Extended Kalman Filter를 이용한 Autonomous Guided Vehicle의 상태 추정기 설계

정제윤 울산대학교 대학원 2000 국내석사

본 논문은 항만에서 화물 Container를 운반하기 위해 설계되어진 4륜 조향 AGV(Autonomous Guided Vehicle) System을 설명한다. 그리고 AGV 절대 좌표에 대한 위치를 계산하기 위해 EKF(Extended Kalman Filter)를 이용한 상태 추정기를 설계한다. Incremental Encoder, Absolute Encoder와 Gyro를 이용하여 AGV의 이동 속도와 동체 회전 각속도를 측정하고, Transponder를 이용하여 AGV의 위치를 측정한다. 그리고 EKF를 이용하여 최종적인 AGV 위치, 동체 기울기, 회전 각속도 등의 상태를 추정한다. AGV의 Kinematics Model, Observation Model을 설계하여 EKF에 적용하였다. 그리고 Simulation을 통하여 EKF를 이용한 AGV 상태 추정기의 우수성을 보였다. This treaties set 'Four wheel drive AGV(Autonomous Guided Vehicle) System' to carry ship cargo container in harbor. And state estimated system, which is based on EKF(Extended Kalman Filter) was designed to calculate the position about an absolute coordinate of AGV. Moving speed and angular velocity of revolution can be measure by using of Incremental Encoder, Absolute Encoder and Gyro. Also the position of AGV can be check by Transponder. And it is possible to presume these, the final position of AGV, a gradient of body and angular velocity of revolution by using of EKF. The design of Kinematics Model and observation Model is adapted to EKF. And experimentation by computer simulation shows good performance of AGV state estimator, which is based on EKF.

Study of various sensing platforms in the infrared wavelength region based on surface plasmon resonance

이화섭 Graduate School, Korea University 2022 국내박사

An SP is a collective oscillation of free electrons at the interface between dielectric and metal layer. When the frequency of the oscillation between the incident light (external electromagnetic (EM) waves) and SP wave matches, SP could be excited and show resonance characteristics, which is called surface plasmon resonance (SPR). SPR can be classified according to where it exists : surface plasmon polariton (SPP), localized surface plasmon (LSPR), and graphene surface plasmon resonance (GSPR; which is similar to SPP). Each of them are already have versatile applications such as nano-scale optical sensors, optoelectronic devices, and optical biosensors. The practical application of SPR has been already studied, however, from the material point of view, the performance of devices and nano-structures could be further improved. In this regards, this thesis focuses on the enhancement in optical or electrical performance of various device in infrared wavelength region based on SPR. The first part covered an active tunable guided mode resonance filter with graphene. The effect of geometrical parameters of filter structure, material properties of graphene and constituent materials on the spectral response of the tunable filter was simulated. The tunability of resonance wavelength becomes better as the number of graphene layer increases and the damping constant of graphene decreases. In addition, we confirmed that the tunable GMR filter exhibits best performance when the graphene layer is adjacent to the waveguide. The second part concentrates on metal nanodisk filter array, which was fabricated by nanoimprint lithography, employed as an optical filter for mid-infrared spectrometer, and applied to the spectral reconstruction of the infrared spectrum using digital signal processing. The results verified the feasibility of on-chip spectrometer based on a plasmonic nanodisk filter array. The last part dealt with a more systematic and quantitative demonstration on the resolution enhancement of bimetallic waveguide-coupled surface plasmon resonance (Bi-WCSPR) sensors when applied to the detection of C-reactive protein (CRP), a widely accepted biomarker of inflammation in cardiovascular disease. It was confirmed that the Bi-WCSPR configuration with a high Ag to Au ratio has a figure-of-merit 2.53 times higher than conventional Au and a limit-of-detection order of magnitude lower than the cut-off level for CRP. More interestingly, it was found that when using the Bi-WCSPR configurations, the resolution enhancement in the intensity interrogation mode becomes more evident as the CRP concentration is lowered to the cut-off level. SP는 유전체와 금속층 사이의 계면에서 자유 전자의 집합적 진동입니다. 입사광(외부 전자기(EM)파)과 SP파의 진동 주파수가 일치하면 SP가 여기되어 공진 특성을 나타낼 수 있는데, 이를 표면 플라즈몬 공명(SPR)이라고 합니다. SPR은 존재하는 위치에 따라 SPP(Surface plasmon polariton), LSPR(localized surface plasmon), SPP와 유사한 GSPR(graphene surface plasmon resonance)로 분류할 수 있습니다. 그들 각각은 이미 나노 스케일 광학 센서, 광전소자 및 광학 바이오 센서와 같은 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. SPR의 실분야 적용은 이미 충분히 연구되었지만 재료의 관점에서 장치 및 나노 구조의 성능은 더욱 향상될 수 있습니다. 이에 본 논문은 SPR을 기반으로 적외선 파장 영역에서 다양한 소자의 광학적 또는 전기적 성능 향상에 초점을 맞추었습니다. 첫 번째 부분에서는 그래핀을 사용하여 조정 가능한 활성 유도 모드 공진 필터를 다룹니다. 가변 필터의 스펙트럼 응답에 대한 필터 구조, 그래핀의 재료 특성 및 구성 재료의 기하학적 매개변수의 영향을 시뮬레이션 했습니다. 공진 파장의 조정성은 그래핀 층의 수가 증가하고 그래핀의 감쇠 상수가 감소할수록 더 좋아진다. 또한, 가변 GMR 필터는 그래핀 층이 도파관에 인접할 때 최고의 성능을 나타내는 것을 확인했습니다. 두 번째 부분은 나노임프린트 리소그래피로 제작된 금속 나노디스크 필터 어레이로 중적외선 분광기의 광학 필터로 사용되며 디지털 신호 처리를 사용하여 적외선 스펙트럼의 스펙트럼 재구성에 적용됩니다. 결과는 플라즈몬 나노디스크 필터 어레이를 기반으로 한 온칩 분광기의 타당성을 검증했습니다. 마지막 부분에서는 심혈관계 염증 질환의 바이오마커로써 널리 인정되는 C-반응성 단백질(CRP) 검출에 적용할 때 바이메탈 도파관 결합 표면 플라즈몬 공명(Bi-WCSPR) 센서의 분해능 향상에 대한 보다 체계적이고 정량적인 시연을 다루었습니다. 심혈관 질환. Ag 대 Au 비율이 높은 Bi-WCSPR 구성은 기존 Au보다 2.53배 높은 성능 지수와 CRP의 컷오프 수준보다 낮은 검출 한계 차수를 갖는 것으로 확인되었습니다. 더 흥미롭게도 Bi-WCSPR 구성을 사용할 때 CRP 농도가 컷오프 수준으로 낮아질수록 강도 질문 모드의 해상도 향상이 더 분명해지는 것으로 나타났습니다.

