보행보조로봇의 조향 편리성 향상을 위한 사용자의 선속도 및 회전각속도 검출 기법

김병철 한국산업기술대학교 일반대학원 2016 국내석사

본 논문에서는 신체의 노화로 인해 보행활동이 제한되는 고령자가 사용하는 보행보조로봇의 조작 편리성 향상을 위해 기존 보행보조로봇의 조작 기법인 보행의지 기법과 융합이 가능한 보행상태 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 보행의지 기법은 사용자가 핸들바를 파지하고 있는지 여부를 파악하고 그에 따라 사용자의 보행의지를 판별하는 단순 트리거 신호로 사용한다. 또한 보행의지 기법에 융합이 가능한 보행상태 기법은 사용자의 다리 움직임을 파악하는 것을 기초로 하는 연구와 같이 레이저 거리 측정 장치를 사용하며, 이를 통해 검출된 사용자의 선속도와 회전각속도를 보행보조로봇 중심의 선속도와 회전각속도로 사용하는 기법이다. 본 논문에서 제안하는 기법을 수행하기 위해 2차원 거리 감지 센서인 레이저 거리 측정 장치(LRF, laser range finder)를 이용하여 사용자의 양측 다리 중심점을 추정하고, 이를 이용하여 사용자의 선속도와 회전각속도를 산출하기 위한 가상의 인체중심점 검출 기법을 제안한다. 검출된 인체중심점의 종축 성분과 횡축 성분을 이용하여 사용자의 선속도와 회전각속도를 산출하는 알고리즘을 제안한다. 또한, 본 논문에서 제안하는 사용자의 선속도와 회전각속도의 효용성 검증을 위해 사용자의 선속도 및 회전각속도와 보행보조로봇 중심의 선속도 및 회전각속도를 비교 분석하는 실험을 진행했다. 실험 결과 사용자와 보행보조로봇 중심 간에 선속도와 회전각속도의 오차율은 각각 1%와 2.77%로 나타냈으며, 이는 사용자의 선속도와 회전각속도를 보행보조로봇의 양측 구동기 속도 산출기에 적용이 가능한 것으로 확인했다. 이를 통해 본 논문에서 제안하는 보행의지 기법과 보행상태 기법을 융합한다면 사용자가 보행보조로봇에 끌려가는 현상과 조작 미숙으로 인한 오작동 등이 예방 가능할 것으로 확인되었다.

협동로봇 디자인 개발에 관한 연구

김준석 한국산업기술대학교 일반대학원 2019 국내석사

최근 4차 산업혁명이 크게 대두되면서 산업용 로봇은 새로운 패러다임의 변화를 겪고 있다. 첫 번째로 고속 네트워크 기술과 휴먼인터페이스, 인공지능, VR, 사물 인터넷 기술 등이 높아지면서 로봇과 기술이 융합하여 생산시스템 전반에서 역할을 담당하여 새로운 환경을 만들어 내고 있다. 그중에서 가장 이슈가 되고 있는 협동로봇은 인간과 로봇이 협업하여 작업 편의성을 돕는 로봇으로 인식되고 있으며 현재 선진 각국에 핵심 유망기술로 각광 받고 있는 아이템이다. 때문에 스마트 자동화로 인해 사람들의 인식이 변화하여 협동로봇에 대한 기술이 가속화 되고 디자인에 대한 연구가 이루어지고 있다. 협동로봇의 기술이 발전하고 연구가 활발히 진행되면서 최근 ISO(국제표준화기구)에서 안전 요건에 관련된 표준규격(ISO/TS 15066)을 발표하였고 로봇과 인간의 안전 운영에 대한 각 기업들의 기술이 평준화가 이루어지고 있다. 또한 기존 산업용 로봇과 다르게 협동로봇은 비용이 저렴하고 다양한 공간에서 운영할 수 있어 중소기업을 타겟으로 한 로봇이다. 따라서 기술적 평준화 추세와 중소기업을 타겟으로한 새로운 시장에서 경쟁사들 간의 차별화되고 글로벌 경쟁력을 높일 수 있는 방안으로 디자인의 대한 연구가 보다 중요하다. 본 연구는 중소기업의 글로벌 경쟁력을 높일 수 있는 협동로봇 디자인 개발을 목표로 하며, 첫 번째로 협동로봇의 개념과 현황에 대해서 알아보고 구조와 기능, 개발사례를 조사하고 디자인 경향을 분석하였다. 두 번째로 디자인 경향을 바탕으로 용도에 따른 크기와 구조 설계, 형태, 컬러를 이미지 포지셔닝(Image positioning)을 통해 분석하여 디자인 컨셉(Concept)을 도출하였다. 세 번째로 도출한 디자인 컨셉(Concept)을 바탕으로 아이디어 스케치를 진행하였고 설문조사를 통해 최종디자인을 선정하여 구조 설계와 컬러를 적용하여 3차원의 3D모델링과 3D렌더링을 진행하였고 협동로봇 디자인을 제안하였다. 제안한 디자인 결과물로 목업(Mock -up)을 제작하여 최종 테스트를 진행하였다. 본 연구는 협동로봇 분석과 로봇디자인 개발을 통하여 높은 기술력과 안전성뿐만 아니라 디자인적 측면에서 중소기업이 새로운 글로벌 강자로 부상할 수 있는 협동로봇 디자인을 제안하고자 하였다. 따라서 형태, 컬러, 구조가 고려되어져야 하며, 경쟁력을 높일 수 있는 협동로봇 디자인 제작에 밑바탕이 되는데 의의를 둔다.

