KR101765824B1 - 휴대용 광단층 검사 장치 - Google Patents

휴대용 광단층 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는 대상 농작물에 대한 광 정보를 획득하는 프로브; 프로브에서 획득된 대상 농작물에 대한 광 정보로부터 광 간섭성 단층 영상을 획득하는 광 간섭성 단층 촬영부; 광 간섭성 단층 촬영부에서 획득된 광 간섭성 단층 영상을 처리하는 영상 처리부; 및 영상 처리부에서 처리된 영상을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대용 광단층 검사 장치{Portable OCT}
본 발명은 휴대용 광단층 검사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농작물의 생체 내(In vivo) 진단을 위한 휴대용 광단층 검사 장치에 관한 것이다.
최근, 의료 영상 분야에서 컴퓨터 단층 촬영이나 자기 공명 영상 촬영보다 구자고 간단한 광 간섭성 단층 촬영(OCT; Optical Coherence Tomography)의 사용이 시도되고 있다.
광 간섭성 단층 촬영 장치는 저 간섭성(low coherence) 광을 생체와 같은 다중 산란 물질에 조사하고 물질로부터 반사된 광을 검출하여 단층 화상을 얻는 장치로서 주로 의료 분야에서 사용한다.
하지만, 종래의 광 간섭성 단층 촬영 장치는 고정형 장비로서, 농작물의 광 간섭성 단층을 촬영하기 위해서는 농작물의 채집 및 분류 후 사용해야 하는 불편함이 존재하였다.
본 발명은 농작물의 생체 내(In vivo) 진단을 위한 휴대용 광단층 검사 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는, (1) 대상 농작물에 대한 광 정보를 획득하는 프로브, (2) 프로브에서 획득된 대상 농작물에 대한 광 정보로부터 광 간섭성 단층 영상을 획득하는 광 간섭성 단층 촬영부, (3) 광 간섭성 단층 촬영부에서 획득된 광 간섭성 단층 영상을 처리하여 대상 농작물의 상태를 검사하는 영상 처리부, (4) 영상 처리부에서 처리된 영상을 출력하는 출력부를 포함한다.
상기 출력부는 프로브에 탈부착될 수 있다.
상기 출력부는 헤드 마운트 디스플레이 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는 광을 조사하여 대상 농작물의 위치를 안내하도록 프로브에 구비되는 레이저 포인트를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 처리부는 광 간섭성 단층 영상의 정상 여부를 판단할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는 상기 영상 처리부에서 판단된 광 간섭성 단층 영상의 정상 여부를 안내하도록 프로브에 구비되는 스피커를 더 포함한다.
상기 광 간섭성 단층 촬영부는, (1) 광원으로부터 발생된 광을 분할하여 레퍼런스부 및 프로브로 전달하고, 제1반사광 및 제2반사광을 촬영부로 전달하는 광 커플러, (2) 광 커플러로부터 분할된 하나의 광을 위상 스캔하고 반사시킨 제1반사광을 광 커플러로 전달하는 레퍼런스부, (3) 광 커플러로부터 입사된 제1반사광 및 제2반사광을 스캔하여 광 간섭성 단층 영상을 생성하는 촬영부를 포함한다. 이때, 상기 프로브는 광 커플러로부터 분할되어 입사된 다른 하나의 광을 대상 농작물에 송출하며, 대상 농작물에서 반사된 제2반사광을 광 커플러로 전달한다.
상기 프로브는, (1) 광 커플러를 통하여 분할되어 입사된 광을 평행 광으로 변환하는 콜리메이터, (2) 콜리메이터로부터 평행 광을 전달받아 경로를 변경한 후 대상 농작물에 조사하며, 대상 농작물로부터 반사된 제2반사광의 경로를 변경하여 광 커플러로 전달하는 스캐닝 미러, (3) 스캐닝 미러를 통하여 조사되는 광의 포커스를 조절하는 스캔 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 프로브는 스캔 렌즈의 위치를 조절하는 스캔 조절부를 더 포함할 수 있다.
광 커플러와 레퍼런스부, 광 커플러와 촬영부, 광 커플러와 프로브 사이에는 광섬유를 통해 광을 전달할 수 있다.