Design and fabrication of two-dimensional photonic crystal color filters using nanoimprint and excimer laser annealing

조은형 Graduate School, Yonsei University 2011 국내박사

The color quality of typical displays can be enhanced if the color filter has a narrow bandwidth and a high transmittance. However, it is difficult for conven-tional pigment-type color filters to have a narrow bandwidth without a significant loss in the transmittance. On the other hand, many creatures in nature, such as Morpho butterflies and peacocks, display unique brilliant colors, known as structural colors, which result from the interaction of light with periodic nanostructures on their surfaces. Under inspiration of these nature’s structural colors, new approaches for the color filter that use a subwavelength grating, based on guided-mode resonance (GMR), have been suggested. But for practical display applications, a high angular tolerance in the visible spectrum range, independent of incident angle, is essential; until now, no procedure has satisfied that need. In addition, no study exists on the material properties of the grating necessary for a high-efficiency color filter and the high productive fabrication method for photonic crystal (PhC) color filters has not been suggested. In this thesis, we aim to develop high angular tolerant PhC color filters including their theoretical analysis, fabrication and characterization, and present high fidelity nanofabrication technologies which are applicable to realize a variety of nanodevices. Furthermore, a novel concept for reflective displays that uses the proposed PhC color filters is introduced and the feasibility study on a large-sized patterning process is discussed in detail. On the basis of the rigorous coupled-wave analysis (RCWA) method, two-dimensional (2D) PhC color filters are designed and their optical performances are analytically evaluated and it is shown that the proposed color filters have high reflectance and angular tolerance, where the dispersion characteristics of gratings are carefully considered because it has an important effect on the color filter efficiency. We also show that high angular tolerant characteristics originate from the high refractive index contrast of the grating structures for the photonic bandgap analysis. The proposed color filters are first realized using the 2D patterning by lift-off e-beam lithography (EBL) after the crystallization of an amorphous silicon (a-Si) layer by solid phase crystallization (SPC). Even though the fabricated color filters excepting the blue color filter have high reflectance and angular tolerance similarly to the simulated results, the applied process results in low efficiency of the blue color filter and an undesired sidelobe peak and a wavelength shift due to some reduction in the effective height by diffusion during the SPC process. In order to diminish these side effects, we suggest a different approach that can achieve single crystal-like Si on an amorphous substrate with a remarkably short process time at a low temperature. It is accomplished by the nanopatterning of an a-Si film using low-cost, high-productivity nanoimprint lithography (NIL) followed by the excimer laser annealing (ELA) process for the crystallization of the patterned a-Si layer. By isolating the a-Si film into 2D patterns before the crystallization process, we found that single crystal-like Si patterns with a crystallinity of 96% can be obtained with only low-energy multi-shot irradiation, which result in high-efficiency PhC color filters while alleviating the side effects of the former method. In addition, for the first time the close relationship between silicon crystallinity and PhC color filter reflectance was examined in detail. A novel concept for reflective displays that uses 2D PhCs with subwavelength gratings is introduced. A solar-powered reflective display with PhC color filters is analyzed by a theoretical approach. We could make sure that the 2D PhC color filter can be fabricated on the same substrate by a single patterning process with the same pattern height, unlike the conventional photolithography process. Finally, the novel fabrication process to realize the large-sized PhC color filters over 8-inch-diagonal size is presented and its feasibility study is performed. The highly crystallized silicon patterning scheme presented here may be very attractive for a variety of devices requiring high carrier mobility and/or high optical efficiency. In addition, it is certainly expected that the proposed large-size pattering method will be one of the most hopeful technologies for providing the large-sized flexible stamp with nano-sized patterns in the roll printing process as well as effectively applying the proposed color filters to large-sized display applications.

