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KR101851695B1 - System and Method for Controlling Interval Type-2 Fuzzy Applied to the Active Contour Model - Google Patents

System and Method for Controlling Interval Type-2 Fuzzy Applied to the Active Contour Model Download PDF

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KR101851695B1
KR101851695B1 KR1020160152103A KR20160152103A KR101851695B1 KR 101851695 B1 KR101851695 B1 KR 101851695B1 KR 1020160152103 A KR1020160152103 A KR 1020160152103A KR 20160152103 A KR20160152103 A KR 20160152103A KR 101851695 B1 KR101851695 B1 KR 101851695B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
prototype
value
aurora
region
oval
Prior art date
Application number
KR1020160152103A
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Korean (ko)
Inventor
전광길
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

An interval type-2 fuzzy control system and method applying an active contour model can distinguish an auroral oval image by easily expressing the uncertainty of the auroral oval image using an uncertainty membership value of an interval type-2 fuzzy set by combining the active contour model with an interval type-2 fuzzy logic.

Description

액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템 및 방법{System and Method for Controlling Interval Type-2 Fuzzy Applied to the Active Contour Model}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an interval type 2 fuzzy control system and an active contour model,

본 발명은 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 액티브 윤곽 모델(Active Contour Model)과 인터벌 타입 2 퍼지 논리(Interval Type-2 Fuzzy Logic)를 조합하여 인터벌 타입 2 퍼지 세트의 불확실성 멤버쉽 값을 이용하여 오로라 타원형 이미지의 불확실성을 용이하게 표현함으로써 오로라 타원형 이미지를 구별하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to an interval type 2 fuzzy control system, and more particularly, to a method and apparatus for controlling an interval type 2 fuzzy control system by combining an active contour model and an interval type-2 fuzzy logic to use an uncertainty membership value of an interval type 2 fuzzy set To an interval type 2 fuzzy control system using an active contour model that distinguishes aurora oval images by easily expressing the uncertainty of the aurora oval image.

오로라는 태양에서 방출된 대전 입자의 일부가 지구 자기장에 이끌려 대기로 진입하면서 공기 분자와 반응하여 빛을 내는 현상이다.Aurora is a phenomenon in which a part of the charged particles emitted from the sun is attracted by the Earth's magnetic field and reacts with air molecules to emit light as it enters the atmosphere.

오로라는 고위도 지역에서 하늘에서 나타나는 자연 현상이며 태양풍과 자기권에 시작된 하전 입자의 충돌로 야기된다.Aurora is a natural phenomenon that appears in the sky in high latitude regions and is caused by the collision of charged particles initiated by solar wind and magnetism.

오로라는 전파를 방사하고 무선통신, 기상 및 생물학적 과정에 강한 영향을 미칠 수 있다.Aurora can radiate radio waves and have a strong impact on wireless communications, weather and biological processes.

오로라 연구는 고위도 전리권, 열권, 자기권의 거동을 해석하여 자기권 내의 중요한 물리 과정을 모니터링 할 수 있다.The auroral research can analyze important physics processes in the magnetosphere by interpreting the behavior of high latitude, high power, and magnetic power.

오로라 화상은 지구 근접 공간에서 몇가지 중요한 물리 과정을 조사하기 위해서 필요한 것으로 증명되었다.Auroral burns have proven necessary to investigate several important physical processes in the Earth's proximity space.

특히 오로라 화상은 전력망 통신 시스템, 기상학, 복잡한 생물계의 연구를 위한 중요한 정보를 전달한다.Aurora images in particular convey vital information for the study of grid communication systems, meteorology, and complex biological systems.

종래의 영상 검출 방법은 픽셀 강도에서의 배경과 오로라 타원체를 효과적으로 구별해내지 못하는 문제점이 있다.The conventional image detection method has a problem in that it can not effectively distinguish between the background in the pixel intensity and the aurora ellipsoid.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 액티브 윤곽 모델(Active Contour Model)과 인터벌 타입 2 퍼지 논리(Interval Type-2 Fuzzy Logic)를 조합하여 인터벌 타입 2 퍼지 세트의 불확실성 멤버쉽 값을 이용하여 오로라 타원형 이미지의 불확실성을 용이하게 표현함으로써 오로라 타원형 이미지를 구별하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve such a problem, the present invention combines an Active Contour Model and an Interval Type-2 Fuzzy Logic to generate an aurora oval shape using an uncertainty membership value of an interval type 2 fuzzy set. An object of the present invention is to provide an interval type 2 fuzzy control system and method in which an active contour model that distinguishes an aurora oval image is easily expressed by expressing an uncertainty of an image.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템은,According to an aspect of the present invention, there is provided an interval type 2 fuzzy control system using an active contour model,

영상장비를 이용하여 오로라 타원형 이미지를 획득하는 영상 획득부;An image acquiring unit acquiring an aurora oval image using an image device;

상기 오로라 타원형 이미지의 각 픽셀이 오로라 타원형 지역과 배경 지역에 속하는지 여부를 나타내는 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 하기의 수학식 1의 멤버쉽 함수를 이용하여 계산하는 퍼지 논리화부;A fuzzy logic unit for calculating a first membership value and a second membership value indicating whether or not each pixel of the Aurora oval image belongs to the Aurora oval region and the background region using the membership function of Equation 1;

상기 계산된 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 처리하기 위한 Type Reduction 처리를 하기의 수학식 2에 의해 수행하는 타입 리덕션 처리부; 및A type reduction processing unit for performing Type Reduction processing for processing the calculated first membership value and the second membership value according to Equation (2) below; And

상기 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값에 따라 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역에 픽셀을 분할하여 할당하는 하드 파티션닝(Hard Partitioning)을 하기의 수학식 3에 의해 수행하는 액티브 윤곽 모델부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an active contour modeling unit for performing hard partitioning in which pixels are divided and allocated to the Aurora oval region and the background region according to the first membership value and the second membership value, .