상기 프로브는 깊이(z방향) 및 측면(x방향)에 대한 2차원 스캔을 제1방향(y방향)으로 순차적으로 반복 진행하여 3차원 스캔을 수행할 수 있다. 이때, 상기 영상 처리부는, (1) 제1방향(y방향) 및 제1방향에 대한 직교하는 제2방향(x방향)에 대하여 교차 스캔하여 획득된 광 간섭성 단층 영상을 저장하는 저장부, (2) 제2방향의 스캔의 깊이 방향 정보를 추출하는 추출부, (3) 추출부에서 추출된 정보를 기준으로 2차원 스캔의 영상을 보정하는 보정부를 포함한다.
상기 광 간섭성 단층 영상은 제2방향 스캔 후에 제1방향 스캔을 수행하여 획득될 수 있다.
상기 광 간섭성 단층 영상은 제1방향 스캔의 폭에 대하여 균등 분할된 적어도 3개의 위치에 대하여 제2방향 스캔을 수행하여 획득될 수 있다.
상기 영상 처리부는 제1방향으로 스캔한 다수의 평면 스캔 영상에서 움직임 양을 산출하는 산출부를 더 포함할 수 있고, 상기 추출부는 제2방향 스캔의 영상에 대하여 깊이 방향의 값을 추출할 수 있으며, 상기 보정부는 추출부에서 추출된 깊이 방향의 값을 기준으로 움직임 양에 따라 평면 스캔 영상의 깊이 방향의 값을 보상할 수 있다.
상기 산출부는 제2방향 스캔 영상의 위치에 대응하는 평면 스캔 영상의 위치를 산출하여 해당 위치에 대하여 다수의 평면 스캔 영상의 깊이 값을 산출할 수 있고, 상기 보정부는 깊이 방향의 기준 값에서 움직임 양을 차감한 값으로 해당 위치의 깊이 값을 보상할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는 농작물의 재배 현장에서 농작물의 비채집 및 비파괴로 그 내부 구조를 진단하여 농작물의 질환 진단 및 예방에 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는 대상 농작물의 3차원 영상을 획득하는 도중 발생하는 움직임에 의해 손상되는 3차원의 위치 정보를 복합 교차 스캐닝을 이용하여 보전하고, 보전된 데이터에 기반을 두고 움직임을 보정함으로써, 대상 농작물의 3차원 구조를 좀 더 정확하게 획득할 수 있어 대상 농작물 진단의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 개략적 구성도를 나타낸다.
도 2는 광 간섭성 단층 촬영부 및 프로브의 상세한 구성을 나타낸다.
도 3은 프로브에 구비된 스캔 조절부를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 광학계 사이에 구비된 광섬유를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 움직임 보정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 움직임 보정 방법의 깊이 정보를 획득하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 움직임 보정 방법의 깊이 보정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 움직임 보정 방법 중 x방향 스캔을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 움직임 보정 방법 중 y방향 스캔을 도시한 도면이다.
도 10은 움직임을 보상하기 위한 영상 처리부의 세부구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 다만 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 개략적 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 간섭성 단층 촬영부(10), 프로브(20), 영상 처리부(30) 및 출력부(40)를 포함한다.
도 2는 광 간섭성 단층 촬영부(10) 및 프로브(20)의 상세한 구성을 나타낸다.
광 간섭성 단층 촬영부(10)는 프로브(20)에서 획득된 대상 농작물에 대한 광 정보로부터 광 간섭성 단층 영상을 획득하는 구성이다. 이때, 광 간섭성 단층 촬영 부(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(110), 광 커플러(120), 레퍼런스부(130) 및 촬영부(140)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 광을 발생시키는 것으로서, 간섭 길이가 수 마이크로미터인 광과 같이, 광 대역폭이 넓어서 간섭 길이가 짧은 광을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 광원(110)은 중심파장이 840㎚인 근적외선 파장 대역(800㎚ ~ 1550㎚)을 갖고, 반치폭(FWHM, Full Width Half Maximum)이 50㎚이며, 최대 출력 파워는 5.3㎽인 광을 발생시킬 수 있다.
광 커플러(120)는 광원(110)으로부터 발생된 광을 수신한 후, 수신한 광을 분할하여 레퍼런스부(130) 및 프로브(20)에 전달한다. 또한, 광 커플러(120)는 레퍼런스부(130)로부터 제1반사광 및 프로브(20)로부터 제2반사광을 전달받아 촬영부(140)로 전달한다.