위상 일치 Guided 필터링 기반의 플래시 / 노-플래시 이미지 쌍을 이용한 이미지 노이즈 제거

임동판 고려대학교 대학원 2019 국내석사

Guided 필터링은 플래시 / 노-플래시 이미지 쌍을 합성해 노이즈가 제거된 이미지를 만들기 위해 널리 사용된다. 노이즈가 제거된 이미지를 생성하기 위해 플래시 이미지와 노-플래시 이미지는 각각 Guided필터링의 가이던스 이미지와 입력이미지로 사용된다. 그러나 손 떨림으로 인해 플래시 / 노-플래시 이미지 쌍 간에 위상이 종종 불일치되며, 결과 이미지가 흐리게 보일 수 있다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 위상 일치 guided 필터링을 제안한다. 제안하는 기법은 원래의 Guided 필터링에 테일러 시리즈 근사를 적용하여 위상이 보정 된 결과 이미지를 생성 할 수 있다. 실험 결과는 제안 된 알고리즘의 우수성을 입증하기 위해 제시된다. Guided filtering is widely employed to generate a de-noised image by merging a flash / no-flash image pair. To generate a de-noised image, a flash image and an input image are utilized as a guidance image and an input image of guided filtering, respectively. However, phases between the flash / no-flash image pairs are often mismatched caused by hand-shaking, and therefore the resultant image may look blurry. In this dissertation, a phase matching guided filtering is presented to address this problem. By applying the Taylor series approximation to original guided filtering, the proposed method can generate the phase corrected resultant image. Experimental results are presented to validate the superiority of the proposed algorithm.

RGB벡터와 DCT 분석을 활용한 실시간 물체 분류 알고리즘

신현학 경희대학교 일반대학원 2016 국내석사

본 논문에서는 고정된 카메라에서 초기 프레임을 참조하여 현재 프레임에 새롭게 유입된 물체의 실시간 분류 방법을 제안한다. 제안한 알고리즘의 실시간 분류 처리를 위하여 복잡도를 최소화 하였다. 먼저 전경과 배경을 구분하는 이진 분류 영상을 추출하기 위하여 DCT(Discrete Cosine Transform) 기법을 사용한다. DCT는 기존 공간영역에서 Texture를 분석하는 방식보다 더욱 정확하게 Texture를 분석할 수 있다. 이는 주파수 영역에서 Texture 특징 분석이 더욱 용이하고 각 요소 안에 intensity와 texture 정보를 종합적으로 고려할 수 있기 때문이다. 또한 DCT 계산 복잡도를 최소화하기 위하여 DCT 수행 전에 색 정보를 이용하여 미리 분류 영역을 분석함으로써 처리 효율을 극대화 하였다. 마지막으로 생성된 이진 분류 영상을 자연스럽게 matting하기 위하여 Guided 필터 사용을 제안한다. Guided 필터는 guidance 정보를 통해 입력 영상을 전반적으로 개선할 수 있지만 intensity가 평탄한 영역 등에서 그 한계를 보여주므로 본 논문에서는 Guided 필터의 단점을 개선하는 방법을 추가적으로 제안한다.