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112016111521417-pat00001
Figure 112016111521417-pat00001

여기서, V1은 오로라 타원형 지역의 프로토타입(Prototype)이고, V2는 배경 지역의 프로토타입(Prototype)이고,

Figure 112016111521417-pat00002
Figure 112016111521417-pat00003
은 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 하한 멤버쉽 값과 상한 멤버쉽 값이고, I(x, y)는 해당 픽셀(x, y)에 위치한 그레이 값(Gray Value)이고, m1과 m2는 최종 클러스터링의 퍼지화 정도를 결정하는 퍼지화 계수를 나타냄.Where V1 is the Prototype of the Aurora Oval region, V2 is the Prototype of the background region,
Figure 112016111521417-pat00002
Wow
Figure 112016111521417-pat00003
(X, y) is a gray value (gray value) of a pixel (x, y) belonging to the aurora oval region and I (x, y) is a gray value Represents the fuzzification coefficient that determines the degree of fuzzification of the final clustering.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112016111521417-pat00004
Figure 112016111521417-pat00004

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112016111521417-pat00005
Figure 112016111521417-pat00005

본 발명의 특징에 따른 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법은,In the interval type 2 fuzzy control method applying the active contour model according to the feature of the present invention,

영상장비를 이용하여 오로라 타원형 이미지를 획득하는 단계;Acquiring an aurora oval image using an imaging device;

상기 획득한 오로라 타원형 이미지의 각 픽셀이 오로라 타원형 지역과 배경 지역에 속하는지 여부를 나타내는 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 하기의 수학식 1의 멤버쉽 함수를 이용하여 계산하는 단계;Calculating a first membership value and a second membership value indicating whether or not each pixel of the obtained auroral oval image belongs to the Aurora oval region and the background region using the membership function of Equation 1;

상기 계산된 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 처리하기 위한 Type Reduction 처리를 하기의 수학식 2에 의해 수행하는 단계; 및Performing Type Reduction processing for processing the calculated first membership value and the second membership value using Equation (2): < EMI ID = 2.0 > And

상기 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값에 따라 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역에 픽셀을 분할하여 할당하는 하드 파티션닝(Hard Partitioning)을 하기의 수학식 3에 의해 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And performing hard partitioning in which pixels are divided and allocated to the Aurora oval region and the background region according to the first membership value and the second membership value, .

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112016111521417-pat00006
Figure 112016111521417-pat00006

여기서, V1은 오로라 타원형 지역의 프로토타입(Prototype)이고, V2는 배경 지역의 프로토타입(Prototype)이고,

Figure 112016111521417-pat00007
Figure 112016111521417-pat00008
은 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 하한 멤버쉽 값과 상한 멤버쉽 값이고, I(x, y)는 해당 픽셀(x, y)에 위치한 그레이 값(Gray Value)이고, m1과 m2는 최종 클러스터링의 퍼지화 정도를 결정하는 퍼지화 계수를 나타냄.Where V1 is the Prototype of the Aurora Oval region, V2 is the Prototype of the background region,
Figure 112016111521417-pat00007
Wow
Figure 112016111521417-pat00008
(X, y) is a gray value (gray value) of a pixel (x, y) belonging to the aurora oval region and I (x, y) is a gray value Represents the fuzzification coefficient that determines the degree of fuzzification of the final clustering.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112016111521417-pat00009
Figure 112016111521417-pat00009

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112016111521417-pat00010
Figure 112016111521417-pat00010

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 액티브 윤곽 모델과 인터벌 타입 2 퍼지 논리를 조합한 것으로 오로라 타원형 이미지를 분할하는 초기 윤곽 조건에 덜 민감하며, 인터벌 타입 2 퍼지 세트의 불확실성 멤버쉽 값을 이용하여 오로라 타원형 이미지의 불확실성을 용이하게 설명할 수 있는 효과가 있다.With the above-described configuration, the present invention combines the active contour model and the interval type 2 fuzzy logic, is less sensitive to the initial contour condition dividing the aurora oval image, and uses the uncertainty membership value of the interval type 2 purge set, There is an effect that the uncertainty of the image can be easily explained.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오로라 타원형 이미지를 구별하기 위하여 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터벌 타입 2 퍼지 논리 집합의 멤버쉽 함수의 구간을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부피가 다른 2개의 클러스터에서 퍼지화 계수에 따라 퍼지 영역을 형성하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프로토타입(Prototype) C1의 왼쪽 값과 오른쪽 값을 추정하기 위한 Type Reduction 처리 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오로라 타원형 이미지의 윤곽선을 구별하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오로라 타원형 이미지를 구별하기 위하여 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법을 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a block diagram briefly showing the construction of an interval type 2 fuzzy control system to which an active outline model is applied to distinguish auroral oval images according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a section of a membership function of an interval type 2 fuzzy logic set according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view illustrating formation of a purge region according to a fuzzy coefficient in two clusters having different volumes according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a Type Reduction processing method for estimating a left value and a right value of a prototype C 1 according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a process of distinguishing contours of an aurora oval image according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an interval type 2 fuzzy control method in which an active outline model is applied to distinguish aurora oval images according to an embodiment of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

대부분의 패턴 인식이나 클러스터링 문제에서 구별하고자 하는 패턴에 대한 모든 정보를 알 수 없기 때문에 항상 파라미터에 대한 불확실성(Uncertainty)이 존재한다.In most pattern recognition or clustering problems, there is always uncertainty about the parameters because we can not know all the information about the pattern we want to distinguish.

Type 1 Fuzzy Set은 패턴에 대한 불확실성을 표현하기 위해 사용되는 알고리즘이다. 그러나 Type 1 Fuzzy Set은 외부의 노이즈나 오로라 화상 이미지와 같은 불확실성을 표현하는데 한계가 있다.Type 1 Fuzzy Set is an algorithm used to express the uncertainty of a pattern. However, Type 1 fuzzy sets have limitations in expressing uncertainties such as external noise or auroral image images.

본 발명은 불확실성 정보를 멤버십 함수로 표현하여 불확실성을 효율적으로 취급하는 Type 2 Fuzzy Set을 적용한다.The present invention applies a Type 2 fuzzy set which expresses uncertainty information as a membership function and treats uncertainty efficiently.

이러한 Type 2 Fuzzy Set은 제1 멤버쉽(Primary Membership)을 정의하기 위해 여러 개의 제2 멤버쉽(Secondary Membership)을 할당하게 되고 기존의 Type 1 Fuzzy Set에 비하여 데이터에 대한 불확실성을 더욱 효과적으로 제어하게 된다.This Type 2 Fuzzy Set assigns a number of Secondary Memberships to define the Primary Membership and controls the uncertainty of the data more effectively than the Type 1 Fuzzy Sets.

Type 2 Fuzzy Set은 연산 과정에서 오는 연산 복잡성을 감소시키기 위해 퍼지 세트(Fuzzy Set)을 인터벌 세트(Interval Set)으로 확장하는 Interval Type-2 Fuzzy Set을 제안한다. The Type 2 Fuzzy Set proposes an Interval Type-2 Fuzzy Set that extends the fuzzy set to the Interval Set to reduce the computational complexity of the computation.

오로라 타원형 이미지들에 대한 정보는 완벽하게 얻기 어렵다.Information about Aurora oval images is difficult to obtain completely.