레퍼런스부(130)는 광 커플러(120)로부터 분할된 광을 수신하여 위상 스캔하고 반사시켜, 제1반사광을 광 커플러(120)로 전달할 수 있다. 이때, 레퍼런스부(130)는 제1콜리메이터(132), 포커싱 렌즈(134) 및 레퍼런스 미러(136)를 포함할 수 있다.
제1콜리메이터(132)는 광 커플러(120)로부터 출사된 광을 수신하여 평행 광으로 변환시켜 포커싱 렌즈(134)로 출사한다. 포커싱 렌즈(134)는 제1콜리메이터(132)를 통하여 변환된 평행 광이 하나의 포커스로 모이도록 평행 광의 포커스 거리를 조절한다. 레퍼런스 미러(136)는 포커싱 렌즈(134)를 통하여 하나의 포커스로 모인 광을 수신한 후 반사시켜 생성된 제1반사광을 포커싱 렌즈(134)로 다시 전달하여 광 경로를 변경한다.
촬영부(140)는 광 커플러(120)로부터 입사된 제1반사광 및 제2반사광을 전기적 신호로 변환하여, 대상 농작물에 대한 광 간섭성 단층 영상을 생성한다. 이때, 촬영부(140)는 제2콜리메이터(142), 회절격자(144), 포커싱 렌즈(146) 및 카메라(148)를 포함할 수 있다.
제2콜리메이터(142)는 레퍼런스부(130)와 프로브(20)로부터 반사된 제1반사 광 및 제2반사광을 광 커플러(120)를 통하여 수신하여 평행 광으로 변환한다. 회절격자(144)는 제2콜리메이터(142)를 통하여 변환된 평형광을 수신하여 각 파장 별로 회절시킨다. 포커싱 렌즈(146)는 회절격자(144)를 통하여 회절된 평행 광을 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 평행 광의 포커스 거리를 조절한다. 카메라(148)는 포커싱 렌즈(146)를 통하여 각 파장 대역에 따라 하나의 포커스로 모인 광을 라인 상태로 스캔하여 대상 농작물의 광 간섭성 단층 영상을 생성하며, 예를 들어, CMOS 카메라 등으로 이루어질 수 있다.
프로브(20)는 대상 농작물에 대한 광 정보를 획득하는 구성이다. 즉, 프로브(20)는 광 커플러(120)로부터 분할되어 입사된 광을 대상 농작물에 조사한 후, 대상 농작물로부터의 제2반사광을 광 커플러(120)로 전달한다. 이때, 프로브(20)는 제3콜리메이터(22), 스캐닝 미러(24) 및 스캔 렌즈(26)를 포함할 수 있다.
제3콜리메이터(22)는 광 커플러(120)를 통하여 분할되어 입사된 광을 수신하여 평행 광으로 변환할 수 있다. 스캐닝 미러(24)는 제3콜리메이터(22)로부터 평행 광을 전달받아 평형광의 광 경로를 변경한 후 대상 농작물로 광을 조사하며, 대상 농작물로부터 반사된 제2반사광을 스캔한 후 제2반사광의 광 경로를 변경하여 광 커플러(120)로 전달한다. 스캔 렌즈(26)는 스캐닝 미러(24)를 통하여 조사된 광을 대상 농작물에 하나의 포커스로 조사되도록 광의 포커스를 조절한다.
프로브(20)는 레이저 포인트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 레이저 포인트는 대상 농작물에 광을 조사하는 구성으로서, 보다 정확한 광 간섭성 단층 영상이 촬영되도록 대상 농작물의 위치를 안내한다.
도 3은 프로브(20)에 구비된 스캔 조절부(28)를 나타낸다.
프로브(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 스캔 렌즈(26)의 위치를 조절하는 스캔 조절부(28)를 더 포함할 수 있다. 스캔 조절부(28)는 회전식으로 스캔 렌즈(26)가 이동하도록 구성될 수 있다. 즉, 스캔 조절부(28)는 스캐닝 미러(24)와 스캔 렌즈(26), 대상 농작물과 스캔 렌즈(26) 사이의 공간을 조절한다.
