KR101589619B1 - Method for cancellating background material signal of spectrum - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2차원 초점면 배열(FPA; Focal Plane Array) 방식의 초분광장치에서 측정되는 스펙트럼에 대해 합성 스펙트럼 및 최소제곱 근사화법을 이용하여 야외 배경 신호를 제거하는 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 독성 화학물질을 탐지하는 방법은 탐지센서를 탐지대상 물질에 노출하여 측정하는 접촉식 탐지방법 및 수 km의 원거리에서 탐지센서가 탐지대상물질에 노출되지 않고 측정하는 비접촉식 탐지방법이 있다. 이때, 비접촉식 탐지방법은 대기투과창인 약 8-12 ㎛ 범위를 필수적으로 포함하는 장파장 적외선 영역을 이용하며, 탐지대상인 독성 화학물질이 이 영역에 속하는 특정 파장의 적외선을 흡수 또는 방출함에 따라 자연배경에서 방출되는 적외선 스펙트럼에 변화가 생기는 원리를 이용한다. Generally, a method for detecting toxic chemicals is a contact-type detection method in which a detection sensor is exposed to a substance to be detected, and a non-contact type detection method in which a detection sensor is not exposed to a detection object at a distance of several km. In this case, the non-contact detection method uses a long-wavelength infrared region which essentially includes a range of about 8-12 占 퐉 that is the atmosphere transmission window. As the toxic chemical to be detected absorbs or emits infrared rays of a specific wavelength belonging to this region, And the infrared spectrum emitted from the light source is changed.
그러나, 비접촉식 탐지방법은 단일 적외선 검출소자를 사용하여 단순 탐지 여부만 판단하는 방식으로 배경물질 신호에 대한 보정을 고려하지 않고 있다. 배경물질 신호 보정이 되지 않으면 특히 하늘 배경에서의 물분자, 오존 등 탐지대상물질의 특성 구간에 영향을 미치는 물질들이 자연배경에 존재하면 탐지 신호에 왜곡을 초래하여 탐지성능 저하 및 정확한 오염수준 산출에 문제점이 있다. 하지만, 국내에서는 이러한 기술적 문제점을 해결하기 위한 관련 연구실적은 거의 없는 실정이다. However, the non-contact detection method uses a single infrared detection element to determine whether the detection is simple or not, and does not consider correction for the background material signal. If the background material signal is not corrected, especially if there are substances in the natural background that affect the characteristic region of the substance to be detected, such as water molecules and ozone, in the sky background, it will distort the detection signal, There is a problem. However, in Korea, there are few related laboratories to solve these technical problems.
선진국에서는 오래 전부터 초점면 배열 적외선 검출소자를 이용한 원거리 화학 영상탐지에 관한 연구를 수행하여 왔다. 그러나, 관련 배경 보정기법은 공개되지 않고, 일부 학술적으로 연구한 논문에 적용한 방법으로 신호의 평균값을 이용하여 배경물질 신호를 제거하는 방법이 발표되고 있으나, 이 방법의 실제 시스템에 적용은 복잡한 배경물질 신호가 혼재된 경우 심각한 제한사항이 있을 것으로 분석된다.In the developed countries, long - term detection of long - range chemical images using focal plane array infrared detectors has been carried out. However, related background correction techniques are not disclosed, and methods for removing background signal using mean values of signals have been disclosed as methods applied to some scholarly researches. However, Significant limitations are analyzed in the case of mixed signals.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2008-0081192호는 "매질 중의 화학 화합물의 동일성 또는 비동일성 및 농도의 결정 방법"에 관하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2008-0081192 discloses a method for determining the identity or non-identity and concentration of a chemical compound in a medium.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 2차원 초점면 배열 방식의 초분광장치에서 측정되는 스펙트럼에 대해 표적물질과 배경정보로 구성된 합성 스펙트럼 및 최소제곱 근사화법을 적용하여, 측정 스펙트럼에 대한 최적의 근사화 스펙트럼을 추정하고, 최적 근사화 스펙트럼으로부터 표적물질 신호를 제외한 나머지 물질 신호를 제거하여 얻어진 순수한 표적물질 스펙트럼을 생성하여 라이브러리 물질과의 유사도를 향상시키는 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for applying a synthetic spectrum and a least squares approximation method comprising a target material and background information to a spectrum measured in a two- Providing a method of removing a spectrum background material signal that estimates an optimal approximate spectrum for a spectrum and generates a pure target material spectrum obtained by removing the remaining material signal excluding the target material signal from the optimal approximation spectrum to improve the similarity with the library material It has its purpose.