이에 대한 해결책으로 본 발명은 오로라 타원형 이미지의 분할에 있어 적용되는 액티브 윤곽 모델(Active Contour Model)에 Type 2 Fuzzy Set을 적용하는 방법을 예시하며, 이를 통해 오로라 타원형 이미지의 불확실성을 잘 표현할 수 있는 인터벌 타입 2 퍼지 ACM(Interval Type-2 Fuzzy Active Contour Model)을 제공한다.As a solution to this problem, the present invention exemplifies a method of applying a Type 2 fuzzy set to an active contour model applied to the segmentation of the aurora oval image. In this way, an interval that can express the uncertainty of the auroral oval image Type 2 fuzzy ACM (Interval Type-2 Fuzzy Active Contour Model).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오로라 타원형 이미지를 구별하기 위하여 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터벌 타입 2 퍼지 논리 집합의 멤버쉽 함수의 구간을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부피가 다른 2개의 클러스터에서 퍼지화 계수에 따라 퍼지 영역을 형성하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프로토타입(Prototype) C1의 왼쪽 값과 오른쪽 값을 추정하기 위한 Type Reduction 처리 방법을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a block diagram briefly showing the construction of an interval type 2 fuzzy control system in which an active outline model is applied to distinguish an aurora oval image according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of an interval type FIG. 3 is a view showing a formation of a purged region according to a fuzzy coefficient in two clusters having different volumes according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 FIG. 5 is a diagram illustrating a Type Reduction processing method for estimating a left value and a right value of a prototype C 1 according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 발명의 실시예에 따른 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템(100)은 영상 획득부(110), 퍼지 논리화부(Fuzzifier)(120), 타입 리덕션(Type Reduction) 처리부(130), 액티브 윤곽 모델부(140), 제어부(150) 및 퍼지 에너지 함수 계산부(160)를 포함한다.The interval type 2 fuzzy control system 100 applying the active contour model according to the embodiment of the present invention includes an image acquisition unit 110, a fuzzy logic unit 120, a type reduction processing unit 130, An active contour modeling unit 140, a control unit 150, and a purge energy function calculating unit 160.

영상 획득부(110)는 영상장비를 이용하여 오로라 타원형 이미지를 획득한다.The image acquiring unit 110 acquires the aurora oval image using the image equipment.

퍼지 논리화부(120)는 인터벌 타입 2 퍼지를 적용하기 위하여 제2 멤버쉽 값(Secondary Membership Degree)이 모두 1인 다음의 [수학식 1]과 같은 인터벌 타입 2 퍼지 세트를 사용한다.The fuzzy logic unit 120 uses an interval type 2 fuzzy set such as the following Equation 1 with a second membership value of all 1 in order to apply the interval type 2 purging.

Figure 112016111521417-pat00011
Figure 112016111521417-pat00011

여기서, U는 제2 멤버쉽 함수이고, Jx는 제2 멤버쉽 함수 영역인 x의 제1 멤버쉽이다.Where U is the second membership function and Jx is the first membership of x, the second membership function region.

전술한 [수학식 1]에서 제2 멤버쉽 값이 모두 같기 때문에 Type 1 Fuzzy Set과 같이 사용될 수 있다.In Equation (1), since the second membership values are all the same, it can be used as a Type 1 Fuzzy Set.

인터벌 타입 2 퍼지 논리 집합의 멤버쉽 함수는 제2 멤버쉽 값이 모두 같기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 [

Figure 112016111521417-pat00012
(X'),
Figure 112016111521417-pat00013
(x')]와 같이 구간으로 표현될 수 있다. 도 2에서 음영으로 된 부분이 불확실성을 표현한 부분이다.The membership function of the interval type 2 fuzzy logic set has the same membership value as the second membership value,
Figure 112016111521417-pat00012
(X '),
Figure 112016111521417-pat00013
(x ')]. In Figure 2, the shaded portion represents the uncertainty.

퍼지 논리화부(120)는 부피가 다른 2개의 클러스터에서 적합한 퍼지 영역을 퍼지화 계수(m1, m2)에 따라 상한(Upper) 멤버쉽 함수와 하한(Lower) 멤버쉽 함수를 구하면 다음의 [수학식 2]와 같다.The fuzzy logic unit 120 obtains an upper membership function and a lower membership function according to the fuzzing coefficients m1 and m2 in two clusters having different volumes, .

Figure 112016111521417-pat00014
Figure 112016111521417-pat00014

여기서, V1, V2는 오로라 타원형 지역의 프로토타입(Prototype)과 배경 지역의 프로토타입(Prototype)이고,

Figure 112016111521417-pat00015
Figure 112016111521417-pat00016
은 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 하한 멤버쉽 값과 상한 멤버쉽 값이고, I(x, y)는 해당 픽셀(x, y)에 위치한 그레이 값(Gray Value)이고, m1과 m2는 최종 클러스터링의 퍼지화 정도를 결정하는 퍼지화 계수를 나타낸다.Here, V1 and V2 are the prototype of the Aurora oval region and the prototype of the background region,
Figure 112016111521417-pat00015
Wow
Figure 112016111521417-pat00016
(X, y) is a gray value (gray value) of a pixel (x, y) belonging to the aurora oval region and I (x, y) is a gray value And a fuzzy coefficient that determines the degree of fuzzification of the final clustering.

전술한 V1과 V2는 하기의 [수학식 6]에서 구해진다.The above-described V1 and V2 are obtained from the following equation (6).

m1과 m2는 멤버쉽 값의 근사치를 [수학식 2]에 의해 계산된다.m1 and m2 are calculated by an approximation of the membership value by Equation (2).

멤버쉽 값은 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x, y)이 얼마나 많은 지를 표현할 수 있다.The membership value can represent how many pixels (x, y) belong to the Aurora oval region.

다시 말해, 퍼지 논리화부(120)는 오로라 타원형 이미지의 각 픽셀이 오로라 타원형 지역과 배경 지역에 속하는지 여부를 나타내는 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 [수학식 1]의 멤버쉽 함수를 이용하여 계산한다.In other words, the fuzzy logic unit 120 generates a first membership value and a second membership value indicating whether or not each pixel of the aurora oval image belongs to the aurora oval region and the background region, using the membership function of Equation (1) .

도 3에 도시된 바와 같이, 퍼지 논리화부(120)는 m1과 m2를 이용하여 불확실성을 주어 퍼지화 계수에 따라 클러스터 부피에 맞게 적당한 퍼지 지역을 형성한다.As shown in FIG. 3, the fuzzy logic unit 120 gives an uncertainty using m1 and m2 to form a proper purging region according to the cluster volume according to the fuzzification coefficient.

도 3에 도시된 바와 같이, 오로라 타원형 지역과 배경 지역의 패턴에서 두 개의 클러스터는 다른 부피와 휘도를 가지고 경계선의 중심선을 기준으로 C1과 C2를 동일하게 할당하는 것보다 m1과 m2 값을 조정하여 도 3의 (b)와 같이, Maximum 퍼지 영역에서 경계선의 중심선을 기준으로 왼쪽 영역을 넓게 오른쪽 영역을 좁게 형성하는 것이 이상적인 구조이다.As shown in FIG. 3, in the patterns of the Aurora oval region and the background region, two clusters have different volumes and luminance, and the values of m1 and m2 are adjusted rather than C1 and C2 equally based on the center line of the boundary line As shown in FIG. 3 (b), it is an ideal structure to form the left region wide and the right region narrow based on the center line of the boundary line in the maximum purge region.