영상 처리부(30)는 광 간섭성 단층 촬영부(10)에서 획득된 광 간섭성 단층 영상을 처리하여 대상 농작물의 상태를 진단하는 구성이다. 영상 처리부(30)는 프레임 그래버(Frame Grabber) 등과 같은 영상 처리 장치를 포함할 수 있다.
영상 처리부(30)는 광 간섭성 단층 영상의 정상 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 프로브(20)는 스피커(미도시)를 더 포함할 수 있다. 스피커는 영상 처리부(30)에서 판단된 광 간섭성 단층 영상의 정상 여부에 대한 식별 소리를 발생시키는 구성이다. 즉, 스피커는 광 간섭성 단층 영상을 촬영하기 위한 각종 안내 음성을 출력함으로써, 보다 정확한 시기 및 위치에서 광 간섭성 단층 영상이 촬영되도록 안내한다.
출력부(40)는 영상 처리부(30)에서 처리된 영상을 출력하는 구성이다. 출력부(40)는 프로브(20)에 탈부착될 수 있으며, 이 경우, 프로브(20)는 출력부(40)를 탈부착시키는 장착부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
출력부(40)는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널은 비발광형 패널과 발광형 패널 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 출력부(40)는 헤드 마운트 디스플레이 장치(Head mounted display)로 이루어질 수 있다.
비발광형 패널은 입력되는 신호에 따라 외부광원(태양 광, 실내 광, 백라이트 또는 프론트라이트 등)으로부터 조사되는 광을 변조하는 광변조소자를 이용한 영상 표시 장치로서, 반사수단을 구비한 반사형과 반사수단을 구비하지 않은 투과형으로 나뉜다.
발광형 패널은 입력되는 신호에 따라 광을 변조하여 발광하되, 외부 광원 없이 스스로 발광하는 발광소자를 이용한 영상 표시 장치이다.
발광형 디스플레이 장치는 외부 광원 없이 스스로 발광하는 발광소자에 의해 표시하는 것으로서, 유기화합물에 전기를 가해 유기화합물이 발광하는 유기전계발광(organic electroluminescent, 또는 OLED[Organic Light Emitting Diodes]) 디스플레이 장치가 대표적이다. 유기전계발광 디스플레이 장치는 유기전계발광 표시 패널의 단위 화소에 구비되는 스위칭 소자의 존재 여부에 따라 액티브 매트릭스형(Active-Matrix type)과 패시브 매트릭스형(Passive-Matrix type)으로 구분된다.
비발광형 중 투과형 패널은 액정 디스플레이 패널(liquid crystal display panel)이 대표적이며, 이때 사용되는 외부 광원은 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED), 레이저다이오드(Laser Diode, LD), 유기발광다이오(Organic Light Emitting Diode, OLED) 및 양자점발광다이오드(Quantum Dot Light Emitting Diode, QLED) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비발광형 중 반사형 패널은 전기영동 디스플레이 패널(electrophoretic display panel), 콜레스테릭 액정 디스플레이 패널(cholesteric liquid crystal display panel), 마이크로전기기계 시스템 디스프레이 패널(micro-electromechanical system display panel), 일렉트로웨팅 디스플레이 패널(electrowetting display panel) 및 전자유체 디스플레이 패널 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광형 패널은 발광 다이오드 디스플레이 패널(light emitting diode display panel), 유기전계발광 디스플레이 패널(organic electroluminescence display panel, 또는 OLED[organic light emitting diode] panel), 백라이트형 액정 디스플레이 패널(backlight liquid crystal display panel) 및 양자점 디스플레이 패널(quantum dot display panel) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치는 광 커플러(120)와 레퍼런스부(130), 광 커플러(120)와 촬영부(140), 광 커플러(120)와 프로브(20) 사이에 광섬유를 통해 광을 전달하는 것이 바람직하다. 또한, 레퍼런스부(130)의 구성인 제1콜리메이터(132), 포커싱 렌즈(134) 및 레퍼런스 미러(136) 사이와, 촬영부(140)의 구성인 제2콜리메이터(142), 회절격자(144), 포커싱 렌즈(146) 및 카메라(148)의 사이와, 프로브(20)의 구성인 제3콜리메이터(22), 스캐닝 미러(24) 및 스캔 렌즈(26) 사이에 광섬유를 통해 광을 전달하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명은 휴대용이므로, 이동시 발생하는 진동, 검사 현장에 존재하는 습도 및 먼지 등의 외부 환경에 의해 내부에 구비된 광학계에 직접적인 영향이 받게 된다. 이에 따라, 본 발명은 광학계 간에 광을 광섬유를 통해 전달함으로써 그 안정성을 극대화하였다.
