KR101991709B1 - 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법 - Google Patents

광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 광원조사장치에서 조사하는 레이저에 의해 대상체의 내부에서 발생되고 대상체에 접촉된 복수의 광섬유가 접촉된 적어도 하나의 렌즈, 렌즈와 연결되어 반사광들이 포함된 영상데이터를 획득하는 카메라 및 카메라의 센서로부터 반사광들 각각에 대한 광신호를 수집하고, 수집된 각각의 광신호의 분석을 통해 해당 광섬유의 위치를 제어하고, 복수의 광섬유의 위치 제어가 완료되면 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 제어부를 포함할 수 있고, 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.

Description

광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법{Apparatus and Method for Measuring of Object using Optical Fiber and Lens}
본 발명은 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 복수의 광섬유과 카메라 렌즈를 이용하여 다채널로 대상체를 측정할 수 있는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
초음파 영상 장치, 렌즈 기반 측정장치 및 광섬유 기반 측정장치 등 다양한 장치를 통해 학술연구용, 의료용, 산업용 등 다양한 분야에 걸친 대상체를 측정(예컨대, 사람 및 동물의 혈관 상태 및 혈류 변화 등)한다. 보다 구체적으로, 초음파 영상 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성되는 초음파 신호를 대상체 내부로 조사하고, 반사된 초음파 신호의 정보를 수신하여 대상체 내부에 대한 이미지를 획득하여 대상체 내부의 관찰, 이물질 검출 등을 확인한다. 초음파 영상 장치는 획득된 초음파 이미지의 대조도(contrast to noise ratio, CNR)를 향상시키기 위해 주파수 초음파 영상 합성 방법을 사용하여 주파수 대역별로 다수의 이미지를 획득한다. 이러한 이미지는 주파수 영역 차이에 의해 스펙클 패턴(speckle pattern)을 갖기 때문에 이미지 합성 시에 해상도가 저하되는 문제점이 발생한다.
렌즈 기반 측정장치는 대상체의 표면에 레이저를 조사하고, 대상체의 표면에 투과되어 나오는 스펙클의 이미지를 카메라를 통해 획득하여 분석한다. 그러나, 이러한 렌즈 기반 측정장치는 렌즈의 초점을 맞추기가 어렵고, 이로 인해 측정 결과가 저하되는 문제점이 발생한다. 광섬유 기반 측정장치는 대상체 표면에 레이저를 조사하고, 대상체의 표면에 접촉된 광섬유를 통해 조사되는 광을 카메라를 통해 획득하여 분석한다. 그러나, 이러한 광섬유 기반 측정장치는, 광섬유와 카메라에 구비된 센서를 가깝게 설계하기 위해 카메라의 보호 유리를 제거하므로, 카메라를 다른 목적으로 사용하지 못하는 비경제적인 문제점이 발생한다. 또한, 보호 유리를 제거한 후, 장시간 카메라 이용 시에 카메라에 발열이 발생되어 카메라의 수명이 저하되는 문제점이 발생한다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시 예들은 복수의 광섬유와 카메라 센서를 이용하여 대상체에 조사된 레이저에 의해 발생되는 스펙클을 다채널로 측정할 수 있는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치는, 광원조사장치에서 조사하는 레이저에 의해 대상체의 내부에서 발생되고 상기 대상체에 접촉된 복수의 광섬유가 접촉된 적어도 하나의 렌즈, 상기 렌즈와 연결되어 상기 반사광들이 포함된 영상데이터를 획득하는 카메라 및 상기 카메라의 센서로부터 상기 반사광들 각각에 대한 광신호를 수집하고, 수집된 각각의 광신호의 분석을 통해 해당 광섬유의 위치를 제어하고, 상기 복수의 광섬유의 위치 제어가 완료되면 상기 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적어도 하나의 렌즈는, 상기 복수의 광섬유가 모두 접촉되는 하나의 렌즈, 상기 복수의 광섬유와 동일한 개수로 구비된 복수의 렌즈 및 n*n으로 구성된 마이크로 렌즈 어레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 수집된 광신호를 기준으로 관심영역을 설정하고, 상기 관심영역에 대한 광량 세기를 분석하여 상기 광신호와 관련된 광섬유의 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 관심영역에 대한 이미지를 획득하고, 상기 획득된 이미지의 대비를 분석하여 상기 광신호와 관련된 광섬유의 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 센서가 구성하는 픽셀에서 상기 광신호의 위치를 확인하고, 상기 위치를 기준으로 임계 픽셀만큼의 영역을 상기 