기후변화와 도시화로 인한 집중 호우와 불투수층 증가로 도시 홍수의 발생 빈도와 규모가 증가하고 있다. 인적, 물적 자원이 집중되어 있는 도시유역의 특성상 침수가 발생하면 이로 인한 직접적 피해 뿐만 아니라 사회경제적 2차 피해를 발생한다. 도시 홍수로 인한 피해를 줄이고 도시의 재해에 대한 회복력을 키우기 위해서는 관측과 더불어 정확한 모의 기술이 중요하다. 한편, 격자 기반 도시 홍수 모의는 집중 호우에 따른 침수의 시공간적 발생 양상을 물리적으로 해석하는 방법으로, 지표수-우수관거 이중배제 통합 모의, 수치기법, 병렬컴퓨팅, 수질 연계 모의 등의 측면에서 지금까지 많은 발전이 이루어져 왔다. 최근들어 원격탐사 기술의 발달로 공간해상도 1미터 수준 혹은 그 이상의 초고해상도 지형자료가 많은 지역에서 대해 가용해지고 있으며, 도시 홍수 해석에 이와 같은 초고해상도 자료를 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 초고해상도 지형 및 토지 피복 자료의 공간해상도가 침수해석에 미치는 영향을 분석한다. 도시침수의 두가지 주요 요인인 내수침수와 외수범람 중에서 극한 강우에 의한 내수침수해석 사례만을 주요 연구 범위로 한다. 초고해상도 입력자료의 격자기반 도수 해석 모형으로는 운동파 기반의 2차원 지표 흐름 해석 모형을 적용하고, 초고해상도 모의의 효율적 계산을 위해 하이브리드 병렬 컴퓨팅 기술을 이용한다. 초고해상도 입력자료 적용 사례 대비, 공간해상도 저하에 따라 침수 면적이나 깊이 등에서 어떤 변화가 있는지 정량적으로 검토한다. 또한, 강우의 강도 및 공간분포가 초고해상도 도시 홍수 해석에 미치는 영향에 대해서 분석한다. 모의 결과로부터 도시 홍수 해석시 거리 단위(street-level) 정확도의 재현을 위해 적정한 공간해상도를 분석하고, 초고해상도 도시 홍수 모의를 이용한 기후변화에 따른 극한 홍수의 도시지역 영향 분석 및 회복력 개선 관련 연구의 가능성에 대해 논의한다.
특정 위치에 주의를 주게 되면, 그 위치에 있는 사물을 시각적으로 처리할 때에 시간 해상도가 저하되며, 이러한 저하는 큰세포(parvocellular)와 작은 세포(magnocellular)의 상호 억제적 연결에 기인하는 것이라고 주장이 제기되었다. 이와는 다르게, 시각 주의가 같은 위치에 연속적으로 제시되는 자극들간의 시간적 겹침을 유발하기 때문에, 주의에 의한 시간 해상도 저하가 관찰되었을 가능성이 있다. 본 연구에서는, 이 가설을 검증하기 위해, 배경 대비 자기의 극성이 다른 두개의 자극들을 사용해 자극 제시 순서를 판단하는 과제를 실시했다. 밝기 극성이 다른 자극들은 초기 시각 처리과정에서 서로 다른 경로를 통해 처리되기 때문에, 주의가 주어진다고 하더라도 시간적 중복이 촉진되지 않을 것이다. 실험 결과, 실험 참가자들은 시각 단서가 주어지지 않은 위치에서보다 주어진 위치에 나타난 자극들의 제시순서를 더 정확하게 판단했다. 반면, 같은 밝기 극성을 가진 두 개의 자극에 대한 제시 순서를 판단해야 했을 때에는, 시각 단서가 주어진 위치보다 주어지지 않은 위치에 나타난 자극들에 대해서 더 정확하게 제시순서를 보고했다. 이러한 결과는, 시각적 주의가 자극 신호의 시간적 중복을 유도함을 통해 시각적 시간해상도에 영향을 미친다는 것을 의미한다.
일반적으로, 영상 융합은 서로 다른 특징을 가지는 2개 이상의 영상을 이용하여 각 영상의 장점 및 특징을 모두 가지는 하나의 영상으로 재구성하는 것을 의미한다. 특히, 원격탐사 분야에서의 영상융합은 멀티스펙트럴 영상의 공간해상도를 향상시키는 것을 의미하며 이러한 이유로 인하여 Pan-sharpening 기술로도 불리어진다. 특히, 융합영상은 변화탐지, 영상 지도 제작, 도시 분석 등 다양한 분야에 적용 가능하기 때문에 중요성이 증대되고 있다. 그러나, 기존에 제안된 알고리즘들은 멀티스펙트럴 영상의 분광정보를 왜곡시키거나, 융합 영상의 공간해상도가 흑백영상의 공간해상도에 비하여 저하되는 문제를 지닌다. 이를 위해 본 논문에서는 멀티스펙트럴 영상의 분광 및 공간특성을 고려한 새로운 융합 방법론을 제안하였다. 본 알고리즘의 평가를 위해서 KOMPSAT-2, QuickBird 위성영상에 알고리즘을 적용을 하였으며, 기존의 영상융합 알고리즘에 비하여 공간적/분광적인 측면에서 모두 향상된 결과를 보임을 확인할 수 있었다.
