하천 여울의 분류 및 물리, 수리학적 특성 분석

김성환,양전영,김진홍,Kim, Seong Whan,Yang, Jeon Young,Kim, Jin Hong 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.2

본 논문에서는 홍천강과 섬진강을 대상으로 하천에 존재하는 다양한 형태의 여울을 체계적으로 분류하고, 물리적 및 수리학적 특성을 분석하였다. 여울의 길이와 폭 비율을 기준으로 긴 형태와 넓은 형태로 분류하고, 상 하류 폭의 변화 정도를 기준으로 집중 형태와 확산 형태로 분류하였다. 또한 흐름의 물결 형태에 따라 떨어지는 형태, 미끄러지는 형태, 약한 파도 및 약한 도수로 분류하였다. 떨어지는 형태와 미끄러지는 형태는 주로 큰 돌 주위의 다양한 입경을 지닌 하상에서 발생하였으며, 약한 파도와 약한 도수는 주로 잔 돌 주위에서 발생하였다. 여울의 흐름 방향 경사는 가운데 부분에서 위로 볼록하였으며, 하류측으로 갈수록 경사가 커졌다. 여울의 종적 구조에 따른 물결형태를 구분하여 보면, 여울의 집중 형태에서는 흐름 방향으로 약한 파도, 미끄러지는 형태 및 약한 도수가 발생하였다. 긴 형태의 경우, 흐름방향으로 약한 파도, 미끄러지는 형태 및 떨어지는 형태가 발생하였다. 넓은 형태의 여울에서는 약한 파도, 약한 도수 및 약한 파도, 약한 도수가 발생하였다. This study performed the systematic classification of the various types of riffles and analyzed their physical and hydraulic characteristics at the Hongcheon River and Seomjin River. The riffles are classified into the long type and the wide type by their ratio of length and width, and also classified into the convergent type and the divergent type by their width change along flow direction. They are also classified into the falling type, the running type, the undular wave and the undular jump by their surface profiles. The falling type and the running type usually occur near the cobbles with multiple diameters, whereas the undular wave and the undular jump occur near the small pebbles. They showed the upward convex type at the middle part, and the slope gets bigger at the downstream part.

다중해상도 방식을 이용한 동영상 압축 시스템

김성환(Seong-Whan Kim),이흥규(Heung-Kyu Lee) 한국정보과학회 1993 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2

이산 wavelet 변환이 가지는 시간축에서의 다중해상도(multiresolution)특성 및 주파수 측면에서의 다중주파수(subband)특성은 정지영상이나 동영상을 압축하기 위한 효율적인 표현방법으로서 본 논문에서는 wavelet변환을 이용한 동영상 압축 시스템을 설계하고 구현했다. 효과적인 동영상 압축 시스템을 설계하기 위해 여러 설계변수들을 고려해야하며 본 논문에서는 wavelet 변환을 이용한 변환부와 변환계수의 특성에 맞는 부호화모델, 효과적인 움직임 추정기법에 중점을 두었다. Wavelet 변환을 거친 동영상은 서로 다른 주파수영역을 가진 다른 시간해상도 내의 부분으로 나누어지며 다중주파수 특성으로 인해 변환된 영상은 자연영상일 경우 고주파대역에서 변환계수의 값은 거의 0이 된다. 압축 관점에서 볼 때 이러한 0의 갯수를 최대화함으로써 압축효율을 높일 수 있으며 이어지는 0의 갯수를 최대한 늘이기위해 줄 단위의 PLE(run length encoding) 대신 hilbert 곡선을 이용한 PLE를 적용하였다. Wavelet 변환이 가지는 다중해 상도특성을 이용함으로써 움직이는 영상의 경우 저해상도영역에서 움직임을 거시적으로 파악하여 움직임 벡터를 구하고 점차 미시적으로 접근해감으로써 원래의 고해상도영상에서의 움직임을 찾을 수 있으며 실제 시뮬레이션을 통하여 움직임 추정성능을 관찰하였다. 위의 여러 설계요소를 종합하여 wavelet변환을 이용한 움직임 보상형 동영상 압축기를 구현하였으며 객관적 화질 및 주관적 화질 면에서 좋은 성능을 보였다.

