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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.
카메라 전자부 설계 파라미터를 이용한 위성 전자광학시스템의 성능분석
공종필(Jong-Pil Kong),허행팔(Haeng-Pal Heo),김영선(Young-sun Kim),박종억(Jong-Euk Park) 한국항공우주연구원 2007 항공우주기술 Vol.6 No.2
현재 개발되고 있는 위성용 전자광학시스템의 설계 파라미터를 적용하여 알려진 식에 의해 위성의 운용고도와 자세변화에 따른 전자광학시스템의 GSD 및 라인레이트 변화관계를 살펴보았다. 그리고 고도변화에 따른 적용 가능한 라인레이트와 위성의 지상 스캔율의 차이에 의해 발생할 수 있는 성능변화 요소로서의 MTF에 대한 영향을 검토하였다. 즉 현재 개발이 진행되고 있는 카메라 전자부의 설계 파라미터를 적용하여 조정 가능한 라인레이트의 한계를 알아보고 이에 의한 성능감소 변화를 검토함으로써 현재 개발 진행되는 전자광학시스템의 카메라전자부의 설계요소에 대한 분석을 수행하였다. In this study, we reviewed the variations of GSD, line rate of a electro-optical payload caused by the changes of operational altitude and attitude of a satellite by applying design parameters of the EOS which is under development. we also reviewed adjustable increments/decrements of line_rate which are limited by CEU(Camera Electronic Unit) design and then the effect on the MTF(Modulation Transfer Function) performance due to the un-synchronization between line_rate of EOS and ground scan velocity of the satellite based on the design parameters of CEU to show that CEU design is appropriate in terms of line rate control of EOS.
픽셀 비선형성 모델을 기반으로 한 영상센서 불균일 특성 보정
김영선(Youngsun Kim),공종필(Jong-Pil Kong),허행팔(Haeng-Pal Heo),박종억(Jong-Euk Park),용상순(Sang-Soon Yong) 한국항공우주연구원 2010 항공우주기술 Vol.9 No.1
균일한 광량의 빛이 카메라에 입력되었을 때 카메라 영상센서 각 픽셀은 이상적으로는 균일한 응답을 보여주어야 하지만 실제로는 그렇지 않다. 이러한 픽셀의 불균일 응답 특성은 영상품질에 직접적으로 영향을 미치지만, 고정된 형태의 잡음이므로 보정과정을 통해서 잡음을 제거할 수 있다. 영상센서 불균일 보정 방법은 특정 광량에서의 기준값만을 가지고 보정계수를 구하는 방법 등을 사용하곤 했지만, 센서의 비선형성으로 인하여 신호가 작은 경우, 혹은 반대로 아주 큰 경우에서는 보정 효과가 크지 않다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 영상센서의 비선형 특성을 고려하여 픽셀 불균일 보정계수 계산하는 방법을 기술하고 자체 구현한 카메라와 별도의 시험셋업을 이용하여 불균일도 시험을 수행하여 알고리즘을 검증하였다. 시험결과는 비선형성 모델을 기반으로 한 보정 알고리즘을 적용했을 때, 모든 광량에서 가장 좋은 성능을 보여주었다. All pixels of image sensor do not react uniformly when the light of same radiance enters into the camera. This non-uniformity has a direct influence on the image quality. However we can overcome it by calibration process under the special test-setup. Usually it is used the algorithm to get the correction coefficients under the specific illumination condition. But, this method has drawback in the very low or very high illumination due to pixel non-linearity. This paper describes the robust algorithm, which calculates the correction coefficients based on the pixel non-linearity model, against the whole radiance. The paper shows the non-uniformity test results with the own camera and the specified test equipments as well. The results shows the best performance over the entire radiance when this method is applied.