단일 센서 기반 외골격 로봇의 사용자 근력 보조를 위한 골반 움직임 기반 인터페이스 기법에 관한 연구

강세훈 한국산업기술대학교 일반대학원 2021 국내석사

고령자의 보행 지원을 위해 부피와 무게가 가벼운 고관절 기반 외골격 로봇의 사용이 대표적이다. 그러나 고관절 기반 외골격 로봇은 고령자의 보행 보조를 위해 양측 고관절 각도 측정 및 보행 속도 측정용 관성센서 또는 보행 주기 파악을 위한 FSR센서 등 센서 융합을 통해 보행 단계를 구분한다. 이러한 복수개의 센서를 사용하는 것은 시스템의 제어 복잡성이 증가하며 제작 비용의 상승으로 보급화가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 본 논문에서는 하나의 센서를 사용하여 보행 단계를 검출하는 단일 센서 기반 보행 단계 검출 알고리즘을 제안하였으며, 이를 위해 골반 각도의 특징을 이용하였다. 제안하는 기법은 보행 중 사용자의 골반 각도의 변화를 통해 초기 접지기와 말기입각기, 전유각기를 검출하고 이에 따라 유한상태기계의 상태전이조건을 제시하였으며, 유한상태기계의 상태의 보행 단계에 따라 근력 보조를 하기 위해 직렬탄성구동기가 적용된 단일 관절 하지 외골격 로봇의 구동기 제어 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 보행단계 검출 기법의 정확도 검증을 위해 FSR센서 기반의 별도 족압 시스템을 통해 비교 검증하였다. 그 결과 초기 접지기는 약 97% 전유각기는 95%의 결과를 보였다. 또한, 구분된 보행 단계별로 근력 보조의 효용성 검증을 위해 에너지 소비량과 상관관계에 있는 심박수를 통해 확인하였으며, 그 결과 평균 ~3bpm정도 감소하여 근력 보조의 효과를 검증하였다. 제안하는 골반 각도 기반 보행 단계 검출 기법은 단일 관절 하지 외골격 로봇에서 사용되기 적합하다고 판단되며, 이후 다양한 보행 환경에서도 사용될 수 있을 것이라 기대된다.

3차원 질화갈륨 구조의 극성, 반극성, 비극성 면에 따른 인듐질화갈륨 양자점의 성장에 관한 연구 : Study on the growth of InGaN quantum dots depending on the polar, semipolar and nonpolar planes of three-dimensional GaN structures