관심영역으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, xyz스테이지를 제어하여 상기 광섬유의 양단 중 상기 카메라 쪽에 위치한 일단을 제어하여 상기 광섬유의 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 영상데이터는, 상기 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 스펙클을 포함하는 반사광에 대한 영상데이터인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법은, 전자장치가 광원조사장치에서 조사되는 레이저에 의해 대상체의 내부에서 발생되고 상기 대상체에 접촉된 복수의 광섬유 중 어느 하나의 광섬유를 통해 조사되는 반사광에 대한 광신호를 적어도 하나의 렌즈와 연결된 카메라를 통해 수집하는 단계, 상기 전자장치가 상기 수집된 광신호의 분석을 통해 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계, 상기 전자장치가 상기 복수의 광섬유의 제어가 완료되면 상기 반사광들이 포함된 영상데이터를 획득하는 단계 및 상기 전자장치가 상기 획득된 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적어도 하나의 렌즈는, 상기 복수의 광섬유가 모두 접촉되는 하나의 렌즈, 상기 복수의 광섬유와 동일한 개수로 구비된 복수의 렌즈 및 n*n으로 구성된 마이크로 렌즈 어레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 광섬유의 위치를 제어하는 단계는, 상기 광신호를 기준으로 관심영역을 설정하는 단계, 상기 관심영역에 대한 광량 세기를 분석하는 단계 및 상기 광량 세기를 기반으로 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 관심영역을 설정하는 단계는, 상기 센서가 구성하는 픽셀에서 상기 광신호의 위치를 확인하는 단계 및 상기 위치를 기준으로 임계 픽셀만큼의 영역을 상기 관심영역으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 광섬유의 위치를 제어하는 단계는, 상기 관심영역에 대한 이미지를 획득하는 단계, 상기 획득된 이미지의 대비를 분석하는 단계 및 상기 이미지의 대비를 기반으로 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 광섬유의 위치를 제어하는 단계는, xyz스테이지를 제어하여 상기 광섬유의 양단 중 상기 카메라 쪽에 위치한 일단을 제어하여 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 단계는, 상기 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 스펙클을 포함하는 상기 반사광에 대한 상기 영상데이터를 분석하여 상기 스펙클을 측정하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법은, 복수의 광섬유와 카메라 센서를 이용하여 대상체에 조사된 레이저에 의해 발생되는 스펙클을 다채널로 측정함으로써 대상체의 다양한 범위에 대한 측정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치 및 방법은, xyz스테이지를 이용하여 카메라 센서가 광섬유에서 조사되는 광에 대한 포커싱을 정확하게 맞춤으로써 정확한 대상체 측정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 광섬유 및 렌즈를 이용하여 대상체를 측정하기 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용하여 대상체를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용하여 대상체를 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수광용 광섬유를 제어하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용하여 대상체를 측정하기 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템(10)은 광원조사장치(100), 발광용 광섬유(110), 대상체(130), xyz스테이지(150), 수광용 광섬유(170), 렌즈(190), 카메라(230) 및 전자장치(200)를 포함한다. 이때, 카메라(230)는 전자장치(200)에 포함될 수 있고, 전자장치(200)와 별도로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서는 카메라(230)가 전자장치(200)에 포함되는 것을 예로 설명하기로 한다.
광원조사장치(100)는 가간섭성 특정이 있는 레이저 광(이하, 레이저라 함)를 조사한다. 광원조사장치(100)는 파장이 0.78 내지 3μm인 Si 기반의 근적외선 레이저 다이오드 또는 근적외선 화합물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 광원조사장치(100)의 근적외선 레이저 출력은 대상체(130)가 물리적인 피해를 입지 않을 수 있는 정도로 한다.
