작센서를 융합하여 간편한 모션 캡처를 실현하는 새로운 기법을 제안한다. 본 논문의 동작 인식은 크게 영상기반 위치 정보와 동작센서기반 방향 정보의 융합을 통해 이루어진다. 영상은 보이는 부위에 장착된 컬러마커의 위치를 기준점으로 제공하고, 동작센서들은 각 패지의 이동방향과 속도를 측정하여 영상에서 제공하는 마커들의 3차원 포즈정보를 알아 낼 수 있다. 제안하는 시스템은 사람동작의 측정에 필요한 최소한의 센서정보를 사용함으로써 시스템의 구성과 센서의 설치가 매우 간단하며 경제적이라는 장점을 갖는다. 이러한 장점은 다양한 실험을 통해 검증하였다. At the aim of solving the problems appearing in traditional optical motion capturing systems such as the interference among multiple patches and the complexity of sensor and patch allocations, this paper proposes a new motion capturing system which is composed of a single camera and multiple motion sensors. A motion sensor is consisted of an acceleration sensor and a gyro sensor to detect the motion of a patched body and the orientation (roll, pitch, and yaw) of the motion, respectively. Although Image information provides the positions of the patches in 2D, the orientation information of the patch motions acquired by the motion sensors can generate 3D pose of the patches using simple equations. Since the proposed system uses the minimum number of sensors to detect the relative pose of a patch, it is easy to install on a moving body and can be economically used for various applications. The performance and the advantages of the proposed system have been proved by the experiments.

자율주행 차량의 카메라와 라이다 센서 캘리브레이션 기법 연구

이종서(Jongseo Lee),빈죤(Vinjohn V Chirakkal),정지민(Jimin Jeong),곽만기(Manki Kwak) 한국자동차공학회 2023 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2023 No.5

최근 자율주행 차량의 인지 센서는 단일 센서가 아닌 두 개 이상의 이종 센서를 이용하고 있다. 이종 센서를 사용할 시 각 센서의 좌표계를 통합하는 캘리브레이션 기술이 중요해지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 카메라와 라이다 센서를 동시에 사용하는 자율주행 차량에서의 센서 캘리브레이션 방법을 제안한다. 이종 센서를 효과적으로 통합하기 위하여 카메라와 라이다 데이터로부터 특징점을 추출하고, 특징점 매칭을 통해 회전, 변환 행렬을 계산한다. 계산된 회전, 변환 행렬을 이용하여 실험을 통해 그 성능을 평가한다. 또한, 기존의 센서 캘리브레이션 방법에 대한 한계와 개선방안을 제시하며, 실제 자율주행 차량의 성능 향상에 기여할 수 있는 연구를 제안한다.

다센서 융합에 의한 강건한 모바일 로봇 개발

이영석(Young-Seok Lee),황헌(Heon Hwang) 산업기술교육훈련학회 2011 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.16 No.1

본 연구에서는 미지의 환경 속에서도 근접 센서, 초음파 센서, 적외선 센서 그리고 영상 센서와 같은 여러 가지센서들을 이용해 주행 할 수 있는 모바일 로봇을 개발하였다. 일반적으로 인간의 감각기관의 기능은 곤충이나 다른 동물들보다 그 성능이 떨어진다. 그렇지만 사람이 비록 환경에 대해 상대적으로 부정확한 정보를 얻는다 할지라도, 인간이 지능적이며 환경변화에 강인한 행동을 할 수 있는 것은 얻어진 정보들의 효과적인 융합 처리를 거치기 때문이다. 이와 같이 다소 부정확한 정보라 할지라도 지능적 융합처리를 거치면 환경 변화에 대처가 가능하다는 사실이 본 연구의 동기가 되었다. 본 연구에서, 개발된 로 봇은 저렴한 센서들로부터의 정보들을 융합하여 여러 환경변화에도 주행 할 수 있는지가 실험되었다. 본 연구의 목적은 개발된 로봇이 건물 내에서 청소 또는 안내를 하거나 혹은 밭에서 작물이나 환경에대한 정보를 수집할 수 있게 하는 것이다. 센서들을 통해 얻어진 데이터들은 블루투스 통신을 통하여 메인 컴퓨터로 전송된다. 매인 컴퓨터는 전송된 정보들과 영상을 처리하여 모바일 로봇에 모터를 제어할 수있는 신호를 보내고 또한 모바일 로봇의 카메라의 기울어짐도 조절하게 된다. 개발된 로봇은 무선으로 제어가 되고, 비상시에는 수동으로 원격 조정기에 의해 제어된다. 비록 장애 환경에서 신호 전송에 몇몇 문제들은 있지만 저렴한 상용 센서들을 사용한 무선 제어 모바일 로봇을 개발하였다.