박동휘 한국산업기술대학교 일반대학원 2017 국내석사

지난 수년간, 3족 질화물계 양자점 (quantum dot)은 발광 다이오드 (Light-emittind diodes), 레이저 다이오드 (Laser diodes) 등의 광전소자 분야의 잠재적 응용물질로써 각광받아왔다. 인듐질화갈륨 양자점은 인듐질화갈륨 양자우물 (quantum well)에 비하여 높은 이송자 구속으로 인하여 내부양자효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 인듐 함량이 가능한 인듐질화갈륨 구조를 만들 수 있다. 이러한 장점들로 인해 인듐질화갈륨 양자점은 많은 연구 집단에서 연구되어왔다. 현재까지, 대부분의 연구집단은 (0001) 방향의 질화갈륨 템플릿위에 성장된 인듐질화갈륨 양자점의 성장에 초점을 맞춰왔다. 몇몇 집단은 질화갈륨 피라미드 구조의 꼭짓점 또는 양자우물 내 형성된 양자점에 관한 연구를 진행해왔다. 그리고, 일부 집단만이 나노막대, 나노선 등의 나노구조의 비극성 면에 형성된 인듐질화갈륨 양자점의 성장에 관해 연구를 진행해왔다. 하지만, 3차원 질화갈륨 구조의 다양만 극성을 갖는 면 위에 동시에 성장된 인듐질화갈륨 양자점의 성장에 관한 연구는 현재까지 발표된 바 없다. 3차원 질화갈륨 구조 성장 시 다음과 같은 이점이 존재한다. 먼저, 대부분의 3차원 구조는 에피텍시얼 수평 과성장 (Epitaxial Lateral Overgrowth) 법을 통해 성장되기 때문에, 저결함의 에피택시얼 층을 얻을 수 있게 된다. 두 번째로는 3차원 질화갈륨구조는 여러 성장면을 갖게 되는데, 여러 성장면이 존재하는 구조에서는 각각의 면에서의 이송자 확산정도가 다르기 때문에 인듐질화갈륨 박막을 성장하게 될 경우 인듐질화갈륨 박막 내의 인듐 함량과 두께가 위치별로 달라지게 됨으로써 다양한 파장의 빛을 발광할 수 있게 된다. 인듐질화갈륨 양자점은 인듐질화갈륨 박막과 질화갈륨 박막 사이에서 발생하는 응력을 완화시키기 위해 형성되는 구조이기 때문에, 여러 성장면을 갖는 3차원 질화갈륨 구조위에서 양자점을 성장하게 될 경우 각각의 면에서 구조적, 조성적, 광학적 특성의 차이가 인듐질화갈륨 박막에 비해 훨씬 크게 나타날 것으로 예상된다. 본 연구에서는 유기금속화학기상증착법 (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)을 통해 (0001) 극성, (11-22) 반극성, (11-20) 비극성 면을 갖는 3차원 질화갈륨 구조위에 동시에 형성된 인듐질화갈륨 양자점의 성장에 관해 보고한다. 최적화된 인듐질화갈륨 양자점의 성장 조건을 확보하기 위하여 유기금속 소스량, V/III 비, 성장 멈춤 시간에 대한 체계적인 연구를 수행하였다. 이러한 과정을 통해 작은 크기와 높은 밀도를 갖는 적절한 인듐질화갈륨 양자점의 성장 조건을 최적화하였다. 추가적으로, 각각의 면의 비율이 적절하고 경면을 갖는 3차원 질화갈륨 구조의 성장 조건에 대한 연구도 동시에 진행하였다. 마지막으로, 최적화된 인듐질화갈륨 양자점 성장 조건을 3차원 질화갈륨 조건에 적용하였다. 본 연구에 적용된 융합구조의 구조적 특성은 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy), 원자력현미경 (Atomic Force Microscopy), 고해상도투과전자현미경 (High Resolution-Transmission Electron Microscopy), 주사투과전자현미경 (Scanning Transmission Electron Microscopy)로 관찰되었다. 조성적 특성은 주사투과전자현미경-에너지분산형분광분석법 (Scanning Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)를 통해 관찰되었다. 마지막으로 광학적 특성은 광 루미네선스 (Photoluminescence), 음극선 루미네선스 (Cathodoluminescence) 저온 광 루미네선스(Low Temperature-Photoluminescence)를 통해 관찰되었다. In recent years, III-Nitride based quantum dots (QDs) have been attracted for potential applications in optoelectronic devices such as light-emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs) and so on. InGaN quantum dots have the potential to enhance the internal quantum efficiency of the device by its higher carrier confinement than InGaN quantum wells (QWs). Also, high indium incorporated InGaN structures can be grown using InGaN QDs. Due to these advantages, InGaN QDs have been investigated by many research groups. So far, most of them have focused on the growth of InGaN QDs grown on (0001) GaN templates. Some of them have studied InGaN QDs formed on the apex of the GaN pyramid or dot-in-well structure; InGaN QDs embedded in InGaN QWs structure. And a few groups have investigated the growth of InGaN QDs formed on nonpolar plane of nanostructures such as nanorods (NRs), nanowires (NWs). However, there has been no report on the growth of InGaN QDs simultaneously formed on various polarity facets of 3D GaN structures. There are several advantages in the growth of 3D GaN structures. Firstly, most of these structures are grown through epitaxial lateral overgrowth (ELO) method. This method is a superior technique to obtain low defect epitaxial layers. Secondly, 3D GaN structures have multi-facets. On multi-facet structure, InGaN layer have variations in thickness and indium compositions due to different diffusivity of indium and gallium adatoms at each facet. As InGaN QDs are formed from InGaN layer to relax the stress between InGaN/GaN interface, the difference in structural, compositional and optical properties of InGaN QDs formed on each facet will be bigger than those of InGaN layer. In this study, we report the growth of InGaN QDs simultaneously formed on 3D GaN structure which have (0001) polar, (11-22) semipolar and (11-20) nonpolar plane using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) system. To modify the optimized growth conditions of InGaN QDs, we performed a systematic studies on the metal-organic source flow rate, V/III ratio, growth interruption time. Through these performances, we optimized the proper growth conditions for InGaN QDs which have small sizes and high density. Additionally, we have studied the growth conditions of three-dimensional (3D) GaN structures for the proper ratio of each plane and mirror-like surfaces. Finally, we have adapted the optimized growth conditions of InGaN QDs to 3D GaN structures. The structural properties of this combined structure were observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) and High Resolution-Transmission Electron Microscopy (HR-TEM) and Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM). The compositional properties were observed by Scanning Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (STEM-EDS) and the optical properties were observed by Photoluminescence (PL), Cathodoluminescence (CL) and Low Temperature Photoluminescence (LT-PL).