Nanophotonic Visible Wavelength Filter Incorporating a Subwavelength Patterned Grating Structure

윤여택 광운대학교 2013 국내박사

In this dissertation, we proposed and attempted do demonstrate thin filmed structures or subwavelength nano-patterned grating structures, serving as the visible wavelength filter and IR spectral filter and ultimately integrate the fabricated optic devices with the liquid crystal as well as CMOS image sensor and compact IR receiver, The demonstrated optic devices are as follows: Fabry-Perot based color filter, angle tolerant IR spectral filter, color filter utilizing metal-dielectric resonant structure, polarization independent visible wavelength filter, CMOS image sensor integrated with 1-demensional patterned structure, IR receiver loaded with a-Si based etalon and tunable wavelength filter combined with liquid crystal. We made up transmission type color filters based on a thin film Ag-SiO2-Agetalon built on a quartz substrate. The observed spectral pass band was centered at 650 nm, 555 nm, and 480 nm for the red, green, and blue device; the corresponding bondwidth was about 120 nm, 100 nm, and 120 nm; and the peak trasmission was all ~60%. For the oblique light incidence, the angular tolerance of the peak relative transmission was measured to be ~1%/degree. The spectral response of the device was also analyzed for two different polarizations as the tilt angle varied up to 12also analyzed for two different polarizations as the tilt angle varied up to 12°, and it was found to be hardly polarization dependent, Finally, as for the positional dependence the relative transmission and the center wavelength were found to vary within 10% and 5 nm respectively over an effective area of 4 x 4 cm2. A high angular tolerant spectral filter based on an etalon structure was also accomplished, involving a TiO2 cavity sandwiched between a pair of Ag/Ge mirrors. For normal incidence, the observed center wavelength and transmission were ~900 nm and ~60%, respectively; while the relative wavelength shift and transmission variation amounted to only ~0.06 and ~4%, respectively, throughout the range of 50° angle of incidence. A highly efficient color filter is demonstrated taking advantage of an ultra-thin metal (AI)-dielectric (tiO2) resonant structure ,where a subwavelength metallic grating is deposited as a cladding in a planar dielectric waveguide. A selective spectral response was accomplished by the virtue of the guided mode resonance between the diffracted mode and waveguide mode. The center wavelengths for the blue, green, and red filters were found to be 430, 520, and 630 nm, and the corresponding 3-dB bandwidths were 67, 84, and 80 nm, respectively, All three filters provied an overall transmission exceeding 70% and a satisfactory color image. The polarization-independent visible wavelength filter is also demonstrated, incorporating a symmetric metal-dielectric resonant structure on quartz substrate. Polarization independent bandpass filtering was achieved around specific wavelengths, determined by the grating pitch and the effective index of the waveguide. They were inspected to function as an dfficient bandpass filter, centered at 460, 560 and 610 nm, with bandwidths of about 13, 14 and 17 nm, respectively; the peak transmission efficiencies were consistently over 85%. As for the application devices, we first tried demonstrate a highly efficient visible wavelength filter enabling a homogeneous intergration with and image sensor by employing a standard 90-nm CMOS process. A one dimensional subwavelength Al grating overlaid with an oxide film was buit on top of an image sensor to serve as a low-pass wavelength filter; a microlens was then formed atop the filter to achieve beam focusing. The overall transmission was dobwerved to reach up to 80% in the visible band with a decent roll-off near ~ 700 nm. In an dffort to validate the immediate applications to optical wireless communications, an optical receiver, permitting a large field-of-view, highly angle tolerant spectral filter centered at λ = ~900 nm, making the best use of three-stage concatenated etalon resonator structure, was proposed by implementing the shape of a triangular prism. The total output of the IR receiver was measured with an angular 3-dB angular bandwidth equivalent to 80°, translating into about a full-angle filed-of-view of as large as 160°. The tunable visible wavelength filter based on an asymmetric metal-dielectric resonant structure was proposed and demonstrated, which is attached to the liquid crystal to tailor the polarization state corresponding to the filter. The fabricated devices provide two different center wavelengths from single device, ranging from the blue to red spectral band, via the GMR resonance condition under each of grating vectors. On the whole, they exhibited the transmission efficiency of 70%, maintaining the bandwidth of 20 nm. Throughout the achieved research results and activities, we believe these works may not be limited to the applications discussed above; moreover, they can serve as a crucial vehicle leading to technologies in a variety of fields including holography, bio-sensor and LED light source, novel semiconductor devices, and so forth.