무인항공기의 실내비행을 위한 레이저-영상센서 기반의 3차원 항법 연구

허성식,심현철 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

무인항공기가 GPS 신호를 이용할 수 없는 실내환경에서 자율비행하기 위해서는 내장된 센서에 의한 위치추정기술이 요구된다. 본 논문에서는 틸팅마운트에 장착되어 서보모터로 회전되는 LIDAR 와 카메라를 통합한 센서모듈과 이를 장착한 무인항공기가 3 차원 위치를 실시간으로 추정할 수 있는 기법을 제시한다. 먼저, 서보에 의해 틸팅하는 LIDAR 와 카메라 센서간의 초기장착위치를 보정한 후, 영상에서 추출한 특징점을 LIDAR 로 지향하여 측정한 거리정보를 사용해 EKF SLAM 을 구성하고, 이 기법으로 무인항공기의 3 차원 위치 및 자세를 실시간으로 추정하는 실험을 수행하였다. The indoor navigation technology in GPS-denied environment is necessary to extend the area of UAV operations. In this paper, we propose a real-time three-dimensional indoor navigation method of an UAV equipped with a laser scanner. At first, a new calibration method that estimates relative pose between a tilting-gimbaled laser scanner and a camera using a simple marker is proposed. An EKF SLAM algorithm that uses range data measured by the LIDAR and image features detected and tracked by the camera is tested to estimate three-dimensional pose of an UAV.

항공 카메라 검정을 위한 테스트 필드 구축방안

이재원(Lee Jae One),윤종성(Yoon Jong Seong),신진수(Sin Jin Soo),윤부열(Yun Bu Yeol) 대한공간정보학회 2008 대한공간정보학회지 Vol.16 No.2

최근 항공측량분야의 가장 큰 기술적 특징은 Camera 혹은 Lidar와 같은 주 센싱 장비에 GPS, IMU 등 다양한 위치결정 센서를 연계한 Direct Georeferencing 기술의 활용이다. 아울러 항측용 디지털 카메라의 기술적 우월성과 이의 활용성이 입증됨에 따라 다양한 종류의 항측용 디지털 카메라가 개발 및 보급되고 있다. 이에 부응하여 국내에서도 일반적인 항공촬영으로는 취득이 불가능한 건물측면과 비고가 큰 지형에서 발생하는 사각지역에 대하여도 3차원 정보취득과 Texture Mapping이 가능한 다각(Multi-looking)항공촬영시스템의 개발이 시도되고 있다. 하지만 다양한 센서 결합과 다중 카메라의 배열에 따른 센서들간의 시각동기화와 함께 정확한 기하 및 복사보정을 실시해야 하는 문제점이 따른다. 이를 해결하기 위해서는 항공측량 시스템의 센서검정(Sensor Calibration)에 필요한 테스트 필드가 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 항공측량용 테스트 필드 구축과 관련한 국외 사례를 고찰하고 국내 테스트 필드 구축방안을 제시하고자 한다. Recently, one of the most outstanding technological characteristics of aerial survey is an application of Direct Georeferencing, which is based on the integration of main sensing sensors such as aerial camera or Lidar with positioning sensors GPS and IMU. In addition, a variety of digital aerial mapping cameras is developed and supplied with the verification of their technical superiority and applicability. In accordance with this requirement, the development of a multi-looking aerial photographing system is just making 3-D information acquisition and texture mapping possible for the dead areas arising from building side and high terrain variation where the use of traditional phptogrammetry is not valid. However, the development of a multi-looking camera integrating different sensors and multi-camera array causes some problems to conduct time synchronization among sensors and their geometric and radiometric calibration. The establishment of a test field for aerial sensor calibration is absolutely necessary to solve this problem. Therefore, this paper describes investigations for photogrammetric Test Field of foreign countries and suggest an establishment scheme for domestic test field.