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법은 획득된 2차원 초분광 스펙트럼을 토대로 미리 설정된 표적물질과 배경물질에 대한 합성 스펙트럼을 생성하는 단계; 합성 스펙트럼에 최소제곱 근사법을 적용하여 최적 근사화 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 최적 근사화 스펙트럼에서 나머지 배경물질 신호를 제거하여 표적물질 신호를 추출하는 단계; 를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for removing a spectrum background material signal, the method comprising: generating a synthesized spectrum of a target material and a background material based on the obtained two-dimensional ultrasound spectra; Generating an optimal approximation spectrum by applying a least squares approximation to the composite spectrum; And extracting a target material signal by removing the remaining background material signals in an optimal approximation spectrum; .
또한, 합성 스펙트럼을 생성하는 단계에서, 합성 스펙트럼은 표적물질 스펙트럼, 다수의 배경물질 및 기 설정된 가우시안 함수의 선형 조합으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Further, in the step of generating the synthesis spectrum, the synthesis spectrum is characterized by being composed of a linear combination of the target material spectrum, a plurality of background materials and predetermined Gaussian functions.
또한, 생성된 2차원 초분광 스펙트럼을 토대로 합성 스펙트럼을 생성하는 단계 이전에, 미리 설정된 표적물질과 배경물질의 분광특성을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And analyzing the spectroscopic characteristics of the target material and the background material, which are set in advance, prior to the step of generating the synthetic spectrum based on the generated two-dimensional ultrasonic spectroscopy.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법은 2차원 초점 면 배열 방식의 스펙트럼 데이터를 토대로 미리 설정된 표적물질과 배경물질의 분광특성을 분석하여 만든 합성 스펙트럼에 최소제곱 근사화법을 적용하여 최적 근사화 스펙트럼을 추정하고, 추정된 스펙트럼에서 표적물질 신호를 제외한 나머지 물질 신호를 제거하여 표적물질 신호를 추출함으로써, 표적물질에 대한 탐지 성능을 향상시키고 관련 오염 분포를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.The method of removing spectral background material signals according to the present invention having the above-described structure comprises a least square approximation method for synthesizing spectra obtained by analyzing spectral characteristics of a target material and a background material set in advance on the basis of spectral data of a two- And the target substance signal is extracted by removing the remaining substance signal except for the target substance signal in the estimated spectrum to improve the detection performance on the target substance and to accurately calculate the related pollution distribution .
도 1은 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법의 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광폭 가우시안 함수 구성 및 바탕선 근사화 효과의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 합성 스펙트럼에 의한 최소제곱 근사법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 의한 최소제곱 근사법 효과의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 합성 스펙트럼의 멤버 스펙트럼의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 탐지결과의 최종 영상을 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an apparatus for removing a spectral background material signal according to the present invention. FIG.
2 is a diagram for explaining a procedure of a spectral background material signal removal method according to the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a wide-width Gaussian function configuration and a base line approximation effect applied to the present invention.
4 is a diagram for explaining a least squares approximation method according to a synthesis spectrum applied to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a least squares approximation effect according to FIG.
6 is a diagram for explaining an example of a member spectrum of a synthetic spectrum applied to the present invention.