중국 및 일본의 에너지 및 대기 정책 시나리오별 배출 전망 분석

박근혜 건국대학교 대학원 2023 국내석사

아시아의 급속한 경제성장, 많은 인구로부터 비롯된 강력한 인위적 활동 및 높은 에너지 소비로 인한 환경 오염 문제는 많은 주목을 받고 있다. 우리나라의 경우, 지리 기상학적인 특성상 동아시아 주변 국가들에서 발생된 다양한 오염물질들이 이동되어 국내에서 발생된 오염물질들과 함께 고농도 오존 및 미세먼지 오염을 유발시키는 등 국내 대기질에 심각한 영향을 미치고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 우리나라 주변국의 대기오염물질 배출원을 체계적으로 정리하여 배출원별 대기오염 배출량 자료를 구축하는 연구들이 수행되었다. 그중에 AQNEA 연구에서 IIASA의 통합평가모형인 GAINS를 이용하여 우리나라 주변국 에너지 및 대기 정책 시나리오별 배출 전망 인벤토리가 작성되었다. 그래서 본 연구에서는 탄소중립 시나리오까지 반영되어있는 AQNEA 인벤토리를 활용하여 우리나라 주변국인 중국과 일본의 미래 배출량을 전망하고 그에 원인이 되는 대기오염 정책을 분석했다. AQNEA 미래 전망 배출량은 한국, 일본과 중국 연구팀이 에너지 경제 통합평가모형을 활용하여 작성하였다. 에너지 전망은 일본과 중국이 각각 정의한 BAU시나리오인 Baseline 시나리오와 NET-Zero 시나리오, 그리고 국가별 중간 수준의 시나리오(e.g. SDS 시나리오)를 작성하고 기본적인 시나리오 가정은 공통적으로 SSP 2 (Shared Socioeconomic Pathways 2)를 전제로 하여 시나리오가 작성되었다. 이러한 에너지 전망에 대기 정책 시나리오인 CLE와 MFR 시나리오가 합쳐지면서 에너지 및 대기 정책 시나리오 전망 배출량이 작성되는데 본 연구에서는 중국와 일본을 대상으로 CO2, CO, SO2, NOx, NH3, VOC, PM2.5 오염물질에 대한 배출전망을 분석 했다. CO2 배출 전망에서는 중국은 산업 연소 부문 일본은 발전 부문에서 감소량이 많았으며, CO의 배출 전망에서는 중국은 산업 연소에서 일본은 비도로이동오염원에서 감소량이 높았다. NOx 배출 전망에서는 중국의 경우 산업 연소에서 저감이 높았고 일본이 경우 비도로오염원에서 많은 감소를 전망하였다. PM2.5 배출 전망에 있어서 중국은 가정 상업 부문에서 감소량 크고 일본은 산업 연소의 감소가 PM2.5 감소를 주도 했다. 중국과 일본이 탄소중립을 달성하기 위해 NZE로 시나리오에서 많은 저감량을 보여줬는데 특히 일본에서는 CO2, SO2 배출량이 최대 73% 저감율 보였으며, 중국은 NZE_MFR 2050년 시나리오에서는 CO, SO2, NOx, PM2.5, 물질이 BAS_CLE의 2020년 배출량의 90%가 넘는 저감율을 보였다. 중국, 일본의 미래 배출 전망에서 추가적으로 저감 계획이 필요하다면 대기오염물질 VOC와 NH3이라 판단된다. 저감 기술이 다른 부문보다 적용율이 낮아 다른 오염물질에 비해 상대적으로 저감율이 낮게 전망되었다. 이렇게 분석된 인벤토리는 대기질의 문제를 해결하기 위한 대기오염 문제와 대기오염-기후변화 유발 원인의 과학적인 근거가 될 수 있으며, 배출량과 대기 정책이 담긴 여러 가지의 시나리오 배출목록은 장·단기 미래 배출에 대한 관리방안 수립에 도움을 줄 수 있다고 판단했다. Asia's rapid economic growth, strong anthropogenic activities from large populations, and environmental pollution due to high energy consumption are receiving much attention. In the case of Korea, due to geometeorological characteristics, various pollutants generated in neighboring countries in East Asia are moved and have a serious impact on domestic air quality, such as causing high-concentration ozone and fine dust pollution together with domestic pollutants. In order to solve this problem, studies have been conducted to systematically organize the emission sources of air pollutants in neighboring countries of Korea and to establish air pollution emission data by emission source. Among them, in the AQNEA study, IIASA's integrated evaluation model, GAINS, was used to create an emission forecast inventory for each energy and atmospheric policy scenario in neighboring countries in Korea. Therefore, in this study, by using the AQNEA inventory, which even reflects the carbon-neutral scenario, the future emissions of China and Japan, which are neighboring countries of Korea, were predicted and the air pollution policies that caused it were analyzed. The AQNEA future projection emissions were prepared by a research team from Korea, Japan and China using the Energy Economy Integrated Assessment Model. For the energy forecast, the BAU scenario defined by Japan and China, the Baseline scenario and the NET-Zero scenario, and the mid-level scenario by country (e.g. SDS scenario) are prepared, and the basic scenario assumption is SSP 2 (Shared Socioeconomic Pathways 2) in common. The scenario was written based on the premise. As the CLE and MFR scenarios, which are atmospheric policy scenarios, are combined with these energy forecasts, the energy and atmospheric policy scenario forecast emissions are created. In this study, CO2, CO, SO2, NOx, NH3, VOC, PM2.5 pollutants for China and Japan We analyzed the emission projections for In the CO2 emission forecast, the reduction in industrial combustion in China and in the power generation sector in Japan was large. In the CO emission forecast, the reduction in industrial combustion in China and non-road transport pollutants in Japan was high. In terms of NOx emission projections, in the case of China, the reduction was high in industrial combustion, and in the case of Japan, a large reduction was expected in non-road sources. In terms of PM2.5 emission projections, China has a large reduction in the household and commercial sector, while Japan's decrease in industrial combustion has led to PM2.5 reduction. In order to achieve carbon neutrality, China and Japan showed a large amount of reduction in the scenario with NZE. In particular, CO2 and SO2 emissions in Japan showed a reduction rate of up to 73%, and in China, CO, SO2, NOx, PM2.5 , the substance showed a reduction of more than 90% of BAS_CLE's 2020 emissions. If additional reduction plans are needed in the future emission forecasts of China and Japan, it is judged that air pollutants VOC and NH3 are required. The reduction rate was expected to be relatively low compared to other pollutants because the reduction technology was less applied than other sectors. The inventory analyzed in this way can serve as a scientific basis for air pollution problems and causes of air pollution-climate change to solve air quality problems. In addition, it was determined that a multi-scenario emission inventory with emissions and standby policies could help establish management plans for long-term and short-term future emissions.