도 4는 본 발명의 광학계 사이에 구비된 광섬유를 나타낸다.
또한, 본 발명의 광학계 사이에 구비되는 광섬유에서 전달되는 광은 광섬유의 꺾임이나 휨에 큰 영향을 받아 그 편광 특성이 쉽게 변할 수 있다. 따라서 본 발명의 광하계 사이에 구비되는 광섬유는, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 구비되는 기타 케이블과 함께 나선형으로 감음으로써 그 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)는 배터리(50)를 더 포함할 수 있다. 배터리(50)는 광 간섭성 단층 촬영부(10), 프로브(20), 영상 처리부(30) 및 출력부(40)에 필요한 전원을 공급하는 것으로서, 예를 들어, 리튬 이온 배터리일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)는 광 간섭성 단층 영상 획득시 대상 농작물이나 프로브(20)의 움직임을 보정하기 위한 구성을 더 포함할 수 있으며, 이하 이에 대하여 설명하도록 한다.
구체적으로, 영상 처리부(30)는 프로브(20)에서 스캔한 정보를 이용하여 대상 농작물이나 프로브(20)의 움직임을 보정한다.
이하, 도 5 내지 도 9을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법의 깊이 정보를 획득하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법의 깊이 보정 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법 중 x방향 스캔을 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법 중 y방향 스캔을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정 방법은 제1방향(y방향)에 직교하는 제2방향(x방향)으로 스캔하는 단계(S100), 제1방향으로 스캔하는 단계(S100), 제2방향 스캔의 깊이 정보를 추출하는 단계(S300), 제1방향 스캔 영상의 움직임을 산출하는 단계(S400) 및 제1방향 스캔 영상의 깊이를 보정하는 단계(S500)로 구성된다.
먼저, 휴대용 광단층 검사 장치(1)의 움직임 보정을 하기 위해, 도 8(a)와 같이 제1방향(y방향)에 직교하는 제2방향(x방향)으로 스캔한다(S100). 이때, 제2방향 스캔은 제1방향 스캔의 폭에 대하여 균등 분할되는 위치일 수 있다. 또한, 적어도 3개의 위치에 대하여 제2방향 스캔을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 9(a)에 도시된 바와 같이 제1방향으로 스캔한다(S100). 이때, 제1방향 스캔은 광 간섭성 단층 영상을 획득하는데 사용된다.
다음으로, 제2방향 스캔의 깊이 정보를 추출한다(S300). 제2방향 스캔은 도 8(b)에 도시된 바와 같이 평면으로 나타나므로, 제2방향 스캔의 깊이 정보를 기준 값으로 이용할 수 있다.
이하, 기준 깊이 정보를 추출하는 방법에 대하여 도 6을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
제2방향 스캔이 완료되면 제2방향 스캔이 이루어진 방향의 위치 및 영상을 메모리에 저장한다(단계 S301).
다음으로, 경계선 추출 알고리즘을 이용하여 제2방향 스캔 영상의 최상단 면에 대한 깊이 위치를 추출한다(S302). 이때, 스캔 영상의 최상단 면은 대상 농작물의 최상단면을 의미한다.
다음으로, 제2방향 스캔 영상의 방향 위치 및 최상단 면의 깊이 위치를 이용하여 기준값으로서의 깊이 위치를 결정한다(S303).
다시 도 5를 참조하면, 제1방향 스캔 영상의 움직임을 산출한다(S400). 이때, 제2방향 스캔 영상의 위치에 대응하는 제1방향 스캔 영상의 위치를 산출하여 해당 위치에 대한 다수의 제1방향 스캔 영상의 깊이 값을 산출하여 시간에 따른 변화량을 도 9(b)에 도시된 그래프와 같은 형태로 나타낼 수 있다.
마지막으로, 제1방향 스캔 영상의 깊이를 보정한다(S500). 단계 S300에서 획득한 제2방향 스캔의 깊이 정보를 기준 값으로 움직인 양을 차감하여 단계 S300에서 획득한 제1방향 스캔 영상의 깊이 값을 도 8(c)에 도시된 바와 같이 보정한다.