다목적실용위성3호 탑재체 CCD 제어클럭 드라이버 설계 및 시뮬레이션
김영선(Youngsun Kim),공종필(Jong-Pil Kong),허행팔(Haeng-Pal Heo),박종억(Jong-Euk Park),용상순(Sang-Soon Yong) 한국항공우주연구원 2009 항공우주기술 Vol.8 No.1
다목적실용위성3호 탑재체내의 카메라전자부는 CCD에 적절한 제어클럭을 공급하여 빛 에너지로부터 생성된 전하를 이동시키고 영상데이터를 획득, 처리하는 장치이다. 특히 제어클럭은 전하전달효율이나 확산 등과 같은 영상성능에 직접 관련하므로 정확한 신호 생성이 매우 중요하다. 일반적으로, CCD 제어클럭은 사용하는 센서 구조에 따라 종류 및 특성이 달라진다. 다목적실용위성3호 탑재체 CCD는 수직방향 이동을 위하여 3위상 제어신호, 수평방향 이동을 위한 4위상 제어신호로 동작한다. 이를 위해 카메라전자부는 수직 및 수평 방향 이동클럭과 각방향의 서밍클럭, 리셋 클럭 등을 공급해야한다. 수직방향 클럭은 비교적 느린 신호이지만 영상성능에 가장 민감한 신호로 위성의 움직임과 동기 되어 정확한 라인 타이밍의 클럭 생성이 필요하다. 또한, 수평이동 클럭은 매우 빠른 픽셀레이트로 신호 왜곡 없이 제어신호를 생성해야한다. 본 논문에서는 다목적실용위성3호 탑재체의 CCD 각방향의 제어클럭 드라이버를 설계한 후, 시뮬레이션을 통하여 검증하고 그 결과를 기술한다. The camera electronics in the KOMPSAT-3 payload provides the several control clocks in order to move the charges, which are converted from the light in the pixel, in the vertical and horizontal direction. Generally, the control clocks depend on the CCD internal design in the system. The KOMPSAT-3 payload uses the CCD controlled by 3-phase vertical clocks and 4-phase timing. The camera generates the various clocks such as the vertical clocks, the horizontal clocks, the summing clocks, the reset clocks and so on. The vertical clocks are deeply related to the camera performance and synchronized with satellite scan-rate even though they are relatively slow. Also, it gives the horizontal clocks without distortion under the very fast pixel-rate. This paper shows the design and simulation of the CCD clocks driver for the KOMPSAT-3 payload.
탑재체 시험을 위한 Ruby 기반 COSMOS의 소개 및 고찰
서석배(Seo, Seok-Bae),박종억(Park, Jong-Euk),김영선(Kim, Young-Sun),공종필(Kong, Jong-Phil),이상규(Lee, Sang-Gyu),이승훈(Lee, Seung-Hoon) 한국항공우주연구원 2015 항공우주산업기술동향 Vol.13 No.2
본 논문에서는 위성 및 탑재체의 지상 시험과 관련된 최신 기술 중 하나인 BATC (Ball Aerospace and Technologies Corp.)의 COSMOS (COmprehensive Space Mission Operations Suite)를 설명하고, 해당 내용을 향후 탑재체 개발에 활용하기 위한 고찰을 기술한다. COSMOS는 명령을 보내고, 원격측정값을 수신하며, 시험을 체계화/자동화 할 수 있는 기본기능을 중심으로 쉬운 설정과 접속규격의 범용성, 그리고 사용자 친화적인 특징이 있다. 또한 인터프리터방식 오픈소스 언어인 Ruby로 개발되고, 윈도우/리눅스/맥 운영체제에서 동작하며, Git Hub를 이용해서 개발과정에서 생성된 소스코드를 저장 및 공유하고 있다. This paper explains the BATC’s COSMOS (Ball Aerospace and Technologies Corp.’s COmprehensive Space Mission Operations Suite), a latest technology of the satellites/payloads ground tests, and describes its considerations for the future payloads’ developments. The COSMOS has simplified configurations, common interfaces, and user friendly features including its basic functions; commands sending, telemetries receiving, and test systemizing/automating. In addition to these characteristics, COSMOS uses the Ruby, a interpreted open source language for the development, operates on the Windows/Linux/Mac OS, and archives/shares its source codes using the Git Hub.