고해상도 위성영상의 Non-Subsampled Contourlet Transform 영역 내 학습 기반 상대 방사보정

서대교 건국대학교 대학원 2021 국내박사

Due to the development of remote sensing data, the possibility and availability of high-resolution satellite imagery have been increased, so that the demand for multi-temporal satellite image analysis is increasing. In order to perform multi-temporal satellite image analysis, it is necessary to minimize the difference in brightness values for pixels exhibiting spectral invariant characteristics, which can be performed through radiometric normalization. In particular, relative radiometric normalization, which selects an image as reference and matches the brightness values according to the radiometric characteristics, is generally used. Relative radiometric normalization assumes that pixels corresponding to the same position have a linear relationship. However, the Earth’s surface is composed of natural and artificial features that exhibit non-linear characteristics, and most of the remote sensing data are non-linearly distributed. Especially, changes caused by vegetation are typical characteristics including non-linearity. In addition, in the case of the high-resolution satellite imagery with geometric correction, pixels at the same position may be included in different objects due to geometric distortion such as relief displacements, which may cause definition of relationships between different objects and spectral distortion. Furthermore, since a single pixel does not contain sufficient information, features other than the pixel must be considered in order to establish a relationship including sufficient information. This study aims to improve these aforementioned issues and generate an image normalized radiometric and phenological characteristics. The proposed relative radiometric normalization method applies a non-subsampled contourlet transform (NSCT) to decompose the image into frequency and normalizes the low-frequency component. In addition, phenological normalization is performed by considering the spectral index as a complementary feature. Relationship is established to include non-linearities, and an extreme gradient boosting (XGBoost) regression model is used. The proposed relative radiometric normalization method was applied to satellite imagery acquired from KOMPSAT-3A, WorldView-2, -3, GeoEye-1 sensors. The images acquired from a single sensor were analyzed visually and quantitatively by comparing with the conventional relative radiometric normalization methods. As a result of visual analysis of the experimental images, it was confirmed that the proposed method not only normalized the global and local radiometric characteristics, but also normalized to include the phenological characteristics of the reference image. For the evaluation indices, normalized root mean squared error (NRMSE), correlation coefficient (CC), and 1D-structural similarity metric (SSIM) were used. As a result of quantitative analysis, NRMSE, CC, and 1D-SSIM improved by 1.32-16.74%, 0.22-6.50%, and 0.94-11.42%, respectively, and thus it represented to be superior both visually and quantitatively. Moreover, additional verification was performed for heterogeneous sensors, in which the applicability to multi-sensor was verified by showing superior visual and quantitative results. In other words, it is confirmed that the proposed relative radiometric normalization is effective for high-resolution multi-temporal and multi-sensor satellite images. 원격탐사 데이터의 발전으로 인해 고해상도 위성영상의 취득 가능성과 가용성이 증대되었고 따라서 다중시기 위성영상 분석의 요구가 증가하고 있다. 다중시기 위성영상 분석을 수행하기 위해서는 분광적으로 불변 특성을 보이는 화소에 대한 밝기값 차이를 최소화해야하며 방사보정을 통해 수행될 수 있다. 특히 참조가 되는 영상을 선정하고 그 영상에서 나타나는 지표의 분광 특성에 맞추어 밝기값을 보정하는 상대 방사보정이 일반적으로 활용되고 있다. 상대 방사보정은 동일한 위치에 해당하는 화소는 선형적인 관계가 존재한다고 가정한다. 하지만 지구표면은 비선형적인 특성을 나타내는 자연지물과 인공지물로 구성되어 있으며, 대부분의 원격탐사 데이터는 비선형적으로 분포되어 있다. 특히 식생으로 인한 변화는 비선형성을 포함하는 대표적인 특성이다. 또한, 고해상도 위성영상의 경우 기하보정이 수행되어도 기복변위 등의 기하적인 왜곡으로 인해 동일 위치의 화소가 서로 다른 객체 내에 포함될 수 있으며, 이는 서로 다른 객체 간의 관계 정의로 인해 분광적인 왜곡을 야기할 수 있다. 뿐만 아니라 단일 화소의 경우 충분한 정보를 담지 못하고 있기 때문에, 충분한 정보를 포함한 관계를 수립하기 위해서는 화소 이외의 특징을 고려해야한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선하여 방사 및 식생의 계절적 특성이 보정된 영상을 생성하고자 하였다. 제안하는 상대 방사보정 기법은 NSCT(non-subsampled contourlet transform)를 적용하여 영상을 대역별로 분해하여 저주파 성분에 대하여 보정이 이루어졌다. 또한, 분광지수를 보완적인 특징으로 고려하여 식생의 계절적 특성에 대한 보정이 이루어지도록 하였다. 관계 수립은 비선형성을 포함하도록 하였으며, XGBoost(extreme gradient boosting) 회귀모델이 활용되었다. KOMPSAT-3A, WorldView-2, -3, GeoEye-1 위성영상에 제안하는 상대 방사보정 기법을 적용하였으며, 동종센서로부터 취득된 위성영상에 대하여 기존의 상대 방사보정 기법들과 비교함으로써 시각적 및 정량적으로 분석하였다. 실험영상 대상으로 시각적으로 분석한 결과, 본 상대 방사보정 기법은 전역적 및 지역적 방사특성을 보정하고, 식생의 계절적 특성을 참조 영상과 유사하게 보정하는 것을 확인할 수 있었다. 평가지수의 경우 NRMSE(normalized root mean squared error), CC(correlation coefficient), 1D-SSIM(structural similarity metric)이 활용되었으며, 정량적으로 분석한 결과, NRMSE는 1.32-16.74%, CC는 0.22-6.50%, 1D-SSIM은 0.94-11.42% 향상된 결과를 나타내었고, 따라서 시각적 및 정량적 평가에서 우수함을 나타내었다. 또한, 이종센서에 대하여 추가적인 검증이 이루어졌으며, 시각적 및 정량적으로 우수한 결과를 나타내어 다중센서에 대한 적용 가능성을 검증하였다. 즉, 제안하는 상대 방사보정은 고해상도의 다중시기 및 다중센서 위성영상에 대해 효과적임을 확인하였다.

