본 논문에서는 고해상도 컬러 영상 워핑의 실시간 처리를 위한 FPGA 기반 하드웨어를 설계한다. 영상 워핑은 입력 영상에 2D 좌표 변환을 적용하는 영상 처리 알고리즘으로 실시간 영상 워핑 구현을 위해서는 좌표 변환 연산, 픽셀 데이터 보간 연산, 그리고 고속 영상 버퍼 메모리 구조 등 3가지 문제에서 실시간 성능 및 정확성을 확보하여야 한다. 본 논문에서는 CFA 컬러 영상 워핑을 활용한 연산량 감소, 오프라인 캐시 스케줄링 및 캐시 메모리 분할 구조를 적용한 영상 데이터 캐시, 그리고 연산의 선후 관계 및 타이밍 조건을 고려한 병렬 처리 및 파이프라인 구조 등을 통하여 실시간 동작 성능을 확보한다. Full HD 해상도의 컬러 영상 입력에 대한 구현된 시스템의 동작 정확성을 PC 소프트웨어의 처리 결과와 비교/확인하고, 실시간 렌즈 왜곡 보정에 적용하여 구현된 시스템의 타당성을 검증한다.

실시간 컬러 영상 워핑에서 컬러 복원(color reconstruction) 전의 컬러 필터 배열(CFA: Color Filter Array) 영상에 영상 워핑을 적용하면 컬러 영상 워핑에 필요한 보간 연산량을 1/3로 줄임으로써 실시간 성능을 개선할 수 있다. 하지만, RGB 풀 컬러 영상워핑에 비하여 CFA 영상 워핑의 결과 영상에서는 영상 품질이 떨어지는 한계가 있다. 본 논문에서는 CFA 영상의 컬러 복원과 영상 워핑을 한 단계로 통합하는 방식을 제안한다. 제안하는 방식에서는 영상 품질을 RGB 풀 컬러 영상 워핑 수준으로 유지하면서도 연산량은 크게 증가하지 않는 장점이 있다. 렌즈 왜곡 보정에 적용한 실험 결과를 RGB 풀 컬러 영상 워핑 및 CFA 영상 워핑 결과와 비교하여 제안한 방식의 타당성을 확인한다.

FPGA 기반 실시간 영상 워핑 시스템에서는 영상 픽셀 정보의 빠른 읽기와 메모리 접근 횟수의 감소를 위하여 영상 캐시를 활용하지만, 일반 컴퓨터 시스템의 캐시 알고리즘은 캐시 부적중(cache miss)에 의한 시간 지연과 복잡한 온라인(on-line) 연산 구조로 인하여 실시간 성능 구현에 어려움이 있다. 본 논문에서는 FPGA 기반 실시간 영상 워핑을 위한 단순한 구조의 영상 캐시 알고리즘을 제안한다. 영상 워핑에서의 픽셀 데이터 접근 순서는 워핑에 적용할 2D 좌표변환 관계에 의하여 결정되며 매 영상 프레임에서 반복되는 특성이 있다. 따라서, 캐시 로드(cache load)에 관한 사항을 오프라인(off-line)에서 미리 프로그램함으로써 캐시 부적중 상황이 발생하지 않음을 보장할 수 있고, 그 결과 온라인에서의 연산이 감소하여 캐시 컨트롤러의 구조가 단순해진다. FPGA를 활용한 전체 시스템 구조를 제시하고, 실험을 통하여 제안하는 영상 캐시 알고리즘의 정확성과 타당성을 확인한다.

광 픽업 유닛(Optical pickup unit, OPU)은 광 디스크 드라이브에서 데이터를 판독/기록하는 헤드이며, 회절 격자(Grating, GT)의 정밀한 방위각 조정은 레이저 빔의 반점들을 광 디스크의 동일 데이터 트랙에 정렬하기 위한 OPU 제조에서 중요한 공정이다. 본 논문은 GT 조정 공정의 자동화를 위해 레이저 빔 반점의 정렬 상태를 검출하는 새로운 방법을 제안한다. 기존 방법은 데이터 무선 주파수(RF) 신호의 아이 다이어그램에 복잡하고 고가의 영상 처리 기법을 적용하는 반면, 제안 방법은 레이저 빔 반점과 데이터 트랙 간의 기하학적 관계를 고려하여 두 개의 레이저 빔 반점에 대응하는 두 개의 이진 신호 간 교차상관(cross-correlation)을 측정한다. 제안 방법은 디지털 논리 회로를 이용해 구현할 수 있을 정도로 단순할 뿐 아니라, 반경 방향 온트랙 이탈 구동(radial off-track run-out)과 디스크 회전 속도 오차로 인해 신호 상태가 열악하더라도 견딜 수 있다. 제안 방법의 FPGA 기반 구현을 제시하고, 그 타당성을 보이기 위한 실험 결과를 ¹ 에서 제시한다.

