본 기술은 밀리미터파 및 테라헤르츠 대역 전자파 기반 비접촉·비파괴 3차원 이미징 시스템에서, 하드웨어 트리거 또는 엔코더 기반 정밀 동기화 없이 획득된 비동기 레스터 스캔 데이터의 위치오차를 소프트웨어적으로 보정하는 영상 고도화 기술임.
본 기술은 원시 신호로부터 3차원 영상을 직접 복원하는 프로그램이 아니라, 이미 복원된 라인별 복소수 3차원 볼륨 스택을 입력으로 사용하여 비동기 스캔 과정에서 발생한 라인별 위치오차와 정렬 불일치를 추정·보정하는 후처리 소프트웨어임.
주요 기능은 라인별 복소수 3차원 볼륨 스택 입력, 기준 볼륨 또는 leave-one-out 기준 영상 생성, FFT 기반 coarse 위치오차 추정, NCC/SCS 기반 fine 위치오차 추정, grid_sample 기반 서브픽셀 정렬 보정, coherent sum 기반 최종 3차원 영상 생성, 보정 전·후 비교영상 및 품질지표 산출 기능을 포함함.
이를 통해 스테이지와 데이터 획득 장치가 완전하게 동기화되지 않은 환경에서도 위치오차로 인한 영상 흐림, 중복상, 기하학적 왜곡 및 포커싱 오차를 저감할 수 있으며, 최종 비파괴 3차원 영상의 정합도와 선명도를 향상시킬 수 있음.
▶ 비동기 스캔 보정 기술 특징
● 하드웨어 트리거, 모터 엔코더, 정밀 동기화 보드에 대한 의존도 저감
● 라인별 복소수 3차원 볼륨 기반 위치오차 추정 및 서브픽셀 정렬 보정
● FFT 기반 coarse 정렬, NCC/SCS 기반 fine 정렬, coherent sum 기반 최종 영상 생성
● 보정 전·후 비교영상, 라인별 shift, 품질지표(NCC/SSIM/MAE/PSNR) 및 로그 출력 가능
● 밀리미터파, 서브테라헤르츠, 테라헤르츠 기반 비파괴 3차원 영상 시스템에 적용 가능
1) 기술이전의 목표
? 본 기술이전의 목표는 하드웨어 트리거 또는 엔코더 기반 정밀 동기화 장치 없이 획득된 비동기 스캔 데이터로부터 측정 위치 오차를 보정하고, 고품질의 3차원 영상을 복원할 수 있는 소프트웨어 프로그램을 산업체에 이전하는 데 있음.
? 구체적인 목표는 다음과 같음.
? 첫째, 밀리미터파 및 테라헤르츠 등 전자파 기반 스캔 시스템에서 획득·복원된 3차원 초기 영상에 대해 위치 정합, 왜곡 보정 및 영상 품질 개선 기능을 제공함.
? 둘째, 스테이지 또는 스캐너의 이동과 데이터 획득 시점이 완전하게 동기화되지 않은 환경에서 발생하는 위치 오차를 시간 정보, 스캐닝 속도 및 이동 방향 정보를 활용한 소프트웨어 기반 위치 추정으로 보완함.
? 셋째, 라인별 3차원 초기 복원영상 간의 위치 불일치를 상관관계 기반으로 분석하고, 서브픽셀 수준의 정렬 보정을 수행하여 최종 3차원 영상의 선명도, 정합도 및 형상 정확도를 향상시킴.
? 넷째, 하드웨어 트리거, 모터 엔코더, 동기화 보드 등 정밀 동기화 장치에 대한 의존도를 낮춤으로써 시스템 구축 비용과 복잡도를 줄이고, 상용 이미징 모듈 및 독립 제어 방식의 스캔 시스템에도 적용 가능한 영상 고도화 소프트웨어 기술을 제공함.
? 다섯째, 비동기 스캔 환경에서의 위치 정합 및 영상 보정 기능을 추가함으로써 산업체가 보다 유연한 비파괴 3차원 영상 시스템을 구성할 수 있도록 지원함.