유도된 방향특징과 ELMs기반 새로운 지정맥 인식연구

해산연 전북대학교 일반대학원 2012 국내박사

In this thesis, we propose a novel finger vein recognition system which improves its usability, stability, computational complexity, and recognition accuracy comparing to previous researches. In order to make the system practical in real-world applications, algorithms in the system are also designed to be very robust to external physical factors such as lighting and finger positioning, and to easily accommodate large-sized database which may have frequent changes of entries. The proposed system consists of three major components, each with separate, significant contribution to the performance of the system: finger vein quality assessment, enhancement and feature extraction, and classification. In finger vein quality assessment, we propose an energy model, developed from the structure of veins and corner minutiae, to generate assessment scores and then to discard low-quality vein images for high usability of the system. For the image enhancement and feature extraction component, a novel explicit guided directional filter is proposed to obtain high-quality vein contours from noisy, non-uniform, low-contrast images without introducing any segmentation process. It enhances an input image with an additional supervisor image which strongly instructs to preserve vein patterns and reduces background impacts such as haze and variation of illumination. Veins after guided directional filtering are magnified enough to directly extract average absolute deviation (AAD) features, which represent strengths of directional block information with eight different angles, even from images with thin, vague ridges and non-uniform backgrounds. Three types of classifiers, based on the extreme learning machine (ELM), are designed to best utilize the characteristics of AAD features, to obtain high recognition accuracy and to provide the stability of the system. A typical ensemble ELM (E-ELM) consists of a number of unit ELMs, each trained with whole AAD features, and combines the outputs of unit ELMs for stable classification. A newly-developed component-based ELM (C-ELM) has eight much smaller-sized unit ELMs and an output layer to combine outputs of eight ELMs. For the structured training of vein patterns, the C-ELM is designed to first train small differences between patterns with the same angle and then to aggregate the differences at the output layer. We also design an ensemble C-ELM (EC-ELM) to provide the stability of the component-based matching system. Experimental results show that the proposed system with a C-ELM achieves an excellent matching performance in terms of matching accuracy of 99.89% and speed of 0.87 ms for each image. 본 논문에서 이전 연구에 비해 안정도, 계산 복잡도와 인식정확도를 향상시킨 새로운 지정맥 인식 시스템을 제안하였다. 또한 제안된 시스템이 현실적인 실제 응용에서 사용가능 하도록 시스템 내의 알고리즘들은 조명변화나 손가락 위치 변경과 같은 외부의 물리적인 변화 요인들에 대해 강인성을 갖도록 하였으며, 사용자가 자주 변경될 수 있는 대용량의 데이터베이스도 수용할 수 있도록 설계하였다. 제안된 시스템은 지정맥 품질평가, 영상향상 및 특징 추출과 분류의 세 가지 주요 요소를 포함하고 있으며 각 요소는 별도의 중요한 새로이 제안된 내용을 포함하고 있다. 첫 요소인 지정맥 품질평가에서는 지정맥 구조와 코너 특징점에서 형성한 에너지 모델을 제안하고, 이를 기반으로 지정맥 영상에 대한 평가점수를 생성한 다음 저품질 영상을 배제하는 방법으로 시스템의 유용성을 높였다. 두 번째의 영상향상과 특징추출에는 고잡음, 비균일, 저회색도 대비 환경에서 분할과정 없이도 고품질의 지정맥 윤곽선을 생성할 수 있는 유도된 방향 필터(guided directional filter)를 제안하였다. 이 요소는 추가적인 감시영상과 입력영상을 이용하여 조명변화나 희뿌연 현상을 포함하는 배경의 영향을 감소시키고 지정맥 부분을 강하게 향상하며, 여덟 개 각도의 블록 세기 정보를 나타내는 평균절대편차(AAD)를, 매우 가늘고 약한 지정맥과 비균일 배경의 환경에서도, 특징정보로서 직접 계산을 한다. 세 번째 요소에서는 ELM에 기반한 세 가지 분류기를 AAD 특징을 최대한 이용하도록 설계하였으며 인식정확도의 제고와 시스템 안정성을 제공하도록 조정하였다. 첫 분류기인 전형적인 앙상블 ELM (E-ELM)은 다수의 단위 ELM을 포함한다. 각 단위 ELM은 전체 AAD 특징을 포함하는 패턴들로 학습되고, 출력들은 다시 출력층에서 결합되어 분류를 수행한다. 본 논문에서 새롭게 만들어진 요소기반 ELM (C-ELM)은 여덟 개의 훨씬 작은 단위 ELM과 출력층을 가진다. 지정맥의 구조적인 학습을 위해 C-ELM에서는 동일한 각도에서 생성된 패턴들 간의 작은 차이들을 단위 ELM에서 먼저 학습하며 출력층에서 이 차이들을 결합하고 누적한다. 세 번째 분류기는 C-ELM에 안정성을 제공하기 위해 다수의 C-ELM을 포함하는 앙상블 C-ELM (EC-ELM)이다. 실험 결과로서 제안된 시스템은 아주 우수한 매칭성능을 보였다. 최고 매칭 성능은 99.89%의 인식정확도와 영상 한 장당 처리속도가 0.87ms를 보였다.