차세대 이동통신 네트웍을 위한 프로토콜 구조

김성환(Seong-Whan Kim),허철균(Cheol-Kyun Heo),신영종(Yeong-Jong Shin),임병근(Byung-Keun Lim) 한국통신학회 1999 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.1999 No.7

벤처창업을 위한 공학교육의 방향과 교육사례

김성환 ( Seong-whan Kim ) 한국정보처리학회 2014 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.21 No.2

공학교육은 학생들이 대기업 또는 중소기업, 연구소의 일원으로 맡은 바 업무를 잘 할 수 있는 기능성을 강조하는데 초점을 맞추어 왔다. 하지만 최근 창업을 통해 자신의 창조성을 발휘하고 부를 축적할 수 있는 형태의 교육에 대한 수요가 있고, 대학 특히 공과대학에서도 벤처 창업에 대한 교육이 필요한 것으로 판단한다. 본 논문에서는 이와 관련하여 국내외 사례를 소개하고, 서울시립대학교 컴퓨터과학부에서 지난 2 년동안 수행한 교과과정을 소개하고자 한다.

Scalable Fingerprinting Scheme based on Angular Decoding for LCCA Resilience

설재민,김성환,Seol, Jae-Min,Kim, Seong-Whan Korea Information Processing Society 2008 정보처리학회논문지D Vol.15 No.5

핑거프린팅이란 허가되지 않았거나 불법적인 사본의 출처를 확인하기 위해, 사용자마다 개별적인 워터마크를 삽입하는 기술이다. 공모공격이란 다수의 사용자가 공모하여, 개별적인 워터마크가 삽입된 사본의 평균값이나 중앙값을 이용함으로써 공모자의 식별을 방해하는 경우이며, 개별적인 워터마크는 공모방지코드 (anti-collusion Code: ACC)를 사용하여 표시하게 된다. 하지만 공모방지코드는 평균화 공격과 중앙값 공격에 강인성을 보이지만, 선형결합공모공격 (Linear Combination Collusion Attack: LCCA)에 취약하며, 많은 수의 사용자를 지원하지 못하는 단점이 있다. 본 논문에서는 많은 수의 사용자를 지원하고, 선형결합공모공격에 견고한, 가변공모방지코드 (Scalable ACC)와 각도해석전략 (Angular Decoding Strategy)을 제안하였다. 기존의 공모방지코드에 정규분포를 가지는 확률변수를 결합하여 평균과 중앙값 공격에 강인한 가변공모방지코드를 설계하였고, 인간의 시각적 특성을 이용한 워터마킹 방법을 사용하여 핑거프린트를 영상에 삽입하였다. 공모공격에 대한 강인성을 비교하기 위해, 표준실험영상 실험 결과, 본 논문에서 제안하는 방법은 평균 및 중앙값 공격에 대하여 공모자 추적 능력이 우수하였으며, 특히 많은 사용자 중에서 다수의 공모자가 선형결합공모공격을 이용하여 공모하는 경우, 높은 공모추적 성능을 보였다. Fingerprinting scheme uses digital watermarks to trace originator of unauthorized or pirated copies, however, multiple users may collude and escape identification by creating an average or median of their individually watermarked copies. Previous research works are based on ACC (anti-collusion code) for identifying each user, however, ACC are shown to be resilient to average and median attacks, but not to LCCA and cannot support large number of users. In this paper, we propose a practical SACC (scalable anti-collusion code) scheme and its angular decoding strategy to support a large number of users from basic ACC (anti-collusion code) with LCCA (linear combination collusion attack) robustness. To make a scalable ACC, we designed a scalable extension of ACC codebook using a Gaussian distributed random variable, and embedded the resulting fingerprint using human visual system based watermarking scheme. We experimented with standard test images for colluder identification performance, and our scheme shows good performance over average and median attacks. Our angular decoding strategy shows performance gain over previous decoding scheme on LCCA colluder set identification among large population.

