고속기동 조건에서의 수중 음향 카메라 영상의 도플러 왜곡 보정 연구
Study of Doppler compensation of underwater acoustic camera images under high-speed conditions
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초록
최근 자율형 무인잠수정 기술의 발전과 함께 무인잠수정에 탑재되는 음향 카메라의 중요성이 대두되고 있다. 음향 카메라는 수중에 위치하는 근접 수중물체를 가시화하는 장비로 자율형 무인잠수정에 있어 매우 중요한 역할을 한다. 다중주파수를 사용하는 음향 카메라의 경우 수중플랫폼 운용 중에 도플러 효과가 필연적으로 발생하는데, 이러한 도플러 효과는 수신 음향신호의 주파수 성분의 천이를 발생시키므로, 결과적으로 수중물체 영상의 위치적 왜곡을 야기시킨다. 본 연구는 다중주파수를 사용하는 음향 카메라의 도플러 효과에 의해 발생되는 영상 왜곡에 대하여 설명하고, 가상모의 자료를 이용하여 획득영상의 보정을 수행한다. 수치모델링 결과로부터 음향카메라를 이용한 획득영상의 위치상의 왜곡이 정량적으로 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 도플러 천이를 이용한 도플러 보상 기법의 적용성을 확인하였다.
Abstract
Recently, acoustic cameras have become increasingly important with developments in autonomous underwater vehicle (AUV) technology. An acoustic camera is a device that visualizes nearby underwater targets and plays a major role in the autonomous operation of AUVs. For acoustic cameras that use multi-frequencies, the Doppler effect inevitably occurs during the operation of the platform. This Doppler effect causes a transition in the frequency component of the received signals, resulting in a locational distortion in the underwater target image. This study describes the image distortion caused by the Doppler effect of an acoustic camera using multi-frequencies and performs correction of the acquired images using numerical datasets. The study confirms that the position distortion of the acquired image using the acoustic camera is quantitatively generated through numerical tests. In addition, the applicability of the proposed technique to compensate the Doppler effect is verified.
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