해저면 영상조사

1. 해저면 영상조사

조사선박으로 예인하는 해저면 영상조사기(Side Scan Sonar)를 이용하여 해저면으로 음파를 주사하고 되돌아오는 음파의 강도를 이용하여 영상정보를 획득합니다. 해저면 사진을 찍듯이 정밀한 영상을 얻을 수 있어서 수중침몰체 탐색, 해저시설물 조사, 수중문화재 탐사 등에 이용됩니다.

 

사이드 스캔 소나는 우리나라에서 '측면주사음향측심기' 또는 '측면주사소나'라고 불립니다. 해저 바닥에 비스듬히 향하도록 음파를 송신한 다음, 되돌아오는 반사파 신호를 받아 음향학적으로 해저면의 형태를 영상화하는 탐사장비입니다. 수중에서 예인되는 센서가 진행하는 방향의 좌측과 우측 해저면을 음파가 연속적으로 훓어 지나가면서 해저 상황을 영상으로 표현합니다. 해저면 영상조사결과는 해저에 침몰선박이나 어초, 해양투기물 같은 이상물체의 현황에 대해서 상세한 결과를 제공합니다.

 

2. 음향영상탐사정보

사이드스캔소나는 협역용과 광역용으로 구분되며, 협역용은 100~500KHz 의 고주파 음원을 사용합니다. 25~500미터 주사폭(Swath) 내에서 수심에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 주로 얕은 바다인 천해용으로 사용됩니다. 광역용은 12~50KHz의 저주파 음원을 사용하며, 주사폭은 5,000~30,000미터 정도로 주로 심해용으로 사용됩니다. 이는 파동의 성질과 관계되며 주파숙가 높을수록 전달에너지의 감쇠량이 크기 때문에, 고주파보다 저주파가 더 멀리 전파됩니다.

 

 

Towfish는 좌․우측에 각각 1 개의 초음파센서(Transducer arrary)를 장착하여 이를 견인하면서 실시간으로 해저면의 상태를 관측, 분석하는 장치이다(Fish and Carr, 1990). 분실방지용으로는 안전핀과 위치추적용 음파발신기(Pinger)를 사용하고, 예인 케이블은 슬립링(Slip-ring)이 장착된 케이블 릴을 사용한다.

 

 

1) 해저면 영상조사기 처리과정

해저면 영상조사기(Side Scan Sonar)는 해저 지형을 매핑하고 수중 물체를 감지하기 위해 사용합니다.  해저면 영상조사 처리과정은 다음과 같습니다.

① 소나 신호 생성: 프로세스는 좌우 측면 산란 소나 토피시에서 음향 펄스를 발사하는 것으로 시작

② 음향 펄스 전파: 음향 펄스는 물을 통해 이동하며 해저 지형 및 펄스 경로 상의 물체와 상호 작용

③ 리턴 신호 수신: 소나 시스템은 해저 및 물체에서의 반사 신호 또는 리턴 신호를 수신하며, 이러한 반사 및 리턴 신호의 강도와 시간 지연은 해저 및 물체 특성에 대한 정보를 포함하고 있음

④ 데이터 기록: 수신된 신호는 일반적으로 디지털 이미지 또는 음향 데이터 파일 형식으로 기록

⑤ 전처리: 원시 데이터의 노이즈 제거, 시스템 특성 수정 및 데이터 품질 향상을 위해 전처리 수행

⑥ 이미지 형성: 처리된 데이터는 해저의 소나 이미지를 생성하는 데 사용돼. 이는 음향 데이터를 시각적 표현으로 변환하는 것을 포함하며, 일반적으로 회색조 이미지로 표시

⑦ 모자이킹: 조사 영역이 큰 경우 여러 소나 이미지가 이어붙여져 모자이크를 만들어, 해저의 종합적인 시각을 제공

⑧ 물체 감지: 소나 이미지에서 탐지된 물체를 식별하거나 해석하는 알고리즘이나 방법이 사용하여 난파선, 수중 구조물 또는 다른 이상 현상을 식별

⑨ 데이터 해석: 소나 데이터를 해석하여 해저 특징을 식별하고 분류하고 해저면 지도 및 식별된 물체 또는 특징을 포함한 보고서를 생성

 

단계	설명
1. 소나 신호 생성	좌우 측면 산란 소나 토피시에서 음향 펄스를 발사하여 시작됩니다.
2. 음향 펄스 전파	음향 펄스는 물을 통해 이동하며 해저 지형과 펄스 경로 상의 물체와 상호 작용합니다.
3. 리턴 신호 수신	소나 시스템은 해저 및 물체에서의 반사 신호 또는 리턴 신호를 수신합니다.
4. 데이터 기록	수신된 신호는 디지털 이미지 또는 음향 데이터 파일로 기록됩니다.
5. 전처리	노이즈 제거, 시스템 문제 수정 및 데이터 품질 향상을 위해 전처리과정을 수행합니다.
6. 이미지 형성	처리된 데이터는 해저면 영상정보를 생성하는 데 사용됩니다.
7. 모자이킹	여러 소나 이미지가 이어붙여져 모자이크를 만들어 종합적인 해저면 영상정보를 제공합니다.
8. 물체 감지	소나 이미지에서 물체를 자동으로 식별하거나 수동으로 해석하는 알고리즘이나 방법이 사용됩니다.
9. 데이터 해석	소나 데이터를 해석하여 식별된 물체 또는 특징을 포함한 해저 특징을 식별하고 분류합니다.