오래된 영화의 line scratch 복원을 위한 영상특성추출기반의 인페인팅

고기홍,김성환,Ko, Ki-Hong,Kim, Seong-Whan 한국정보처리학회 2008 정보처리학회논문지D Vol.15 No.4

Old films or photographs usually have damages from physical or chemical effects, and the damage and digitalization make stain, scratch, scribbling, noise, and digital drop out in frames. Damages include global damage and local damage, and it is well known that local damage restoration is a main factor for improving image quality. Previous researches have focused on impairment localization (esp. for line scratch impairments) and restoration techniques for line scratch, dirt, blob, and intentional scratch. Inpainting is a key technique using partial derivatives to restore damages in images. It does not show good quality for the complex images because it is based on finite order for partial derivatives, and it takes much time complexity. In this paper, we present a modified inpainting scheme, where we use Sobel edge operator's and angle to compute isophotes, and compare our scheme with Bertalmio's scheme. We experiment our scheme with two old Korean films, and Simulation results show that our scheme requires smaller time complexity than Bertalmio's scheme with comparable reconstructed image quality. 오래된 필름이나 영상들은 물리적 또는 화학적으로 많은 손상을 받기 때문에 손상부분에 대한 특별한 처리가 요구된다. 영상 손상은 손상의 범위에 따라, 영상 전체에 걸쳐 나타나는 전역 손상과, 영상 일부분이 손상되어 나타나는 지역손상으로 구분할 수 있으며, 오래된 영상은 지역 손상 부분의 복구만으로도 상당한 화질 향상이 가능하다. 기존의 연구는 긁힘으로 인한 line scratch 검출 알고리즘의 연구와 얼룩, 긁힘, 또는 의도적인 손상으로 인해 손상된 영역을 복원하는 복원 알고리즘이 연구되고 있다. 오래된 영상 복원 연구의 대표적인 방법은 편미분방정식을 적용한 인페인팅 기법이며, 영상의 형태를 편미분방정식으로 모델링하기 때문에, 편미분 차수의 제한에 의해 복잡한 형태의 영상 복원 화질이 좋지 못하고, 계산복잡도가 높은 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 오래된 영상에서 주로 나타나는 필름의 긁힘으로 인해 생기는 line scratch를 검출하고, 영상의 특성을 반영하는 에지검출연산자의 일종인 Sobel 연산자를 이용하는 인페인팅 기법을 제안한다. 실제 영상 복원실험을 위해 오래된 한국영화인 1945년 작 "자유만세" 와 1976년 작 "로보트 태권V" 영상을 사용하였으며, 기존의 연구결과와 비교하여 화질개선 뿐만이 아니라, 개선된 복원 속도를 얻을 수 있었다.

Design and Implementation of AR Model based Automatic Identification and Restoration Scheme for Line Scratches in Old Films

한녹손,김성환,Han, Ngoc-Soc,Kim, Seong-Whan Korea Information Processing Society 2010 정보처리학회논문지B Vol.17 No.1