다중선형회귀기반 Landsat영상 모의에서 참조영상의 계절조건에 따른 비교 실험 연구

백근우 건국대학교 대학원 2021 국내석사

시계열 자료 제작에 있어 많이 활용되는 광학 영상의 경우 구름과 같은 기상조건에 많은 영향을 받으므로 영상 확보가 어렵다. 시계열 데이터를 이용한 기후변화와 식생에 관련한 연구와 모니터링에 있어 이러한 특정 시기의 광학 영상을 필요로 하고 이를 위한 대안으로 모의 영상 제작이 있다. 본 연구는 특정 시기의 영상을 모의하는 데 있어 사계절 데이터를 모두 활용하여 모의하는 것과, 인접 3개월 데이터만을 활용하여 모의한 결과를 비교 분석하였다. 모의 영상 제작 방법으로는 다중 선형회귀를 기반으로 많은 수의 영상을 활용하여 모의하는 방법을 사용하였다. 실험 결과 계절적으로 식생의 변화가 많은 5월 및 10월을 타겟으로 모의하는 경우 사계절 영상을 활용하는 것이 모의 성능이 높았고, 계절적으로 식생의 변화가 적은 8월의 경우 주변 3개월 영상만 사용했을 때 모의 성능이 높게 나왔다. 따라서, 특정 시기의 영상을 모의하는 데 있어 계절적으로 식생의 변화가 적은 시기의 경우 주변 시기의 최신 영상만을 적용하는 것으로도 좋은 결과가 나오는 것을 입증하였다. In the case of optical images, which are widely used in the production of time series data, it is difficult to secure images because they are influenced by weather conditions such as clouds. In the study and monitoring of climate change and vegetation using time series data, optical images of this specific period are required, and simulation image production is an alternative to this. This study compared and analyzed the simulation results using all four seasons data and only the adjacent 3 months data to simulate images of a specific period. The simulation method was used to simulate the image using many images based on multiple linear regression. The experimental results showed that the simulation performance of using four seasons images was high when the target was simulated in May and October, when the vegetation changes were frequent seasonally, and the simulation performance was high, when only the three-month images were used around August, when the vegetation changes were small seasonally. Therefore, it was proved that the best results were obtained by applying only the latest images of the surrounding period when the vegetation changes are low in simulating images of a specific period.

형태분석법을 이용한 협동로봇 디자인 적용 가능성에 관한 연구

국화연 한국산업기술대학교 일반대학원 2020 국내석사

The present industrial society has made a myriad of developments with a wide range of advanced technologies based on the fourth industrial revolution. Starting with the industrial revolution of the 18th century, robots have become the driving force of the industry and are now being developed in various forms and functions. In the manufacturing industry, industrial robots have been a big and dangerous substitute for human work in the past. However, cooperative robots that are industrial robots that can be collaborated with human beings are attracting attention due to the convergence with various advanced technologies. Cooperative robots, which are still forming an immature market, are now exploding in robotics. Development history has been in the manufacturing industry, but beyond that, it is applicable to most areas where humans need help. In addition to large enterprises, many SMEs are entering this cooperative robot market. Thus, the market competitiveness of cooperative robots is considered important.  In order to enhance the market competitiveness of cooperative robots, this study aims to research and develop 'design' of cooperative robots. Morphological Analysis is used as the main research method to systematically derive the existing cooperative robot design and other new cooperative robot designs. Using morphological analysis, a means of approach to organizational creation activities, the objective is to objectify the design elements that make up the cooperative robot and to derive new design elements based on them. The derived elements are arranged and combined with each other to draw a conclusion, which has the advantage of being able to derive the new and different design as much as possible. Morphological analysis is used in various fields such as products, services, and marketing, because it is possible to derive a systematic result by combining many elements without missing out.  The start of this study is to find a way to make it easier for robot designers and robot-related engineers to access the cooperative robot design, especially based on the lack of the design of the cooperative robot of SMEs. Analyze existing design robots and apply design analysis method based on them. The systematic analysis method applied for cooperative robot design is processed to derive all cooperative robot designs. The purpose of this paper is to study the possibility that new design of cooperative robot can be derived by using morphological analysis. 현재의 산업사회는 4차 산업혁명을 바탕으로 여러 첨단 기술과 함께 넓은 범위의 무수히 많은 발전을 이루고 있다. 과거 18세기 산업혁명을 시작으로 로봇은 산업의 원동력이 되어 현재는 다양한 형태와 기능으로 개발되고 있다. 제조 산업 영역에서의 산업용 로봇은 과거 인간의 일을 대신 해주는 크고 위험한 존재였다. 하지만 현재 여러 첨단 기술과의 융합으로 산업용 로봇이지만, 인간과의 협업이 가능한 협동로봇이 주목받고 있다. 아직은 미성숙한 시장을 형성하고 있는 협동로봇은 현재 로봇 분야에서 폭발적인 인기를 끌고 있다. 개발 역사는 제조 산업 영역이었지만 이를 넘어 인간이 도움을 필요로 하는 대부분의 영역에 적용 가능하기 때문이다. 이러한 협동로봇 시장에 대기업 뿐만 아니라 많은 중소기업도 뛰어들고 있다. 이로써 협동로봇의 시장 경쟁력이 중요하게 여겨진다. 협동로봇의 시장 경쟁력을 높이기 위하여 본 연구에서는 협동로봇의 '디자인' 연구 개발을 목적으로 한다. 기존 출시된 협동로봇 디자인과 다른 새로운 협동로봇 디자인을 체계적으로 도출하기 위하여 형태분석법(Morphological Analysis)을 주된 연구 방법으로 사용한다. 조직적인 창조 활동으로 접근하는 수단인 형태분석법을 사용하여 협동로봇을 구성하는 디자인 요소를 최대한 객관화 시키고, 이를 기반으로 새로운 디자인 요소를 도출하는 것이 목표이다. 도출한 요소를 정렬하여 서로 조합하며 결론을 도출하게 되는데, 이는 새롭고 기존과 차별적인 디자인을 최대한 도출할 수 있다는 장점이 있다. 형태분석법은 제품을 비롯한 서비스, 마케팅 등 다양한 분야에서 사용되어지는데, 많은 요소를 빠트리지 않고 조합하여 체계적인 결과물을 도출할 수 있기 때문이다. 본 연구의 시작은 특히 중소기업의 협동로봇의 디자인이 부족하다는 점에 기반하여, 로봇 설계자나, 로봇 관련 엔지니어들도 협동로봇 디자인에 쉽게 접근할 수 있도록 하는 방법을 모색하는 데에서 시작한다. 기존 협동로봇을 분석하여 디자인 트렌드를 분석하여 이를 기반으로 형태분석법을 적용한다. 협동로봇 디자인 도출을 위해 적용한 형태분석법을 프로세스화 하여 체계적인 협동로봇 디자인을 모두 도출한다. 본 논문은 형태분석법을 이용하여 협동로봇의 새로운 디자인을 도출할 수 있다는 가능성 연구에 목표가 있다.