7 is a diagram showing a final image of a detection result according to the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. . First, in adding reference numerals to the constituents of the drawings, it is to be noted that the same constituents are denoted by the same reference symbols as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of removing a spectrum background material signal according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법에 적용되는 장치 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an example of a device configuration applied to a method of removing a spectrum background material signal according to the present invention.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 장치(100)는 야외 원거리에서 실시간으로 화학가스를 탐지할 수 있는 원거리 화학탐지 기술에 적용되는 것으로, 초분광 스펙트럼 생성부(110), 초분광 신호처리부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함하여 이루어진다. 이는 이후에 설명되는 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법의 이해를 돕기 위해 기재된 구성으로, 이에 한정되지는 않는다.1, the
초분광 스펙트럼 생성부(110)는 2차원 초분광 스펙트럼을 하며, 수광 광학계(111), 초점면 배열 검출기(112), 초분광 간섭계(113), 제어부(114) 및 CCD 카메라(115)를 포함한다.The ultrasound
수광 광학계(111)는 외부로부터 입사되는 적외선을 수광한다.The light receiving
초점면 배열 검출기(112)는 수광된 적외선으로부터 빛을 검출한다.The focal
초분광 간섭계(113)는 초점면 배열 검출기(112) 신호를 토대로 2차원 간섭신호를 생성한다.The
제어부(114)는 생성된 2차원 간섭신호를 토대로 2차원 초분광 스펙트럼을 생성한다. The
CCD 카메라(115)는 화학물질이 존재하는 감시영역의 실제 영상을 제공한다. 즉, CCD 카메라(115)는 감시하고자 하는 영역의 실제 영상을 제공하여 주위 배경 및 탐지 정보를 육안으로 볼 수 있도록 한다.The
초분광 신호처리부(120)는 2차원 초점 면 배열 방식의 스펙트럼 데이터를 토대로 미리 설정된 표적물질과 배경물질의 분광특성을 분석하여 만든 합성 스펙트럼을 생성하고, 합성 스펙트럼에 최소제곱 근사법을 적용하여 측정된 스펙트럼에 최적화된 근사화 스펙트럼을 추정하고, 근사화 스펙트럼에서 표적물질 신호를 추출한다. 즉, 초분광 신호처리부(120)는 표적물질이 설정되면 유의한 배경물질에 대한 합성 스펙트럼 행렬을 만들며, 미지의 신호가 측정되면 최소제곱 근사화 기법에 의해 미지신호에 가장 잘 근사화되는 최적 스펙트럼을 추정하고 그 근사화 스펙트럼에서 표적물질 신호를 제외한 나머지 배경물질 신호를 제거하면 순수한 신호성분만 남게 되어 그 신호를 표준 라이브러리와 비교함으로써 매우 양호한 상관도를 산출할 수 있어 특히 클러터 환경 하에서 신뢰성 있게 화학물질을 탐지 및 정량화할 수 있다.The ultrasound
이를 위해, 초분광 신호처리부(120)는 분석부(121), 합성 스펙트럼 생성부(122), 최적 근사화 스펙트럼 생성부(123) 및 표적물질 신호 추출부(124)를 포함한다.The ultrasound
분석부(121)는 미리 설정된 표적물질과 배경물질의 분광특성을 분석한다.The
합성 스펙트럼 생성부(122)는 분석된 2차원 초분광 스펙트럼을 토대로 미리 설정된 표적물질과 배경물질에 대한 합성 스펙트럼을 생성한다.The
최적 근사화 스펙트럼 생성부(123)는 생성된 합성 스펙트럼에 최소제곱 근사법을 적용하여 근사화 스펙트럼을 생성한다. 이때, 최소제곱 근사법은 측정값을 기초로 해서 적당한 제곱합을 만들고 그것을 최소로 하는 값을 구하여 측정결과를 처리하는 방법이다.The optimal approximation
표적물질 신호 추출부(124)는 생성된 근사화 스펙트럼에서 표적물질 신호만을 추출한다.The target
여기서, 합성 스펙트럼에 다양한 배경물질을 포함시키면 정확도가 향상될 수 있으며, 배경이 다른 픽셀에 대해서도 배경과 관계없는 물질의 스펙트럼이 합성스펙트럼에 포함되어 있는 경우에도 그 계수 성분이 작아 근사화에 큰 기여를 못하게 되어 해당 픽셀에 대한 배경특성이 있는 합성 스펙트럼만 근사화에 관여하게 되어 다양한 배경에서 동시에 측정된 픽셀들에 대해서도 최적의 스펙트럼을 추출할 수도 있다. In this case, the inclusion of various background materials in the synthesis spectrum can improve the accuracy. Even when the spectrum of a substance not related to the background is contained in the synthesis spectrum for other pixels in the background, the coefficient component is small and contributes greatly to the approximation. Only the synthesized spectrum having the background characteristic for the corresponding pixel is involved in the approximation, so that the optimal spectrum can be extracted even for the pixels simultaneously measured in various backgrounds.