본 논문은 단일 영상을 이용하여 초해상도 방법을 수행하기 위해 질감-공간 영역을 분리한 뒤 세부정보를 중심으로 특징을 분류하는 방법을 제안한다. CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 초해상도는 세부정보를 개선하기 위한 특징 추정 과정에서의 복잡한 절차와 중복된 특징 정보의 생성으로 인해 초해상도에서 가장 중요한 기준인 품질 저하가 발생할 수 있다. 제안하는 방법은 절차적 복잡성을 줄이고 중복 특징 정보의 생성을 최소화하여 초해상도 결과의 품질을 개선하기 위해 입력 영상을 질감과 공간의 두 채널로 분리하였다. 질감 채널에서는 세부정보 복원을 위해 다중스케일로 변환한 영상에 단계별 skip-connection을 적용한 잔차 블록 구조를 적용하여 특징 정제 과정을 수행함으로써 특징 추출을 개선하였고, 공간 채널에서는 평활화된 형태의 특징을 활용하여 잡음을 제거하고 구조적 특징을 유지하도록 하였다. 제안하는 방법을 이용해 실험한 결과 기존 초해상도 방법대비 PSNR 및 SSIM 성능 평가에서 향상된 결과를 보여 품질이 개선됨을 확인할 수 있었다.
고해상도 위성영상은 기상관측, 지형관측, 원격탐사, 군사시설감시, 문화재보호 등 많은 분야에서 이용된다. 위성영상은 동일한 위성영상 시스템에서 획득한 영상이라 할지라도 하드웨어(광학장치, 위성의 운용고도, 영상 센서 등)의 조건에 따라서 해상도가 저하된 영상들이 발생한다. 따라서 위성이 발사된 이후에는 이러한 해상도가 저하된 영상들의 해상도 향상을 위해서 영상시스템의 하드웨어를 변경하는 것은 불가능하므로 위성영상 자체를 이용하여 해상도를 향상시키는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 저해상도 위성영상을 이용하여 해상도를 향상시키는 방법으로 SR(Super Resolution) 알고리즘을 사용하였다. SR 알고리즘은 다수의 저해상도 영상들의 정합을 통해 영상의 해상도를 향상시키는 알고리즘이다. 하지만 위성영상에서는 동일 지역에 대한 여러 장의 영상을 획득하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 어파인 변환(Affine Transform)및 투영 변환(Projection Transform)을 적용 후 영상에 대한 기하학적 변화를 보정하여 SR 알고리즘을 수행하였다. 그 결과 SR 알고리즘만 적용한 영상보다 어파인 변환과 투영 변환을 거친 후 SR 알고리즘을 적용한 영상에서 해상도가 확실하게 더 증가되는 것을 확인하였다.
기후변화 감시에 위성 자료 활용을 위해 GCOS (Global Climate Observing System)는 시공간 해상도, 시간 변화에 따른 안정성, 불확실도 등의 요구사항을 제시하고 있다. 천리안위성 2A호의 경우, 센서의 한계로 인해 산출물들이 공간해상도 조건에 충족하지 못하는 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 영상융합 기법들을 천리안위성 2A호 영상에 적용하여 산출물 생성 시 활용될 수 있는 최적의 기법을 찾고자 한다. 이를 위해 CS (Component Substitution), MRA (Multiresolution Analysis), VO (Variational Optimization), DL (Deep Learning)에 포함되는 총 6가지 영상융합 기법을 활용하였다. DL의 경우 합성적(Synthesis) 특성 기반 방법을 훈련자료 구축에 사용하였다. 합성적 특성 기반 방법의 과정은 PAN (Panchromatic)과 MS (Multispectral) 영상의 공간해상도 차이만큼 두 영상의 해상도를 낮춰 융합 영상을 생성한 후 원본 MS 영상과 비교한다. 합성적 특성 기반 방법은 공간해상도를 저하시킨 PAN 영상과 MS 영상 간 기하 특성이 같아야 사용자가 원하는 수준의 융합 영상을 제작할 수 있다. 하지만, 훈련자료 구축 시 비유사성이 존재하기에 이를 최소화하는 방법으로 무작위 비율을 활용한 PSGAN 모델(PSGAN_RD)을 추가로 활용하였다. 융합 영상의 검증은 일관성(consistency) 및 합성적 특성 기반 정성적, 정량적 분석을 수행하였다. 분석 결과, 영상융합 알고리즘 중 GSA가 공간 유사도를 나타내는 평가지수에서 가장 높은 수치를 보였으며, 분광 유사도를 나타내는 지수들은 PSGAN_RD 모델의 정확도가 가장 높았다. 융합 영상의 공간 및 분광 특성을 모두 고려한다면 PSGAN_RD 모델이 천리안위성 2A호 산출물 제작에 가장 최적일 것으로 판단하였다.