실무형 로봇 디자인 프로세스 개발에 관한 연구

이예윤 한국산업기술대학교 일반대학원 2022 국내석사

4차 산업혁명 시대가 도래함에 따라 AI와 인공지능을 포함한 전반적인 로봇 산업에 대해 여러 분야에서 관심도가 높아지고 있다. 특히 코로나 19의 영향으로 인해 로봇을 활용한 분야가 점차 확대되고 있는 실정이다. 로봇의 시장 규모는 그 사용범위에 따라 지속적으로 발달하고 있으며 단순히 대기업 뿐만 아니라 중소기업을 비롯한 다양한 분야에서도 로봇 산업에 주목하고 있다. 교육부에서는 AI와 빅데이터, 로봇과 같은 신기술 분야의 수요는 증가하고 있으나 공급이 부족하다는 점을 한계로 제언하였으며 미래 인재를 양성하기 위한 새로운 패러다임의 필요성을 강조하였다. 이에 4차 산업혁명과 관련된 새로운 프로세스 개편과 교과과정 제정, 특수 학과 개설 등의 변화양상을 내세웠다. 실무 현장에서는 로봇에 대한 전망이 어느 정도 두각을 드러내고 있고 이에 따라 로봇 디자인의 영역 또한 점차 확대되고 있다. 따라서 로봇 디자인에 대한 사회적 관심과 로봇 수요의 증가에 따른 전망에 주목하여, 본 연구에서는 현장실무에서 사용될 수 있는 로봇 디자인 프로세스 연구 개발을 목적으로 한다. 주 분야는 실무에서 사용되는 과정을 기반으로 하며, 기존에 시행되고 있는 로봇 설계와 로봇 디자인 프로세스를 조사하여 각 과정별 공통점과 특징을 도출한다. 이때 연구 목적에 부합하기 위하여 반드시 실무 중심의 프로세스를 연구 자료로 사용한다. 본 연구는 로봇 시장의 전망이 점차 확대되고 있으나 인재양성에는 다소 취약한 현 시점에 기반하여 로봇 디자인 프로세스를 개발하였다. 이에 기존 로봇 프로세스와 로봇 디자인 프로세스들을 요소별로 도출하고 현장실무 중심의 로봇 디자인 프로세스를 제안하고자 한다. With the advent of the Fourth Industrial Revolution, interest in the overall robot industry, including AI and artificial intelligence, has increased in various fields. In particular, the use of robots is expanding due to the influence of Corona 19. The size of the robot market continues to develop according to its scope of use, and not only large companies but also small and medium-sized companies are paying attention to the robot industry. The Ministry of Education emphasized the need for a new model for future human resources development, citing the growing demand for new technologies such as AI, big data, and robots. The fourth industrial revolution has changed, such as reorganizing new processes, establishing curricula, and opening special courses. The field of robot design is also expanding as the prospects for robots stand out to some extent. Therefore, the purpose of this study is to focus on the social interest in robot design and the prospect of increasing robot demand. Based on practical process, the existing robot design process will be analyzed to derive commonalities and characteristics for each process. In order to meet the research objectives, practical processes must be used as research data. This study will develop a robot design process for a human resource development system suitable for the rapidly growing robot market. Accordingly, the existing robot design processes will be derived from the commonalities and characteristics of each process, and a new robot design process focused on field practice will be proposed.