디스플레이부(130)는 추출된 표적물질 신호를 제외한 나머지 배경물질 신호를 제거한 영상을 디스플레이한다.
The
도 2는 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법의 순서를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a procedure of a spectral background material signal removal method according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법은 앞서 설명한 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법을 이용하는 것으로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.FIG. 2 illustrates a method of removing a spectrum background material signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
먼저, 초분광 스펙트럼 생성부에 의해, 2차원 초분광 스펙트럼을 생성한다(S100). S100 단계는 2차원 초분광 스펙트럼을 생성하는 단계는, 외부로부터 입사되는 적외선을 수광하고, 수광된 적외선으로부터 빛을 검출하고, 검출된 빛을 토대로 2차원 간섭신호를 생성하고, 생성된 2차원 간섭신호를 토대로 2차원 초분광 스펙트럼을 생성하는 과정을 포함하여 이루어진다.First, a two-dimensional ultrasonic spectrum is generated by the ultrasonic spectral generator (S100). In step S100, the step of generating the two-dimensional ultrasonic spectroscopy includes receiving infrared rays incident from the outside, detecting light from the received infrared rays, generating a two-dimensional interference signal based on the detected light, And generating a two-dimensional ultrasonic spectroscopy based on the signal.
다음, 측정된 2차원 초분광 스펙트럼 데이터를 토대로 미리 설정된 표적물질과 배경물질의 분광특성을 분석하여 합성 스펙트럼을 생성한다(S200).Next, spectral characteristics of the target material and the background material are analyzed based on the measured two-dimensional ultrasonic spectroscopic data to generate a synthetic spectrum (S200).
다음, 합성 스펙트럼에 최소제곱 근사법을 적용하여 최적 근사화 스펙트럼을 추정한다(S300).Next, an optimal approximation spectrum is estimated by applying a least squares approximation to the composite spectrum (S300).
다음, 근사화 스펙트럼에서 표적물질 신호를 추출한다(S400). Next, the target material signal is extracted from the approximation spectrum (S400).
다음, 표적물질 신호를 제외한 나머지 배경물질 신호를 제거하여 추출한 표적물질 신호를 표준 라이브러리와 비교하여 탐지결과를 디스플레이한다(S500).
Next, the background material signal excluding the target material signal is removed, and the extracted target material signal is compared with the standard library to display the detection result (S500).
도 3은 본 발명에 적용되는 광폭 가우시안 함수 구성 및 바탕선 근사화 효과의 예를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a wide-width Gaussian function configuration and a base line approximation effect applied to the present invention.
도 3을 참조하여 설명하면, 합성 스펙트럼 멤버함수에 공통으로 적용되는 광폭 가우시안 함수의 구성(a) 및 관련 근사화결과(b)를 보여주는 도면이다. 일반적으로 방출율 불균일성에 의해 발생 될 수 있는 바탕선 드리프트의 영향을 잘 근사화하며, 이후, 근사화된 값을 제거하면 바탕선이 보정되어 순수한 신호성분만 잘 구분할 수 있으므로 탐지성능을 향상시킬 수 있다.