오래된 영화 필름이나 비디오 테이프 등의 영상물에서 나타나는 대표적인 손상으로는 긁힘과 얼룩무늬 손상이 있으며, 본 논문은 긁힘 손상을 자동 탐지하고, 자기상관 (AR: autoregressive) 이미지 생성모델 (PAST-PRESENT 모델) 기반의 영상 인페인팅 모델을 사용하여 손상을 복원하는 시스템을 설계하고 구현하였다. AR 이미지 모델 생성을 위해, 지역성을 최대화할 수 있도록 인접 화소를 모으는 Sampling Pattern을 사용하였으며, 추출된 화소들을 필터링 (filtering)하는 단계, AR 모델 파라미터 계산 (model fitting)을 위한 Durbin-Levinson 알고리즘, 최종 파라미터를 통한 훼손된 화소의 예측 및 보간 단계로 구성된다. 구현된 시스템은(1) VHS 테이프를 통한 아날로그 영상물의 디지털화, (2) 긁힘 손상의 자동탐지와 자동손상복원, (3) 얼룩무늬의 수동탐지와 자동복원의 3단계 복원절차를 지원하도록 설계하였다. 단계 1과 단계 2는 영상복원 고속화를 위해 TIDSP 보드 (TMS320DM642 EVM)을 이용하여 구현하였으며, 단계 3은 사용자의 수동탐지를위해, PC 를 사용하여 구현하였다. 본 논문에서 제안된 기법을 고전 한국영화 2편 (자유만세와 로보트 태권 V)에 대하여 실험하였으며, 본 논문에서 제안한 자기상관 기반의 복원 시스템은 Bertalmio 인페인팅 기법과 비교하였으며, 주관적 화질 (MOS 테스트) 및 객관적 화질 (PSNR), 특히, 숙련된 복원기술자에 의한 복원과의 차이를 정의하는 복구품질 (RR)에서 향상된 결과를 보임을 확인하였다. Old archived film shows two major defects: line scratch and blobs. In this paper, we present a design and implementation of an automatic video restoration system for line scratches observed in archived film. We use autoregressive (AR) image model because we can make stochastic and specifically autoregressive image generation process with our PAST-PRESENT model and Sampling Pattern. We designed locality maximizing scanning pattern, which can generate nearly stationary time-like series of pixels, which is a strong requirement for a stochastic series to be autoregressive. The sampled pixel series undergoes filtering and model fitting using Durbin-Levinson algorithm before interpolation process. We designed three-stage film restoration system, which includes (1) film acquisition from VHS tapes, (2) simple line scratch detection and restoration, and (3) manual blob identification and sophisticated inpainting scheme. We implemented film acquisition and simple inpainting scheme on Texas Instruments DSP board TMS320DM642 EVM, and implemented our AR inpainting scheme on PC for sophisticated restoration. We experimented our scheme with two old Korean films: "Viva Freedom" and "Robot Tae-Kwon-V", and the experimental results show that our scheme improves Bertalmio's scheme for subjective quality (MOS), objective quality (PSNR), and especially restoration ratio (RR), which reflects how much similar to the manual inpainting results.

Phase dependent disk averaged spectra and light curve of the Earth as an habitable exoplanet : Ray-tracing based simulation using 3D optical earth system model

류동옥,김성환,성세현,Ryu, Dongok,Kim, Sug-Whan,Seong, Sehyun 한국천문학회 2012 天文學會報 Vol.37 No.2

Previously we introduced ray-tracing based 3D optical earth system model for specular and scattering properties of all components of the system (i.e. clear-sky atmosphere, land surfaces and an ocean surface). In this study, we enhanced 3-dimensional atmospheric structure with vertical atmospheric profiles for multiple layer and cloud layers using Lambertian and Mie theory. Then the phase dependent disk averaged spectra are calculated. The main results, simulated phase dependent disk averaged spectra and light curves, are compared with the 7 bands(300~1000nm) light curves data of the Earth obtained from High Resolution Instrument(HRI) in Deep Impact spacecraft during Earth flyby in 2008. We note that the results are comparable with the observation.

Collaborative Stepwise Movement of Mobile Sensor Nodes for Energy Efficient Dynamic Sensor Network Coverage Maintenance

한녹손,김성환,Han, Ngoc-Soc,Kim, Seong-Whan Korea Information Processing Society 2009 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.16 No.4