Multi-focus microscopic image fusion method using local area feature extraction

이지영 Graduate School, Yonsei University 2021 국내석사

To obtain all-in-focus image, it is important to extract the focus area from local focus images. This paper proposed a multi focus image fusion method to obtain an all-in-focus image. First, the focus areas are extracted using frequency domain transformation. By using a band-pass filter, noise can be removed and enhanced the detailed parts of the image that local focus area. The edge detection of the focus area was then performed through a Laplacian filter using the secondary differential of the image. The Laplacian filtered image extracts conjunctival goblet cell features shown in the local focus image. The focus area was detected through thresholding because it reacts strongly to the thin lines or isolation points in the Laplacian filtered image. A final focus area was also determined as a morphological operation to expand the focus area. The final focus area produced weights with the guided filter, which preserves the edges, to obtain fused images with no prominent boundaries in image connection. A window-size-updating method is adopted in the guided filter to reduce the number of parameters. This paper presents a novel algorithm that can operate on a large number of input images (10 or more) and obtain an all-in-focus image. Experimental results demonstrate that this algorithm is robust to noise and capable of preserving local focus information through focal area extraction. It is also relatively simple because processing is carried out through methods such as frequency domain transformation and morphological computation. All-in-focus images can be obtained by using camera taken images as well as microscopic images. It is expected that the proposed method for all-in-focus images will be contributed to the quantitative analysis of the research for conjunctival goblet cells. 한 장의 융합 영상을 만들기 위해서는 국소 초점 현미경 영상에서 초점이 맞는 영 역을 추출하는 것이 중요하다. 본 논문은 초점 영역이 좁은 현미경 영상들을 이용하여 한 장의 융합 영상을 만드 는 방법에 관하여 연구하였다. 초점이 맞는 영역을 추출하기 위하여 주파수 영역 변 환을 이용한 영상 대비 조정을 진행하였다. 대역 필터를 이용함으로써 영상의 잡음을 제거함과 동시에 영상의 세밀한 부분, 즉 초점 영역의 정보가 강조되는 효과를 얻을 수 있다. 이후 영상의 2차 미분을 이용하는 라플라시안 필터를 통해 초점 영역의 에 지 검출을 하였다. 라플라시안 필터가 적용된 영상은 국소 초점 영상에서 보이는 결 막 술잔 세포를 특징점으로 잡는다. 이 때 영상 내의 가는 선이나 고립점에 강하게 반응하기 때문에 적절한 임계처리를 통해 초점 영역을 검출하였다. 또한 초점 영역 확장을 위해 형태학적 연산으로 최종적인 초점 영역을 결정하였다. 최종 초점 영역은 가장자리를 보존하는 스무딩 필터인 guided 필터로 가중치를 생성하여 영상 연결 시 경계가 두드러지지 않는 자연스러운 연결을 가지는 융합 영상을 얻었다. 또한 윈 도우 크기가 업데이트 되도록 함으로써 조정해야 하는 매개변수의 개수를 줄일 수 있 었다. 본 논문은 여러 장의 입력 영상에 대하여 융합 영상을 얻을 수 있는 새로운 방법을 제시하였다. 이 알고리즘을 통해 얻은 융합 영상은 잡음에 강인하며 초점 영역 추출 을 통해 국소 초점 영역의 정보를 보존한다. 또한 주파수 영역 변환, 형태학적 연산과 같은 방법을 통해 처리가 진행되기 때문에 비교적 간단하며 현미경 영상뿐만 아니라 카메라로 촬영된 영상을 사용해도 융합 영상을 얻을 수 있다. 제안한 알고리즘을 통 해 융합 영상을 제공함으로써 결막 술잔 세포 연구의 정량적 분석에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