발광용 광섬유(110)는 광원조사장치(100)에 연결되어, 광원조사장치(100)에서 조사되는 레이저를 대상체(130)의 내부로 조사한다. 발광용 광섬유(110)는 근적외선 레이저의 손실을 최소화하면서 광을 전달할 수 있는 수단이면 본 발명에 적응 가능하며, 하나 이상이 대상체(130)에 접촉될 수 있다. 발광용 광섬유(110)의 일단은 커넥터 등에 의해 광원조사장치(100)에 접속되고, 타단은 대상체(130)의 일부에 접촉된다. 이때, 대상체(130)는 혈액을 갖는 사람, 설치류 등의 동물을 포함할 수 있다.
xyz스테이지(150)는 수광용 광섬유(170)의 위치를 마이크로 단위로 이동시킬 수 있는 장치로, 사용자에 의해 수동으로 제어될 수 있다. 이를 위해, xyz스테이제(150)는 휠 형태로 형성된 조작부(미도시)를 구비할 수 있다. 아울러, xyz스테이지(150)는 전자장치(200)로부터 수신된 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 이를 위해, xyz스테이지(150)는 전자장치(200)와 케이블 등의 유선 통신을 수행할 수 있고, 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth low energy) 및 NFC(near field communication) 등의 무선 통신을 수행할 수 있다. xyz스테이지(150)는 전자장치(200)로부터 수신된 신호에 의해 x축, y축 및 z축으로 이동하면서 xyz스테이지(150)에 고정된 수광용 광섬유(170)를 x축, y축, z축으로 이동시킨다. 아울러, 도 1에서 xyz스테이지(150)는 단일하게 구성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, xyz스테이지(150)는 수광용 광섬유(170)와 동일한 개수로 형성될 수 있다. 각각의 xyz스테이지(150)에는 수광용 광섬유(170)가 하나씩 대응되도록 형성되어, xyz스테이지(150)의 제어에 따라 각각의 xyz스테이지(150)에 대응되는 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어할 수도 있다.
수광용 광섬유(170)는 대상체(130)에 접촉되어 대상체(130) 내부에서 레이저가 확산 및 반사되어 발생되는 반사광을 수집하여 카메라(230)로 조사한다. 이를 위해, 수광용 광섬유(170)의 일단은 대상체(130)의 정해진 위치에 접촉되고, 타단은 카메라(230)에 연결된 렌즈(190)에 접촉된다. 수광용 광섬유(170)에서 렌즈(190)에 접촉 또는 근접한 위치에 배치된 타단은 xyz스테이지(150)에 의해 이동된다. 예컨대, xyz스테이지(150)에는 수광용 광섬유(170)가 고정되는 홀 등의 구조가 형성될 수 있고, xyz스테이지(150)에 일시적으로 접착될 수 있다. 수광용 광섬유(170)의 일단은 대상체(130)의 정해진 위치에 접촉되고, 수광용 광섬유(170)의 타단은 xyz스테이지(150)에 형성된 홀을 관통하여 렌즈(190)에 접촉된다.
xyz스테이지(150)는 렌즈(190)에 근접한 수광용 광섬유(170)의 타단을 이동시킬 수 있다. xyz스테이지(150)가 단일하게 형성된 경우, 사용자는 수광용 광섬유(170)의 타단의 위치를 설정한 이후에 대상체(130)에 접촉된 수광용 광섬유(170)의 일단을 홀에서 제거하고, 일단을 대상체(130)의 정해진 위치에 다시 접촉한다. 이후에 사용자는 다른 수광용 광섬유(170)를 xyz스테이지(150)의 홀에 삽입한 후 렌즈(190)에 근접한 수광용 광섬유(170)의 타단의 위치를 설정할 수 있다.
또한, xyz스테이지(150)가 수광용 광섬유(170)의 개수와 동일하게 형성된 경우, 사용자는 제1 xyz스테이지를 제어하여 제1 xyz스테이지에 대응되는 제1 수광용 광섬유의 위치를 설정한 후, 제2 xyz 스테이지를 제어하여 제2 xyz 스테이지에 대응되는 제2 수광용 광섬유의 위치를 순차적으로 설정할 수 있다.