Referring to FIG. 3, there is shown a composition (a) and a related approximation result (b) of a wide Gaussian function commonly applied to a composite spectrum member function. In general, the influence of the baseline drift, which may be caused by the emission rate non-uniformity, is well approximated. Thereafter, when the approximated value is removed, the baseline can be corrected and the pure signal component can be well distinguished.
도 4는 본 발명에 적용되는 합성 스펙트럼에 의한 최소제곱 근사법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 의한 최소제곱 근사법 효과의 예를 도시한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining a least squares approximation method according to a synthesis spectrum applied to the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a least squares approximation method according to FIG.
도 4를 참조하여 설명하면, 알고리즘 수행절차는 사전에 표적물질을 분광특성과 배경물질을 분석하여 적합한 스펙트럼 멤버를 선정하여 합성 스펙트럼(K-matrix)을 만들고, 미지 스펙트럼 신호가 측정되었을 때, 합성 스펙트럼과 최소제곱 근사법을 이용하여 모델 계수의 추정값을 계산하여 미지 스펙트럼에 최적으로 근사화된 스펙트럼은 생성한다. Referring to FIG. 4, in the algorithm execution procedure, a spectral characteristic and a background material are analyzed in advance to form a synthetic spectrum (K-matrix) by selecting suitable spectral members, and when the unknown spectral signal is measured, By calculating the estimates of the model coefficients using the spectral and least squares approximation, the spectrum that is optimally approximated to the unknown spectra is generated.
여기서, 최소제곱법 근사화 관련 수식은 식(1)과 같다. Here, the least squares approximation related equation is as shown in equation (1).
이를 토대로, 표적물질(예, SF6)에 대해 다양한 배경이 동시에 존재하는 장면을 측정하여 제안된 합성 스펙트럼을 이용하여 보정한 결과는 도 5와 같다.
Based on this, a scene in which various backgrounds exist simultaneously for a target material (e.g., SF6) is measured and corrected using the proposed synthesis spectrum, as shown in FIG.
도 6은 본 발명에 적용되는 합성 스펙트럼의 멤버 스펙트럼의 예를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an example of a member spectrum of a synthetic spectrum applied to the present invention.
도 6을 참조하여 설명하면, 기본적으로 가우시안 함수, 수증기, 오존, 암모니아 및 표적물질의 라이브러리 스펙트럼으로 구성되었다.
Referring to FIG. 6, it is basically composed of a library spectrum of Gaussian function, water vapor, ozone, ammonia, and target material.
도 7은 본 발명에 따른 최종 탐지결과 영상을 도시한 도면이다.7 is a diagram showing a final detection result image according to the present invention.
도 7을 참조하여 설명하면, 클러터 환경에서 스펙트럼 근사화가 잘 되어 표적물질 탐지가 잘 되었음을 나타낸다.
Referring to FIG. 7, the spectral approximation is well performed in the clutter environment, indicating that the target material is well detected.
이처럼, 본 발명에 의한 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법은 2차원 초점 면 배열 방식의 스펙트럼 데이터를 토대로 미리 설정된 표적물질과 배경물질의 분광특성을 분석하여 만든 합성 스펙트럼에 최소제곱 근사화법을 적용하여 최종 근사화된 스펙트럼을 추정하고, 그 스펙트럼에서 표적물질 신호를 제외한 나머지 물질 신호를 제거하여 표적물질 신호를 추출하고 추출된 표적물질 신호를 표준 라이브러리와 비교하여 탐지결과 영상을 제공함으로써, 표적물질에 대한 탐지 성능을 향상시키고 관련 오염 분포를 정확하게 산출할 수 있다.