광학 영상 기반 방향벡터 추출과 구동 모터 PD 귀환제어를 통한 AGV 직진성 향상에 관한 연구

김동현 강원대학교 대학원 2025 국내석사

본 연구는 Optical Flow Sensor를 활용하여 AGV(Automated Guided Vehicle)의 직진 성능을 향상시키기 위한 제어 방식을 제안하고, 이를 실험적으로 검증하였다. AGV의 직진 성능은 물류, 제조 및 의료 등 다양한 산업에서 경로 추적의 안정성과 정확성을 결정짓는 중요한 요소로, 특히 센서 리스 환경이나 복잡한 주행 조건에서도 신뢰성 있는 성능이 요구된다. AGV의 기계적 설계에서 흔히 사용되는 캐스터 바퀴는 안정성을 제공하지만, 흔들림이나 바퀴의 회전 중심 불균형으로 인해 직진 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한 AGV 구동을 위해 사용되는 감속기에서 누유 문제로 슬립이 발생하고, 이로 인해 직진성 저하 및 경로 이탈 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 Optical Flow Sensor를 활용하여 바닥 표면의 변화를 실시간으로 감지하고, 이를 기반으로 주행 경로를 보정하는 방식을 적용하였다. 센서에서 수집 된 ∆x, ∆y 데이터를 저역 통과 필터(Low Pass Filter, LPF)를 통해 센서 데이터의 노이즈를 제거하고, 데이터의 신뢰성을 높이며, PD(Proportional-Derivative) 제어기를 활용하여 AGV의 주행 편차를 조정하였다. ∆x, ∆y는 각각 AGV의 좌우 및 전후 이동량을 나타내며, y 편차는 AGV의 주행 중 측정된 좌우 이동 거리를 의미한다. 세 가지 실험(기본 주행, PD 제어 적용, PD 제어와 LPF 적용)을 통해 AGV 4m 직진하며 위치 변화를 확인하고 직진 성능 향상을 평가하였다. 기본 주행에서는 최대 y 편차가 100mm로 나타나 큰 오차가 발생하였으나, PD 제어기를 적용한 실험에서는 최대 y 편차가 62mm로 감소하며 기본 주행 대비 38%의 개선율을 보였다. 마지막으로 PD 제어기와 LPF를 적용한 실험에서는 최대 y 편차가 24mm로 감소하며 기본 주행 대비 76%의 개선율을 기록하였다. 이러한 결과는 Optical Flow Sensor와 PD 제어기의 조합이 AGV의 주행 안정성과 정확성 향상에 크게 기여하며, LPF가 센서 데이터의 신뢰성을 추가적으로 보장함을 보여준다. 본 연구는 Optical Flow Sensor를 활용한 접근법이 AGV의 직진 성능 향상에 미치는 긍정적인 영향을 실험적으로 검증하였다. Optical Flow Sensor는 바닥 패턴, 조명 등 다양한 환경에서 안정적으로 작동할 수 있는 실용적인 기술로, 여러 산업 환경에서 적용 가능성이 크며 AGV의 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 향후 연구에서 는 적응형 필터링 기법이나 머신러닝 기반 경로 보정 알고리즘을 추가 적용하여 AGV 제어 시스템을 더욱 최적화할 수 있을 것이다. This study proposes a control method to enhance the straight-line performance of an Automated Guided Vehicle (AGV) using an Optical Flow Sensor and verifies its effectiveness experimentally. Straight-line performance is a critical factor in determining the stability and accuracy of path tracking in various industries, including logistics, manufacturing, and healthcare. Reliable performance is particularly required in sensorless environments or under complex driving conditions. While caster wheels commonly used in AGV mechanical designs provide stability, they can negatively impact straight-line performance due to oscillations and imbalances in the rotational center. Additionally, slip caused by oil leakage in the reducers used for AGV propulsion further degrades straight-line performance. To address these challenges, this study employed an Optical Flow Sensor to detect real-time changes in the ground surface and applied this data to correct the driving path. The sensor data was filtered through a Low Pass Filter (LPF) to reduce noise and improve reliability. A Proportional-Derivative(PD) controller was then used to adjust deviations in AGV motion. The variables ∆x, ∆y represent lateral and longitudinal movements of the AGV, respectively, with deviations indicating lateral displacement during driving. Three experiments were conducted: basic driving, PD control application, and PD control with LPF application to evaluate straight-line performance during a 4m trajectory. In basic driving, the maximum y deviation was 100mm, indicating significant errors. With the application of the PD controller, the maximum y deviation decreased to 62mm, showing a 38% improvement compared to basic driving. When both the PD controller and LPF were applied, the maximum y deviation further reduced to 24mm, resulting in a 76% improvement over basic driving. These results demonstrate that the combination of an Optical Flow Sensor and PD controller significantly enhances the driving stability and accuracy of AGVs, with the LPF further ensuring sensor data reliability. This study experimentally verified the positive impact of using an Optical Flow Sensor to improve AGV straight-line performance. As a practical technology, the Optical Flow Sensor can operate reliably under diverse conditions, such as varying floor patterns and lighting, making it highly conditions, such as varying floor patterns and lighting, making it highly applicable across multiple industries while enhancing AGV reliability. Future research may explore adaptive filtering techniques or machine learning-based path correction algorithms to further optimize AGV control systems.