영상 및 인체 감지 센서를 활용한 어린이 통학 차량 안전사고 방지 시스템

박상수(Sang-Soo Park),박현규(Hyun-Gyu Park),박성철(Sung-Chul Park),전문표(Moon-Pyo Jeon),이붕주(Boong-Joo Lee) 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.6

본 논문에서는 영상 및 인체 감지 센서를 활용한 새로운 슬리핑 차일드 체크 시스템을 설계 및 제작 할 계획이다. 그에 따라 아두이노 기반의 주 제어 장치로 인체감지 센서 및 온도 센서의 데이터 수집을 통해 차량 내부에 사람 유무와 특정한 온도에 따라 발생 할 수 있는 차량 내 사고에 대해서 방지 할 수 있는 시스템을 구현할 계획이다. 또한 센서들의 값을 블루투스 통신이나 와이파이 통신 방식과 연동하여 휴대폰에 정보 전송을 하여 어플 화면에 센서값을 텍스트로 출력 할 수 있다. 또한 라즈베리파이와 카메라 모듈을 활용하여 차량 내부에 상황을 디스플레이와 스마트폰 스트리밍 서비스를 구축할 계획이다. 이를 통해 본 논문에서 실험과 연구를 통해 정량적 목표인 인체감지 센서로 차량 내부를 100% 인식하게 함으로써 통학 차량 내 안전사고를 방지 하는 것이 본 연구의 목표이다. In this paper, we plan to design and manufacture a new sleeping child check system using image and PIR sensors. Therefore, it plans to implement a system that can prevent in-vehicle accidents that can occur due to presence of human and certain temperature inside the vehicle by collecting data from PIR sensors and temperature sensors with the main control device based on Arduino. In addition, the values of sensors can be linked with Bluetooth communication or Wi-Fi communication to send information to the mobile phone, and the sensor values can be printed by texting on the screen. It also plans to use raspberry pie and camera modules to build a display and smartphone streaming service inside the vehicle. Through this, the objective of this study is to prevent safety accidents in school vehicles by making experiments and research in this paper recognize 100% inside the vehicle with the quantitative goal of PIR sensors.

구형물체의 중심좌표를 이용한 VLP-16 라이다 센서와비전 카메라 사이의 보정

이주환,이근모,박순용 한국정보처리학회 2019 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.8 No.2

360 degree 3-dimensional lidar sensors and vision cameras are commonly used in the development of autonomous driving techniques for automobile, drone, etc. By the way, existing calibration techniques for obtaining th e external transformation of the lidar and the camera sensors have disadvantages in that special calibration objects are used or the object size is too large. In this paper, we introduce a simple calibration method between two sensors using a spherical object. We calculated the sphere center coordinates using four 3-D points selected by RANSAC of the range data of the sphere. The 2-dimensional coordinates of the object center in the camera image are also detected to calibrate the two sensors. Even when the range data is acquired from various angles, the image of the spherical object always maintains a circular shape. The proposed method results in about 2 pixel reprojection error, and the performance of the proposed technique is analyzed by comparing with the existing methods. 전방향 3차원 라이다 센서와 비전 카메라는 자동차나 드론 등의 자율주행기술 개발에 활용되고 있다. 한편 라이다 센서와 카메라 좌표계 사이의 변환 관계를 보정하기 위한 기존의 기술들은 특수한 보정물체를 제작하거나 보정물체의 크기가 큰 단점이 있다. 본 논문에서는 한 개의 구형물체를 사용하여 두 센서 사이의 기하보정을 간편하게 구현하는 방법을 소개한다. 구형 물체의 3차원 거리정보에서 RANSAC으로 네 개의 3차원 점을 선택하여 구의 중심좌표를 계산하고, 카메라 영상에서 물체의 2차원 중심점을 구하여 두 센서를 보정하였다. 구는 다양한 각도에서 영상을 획득하여도 항상 원형의 형상을 유지하기 때문에 데이터 획득 시 유리한 장점이 있다. 본 논문에서 제안하는 방법으로 약 2픽셀의 투영오차의 결과를 얻었고, 기존의 방법과의 비교실험을 통하여 제안 기술의 성능을 분석하였다.