고속 움직임 추정을 위한 다 해상도 블록 정합 기법을 제안한다 최저 해상도 계층에서 전역 탐색을 통해 최소 정함 오치를 갖는 움직임 벡터를 선택하고, 공간적으로 인접한 블록들의 움직임 벡터들 중에서 최소 정합 오차를 갖는 움직임 벡터를 찾는다 이 때, 주변 움직임 벡터들의 보다 정확한 탐색을 위해 저 해상도 계층에서도 움직임 벡터의 양자화 없이 탐색을 할 수 있는 효과적인 방법을 제안한다. 이렇게 얻어진 2개의 움직임 벡터들은 중간 해상도 계층에서의 탐색을 위한 초기 탐색 중심점들로 사용된다 중간 계층에서, 각 초기점을 중심으로 훨씬 좁아진 영역에서의 지역 탐색을 수행한다. 최저 해상도 계층에서 주변 움직임 벡터 탐색을 위해 사용했던 방법을 이용하면, 각 지역 탐색을 정수 화소 단위로 수행할 수 있다 지역 탐색 영역 내에서 최소 정함 오차를 갖는 움직임 벡터를 찾고, 이 벡터를 중심으로 마지막 계층에서의 마지막 탐색을 수행한다 그러나, 중간 해상도 계층에서 이미 정수 화소 단위의 정확한 움직임 벡터 추정을 수행했기 때문에, 마지막 최고 해상도 계층에서의 지역 탐색은 전체 성능에 미미한 영향을 주게 된다. 따라서 최고 해상도 계층에서의 탐색을 생략하더라도 성능 저하 없이 탐색 속도를 향상시킬 수 있다 모의 실험을 통해 최고 계층에서의 지역 탐색을 생략하더라도 제안한 블록 정합 기법이 전역 탐색 기법에 비해 보편적인 MPEG2 부호화 환경 하에서 최대 02dB의 PSNR 저하만을 보이며, 200배 이상의 계산 속도를 가점을 보인다 또한, 제안한 기법은 규칙적인 데이터 흐름을 가지am로 하드웨어 구현에도 적합하다.
스마트폰 응용 프로그램의 메모리 관리는 응용 프로그램의 속도와 안정성 측면에서 중요하게 다루어진다. 응용 프로그램에서 다루는 요소 중 이미지는 메모리 사용량의 많은 부분을 차지하며, 메모리의 여유 공간 내에서 이미지가 사용될 수 있도록 관리되어야 한다. 그러나 이미지의 해상도가 커지거나 다루게 되는 이미지의 개수가 늘어날 수록 이미지 객체의 관리의 어려움도 늘어나게 된다. 이미지 객체가 메모리 공간이 부족한 시점에서 메모리에 적재될 경우 응용 프로그램은 성능이 저하되거나 강제 종료될 수 있어 응용 프로그램의 사용성과 안정성이 낮아지게 된다. 본 논문에서는 안드로이드의 응용 프로그램에서 사용되는 이미지가 메모리의 많은 공간을 차지할 때, 안정적인 응용 프로그램 구동 환경을 제공해주는 동적 메모리 관리 기법을 적용하여 OOM(Out of Memory) 오류가 발생하는 문제를 해결하고자 한다.
지상파 항법인 로란은 전송된 신호는 장파특성에 따라 지표파에 의한 정보를 전달하게 되는데 지표면과 해수면의 특성 즉, 전도도에 따라 전파의 지연시간이 달라진다. 이것은 정확도를 저하시키는 원인이 된다. 그러므로 보다 정확도가 요구되는 지역에서는 전파지연에 의해 발생하는 시간적 공간전 변화(ASF)를 보상하게 되면 정확도를 향상시킬 수 있다. 로란시스템의 현대화와 eLoran 시스템에서는 ASF를 보상함으로써 선박이 항만으로 진입 및 접안할 때 활용할 수 있는 정확도 기준을 마련하고 있다. 이 조건을 충족시키기 위해서는 ASF의 정밀측정 필수이며, 본 논문에서는 포항송신국 근해인 영일만 해상에서 ASF를 실측한 결과와 그에 필요한 측정기술을 보고한다.
본 논문은 H.264와 MPEG-4 간의 원활한 통신을 하기위한 두 가지 트랜스코딩 방법을 제안한다. 같은 공간적 시간적 해상도(spatio-temporal resolution)를 유지하는 트랜스코팅 방법과 공간적 해상도(temporal resolution)를 줄이는 트랜스코팅 방법을 제안한다. H.264 비트스트림(bitstream)이 MPEG-4 비트스트림으로 변환 시 H.264 블록형태를 MPEG-4에서 사용 할 수 있는 블록형태로 변환 시켜야 하며, 4×4 블록단위의 움직임 벡터도 8×8 블록단위의 움직임 벡터로 조정하여야 한다. 두 가지 제안된 트랜스코딩 방법은 직렬 화소영역 트랜스코팅 방법(cascade pixel-domain transcoding) 보다 MPEG-4 부호화기 측에서 4.1~5.1배 부호화 속도가 빠를 뿐만 아니라 영상의 화질 저하는 최고 0.3dB정도 밖에 떨어 지지 않는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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