Color demosaicing approaches for varied color filter array types

정경훈 Graduate School, Yonsei University 2024 국내박사

The camera has a structure in which light coming through a lens passes through a color filter array and is recorded on the sensor. For general cameras, Red, green, and blue (RGB) color filter array (CFA) is used, and for special purpose cameras, multispectral filter array (MSFA) is used. The image recorded after passing the CFA and sensor is called a mosaic image or raw image. It has empty pixels exist for each channel. In order to obtain the images users commonly capture, the process of interpolating empty pixels is essential, and this process is called demosaicing. In this dissertation, the novel demosaicing methods according to CFA type are proposed. In demosaicing, in the case of CFA where a dominant channel exists, such as the Green channel of the Bayer pattern, a method of preferentially interpolating that channel is used. When interpolating the other channels, a method of using the interpolated dominant channel is mainly used, and a method that utilized edge directional interpolation in the color difference domain is used. On the other hand, in the case of CFA where there is no dominant channel, a method of estimating one image that can represent the entire image is used. This is utilized to interpolate all channels, and a spectral difference domain similar to the difference domain is used. In this dissertation, a color demosaicing method in the presence or absence of a dominant channel is proposed. In the case of RGBW CFA with a dominant channel, the white channel is interpolated considering the edge direction in the color difference domain. After estimating the white channel, RGB channels are interpolated through Laplacian pyramid decomposition using the relationship between the white channel and other color channels. In the case of 4 × 4 MSFA without a dominant channel, a pseudo-panchromatic image, which is a representative image of 16 channels, is estimated, and 16 channels are interpolated using edge directional interpolation in the spectral difference domain. The results of demosaicing using these methods demonstrate appropriate high-frequency restoration and fast processing times. Experimental results demonstrate that the proposed algorithm outperforms several demosaicing methods based on quantitative and qualitative evaluation. It is expected that the proposed demosaicing method can be used as an algorithm in real industries (autonomous driving, surveillance cameras, and food industry) or mobile smartphones. 카메라는 렌즈를 통해 들어온 빛이 컬러 필터 배열을 통과해 센서에 기록되는 구조로 되어 있다. 일반 카메라에는 주로 RGB (red, green, blue) 컬러 필터 어레 이 (color filter array, CFA)가 사용되고, 특수 목적 카메라에는 다중 분광 필터 어레이 (multispectral filter array, MSFA)가 사용된다. CFA와 센서를 통과한 후 기록된 이미지는 모자이크 이미지 또는 로우 이미지라고 한다. 각 채널마다 비어있 는 픽셀이 존재하기 때문에 사용자들이 흔히 촬영하는 이미지를 얻기 위해서는 빈 픽셀을 보간하는 과정이 필수적이며, 이 과정을 디모자이킹 (demosaicing) 이라고 한다. 본 논문에서는 CFA 유형에 따른 최적화된 디모자이킹을 제안한다. 디모자이킹에서 베이어 (Bayer) 패턴의 녹색 채널과 같이 지배적인 채널이 존 재하는 CFA의 경우 해당 채널을 우선적으로 보간하는 방식을 사용한다. 나머지 채 널을 보간할 때에는 앞선 방식을 사용해 보간된 지배적인 채널을 이용하여 진행한 다. 이때, 주로 색 차 도메인에서 에지 방향성 보간 (edge directional interpolation)을 활용하는 방법이 사용된다. 반면, 지배적인 채널이 없는 CFA의 경 우 전체 이미지를 대표할 수 있는 하나의 이미지를 추정하는 방법을 사용한다. 이는 모든 채널을 보간하는데 활용되며, 색 차 도메인과 유사한 스펙트럼 차 도메인이 사 용된다. 본 논문에서는 지배적인 채널 존재 여부에 따른 컬러 디모자이킹 방법을 제 안한다. 지배적인 채널을 갖는 RGBW CFA의 경우, 색 차 도메인에서 에지 방향을 고려하여 흰 채널을 보간한다. 흰 채널을 추정한 후 흰 채널과 다른 색상 채널 간의 관계를 이용한 라플라시안 피라미드 분해를 통해 RGB 채널을 보간한다. 지배적 채널이 없는 4×4 MSFA의 경우 16개 채널의 대표 영상인 유사 팬크로매틱 이미지 (pseudo-panchromatic image, PPI)를 추정하고, 스펙트럼 차이 영역에서 PPI의 에지 방향을 이용하여 16개 채널을 보간한다. 제안하는 방법을 사용한 디모자킹 결 과는 적절한 고주파 복원과 빠른 수행 시간을 보여준다. 실험 결과는 제안된 알고리 즘이 정량적, 정성적 평가를 기반으로 한 여러 디모자이킹 방법보다 성능이 우수하 다는 것을 보여준다. 제안한 디모자이킹 방법은 실제 산업(자율주행, 감시카메라, 식품산업)이나 모바 일 스마트폰에서 알고리즘으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.