제1방향 스캔 영상의 깊이 값의 보정 방법을 도 7를 참조하여 더 상세히 설명한다.
먼저, 제1방향 스캔 영상을 메모리에 저장 후 제2방향 스캔 영상에서 추출한 방향 위치와 일치하는 제1방향 스캔 영상을 획득한다(S401).
다음으로, 제2방향 스캔 영상에 대응하여 획득된 제1방향 스캔 영상의 최상단 면 깊이 위치를 경계선 추출 알고리즘을 이용하여 추출한다(S402).
마지막으로, 제1방향 스캔 영상의 깊이와 제2방향 스캔 영상의 깊이를 비교하여 두 값의 차이를 위치 보정 값으로 산출한다. 이와 같이 산출된 보정값을 기초로 모든 제1방향 스캔 영상의 깊이를 보정한다(S403). 이러한 방법에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 광단층 검사 장치의 움직임 보정 방법은 광 간섭성 단층 영상 획득시 대상 농작물이나 프로브(20)의 움직임에 의해 손상되는 3차원의 위치 정보를 복합 교차 스캐닝을 이용하여 보전하고 보전된 데이터에 기반을 두고 움직임을 보정할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 방법들은 영상 처리부(30)에 의해 구현될 수 있고, 특히, 이러한 단계들을 수행하는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.
이때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등일 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 영상 처리부(30)에서 움직임을 보상하기 위한 구성에 대하여 설명하도록 한다.
도 10은 움직임을 보상하기 위한 영상 처리부(30)의 세부구성을 나타낸 블록도이다.
영상 처리부(30)는 저장부(31), 추출부(32), 산출부(33) 및 보정부(34)를 포함한다.
저장부(31)는 프로부(20)에서의 교차 스캔을 통해 획득한 제1방향 스캔 영상과 제2방향 스캔 영상을 저장한다.
추출부(32)는 저장부(31)에 저장된 제2방향 스캔 영상을 획득하고 분석하여 제2방향 스캔 영상의 깊이 방향의 정보를 추출한다. 추출부(32)는 제2방향 스캔 종료 후 경계선 추출 알고리즘을 이용하여 제 2방향 스캔 영상의 최상단 면에 대한 깊이 위치를 추출한다. 이때, 최상단 면의 위치는 대상 농작물의 최상단면을 의미한다. 이후, 제 2방향 스캔 영상의 방향 위치와 각각 스캔 영상에서 추출된 최상단 면 깊이 위치를 이용하여 기준 깊이 위치를 결정한다.
산출부(33)는 저장부(31)에 저장된 제1방향 스캔 영상을 획득하고 각각의 스캔 영상을 비교하여 움직임 양을 산출한다. 이때, 제2방향 스캔 영상의 위치에 대응하는 제1방향 스캔 영상의 위치를 산출하여 해당 위치에 대하여 상기 다수의 평면 스캔 영상의 깊이 값을 산출하는 것이 바람직하다. 이러한 제1방향 스캔 영상의 움직임 산출은 경계선 추출 알고리즘을 이용할 수 있다.