차량 현가 시스템은 차량의 승차감 및 주행 안정성과 관련하여 매우 중요한 역할을 한다. 승차감과 주행 안정성을 향상시키기 위해 다양한 감쇠 파라미터 튜닝 기법으로부터 전자 제어 현가 시스템의 개발에 이르기까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 논문에서는 승차 성능 향상의 한 방안으로, 교란 관측기(disturbance observer, DOB) 기반 제어 시스템을 1/4 차량 모델에 적용하여 DOB가 우수한 진동 차단 특성을 얻을 수 있음을 보이고자 한다. 먼저 DOB에 대한 강건한 안정성 기준을 상세히 소개하고, 이어서 1/4 차량 모델에 DOB가 적용되는 방법을 설명한 후, 마지막으로 차량 승차 성능 향상에서 DOB의 유효성을 확인하기 위해 다양한 주행 조건에 대해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행한다.

본 논문에서는 운전자의 체중 이동을 활용한 메카넘 휠 기반 전방향 전동 보드 제어 방법을 제안한다. 운전을 위한 별도의 운전 장치를 사용하지 않으며, 다수의 센서를 활용하여 측정한 체중 분포로부터 무게 중심의 위치를 구하여 전방향 전동 보드의 병진 운동과 회전 운동의 3 자유도 운전 명령을 생성한다. 체중 이동은 운전 명령으로 반영됨과 동시에 관성력을 극복하기 위한 운전자의 동작과 일치하여 직관적인 장점이 있다. 전체 제어 구조를 제시하며, 실험에 적용하여 제안된 방식의 타당성을 확인한다.

본 논문에서는 고해상도 컬러 영상 워핑의 실시간 처리를 위한 FPGA 기반 하드웨어를 설계한다. 영상 워핑은 입력 영상에 2D 좌표 변환을 적용하는 영상 처리 알고리즘으로 실시간 영상 워핑 구현을 위해서는 좌표 변환 연산, 픽셀 데이터 보간 연산, 그리고 고속 영상 버퍼 메모리 구조 등 3가지 문제에서 실시간 성능 및 정확성을 확보하여야 한다. 본 논문에서는 CFA 컬러 영상 워핑을 활용한 연산량 감소, 오프라인 캐시 스케줄링 및 캐시 메모리 분할 구조를 적용한 영상 데이터 캐시, 그리고 연산의 선후 관계 및 타이밍 조건을 고려한 병렬 처리 및 파이프라인 구조 등을 통하여 실시간 동작 성능을 확보한다. Full HD 해상도의 컬러 영상 입력에 대한 구현된 시스템의 동작 정확성을 PC 소프트웨어의 처리 결과와 비교/확인하고, 실시간 렌즈 왜곡 보정에 적용하여 구현된 시스템의 타당성을 검증한다.

실시간 컬러 영상 워핑에서 컬러 복원(color reconstruction) 전의 컬러 필터 배열(CFA: Color Filter Array) 영상에 영상 워핑을 적용하면 컬러 영상 워핑에 필요한 보간 연산량을 1/3로 줄임으로써 실시간 성능을 개선할 수 있다. 하지만, RGB 풀 컬러 영상워핑에 비하여 CFA 영상 워핑의 결과 영상에서는 영상 품질이 떨어지는 한계가 있다. 본 논문에서는 CFA 영상의 컬러 복원과 영상 워핑을 한 단계로 통합하는 방식을 제안한다. 제안하는 방식에서는 영상 품질을 RGB 풀 컬러 영상 워핑 수준으로 유지하면서도 연산량은 크게 증가하지 않는 장점이 있다. 렌즈 왜곡 보정에 적용한 실험 결과를 RGB 풀 컬러 영상 워핑 및 CFA 영상 워핑 결과와 비교하여 제안한 방식의 타당성을 확인한다.