Open, Sharable, and Extensible Ecological Data Management : A Resource-Oriented Approach

강미란 건국대학교 대학원 2017 국내박사

생태 모니터링은 생태계 시공간의 상태를 관찰하여 변화를 확인하고 생태계를 평가하는 것을 목표로 합니다. 이러한 생태계의 변화를 이해하고 생태 연구에 대한 새로운 통찰력을 얻기 위해서는 장기간 축적 된 생태학적 데이터를 필요로 합니다. 또한 생태계를 관찰하는 과정과 활동에 대한 정보는 모니터링에서 얻은 데이터만큼 중요한바 이는 데이터를 해석하고 활용하는데 없어서는 안될 중요한 자산입니다. 본 논문에서는 대규모 수동 모니터링과 센서를 사용한 실시간 모니터링에서 수집한 데이터에 중점을 두고 이를 효과적으로 관리하여 관련 분야 연구자들에게 생태 데이터의 존재를 알리고 이를 공유하며 또한 새로운 연구에서 획득한 데이터와의 유연한 통합이 가능하게 하고자 합니다. 장기간 축적된 대량의 데이터는 다양한 연구, 정책 수립 및 생태적 관리를 위해 많은 기회를 제공합니다. 이러한 잠재력과 기회를 이해하고 활용하기 위해, 자원 지향 접근법에 기반한 OSAEM이라는 개방적이고 공유 가능하며 확장 가능한 생태 데이터 관리 시스템을 설계하였습니다. 이 시스템은 생태 데이터 모델 중심의 RESTful API를 기반으로 개발되었으며 실시간 모니터링 데이터에 대한 관리를 위해 센서 데이터 스트림 개념을 사용하였습니다. OSAEM을 통해 잠재적인 사용자들은 데이터 관리 시스템의 내부 설계에 대한 심층적인 이해가 없이도 사용할 수 있는 데이터의 종류, 데이터에 적용되는 데이터 모델 및 데이터에 제공되는 서비스에 대한 정보를 쉽게 찾을 수 있습니다. 또한 OSAEM 시스템의 데이터 서비스에 대한 인터페이스는 잘 정의되어 있으며 사용할 수 있기에 새로운 프로그램 (내부 분석 코드 또는 외부 정보 시스템)을 쉽게 개발하여있습니다. OSAEM 시스템은 데이터 세트의 변경 또는 확장을 쉽고 효율적으로 지원합니다. 이 RESTful API 기반 데이터 관리는 기존 데이터 공유에 비해 공개적으로 사용 가능한 API를 제공하기에 생태 데이터를 활용하는 소프트웨어의 개발에 유용합니다. 생태 데이터 모델의 각 엔터티를 리소스로 정의하여 명시 적으로 참조하며 URI 및 표현 스키마를 사용하여 개별적으로 관리합니다. RESTful API의 각 리소스에 대한 URI는 리소스를 식별할 뿐만 아니라 해당 리소스를 호출하는 서비스에도 사용됩니다. 또한 웹 브라우저를 포함한 단순한 일반 HTTP 클라이언트를 사용하여 데이터 세트에 쉽게 액세스 할 수 있습니다. 따라서 데이터 공유가 크게 단순화 될 수 있습니다. NAEMP 와 WISE 두 프로젝트를 위한 OSAEM 기반 응용 프로그램은 시스템을 구축함으로써 OSAEM 시스템의 자원 지향 접근법의 효율성과 다양한 시스템과의 통합 가능성을 검증하였습니다. OSAEM은 통합적인 데이터 관리를 지원해야 하지만 현재 두 프로젝트의 시스템은 별도로 구현되었으며 Amazon EC2 클라우드 서비스에서 테스트 중입니다. 현재 두 프로젝트의 웹 포털은 NAEMP의 경우 http://dms.cilabocilaboratory.org:8080/naemp/에서, WISE의 경우 http://dms.cilabocilaboratory.org:8080/wise/에서 확인할 수 있습니다. Ecological monitoring aims at evaluating ecosystem and checking its changes, by observing ecosystem status in space and time. To understand these ecosystem changes and gain new insights into ecological research, we need long-term accumulated ecological data. Also, information about the process and activities of observing ecosystems is as important as the data obtained from monitoring, which is an indispensable asset in interpreting and utilizing data. This dissertation focuses on datasets from large-scale monitoring and real-time monitoring that brings up particular challenges: management of tabular form of observation data and time series of sensor data, effective utilization of ecological data, and flexible integration with new datasets. The resource-oriented approach presented in this dissertation seeks to tackle these challenges with an open, sharable, and extensible ecological data management system called OSAEM. The system is developed based on an ecological data model and model-oriented RESTful API with a concept of sensor data stream for time series datasets. The OSAEM is intended to make the management of ecological monitoring data open, sharable, and extensible. The potential users can easily find information about what kind of data is available, what data models are applied to data, and what services are provided for data, without an in-depth understanding of the internal design of the data management system. New programs (e.g., internal analysis code or external information systems in other projects) can easily be developed to access datasets in the OSAEM system. The interface to data services in the OSAEM system is well defined and easy to use. The OSAEM system supports the extensions or changes to the datasets easily and efficiently. This RESTful API-based data management has shown important advantages over the traditional data sharing. The ecological data model in the publicly available RESTful API significantly facilitates the development of software to access the datasets. In the ecological data model, every entity or object in ecological monitoring is explicitly referenced and can be individually managed with URIs and representation schemas. The URIs for data objects in the RESTful API are used not only to identify data objects but also to invoke corresponding software services. Furthermore, datasets can be easily accessed with simple, generic HTTP clients including web browsers. Therefore, data sharing can be significantly simplified. The OSAEM-based applications for NAEMP and WISE two different projects are presented to verify the system and illustrated the efficiency of the resource-oriented approach and possibility of integration with other systems. Although OSAEM should support integrated data management, the system for both projects has been implemented separately and is being tested on the Amazon EC2 cloud service. Currently, the web portals for both projects are available at http://dms.cilabocilaboratory.org:8080/naemp/ for NAEMP and http://dms.cilabocilaboratory.org:8080/wise/ for WISE.