As described above, the spectral background material signal removing method according to the present invention applies a least square approximation method to a synthesis spectrum obtained by analyzing spectral characteristics of a target material and a background material, which are set in advance on the basis of spectral data of a two- By extracting the target material signal by removing the remaining material signal excluding the target material signal in the spectrum and comparing the extracted target material signal with the standard library to provide the detection result image, And to accurately calculate the associated contamination distribution.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the appended claims. As will be understood by those skilled in the art.
100 : 스펙트럼 배경물질 신호 제거 장치
110 : 초분광 스펙트럼 생성부
120 : 초분광 신호처리부
130 : 디스플레이부100: Spectrum background material signal remover
110: ultrasound spectral generating unit
120: second spectroscopic signal processing unit
130:
Claims (3)
합성 스펙트럼에 최소제곱 근사법을 적용하여 최종 근사화 스펙트럼을 추정하여 생성하는 단계;
최종 근사화된 스펙트럼에서 표적물질 신호를 제외한 나머지 배경물질 신호를 제거하여 표적물질 신호를 추출하는 단계; 및
추출된 표적물질 신호를 표준 라이브러리와 비교하여 탐지결과 영상을 디스플레이하는 단계;를 포함하되,
2차원 초분광 스펙트럼을 이용하여 합성 스펙트럼을 생성하는 단계에서,
합성 스펙트럼은 다수의 배경물질과 기 설정된 가우시안 함수의 선형 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법.Analyzing spectroscopic characteristics based on the measured two-dimensional ultrasonic spectroscopy to generate a synthetic spectrum for a predetermined target material and a background material;
Estimating a final approximate spectrum by applying a least squares approximation to the synthesized spectrum;
Extracting a target material signal by removing remaining background material signals excluding a target material signal in a final approximated spectrum; And
Comparing the extracted target material signal with a standard library to display a detection result image,
In the step of generating the synthetic spectrum using the two-dimensional ultrasonic spectroscopy,
Wherein the composite spectrum comprises a linear combination of a plurality of background materials and predetermined Gaussian functions.
획득된 2차원 초분광 스펙트럼을 토대로 합성 스펙트럼을 생성하는 단계 이전에,
표적물질의 표준 라이브러리를 설정하고 배경물질의 분광특성을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 배경물질 신호 제거 방법.The method according to claim 1,
Prior to the step of generating a synthesis spectrum based on the obtained two-dimensional superspectral spectra,
Determining a standard library of target material and analyzing spectral characteristics of the background material.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140166352A KR101589619B1 (en) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | Method for cancellating background material signal of spectrum |
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| KR101589619B1 true KR101589619B1 (en) | 2016-01-28 |
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| KR (1) | KR101589619B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101750520B1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-26 | 한국지질자원연구원 | Method for improving detection performance of hyperspectral target detection by using target signal exclusion |
| KR101768107B1 (en) | 2016-03-04 | 2017-08-30 | 국방과학연구소 | Quantitation methof for non-linear column density using radiative transfer model |
| US11079365B2 (en) | 2019-09-27 | 2021-08-03 | Agency For Defense Development | Spectrum simulation apparatus and method for contaminated atmosphere |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100264163B1 (en) * | 1992-02-12 | 2000-08-16 | 에드윈티 그림스 | Standardizing and calibrating a spectrometric instrument |
-
2014
- 2014-11-26 KR KR1020140166352A patent/KR101589619B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100264163B1 (en) * | 1992-02-12 | 2000-08-16 | 에드윈티 그림스 | Standardizing and calibrating a spectrometric instrument |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101750520B1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-26 | 한국지질자원연구원 | Method for improving detection performance of hyperspectral target detection by using target signal exclusion |
| KR101768107B1 (en) | 2016-03-04 | 2017-08-30 | 국방과학연구소 | Quantitation methof for non-linear column density using radiative transfer model |
| US11079365B2 (en) | 2019-09-27 | 2021-08-03 | Agency For Defense Development | Spectrum simulation apparatus and method for contaminated atmosphere |
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