다시 말해, 퍼지 논리화부(120)는 오로라 타원형 지역의 프로토타입(Prototype) C1과 배경 지역의 프로토타입(Prototype) C2를 다음의 [수학식 3]에 의해 계산한다.In other words, the fuzzy logic conversion unit 120 calculates by the prototype (Prototype), C 1 and the prototype (Prototype), C 2 of the background area of Aurora oval area in the following formula 3].

Figure 112016111521417-pat00017
Figure 112016111521417-pat00017

여기서, u(x, y)는 특정 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 멤버쉽 값을 나타내고(∈ [0,1]), m은 퍼지화 계수이고,

Figure 112016111521417-pat00018
는 주어진 초기 영상을 나타내는 것으로 최소화(Minimization) 과정을 거치면서 커브 C가 정해진다.Here, u (x, y) represents a membership value of a pixel (x, y) belonging to a specific region (∈ [0, 1]), m is a fuzzy coefficient,
Figure 112016111521417-pat00018
The curve C is determined by minimizing the initial image.

퍼지 논리화부(120)는 퍼지화 계수를 제어하여 오로라 타원형 이미지 상에 중첩되는 영역의 분할을 향상시킨다.The fuzzy logic unit 120 controls the fuzzification coefficient to improve the segmentation of the region superimposed on the aurora oval image.

각 픽셀의 멤버쉽 값은 상한 근사치와 하한 근사치를 가진다.The membership values of each pixel have upper and lower bounds.

타입 리덕션(Type Reduction) 처리부는 멤버쉽 값을 적용하기 위한 Type Reduction 처리를 다음의 [수학식 4]에 의해 계산한다.The Type Reduction processor calculates the Type Reduction process for applying the membership value according to the following equation (4).

Figure 112016111521417-pat00019
Figure 112016111521417-pat00019

최종 분할 결과로서, 오로라 타원형 이미지의 픽셀은 각 픽셀의 멤버쉽 값에 따라 오로라 타원형 이미지에 해당하는 목적 지역 또는 그 외의 배경 지역에 할당된다.As a result of the final segmentation, the pixels of the Aurora elliptical image are assigned to a destination area or other background area corresponding to the Aurora oval image, depending on the membership value of each pixel.

하드 파티션닝(Hard Partitioning)은 퍼지 세트의 디퍼지화(Defuzzification)로 간주된다.Hard Partitioning is considered defuzzification of the fuzzy set.

액티브 윤곽 모델부(Active Contour Model)(140)는 각 픽셀의 최종 분할인 하드 파티션닝을 수행하기 위하여 다음의 [수학식 5]와 같이 계산된다.The active contour model 140 is calculated as Equation (5) to perform hard partitioning, which is the final partition of each pixel.

Figure 112016111521417-pat00020
Figure 112016111521417-pat00020

본 발명은 불확실성을 표현하기 위하여 인터벌 타입 2 퍼지세트를 적용하고, 각 픽셀의 멤버쉽 값은 상한 근사치와 하한 근사치를 가지고 있다.The present invention applies an interval type 2 fuzzy set to represent uncertainty, and the membership value of each pixel has an upper limit approximation and a lower limit approximation.

액티브 윤곽 모델부(140)는 상한 근사치와 하한 근사치를 전술한 [수학식 5]에 직접적으로 적용할 수 없기 때문에 타입 리덕션 처리부(130)에 의한 Type Reduction 처리(수학식 4)를 먼저 수행한 후 하드 파티션닝을 수행하게 된다.Since the active contour modeling unit 140 can not directly apply the upper limit approximation value and the lower limit approximation value to the above-described expression (5), the type reduction processing (expression 4) by the type reduction processing unit 130 is first performed Hard partitioning is performed.

액티브 윤곽 모델부(140)는 상기 오로라 타원형 이미지의 각 픽셀이 오로라 타원형 지역과 배경 지역에 속하는지 여부를 나타내는 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값에 따라 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역에 픽셀을 분할하여 할당하는 하드 파티션닝(Hard Partitioning)을 수행한다.The active contour modeling unit 140 may generate a pixel in the auroral oval region and the background region according to a first membership value and a second membership value indicating whether each pixel of the auroral oval image belongs to the aurora oval region and the background region And performs hard partitioning for partitioning and allocation.

액티브 윤곽 모델부(140)는 Interval Type 2 Fuzzy Set을 액티브 윤곽 모델(Active Contour Model)에 적용함에 있어서 하드 파티션닝을 전술한 [수학식 5]와 같이 표현된다.In applying the Interval Type 2 Fuzzy Set to the active contour model, the active contour modeling unit 140 expresses hard partitioning as shown in Equation (5).

제어부(150)는 프로토타입(Prototype) C1의 왼쪽 값과 오른쪽 값을 추정하기 위한 Type Reduction 처리 방법을 수행하면 다음과 같다.The control unit 150 when performing a Type Reduction processing method for estimating the value of the left and right values of the prototype (Prototype), C 1 as follows.

제어부(150)는 전술한 [수학식 2]와 [수학식 4]에 의해 각 픽셀의 멤버쉽 값을 계산한다(S100).The controller 150 calculates the membership value of each pixel according to the above-described [Equation 2] and [Equation 4] (S100).

제어부(150)는 S100 단계에서 얻은 멤버쉽 값과 전술한 [수학식 3]을 이용하여 프로토타입 C1을 계산한다(S102).Controller 150 calculates a prototype C 1 using the membership values and the formula 3 obtained in the above step S100 (S102).

제어부(150)는 오름차순으로 픽셀들을 정렬한 후, 모든 픽셀 중에서 계산한 프로토타입 C1으로부터 최소 거리를 갖는 인덱스 k번째 픽셀을 찾아낸다(S104).Controller 150 and then sorting the pixels in ascending order, find the index k-th pixel having the minimum distance from the prototype C 1 calculation of all the pixels (S104).

k(i < k)보다 작은 인덱스를 가진 픽셀의 멤버쉽 값은 하한 멤버쉽 값과 동일하게 설정한다. k보다 작은 인덱스를 가진 픽셀의 멤버쉽 값이 하한 멤버쉽과 동일하게 설정하지 않는 경우, 멤버쉽 값은 상한 멤버쉽 값과 동일하게 설정한다.The membership value of a pixel having an index smaller than k (i <k) is set equal to the lower limit membership value. If the membership value of a pixel having an index smaller than k is not set equal to the lower membership, the membership value is set equal to the upper membership value.

제어부(150)는 S104 단계에서 얻은 멤버쉽 값과 전술한 [수학식 3]을 이용하여 프로토타입의 오른쪽 값 C1r을 계산한다(S106).The control unit 150 calculates the right value C 1r of the prototype using the membership value obtained in step S104 and the above-described formula (3) (S106).