2) 기술이전의 필요성
? 기존의 고정밀 3차원 영상복원 시스템은 데이터 획득 시점과 스테이지 위치를 정확히 일치시키기 위하여 하드웨어 트리거, 모터 엔코더, FPGA 기반 동기화 회로, 타이밍 제어 보드 등을 사용함. 이러한 방식은 높은 위치 정합 정확도를 제공할 수 있으나, 시스템 구성이 복잡하고 장비 비용이 증가하며, 장비 간 인터페이스 제약으로 인해 산업체가 쉽게 적용하기 어려운 문제가 있음.
? 특히 밀리미터파 및 테라헤르츠 기반 이미징 시스템은 송수신 모듈, 스테이지, 모션 제어기, 데이터 획득 장치, 영상처리 장치가 각각 독립적인 상용 장비 또는 소프트웨어로 구성되는 경우가 많음. 이 경우 각 장비를 하드웨어적으로 정밀 동기화하기 어렵고, 장비 제조사별 인터페이스 제한으로 인해 시스템 통합 비용이 증가함.
? 하드웨어 트리거 없이 스캔 데이터를 획득하는 경우에는 데이터 획득 시점과 실제 측정 위치 간에 시간 지연, 라인별 위치오차 및 지터가 발생할 수 있음. 이러한 오차는 3차원 영상 처리 과정에서 위상 누적 오차, 포커싱 오차, 영상 흐림, 중복상 및 기하학적 왜곡으로 나타나 최종 영상 품질을 저하시킴.
? 따라서 정밀 하드웨어 동기화 장치 없이도 비동기 스캔 데이터에서 발생하는 위치오차와 영상 왜곡을 보정하고, 3차원 초기 복원영상의 정합도와 선명도를 향상시킬 수 있는 소프트웨어 기반 영상 고도화 기술이 필요함. 본 기술은 이러한 필요성에 대응하여 이미 복원된 라인별 복소수 3차원 볼륨 스택을 입력으로 사용하고, 기준 볼륨 또는 leave-one-out 기준 영상 생성, FFT 상호상관 기반 coarse 위치오차 추정, NCC/SCS 기반 fine 위치오차 추정, grid_sample 기반 서브픽셀 정렬 보정 및 coherent sum 기반 최종 3차원 영상 생성 기능을 제공함.
? 본 기술이 산업체에 이전될 경우, 기존 상용 밀리미터파/테라헤르츠 모듈과 스테이지를 활용한 저비용 3차원 이미징 시스템 구현이 가능하며, 하드웨어 연동 부담을 줄인 유연한 시스템 구성이 가능함. 이를 통해 비파괴 검사, 보안검색, 물류 검사, 산업용 품질검사 등 다양한 분야에서 비파괴 3차원 영상의 품질 개선 및 활용성 확대에 기여할 수 있음.
본 기술의 핵심 특징은 정밀 하드웨어 동기화 장치 없이도 비동기 스캔 과정에서 발생한 라인별 위치오차를 소프트웨어적으로 추정·보정하여 3차원 영상 품질을 향상시킬 수 있다는 점임.
기존 3차원 이미징 시스템은 데이터 획득 시점과 스테이지 위치를 정밀하게 일치시키기 위해 하드웨어 트리거, 모터 엔코더, FPGA 기반 동기화 회로, 전용 타이밍 제어 보드 등을 필요로 하는 경우가 많음. 반면 본 기술은 이미 복원된 라인별 복소수 3차원 볼륨 간 상호상관 정보를 활용하여 위치오차를 추정하므로, 하드웨어 연동 부담과 시스템 구축 복잡도를 줄일 수 있음.