무선센서네트워크는, 다수의 센서노드가 넓은 지역에 배치되어 자신의 전원에 의해 동작하고 다른 센서노드와 협력하여 환경검침 또는 물리량 검침을 수행하는 무선네트워크로 정의한다. 각각의 센서노드들은 자신의 배터리전원소모를 최소화하여, 장기간 사용할 수 있어야 하며, 센서 노드를 적절하게 배치하여 전체 네트워크 커버리지를 제공할 수 있어야 무선센서네트워크의 수명을 늘일 수 있다. 초기 센서노드의 배치로는 센서들의 배터리 수명 등의 이유로 제약이 있으며, 모바일센서노드는 센서가 이동하여 새로운 커버리지를 제공함으로써, 이러한 제약조건을 완화할 수 있다. 본 논문에서는 perimeter coverage property를 만족하는 모바일 센서들의 단계적인 이동을 통한 커버리지 제공기법을 제안한다. 각각의 모바일 센서노드들은 이웃한 센서노드들이 dead 노드인지 판단하게 되며, dead 노드인 경우, 센서네트워크의 커버리지 hole을 만드는지 여부를 판단한 후, 각각의 모바일 센서노드들은 hole의 중심점을 계산하고, 관련된 센서노드들이 협동하여, 단계적으로이동하여, 최종 hole을 커버하는 새로운 센서네트워크를 형성하게 된다. 본 제안기법을 시뮬레이션하여 DCM 기법과 비교한 결과, 에너지 효율을 결정하는 전체 움직임거리 측면에서 최소 50% 이상의 성능향상을 보임을 확인하였다. Wireless Sensor Network (WSN) is a wireless network consisting of spatially distributed autonomous devices, using sensors to cooperatively monitor physical or environmental conditions. WSNs face the critical challenge of sustaining long-term operation on limited battery energy. Coverage maintenance has been proposed as a promising approach to prolong network lifetime. Mobile sensors equipped with communication devices can be leveraged to overcome the coverage problem. In this paper, we propose a stepwise movement scheme using perimeter coverage property for the coverage maintenance problem. In our scheme, each sensor monitors neighboring dead nodes, determines vulnerable node (i.e. dead node which makes uncovered area), computes the center of uncovered area HC, and makes a coordinated stepwise movement to compensate the uncovered area. In our experimental results, our scheme shows at least 50 % decrease in the total moving distance which determines the energy efficiency of mobile sensor.

H.264 비디오 표준에서의 칼만 필터 기반의 움직임벡터 복원

고기홍,김성환,Ko, Ki-Hong,Kim, Seong-Whan 한국정보처리학회 2007 정보처리학회논문지D Vol.14 No.7

MPEG-2, MPEG-4, H.263, H.264 와 같은 부호화 표준은 비디오 영상을 압축하여 대역폭이 제한된 유/무선 통신 시스템을 통하여 전송한다. 통신 시스템에서 고압축률의 비트스트림은 채널 잡음 (channel noise)에 민감하여, 채널 잡음으로 인한 오류가 발생하기 쉽다. 이러한 오류는 수신부에서 디코딩할 때 비디오 영상을 심각하게 왜곡시키게 된다. 본 논문에서는 수신부 단에서 오류를 복원하는 기법 (decoder error concealment) 중 손상된 움직임벡터를 복원하는 기법을 제안한다. 본 논문에서는 손실된 움직임벡터를 예측하기 위하여 인접 블록들의 움직임 벡터를, 예측필터의 일종인 칼만 필터의 입력 치로 사용하여, 손실된 움직임벡터의 최적 예상치를 만들어 손상된 움직임벡터를 복구하게 된다. H.264 비디오 코딩을 적용한 표준 테스트 영상에 대하여, 손실된 MVD (motion vector difference) 값을 0 으로 대체한 뒤, H.264 비디오 코딩에서 사용하고 있는 기본 움직임벡터 예측만을 사용한 경우와 본 논문에서 제안한 칼만 필터를 사용한 복원기법을 비교하였으며, 복원된 움직 임벡터와 원래 움직임벡터 값과의 차이를 나타내는 오차율을 비교한 결과 제안된 기법의 오차율이 평균 0.91 - 1.12 정도의 정확도가 향상된 것을 확인할 수 있다. Video coding standards such as MPEG-2, MPEG-4, H.263, and H.264 transmit a compressed video data using wired/wireless communication line with limited bandwidth. Because highly compressed bit-streams is likely to fragile to error from channel noise, video is damaged by error. There have been many research works on error concealment techniques, which recover transmission errors at decoder side [1, 2]. We designed an error concealment technique for lost motion vectors of H.264 video coding. In this paper, we propose a Kalman filter based motion vector recovery scheme, and experimented with standard video sequences. The experimental results show that our scheme restores original motion vector with more precision of 0.91 - 1.12 on average over conventional H.264 decoding with no error recovery.