제어부(150)는 C1r = C1 인지 여부를 판단하여 같은 경우 Type Reduction 처리 절차를 종료하며, 같지 않은 경우 C1 = C1r으로 설정한 후 전술한 S104 단계로 이동하여 Type Reduction 처리 절차를 반복한다(S108, S110, S112).The control unit 150 determines whether C 1r = C 1 If it is not the same, C 1 = C 1r is set. Then, the flow goes to the above-described step S104 to repeat the type reduction processing procedure (S108, S110, S112).

프로토타입의 왼쪽 값 C1l은 전술한 S100 단계 내지 S112 단계를 반복하여 Type Reduction 처리를 수행한다. 다만, 차이점은 i가 k보다 크거나 같은 조건(

Figure 112016111521417-pat00021
)을 전술한 S104 단계에 적용한다.The left value C 1l of the prototype is subjected to Type Reduction processing by repeating steps S100 to S112 described above. However, the difference is that i is greater than or equal to k (
Figure 112016111521417-pat00021
) To the above-described step S104.

제어부(150)는 Crisp 프로토타입을 디퍼지화하는 방법인 다음의 [수학식 6]을 이용하여 계산한다.The control unit 150 calculates using the following Equation (6), which is a method of demarcating the Crisp prototype.

Figure 112016111521417-pat00022
Figure 112016111521417-pat00022

여기서, i는 1 또는 2이고, Cil은 프로토타입의 왼쪽 값이며, Cir은 프로토타입의 오른쪽 값을 나타낸다.Where i is 1 or 2, C il is the left value of the prototype, and C ir is the right value of the prototype.

Interval Type-2 Fuzzy Set은 퍼지 에너지 함수에 영향을 미친다.The Interval Type-2 Fuzzy Set affects the fuzzy energy function.

퍼지 에너지 함수 계산부(160)는 퍼지 에너지 함수를 다음의 [수학식 7]과 같이 형성하여 오로라 타원형 이미지를 구별하게 된다.The fuzzy energy function calculator 160 forms a purge energy function as shown in the following equation (7) to distinguish the auroral oval image.

Figure 112016111521417-pat00023
Figure 112016111521417-pat00023

여기서, V1와 V2는 오로라 타원형 지역과 배경 지역의 프로토타입이고,

Figure 112016111521417-pat00024
는 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x,y)의 타입 2 퍼지 멤버쉽 값이고, I(x,y)는 (x,y)에 위치한 픽셀의 그레이 값이고, m은 퍼지화 계수를 나타낸다.Where V1 and V2 are prototypes for the Aurora oval and background regions,
Figure 112016111521417-pat00024
Is the type 2 fuzzy membership value of the pixel (x, y) belonging to the aurora oval region, I (x, y) is the gray value of the pixel located at (x, y), and m is the fuzzification coefficient.

퍼지 에너지 함수는 에너지 함수가 최소화되는 방향으로 반복적으로 이동하여 객체와 배경이 이루는 경계에 수렴되도록 하여 오로라 타원형 이미지의 윤곽선을 추적한다(도 5).The fuzzy energy function is repeatedly moved in the direction in which the energy function is minimized, and the outline of the auroral oval image is traced by converging the boundary between the object and the background (FIG. 5).

도 5에 도시된 바와 같이, 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템(100)은 영상 획득부(110), 퍼지 논리화부(Fuzzifier)(120), 타입 리덕션(Type Reduction) 처리부(130), 액티브 윤곽 모델부(140), 제어부(150) 및 퍼지 에너지 함수 계산부(160)을 이용하여 오로라 타원형 이미지의 윤곽선을 구별하게 된다.5, the interval type 2 fuzzy control system 100 includes an image acquisition unit 110, a fuzzy logic unit 120, a type reduction processing unit 130, an active contour model unit 130, The control unit 150, and the purge energy function calculator 160. The contour of the auroral elliptical image is distinguished from the contour of the auroral elliptical image.

도 6은 발명의 실시예에 따른 오로라 타원형 이미지를 구별하기 위하여 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating an interval type 2 fuzzy control method in which an active outline model is applied to distinguish auroral oval images according to an embodiment of the present invention.

영상 획득부(110)는 영상장비를 이용하여 오로라 타원형 이미지를 획득한다.The image acquiring unit 110 acquires the aurora oval image using the image equipment.

제어부(150)는 오로라 타원형 지역을

Figure 112016111521417-pat00025
> 0으로 설정하고, 배경 지역을
Figure 112016111521417-pat00026
< 0으로 설정하여 분할 초기화를 수행한다(S200).The controller 150 controls the Aurora oval area
Figure 112016111521417-pat00025
> 0, and set the background area to
Figure 112016111521417-pat00026
&Lt; 0, and initialization of division is performed (S200).

제어부(150)는 전술한 S100 내지 S112 단계와 [수학식 6]을 이용하여 오로라 타원형 지역의 프로토타입 V1과 배경 지역의 프로토타입 V2를 계산한다(S202).The control unit 150 calculates the prototype V1 of the aurora oval region and the prototype V2 of the background region using the above-described steps S100 to S112 and (Equation 6) (S202).

다시 말해, 제어부(150)는 S100 내지 S112 단계를 이용하여 오로라 타원형 지역의 프로토타입의 오른쪽 값 C1r과 프로토타입의 왼쪽 값 C1l과 배경 지역의 프로토타입의 오른쪽 값 C2r과 프로토타입의 왼쪽 값 C2l을 계산한 후, 전술한 [수학식 6]을 이용하여 오로라 타원형 지역의 프로토타입 V1와 배경 지역의 프로토타입 V2를 계산한다.In other words, using steps S100 to S112, the controller 150 calculates the right value C 1r of the prototype of the aurora oval region, the left value C 1l of the prototype, the right value C 2r of the prototype of the background region, After calculating the value C 2l , the prototype V1 of the aurora oval region and the prototype V2 of the background region are calculated using the above-described Equation (6).

제어부(150)는 현재 픽셀의 멤버쉽 값

Figure 112016111521417-pat00027
과 그레이 값 Io을 전술한 [수학식 2]와 [수학식 4]를 이용하여 계산하며, 픽셀의 새로운 멤버쉽 값
Figure 112016111521417-pat00028
을 전술한 [수학식 2]와 [수학식 4]를 이용하여 계산한다(S204).The controller 150 determines whether the current pixel membership value
Figure 112016111521417-pat00027
And the gray value Io are calculated using the above-described Equations (2) and (4), and the new membership value
Figure 112016111521417-pat00028
Is calculated using the above-described Equations (2) and (4) (S204).