보정부(34)는 추출부(32)에 저장된 제2방향 스캔 영상의 깊이 정보를 획득하여 기준 값으로 설정하고, 산출부(33)에 저장된 제1방향 스캔 영상을 획득하여 기준값과 비교하여 차감하여 보정한다. 이때, 보정은 3차원 데이터에서 모든 제1스캔 방향 영상 산위로 깊이 위치를 수정하여 이루어질 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 광단층 검사 장치는 광 간섭성 단층 영상 획득시 대상 농작물이나 프로브(20)의 움직임을 보정하여 대상 농작물의 구조를 더 정확하게 구현할 수 있어, 3차원 정보를 활용한 대상 농작물 진단의 정확성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
1 : 휴대용 광단층 검사 장치 10 : 광 간섭성 단층 촬영부
20 : 프로브 22 : 제3콜리메이터
24 : 스캐닝 미러 26 : 스캔 렌즈
28 : 스캔 조절부 30 : 영상 처리부
31 : 저장부 32 : 추출부
33 : 산출부 34 : 보정부
40 : 출력부 110 : 광원
120 : 광 커플러 130 : 레퍼런스부
132 : 제1콜리메이터 134 : 포커싱 렌즈
136 : 레퍼런스 미러 140 : 촬영부
142 : 제2콜리메이터 144 : 회절격자
146 : 포커싱 렌즈 148 : 카메라

Claims (14)

  1. 대상 농작물에 대한 광 정보를 획득하며, 깊이(z방향) 및 측면(x방향)에 대한 2차원 스캔을 제1방향(y방향)으로 순차적으로 반복 진행하여 3차원 스캔을 수행하는 프로브;
    프로브에서 획득된 대상 농작물에 대한 광 정보로부터 광 간섭성 단층 영상을 획득하는 광 간섭성 단층 촬영부;
    광 간섭성 단층 촬영부에서 획득된 광 간섭성 단층 영상을 처리하여 대상 농작물의 상태를 검사하며, 제1방향(y방향) 및 제1방향에 대한 직교하는 제2방향(x방향)에 대하여 교차 스캔하여 획득된 광 간섭성 단층 영상을 저장하는 저장부와, 제2방향의 스캔의 깊이 방향 정보를 추출하는 추출부와, 추출부에서 추출된 정보를 기준으로 2차원 스캔의 영상을 보정하는 보정부를 각각 구비한 영상 처리부; 및
    영상 처리부에서 처리된 영상을 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는 프로브에 탈부착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는 헤드 마운트 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    광을 조사하여 대상 농작물의 위치를 안내하도록 프로브에 구비되는 레이저 포인트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 광 간섭성 단층 영상의 정상 여부를 판단하며,
    상기 영상 처리부에서 판단된 광 간섭성 단층 영상의 정상 여부를 안내하도록 프로브에 구비되는 스피커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 간섭성 단층 촬영부는,
    광원으로부터 발생된 광을 분할하여 레퍼런스부 및 프로브로 전달하고, 제1반사광 및 제2반사광을 촬영부로 전달하는 광 커플러;
    광 커플러로부터 분할된 하나의 광을 위상 스캔하고 반사시킨 제1반사광을 광 커플러로 전달하는 레퍼런스부; 및
    광 커플러로부터 입사된 제1반사광 및 제2반사광을 스캔하여 광 간섭성 단층 영상을 생성하는 촬영부를 포함하며,
    상기 프로브는,
    광 커플러로부터 분할되어 입사된 다른 하나의 광을 대상 농작물에 송출하며, 대상 농작물에서 반사된 제2반사광을 광 커플러로 전달하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로브는,
    광 커플러를 통하여 분할되어 입사된 광을 평행 광으로 변환하는 콜리메이터;
    콜리메이터로부터 평행 광을 전달받아 경로를 변경한 후 대상 농작물에 조사하며, 대상 농작물로부터 반사된 제2반사광의 경로를 변경하여 광 커플러로 전달하는 스캐닝 미러; 및
    스캐닝 미러를 통하여 조사되는 광의 포커스를 조절하는 스캔 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로브는,
    스캔 렌즈의 위치를 조절하는 스캔 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    광 커플러와 레퍼런스부, 광 커플러와 촬영부, 광 커플러와 프로브 사이에는 광섬유를 통해 광을 전달하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광 간섭성 단층 영상은,
    제2방향 스캔 후에 제1방향 스캔을 수행하여 획득되는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 간섭성 단층 영상은,
    제1방향 스캔의 폭에 대하여 균등 분할된 적어도 3개의 위치에 대하여 제2방향 스캔을 수행하여 획득되는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 제1방향으로 스캔한 다수의 평면 스캔 영상에서 움직임 양을 산출하는 산출부를 더 포함하고,
    상기 추출부는 제2방향 스캔의 영상에 대하여 깊이 방향의 값을 추출하며,
    상기 보정부는 추출부에서 추출된 깊이 방향의 값을 기준으로 움직임 양에 따라 평면 스캔 영상의 깊이 방향의 값을 보상하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산출부는 제2방향 스캔 영상의 위치에 대응하는 평면 스캔 영상의 위치를 산출하여 해당 위치에 대하여 다수의 평면 스캔 영상의 깊이 값을 산출하고,
    상기 보정부는 깊이 방향의 기준 값에서 움직임 양을 차감한 값으로 해당 위치의 깊이 값을 보상하는 것을 특징으로 하는 휴대용 광단층 검사 장치.
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