또한 FFT 기반 coarse 정렬과 NCC/SCS 기반 fine 정렬을 순차적으로 수행하여 정수 픽셀 수준의 위치오차뿐만 아니라 서브픽셀 수준의 미세 위치오차까지 보정할 수 있음. 이후 grid_sample 기반 정렬 보정과 coherent sum 기반 최종 영상 생성을 통해 영상 흐림, 중복상, 기하학적 왜곡 및 포커싱 오차를 줄이고 최종 3차원 영상의 정합도와 선명도를 향상시킬 수 있음.
본 기술은 특정 하드웨어에 종속되지 않는 소프트웨어 형태로 제공 가능하므로, 상용 밀리미터파/테라헤르츠 모듈, 연구용 스캐너, 스테이지 기반 비파괴 검사 장치 등 기존 시스템에 비교적 유연하게 적용 가능함. 이를 통해 보안검색, 산업용 비파괴 검사, 물류 검사, 생산공정 품질검사, 국방·공공안전 등 다양한 분야로 확장 가능함.
시험 결과, 라인별 위치오차 추정 정확도는 판정 기준인 MAE 3 mm 이하, RMSE 3 mm 이하, 상관계수 0.95 이상을 만족하였으며, 보정 후 NCC, PSNR, SSIM 등 영상 품질지표가 크게 향상됨을 확인하였음. 대표 볼륨 데이터 기준 처리시간도 RTX 4090 GPU 환경에서 3초 이내, CPU 환경에서 25초 이내 기준을 충족하였음.
본 기술이전은 이미 복원된 라인별 복소수 3차원 볼륨 스택을 대상으로, 비동기 레스터 스캔 과정에서 발생한 라인별 위치오차와 정렬 불일치를 소프트웨어적으로 추정·보정하고, 최종 비파괴 3차원 영상의 정합도와 선명도를 향상시키는 후처리 영상 고도화 프로그램에 관한 것임.
본 기술은 원시 신호로부터 3차원 영상을 복원하는 기능이 아니라, 외부 복원 모듈 또는 기존 3차원 영상복원 프로그램을 통해 생성된 복소수 볼륨 데이터를 입력으로 사용하여 비동기 스캔 기반 위치오차 보정과 영상 품질 향상을 수행하는 고도화 소프트웨어임.
주요 이전 내용은 복소수 3차원 볼륨 스택 입력 및 검증 기능, 정렬 축·탐색 범위·깊이 선택 수·CPU/GPU 등 실행 파라미터 설정 기능, leave-one-out 기준 영상과 FFT 상호상관 기반 coarse 위치오차 추정 기능, NCC/SCS 기반 fine 위치오차 추정 기능, grid_sample 기반 서브픽셀 정렬 보정 기능, coherent sum 기반 최종 3차원 영상 생성 기능, 보정 전·후 비교영상·라인별 shift·품질지표(NCC/SSIM/MAE/PSNR)·실행 로그 출력 및 저장 기능을 포함함.
비동기 스캔 보정 기반 비파괴 3차원 영상 고도화 프로그램
* 실행파일 제공
* 내부 소스코드 미공개
* 프로그램 실행 및 결과 확인을 위한 기본 사용 설명 포함
* 비동기 스캔 위치오차 추정 및 정렬 보정 알고리즘 설명자료 포함
* 입력 복소수 3차원 볼륨 스택 구조, 기준 볼륨 입력 방식, 정렬 파라미터, 출력 데이터 형식 설명자료 포함
* 기술 검증 및 프로그램 사용 확인을 위한 예제 데이터 또는 샘플 보정 결과 제공 가능
본 기술이전은 밀리미터파/테라헤르츠 송수신 하드웨어, 스테이지, 모션 제어기, ADC/FPGA 보드, 데이터 획득 장치 등 물리적 하드웨어를 포함하지 않음.
본 기술이전은 제공된 프로그램의 실행 및 활용 범위에 한정되며, 내부 소스코드, 원시 신호 기반 3차원 영상복원 기능, BP/RMA 복원 모듈, 시간 기반 위치추정 모듈, 회로 설계자료, 하드웨어 제작도면, 별도 AI 학습 데이터셋, 펌웨어 수정, 현장 제품화 UI 개발 및 상용화를 위한 추가 커스터마이징 개발은 기술이전 범위에 포함되지 않음.