제어부(150)는 각 픽셀의 기존의 에너지와 새로운 에너지 간의 차이값인 에너지 변화량을 다음의 [수학식 8]을 이용하여 계산한다(S206).The controller 150 calculates an energy change amount, which is a difference value between the existing energy and the new energy of each pixel, using the following equation (8) (S206).

Figure 112016111521417-pat00029
Figure 112016111521417-pat00029

여기서,

Figure 112016111521417-pat00030
Figure 112016111521417-pat00031
를 나타낸다.here,
Figure 112016111521417-pat00030
Wow
Figure 112016111521417-pat00031
.

S1는 전체 영상에 있어 Type-2 퍼지 멤버십에 해당하는 부분이고, S2는 전체 영상에 있어 Type-2 퍼지 멤버십에 해당하지 않는 바깥 부분이다.S1 is the part corresponding to the Type-2 fuzzy membership in the entire image, and S2 is the outside part which does not correspond to the Type-2 fuzzy membership in the entire image.

제어부(150)는

Figure 112016111521417-pat00032
라고 판단하는 경우,
Figure 112016111521417-pat00033
Figure 112016111521417-pat00034
으로 대체하며,
Figure 112016111521417-pat00035
이 아니라고 판단하는 경우, 다음 S210 단계로 진행한다(S208).The control unit 150
Figure 112016111521417-pat00032
If so,
Figure 112016111521417-pat00033
To
Figure 112016111521417-pat00034
And,
Figure 112016111521417-pat00035
The process proceeds to the next step S210 (S208).

제어부(150)는 퍼지 에너지 함수 계산부(160)와 연동하여 전술한 [수학식 7]에 의해 전체 에너지 함수 F를 계산한다(S210).The control unit 150 calculates the total energy function F according to the above-described Equation (7) in conjunction with the purge energy function calculation unit 160 (S210).

제어부(150)는

Figure 112016111521417-pat00036
라고 판단하는 경우, 인터벌 타입 2 퍼지 제어 절차를 종료하며(S212), 그렇지 않은 경우, 전술한 S202 단계로 이동하여 인터벌 타입 2 퍼지 제어 절차를 반복한다.The control unit 150
Figure 112016111521417-pat00036
The interval type 2 fuzzy control procedure is terminated (S212). Otherwise, the flow goes to the above-described S202 and the interval type 2 fuzzy control procedure is repeated.

[수학식 8]은 일정한 과정을 반복 수행하여 해를 구하는 반복법(Iterative Method)이다.Equation (8) is an iterative method for obtaining a solution by repeating a predetermined process.

Figure 112016111521417-pat00037
는 Old Energy Fold와 New Energy Fnew의 차분을 보는 것으로 반복법의 중단 조건을 찾기 위한 것이다.
Figure 112016111521417-pat00037
Is to find the interruption condition of the iteration by looking at the difference between Old Energy F old and New Energy F new .

반복법을 수행할 때 ε이상이면, 계속 Fnew값을 찾고, Fnew와 Fold의 차이가 ε이하가 되면 중단한다. 임계치 ε = 10-2는 퍼지 중단 조건으로 사용된다.Ε is more than when performing the iterative approach, still looking for new F value, and stops when the difference between the new and the F F old is less than ε. The threshold value ε = 10 -2 is used as a fuzzy stop condition.

인터벌 타입 2 퍼지 ACM(Interval Type-2 Fuzzy Active Contour Model)은 액티브 윤곽 모델과 인터벌 타입 2 퍼지 논리를 조합한 것으로 오로라 타원형 이미지를 분할하는 초기 윤곽 조건에 덜 민감한 장점이 있으며, 인터벌 타입 2 퍼지 세트의 불확실성 멤버쉽 값을 이용하여 오로라 타원형 이미지의 불확실성을 용이하게 설명할 수 있는 효과가 있다.Interval Type 2 Fuzzy Active Contour Model (ACM) is a combination of active contour model and interval type 2 fuzzy logic. It has the advantage of being less sensitive to the initial contour conditions that divide the auroral oval image. The interval type 2 fuzzy set It is possible to easily explain the uncertainty of the auroral oval image using the uncertainty membership value of the auroral oval image.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and / or method, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템
110: 영상 획득부
120: 퍼지 논리화부
130: 타입 리덕션 처리부
140: 액티브 윤곽 모델부
150: 제어부
160: 퍼지 에너지 함수 계산부
100: Interval type 2 fuzzy control system
110:
120: fuzzy logic unit
130: Type reduction processor
140: active contour model part
150:
160: Fuzzy energy function calculation unit

Claims (11)

영상장비를 이용하여 오로라 타원형 이미지를 획득하는 영상 획득부;
상기 오로라 타원형 이미지의 각 픽셀이 오로라 타원형 지역과 배경 지역에 속하는지 여부를 나타내는 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 하기의 수학식 1의 멤버쉽 함수를 이용하여 계산하는 퍼지 논리화부;
상기 계산된 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 처리하기 위한 Type Reduction 처리를 하기의 수학식 2에 의해 수행하는 타입 리덕션 처리부; 및
상기 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값에 따라 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역에 픽셀을 분할하여 할당하는 하드 파티션닝(Hard Partitioning)을 하기의 수학식 3에 의해 수행하는 액티브 윤곽 모델부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템.
[수학식 1]
Figure 112016111521417-pat00038

여기서, V1은 오로라 타원형 지역의 프로토타입(Prototype)이고, V2는 배경 지역의 프로토타입(Prototype)이고,
Figure 112016111521417-pat00039
Figure 112016111521417-pat00040
은 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 하한 멤버쉽 값과 상한 멤버쉽 값이고, I(x, y)는 해당 픽셀(x, y)에 위치한 그레이 값(Gray Value)이고, m1과 m2는 최종 클러스터링의 퍼지화 정도를 결정하는 퍼지화 계수를 나타냄.
[수학식 2]
Figure 112016111521417-pat00041

[수학식 3]
Figure 112016111521417-pat00042
An image acquiring unit acquiring an aurora oval image using an image device;
A fuzzy logic unit for calculating a first membership value and a second membership value indicating whether or not each pixel of the Aurora oval image belongs to the Aurora oval region and the background region using the membership function of Equation 1;
A type reduction processing unit for performing Type Reduction processing for processing the calculated first membership value and the second membership value according to Equation (2) below; And
And an active contour modeling unit for performing hard partitioning in which pixels are divided and allocated to the Aurora oval region and the background region according to the first membership value and the second membership value, And an interval type 2 fuzzy control system to which an active contour model is applied.
[Equation 1]
Figure 112016111521417-pat00038

Where V1 is the Prototype of the Aurora Oval region, V2 is the Prototype of the background region,
Figure 112016111521417-pat00039
Wow
Figure 112016111521417-pat00040
(X, y) is a gray value (gray value) of a pixel (x, y) belonging to the aurora oval region and I (x, y) is a gray value Represents the fuzzification coefficient that determines the degree of fuzzification of the final clustering.
&Quot; (2) &quot;
Figure 112016111521417-pat00041

&Quot; (3) &quot;
Figure 112016111521417-pat00042
제1항에 있어서,
상기 퍼지 논리화부는 각 픽셀들이 상기 오로라 타원형 지역의 제1 프로토타입(C1)과 상기 배경 지역의 제2 프로토타입(C2)을 하기의 수학식 4에 의해 계산하여 상기 퍼지화 계수에 따라 상기 제1 프로토타입과 상기 제2 프로토타입의 부피에 맞게 퍼지 지역을 형성하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템.
[수학식 4]
Figure 112016111521417-pat00043

여기서, u(x, y)는 특정 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 멤버쉽 값을 나타내고(∈ [0,1]), m은 퍼지화 계수임.
The method according to claim 1,
The fuzzy logic unit calculates the first prototype (C1) of the aurora oval region and the second prototype (C2) of the background region by using the following Equation (4) 1 &lt; / RTI &gt; prototype and the volume of the second prototype. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt;
&Quot; (4) &quot;
Figure 112016111521417-pat00043

Here, u (x, y) represents the membership value of a pixel (x, y) belonging to a specific region (∈ [0,1]), and m is a fuzzy coefficient.
제2항에 있어서,
상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 오른쪽 값과 왼쪽 값을 각각 추정하기 위한 Type Reduction 처리를 수행하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 이용하여 각 픽셀의 멤버쉽 값을 계산하고, 상기 계산한 멤버쉽 값을 상기 수학식 4에 대입하여 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)을 계산하고, 픽셀들을 오름차순으로 정렬한 후 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)으로부터 최소 거리를 갖는 인덱스 k번째 픽셀을 구하며, 상기 k번째 픽셀의 멤버쉽 값을 상기 수학식 4에 대입하여 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 오른쪽 값(Cir)과 왼쪽 값(Cil)을 계산하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
Further comprising a controller for performing Type Reduction processing for estimating a right value and a left value of the first prototype (C1) and the second prototype (C2), respectively,
The controller calculates the membership value of each pixel using Equations (1) and (2), substitutes the calculated membership value into Equation (4), and outputs the first prototype (C1) Calculating a type (C2), arranging the pixels in ascending order, and obtaining an index kth pixel having a minimum distance from the first prototype (C1) and the second prototype (C2) active contour model, characterized in that the values are substituted in equation (4) calculating the first prototype (C1) and wherein the right value of the second prototype (C2) (C ir) and left value (C il) Type 2 fuzzy control system.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 오른쪽 값(Cir)과 왼쪽 값(Cil)을 하기의 수학식 5에 대입하여 디퍼지화하고 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역의 각각 Crisp 프로토타입인 상기 오로라 타원형 지역의 프로토타입(V1)과 상기 배경 지역의 프로토타입(V2)을 계산하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템.
[수학식 5]
Figure 112016111521417-pat00044

여기서, i=1 또는 2이고 Cil은 프로토타입의 왼쪽 값이고, Cir은 프로토타입의 오른쪽 값이고, V1은 V2는 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역의 프로토타입임.
The method of claim 3,
The controller divides the right value C ir and the left value C il of the first prototype C1 and the second prototype C2 into the following equation 5 to define the aurora oval region And a prototype (V1) of the aurora oval region and a background region prototype (V2), each of which is a Crisp prototype of the background region, are calculated.
&Quot; (5) &quot;
Figure 112016111521417-pat00044

Here, i = 1 or 2, C il is the left value of the prototype, C ir is the right value of the prototype, V 1 is the prototype of the aurora oval region and the background region.
제4항에 있어서,
상기 오로라 타원형 지역의 프로토타입(V1)과 상기 배경 지역의 프로토타입(V2)을 하기의 수학식 6의 퍼지 에너지 함수에 대입하여 상기 오로라 타원형 이미지를 구별하는 퍼지 에너지 함수 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 시스템.
[수학식 6]
Figure 112016111521417-pat00045

여기서, V1와 V2는 오로라 타원형 지역과 배경 지역의 프로토타입이고,
Figure 112016111521417-pat00046
는 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x,y)의 타입 2 퍼지 멤버쉽 값이고, I(x,y)는 (x,y)에 위치한 픽셀의 그레이 값이고, m은 퍼지화 계수임.
5. The method of claim 4,
And a fuzzy energy function calculation unit for assigning the prototype (V1) of the aurora oval region and the prototype (V2) of the background region to the fuzzy energy function of Equation (6) below to distinguish the aurora oval image An interval type 2 fuzzy control system with an active contour model.
&Quot; (6) &quot;
Figure 112016111521417-pat00045

Where V1 and V2 are prototypes for the Aurora oval and background regions,
Figure 112016111521417-pat00046
Is the type 2 fuzzy membership value of the pixel (x, y) belonging to the aurora oval region, I (x, y) is the gray value of the pixel located at (x, y), and m is the fuzzification coefficient.
영상장비를 이용하여 오로라 타원형 이미지를 획득하는 단계;
상기 획득한 오로라 타원형 이미지의 각 픽셀이 오로라 타원형 지역과 배경 지역에 속하는지 여부를 나타내는 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 하기의 수학식 1의 멤버쉽 함수를 이용하여 계산하는 단계;
상기 계산된 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값을 처리하기 위한 Type Reduction 처리를 하기의 수학식 2에 의해 수행하는 단계; 및
상기 제1 멤버쉽 값과 제2 멤버쉽 값에 따라 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역에 픽셀을 분할하여 할당하는 하드 파티션닝(Hard Partitioning)을 하기의 수학식 3에 의해 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법.
[수학식 1]
Figure 112016111521417-pat00047

여기서, V1은 오로라 타원형 지역의 프로토타입(Prototype)이고, V2는 배경 지역의 프로토타입(Prototype)이고,
Figure 112016111521417-pat00048
Figure 112016111521417-pat00049
은 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 하한 멤버쉽 값과 상한 멤버쉽 값이고, I(x, y)는 해당 픽셀(x, y)에 위치한 그레이 값(Gray Value)이고, m1과 m2는 최종 클러스터링의 퍼지화 정도를 결정하는 퍼지화 계수를 나타냄.
[수학식 2]
Figure 112016111521417-pat00050

[수학식 3]
Figure 112016111521417-pat00051
Acquiring an aurora oval image using an imaging device;
Calculating a first membership value and a second membership value indicating whether or not each pixel of the obtained auroral oval image belongs to the Aurora oval region and the background region using the membership function of Equation 1;
Performing Type Reduction processing for processing the calculated first membership value and the second membership value using Equation (2): &lt; EMI ID = 2.0 &gt; And
And performing hard partitioning in which pixels are divided and allocated to the Aurora oval region and the background region according to the first membership value and the second membership value, An interval type 2 fuzzy control method using an active contour model.
[Equation 1]
Figure 112016111521417-pat00047