1) 적용분야
본 기술은 가시광선 카메라로 내부 확인이 어려운 포장재, 의류, 플라스틱, 세라믹, 종이, 복합소재 등 비금속 매질을 대상으로 하는 비접촉·비파괴 3차원 영상 시스템에 적용 가능함. 특히 비동기 스캔으로 획득·복원된 복소수 3차원 볼륨 데이터의 위치오차와 영상 왜곡을 보정하여, 최종 3차원 영상의 정합도와 선명도를 향상시키는 분야에 활용 가능함.
가) 보안검색 분야
신발, 가방, 박스, 의류 등 외부에서 내부 확인이 어려운 대상에 대해 은닉 물체, 위험물, 금지물품 등의 존재 여부를 비파괴 방식으로 확인하는 시스템에 적용 가능함.
나) 산업용 비파괴 검사 분야
플라스틱, 세라믹, 복합소재, 포장재 등의 내부 결함, 이물, 구조 변형, 접합 불량 등을 개봉 또는 절단 없이 검사하는 비파괴 검사 시스템에 활용 가능함.
다) 생산·물류 검사 자동화 분야
제품 또는 포장 상태를 개봉하지 않고 내부 구조와 이상 여부를 확인함으로써 자동 검사, 품질관리 및 물류 검색 시스템에 적용 가능함.
라) 밀리미터파/테라헤르츠 3차원 이미징 시스템 분야
기존 밀리미터파, 서브테라헤르츠 및 테라헤르츠 기반 3차원 이미징 장치에 소프트웨어 기반 위치 정합 및 영상 보정 기능을 추가하여, 비동기 또는 고속 스캔 환경에서 영상 품질을 향상시키는 데 활용 가능함.
마) 국방·공공안전 분야
의심 물체, 비금속 차폐물 내부, 은닉물 탐지 등 개봉·접촉이 어려운 대상에 대해 비파괴 3차원 내부구조 확인을 지원하는 기술로 활용 가능함.
2) 기대효과
가) 시스템 구축 비용 절감
본 기술은 하드웨어 트리거, 모터 엔코더, 정밀 동기화 보드 등에 대한 의존도를 낮출 수 있으므로, 3차원 이미징 시스템의 구축 비용을 절감할 수 있음.
나) 시스템 구성 단순화
스테이지와 데이터 획득 장치 간의 복잡한 하드웨어 동기화 배선과 장비 연동 부담을 줄일 수 있어, 시스템 설계, 구축 및 유지보수가 간편해짐.
다) 고속 스캔 가능성 향상
기존에는 정확한 영상 품질 확보를 위해 저속 스캔 또는 정밀 하드웨어 동기화가 필요했으나, 본 기술은 비동기 스캔 환경의 위치오차를 보정함으로써 고속 스캔 시스템 적용에 기여할 수 있음.
라) 3차원 영상 품질 향상
위치오차에 따른 영상 흐림, 중복상, 기하학적 왜곡 및 포커싱 오차를 줄여, 측정 대상 내부 구조를 보다 명확하게 확인할 수 있음.
마) 산업체 적용성 향상
상용 밀리미터파/테라헤르츠 모듈과 스테이지를 사용하는 업체가 복잡한 하드웨어 연동 부담을 줄이고 비동기 스캔 보정 및 영상 고도화 기능을 적용할 수 있어, 기술 적용 장벽을 낮출 수 있음.
바) 신시장 창출 가능성
비파괴 검사, 보안검색, 물류 검사, 산업용 품질검사 등 다양한 분야에서 기존 카메라 및 일부 검사 기술이 제공하기 어려운 내부 구조 기반 3차원 영상 정보를 활용할 수 있으므로, 신규 서비스 및 제품 개발에 기여할 수 있음.