Where V1 is the Prototype of the Aurora Oval region, V2 is the Prototype of the background region,
Figure 112016111521417-pat00048
Wow
Figure 112016111521417-pat00049
(X, y) is a gray value (gray value) of a pixel (x, y) belonging to the aurora oval region and I (x, y) is a gray value Represents the fuzzification coefficient that determines the degree of fuzzification of the final clustering.
&Quot; (2) &quot;
Figure 112016111521417-pat00050

&Quot; (3) &quot;
Figure 112016111521417-pat00051
제6항에 있어서,
상기 멤버쉽 함수를 이용하여 계산하는 단계는,
각 픽셀들이 상기 오로라 타원형 지역의 제1 프로토타입(C1)과 상기 배경 지역의 제2 프로토타입(C2)을 하기의 수학식 4에 의해 계산하는 단계; 및
상기 퍼지화 계수에 따라 상기 제1 프로토타입과 상기 제2 프로토타입의 부피에 맞게 퍼지 지역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법.
[수학식 4]
Figure 112016111521417-pat00052

여기서, u(x, y)는 특정 지역에 속하는 픽셀(x, y)의 멤버쉽 값을 나타내고(∈ [0,1]), m은 퍼지화 계수임.
The method according to claim 6,
Wherein the step of calculating using the membership function comprises:
Each pixel computing a first prototype (C1) of the aurora oval region and a second prototype (C2) of the background region by: &quot; (4) &quot; And
And forming a purging region according to the volume of the first prototype and the second prototype according to the fuzzy coefficient.
&Quot; (4) &quot;
Figure 112016111521417-pat00052

Here, u (x, y) represents the membership value of a pixel (x, y) belonging to a specific region (∈ [0,1]), and m is a fuzzy coefficient.
제7항에 있어서,
상기 하기의 수학식 2에 의해 수행하는 단계는,
상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 이용하여 각 픽셀의 멤버쉽 값을 계산하는 제1 단계;
상기 계산한 멤버쉽 값을 상기 수학식 4에 대입하여 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)을 계산하는 제2 단계;
픽셀들을 오름차순으로 정렬한 후 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)으로부터 최소 거리를 갖는 인덱스 k번째 픽셀을 구하는 제3 단계; 및
상기 k번째 픽셀의 멤버쉽 값을 상기 수학식 4에 대입하여 상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 오른쪽 값(Cir)과 왼쪽 값(Cil)을 계산하여 Type Reduction 처리를 수행하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법.
8. The method of claim 7,
The step of performing by the above-mentioned formula (2)
A first step of calculating a membership value of each pixel using Equation 1 and Equation 2;
A second step of calculating the first prototype C1 and the second prototype C2 by substituting the calculated membership value into Equation 4;
A third step of aligning the pixels in ascending order and obtaining an index k-th pixel having a minimum distance from the first prototype (C1) and the second prototype (C2); And
The right value C ir and the left value C il of the first prototype C1 and the second prototype C2 are calculated by substituting the membership value of the kth pixel into the equation 4, And a fourth step of performing a reduction process on the input image data.
제8항에 있어서,
상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 오른쪽 값(Cir)은 상기 제3 단계에서 상기 인덱스 k번째 픽셀을 구할 때 i < k인 경우의 조건을 설정하고, 상기 제1 단계에서 상기 제4 단계를 순차적으로 수행하고,
상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 왼쪽 값(Cil)은 상기 제3 단계에서 상기 인덱스 k번째 픽셀을 구할 때
Figure 112016111521417-pat00053
인 경우의 조건을 설정하고, 상기 제1 단계에서 상기 제4 단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The right value (C ir ) of the first prototype (C1) and the second prototype (C2) sets a condition when i < k when the index kth pixel is calculated in the third step, Performing the fourth step sequentially in a first step,
The left value (C il ) of the first prototype (C1) and the second prototype (C2) is obtained when the index k-th pixel is obtained in the third step
Figure 112016111521417-pat00053
And the fourth step is sequentially performed in the first step. The method according to claim 1, further comprising:
제8항에 있어서,
상기 제4 단계 이후에,
상기 제1 프로토타입(C1)과 상기 제2 프로토타입(C2)의 오른쪽 값(Cir)과 왼쪽 값(Cil)을 하기의 수학식 5를 이용하여 디퍼지화하고 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역의 각각 Crisp 프로토타입인 상기 오로라 타원형 지역의 프로토타입(V1)과 상기 배경 지역의 프로토타입(V2)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법.
[수학식 5]
Figure 112016111521417-pat00054

여기서, i=1 또는 2이고 Cil은 프로토타입의 왼쪽 값이고, Cir은 프로토타입의 오른쪽 값이고, V1은 V2는 상기 오로라 타원형 지역과 상기 배경 지역의 프로토타입임.
9. The method of claim 8,
After the fourth step,
A right value C ir and a left value C il of the first prototype C1 and the second prototype C2 are defined using Equation 5 below and the aurora oval region and the background And calculating a prototype (V1) of the Aurora oval region and a prototype (V2) of the background region, each of which is a Crisp prototype of the region.
&Quot; (5) &quot;
Figure 112016111521417-pat00054

Here, i = 1 or 2, C il is the left value of the prototype, C ir is the right value of the prototype, V 1 is the prototype of the aurora oval region and the background region.
제10항에 있어서,
상기 각각 Crisp 프로토타입을 계산하는 단계 이후에,
상기 오로라 타원형 지역의 프로토타입(V1)과 상기 배경 지역의 프로토타입(V2)을 하기의 수학식 6의 퍼지 에너지 함수에 대입하여 상기 오로라 타원형 이미지를 구별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 윤곽 모델을 적용한 인터벌 타입 2 퍼지 제어 방법.
[수학식 6]
Figure 112016111521417-pat00055

여기서, V1와 V2는 오로라 타원형 지역과 배경 지역의 프로토타입이고,
Figure 112016111521417-pat00056
는 오로라 타원형 지역에 속하는 픽셀(x,y)의 타입 2 퍼지 멤버쉽 값이고, I(x,y)는 (x,y)에 위치한 픽셀의 그레이 값이고, m은 퍼지화 계수임.
11. The method of claim 10,
After each step of calculating the Crisp prototype,
And a step of assigning the prototype (V1) of the Aurora oval region and the prototype (V2) of the background region to the fuzzy energy function of Equation (6) to distinguish the Aurora oval image Model - based Interval Type 2 Fuzzy Control Method.
&Quot; (6) &quot;
Figure 112016111521417-pat00055

Where V1 and V2 are prototypes for the Aurora oval and background regions,
Figure 112016111521417-pat00056
Is the type 2 fuzzy membership value of the pixel (x, y) belonging to the aurora oval region, I (x, y) is the gray value of the pixel located at (x, y), and m is the fuzzification coefficient.
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