렌즈(190)는 카메라(230)에 연결된다. 수광용 광섬유(170)로부터 조사되는 반사광은 렌즈(190)를 통해 카메라(230)의 센서로 제공된다. 이때, 도 1에서 렌즈(190)는 수광용 광섬유(170)가 모두 접촉될 수 있는 단일 렌즈인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 렌즈(190)는 수광용 광섬유(170)의 개수와 동일하게 구비되어 수광용 광섬유(170)가 각각의 렌즈(190)에 접촉될 수 있다. 또한, 렌즈(190)는 n*n으로 형성된 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.
카메라(230)는 대상체(130)의 특정 부위에 접촉된 발광용 광섬유(110)를 통해 출력되는 레이저가 대상체(130) 내부에서 확산 및 반사되어 발생되는 반사광을 포함하는 영상데이터를 획득한다. 이때, 반사광은 반사광끼리 간섭되어 발생되는 스펙클을 포함한다. 보다 구체적으로, 대상체(130)의 일부에는 복수의 수광용 광섬유(170)가 부착된다. 수광용 광섬유(170)는 반사광을 카메라(230)로 조사하는 광섬유일 수 있다. 카메라(230)의 센서는 렌즈(190)를 통해 반사광에 대한 광신호를 수신하고, 광신호를 디지털 값으로 변환하여 영상데이터를 생성한다.
전자장치(200)는 카메라(230)의 센서로부터 반사광들에 대한 광신호를 수집하고, 수집된 광신호를 기반으로 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어한다. 전자장치(200)는 복수의 수광용 광섬유(170)의 위치 제어가 완료되면, 반사광을 포함하는 영상데이터를 획득한다. 전자장치(200)는 영상데이터의 분석을 통해 반사광에 포함된 스펙클을 측정하고, 측정된 스펙클을 이용하여 대상체(130)의 상태를 측정한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는 광원조사장치(100)와 전자장치(200)가 별도의 장치로 구성된 것을 예로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 광원조사장치(100)는 전자장치(200)와 하나의 장치로 구성되되, 전자장치(200)와 무선 통신을 통해 연결될 수 있다. 이 경우, 전자장치(200)는 광원조사장치(100)에서 레이저의 조사여부를 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 복수의 수광용 광섬유(170)를 이용하여 다채널로 대상체(130)의 다양한 부위에 대한 상태를 측정할 수 있다. 특히, 본 발명은 카메라(230)의 렌즈를 제거하지 않은 상태에서 반사광에 대한 광량 세기의 분포 및 스펙클의 대비를 기반으로 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어하여 수광용 광섬유(170)별로 포커싱을 정확하게 맞출 수 있다. 따라서, 본 발명은 복수의 수광용 광섬유(170)에서 조사되는 반사광을 포함하는 영상데이터를 획득하고, 영상데이터에 포함된 스펙클의 측정을 통해 대상체(130)의 상태를 정확하게 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용하여 대상체를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전자장치(200)는 통신부(210), 입력부(220), 카메라(230), 영상처리부(240), 표시부(250), 메모리(260) 및 제어부(270)를 포함한다.
통신부(210)는 전자장치(200)의 외부에 구비된 서버(미도시) 등의 외부장치와 통신을 수행한다. 이를 위해, 통신부(210)는 유선 또는 무선 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 통신부(210)는 이동 통신망 또는 데이터 통신망 중 적어도 하나에 접속할 수 있다. 통신부(210)는 근거리 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신 방식은 LTE(long term evolution), WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth low energy) 및 NFC(near field communication) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 카메라(230)가 전자장치(200)에 장착되지 않고, 전자장치(200)의 외부에 위치하여 전자장치(200)와 연결될 경우, 통신부(210)는 카메라(230)와 유선 또는 무선 통신을 수행할 수 있다. 또한, 통신부(210)는 전자장치(200)의 외부에 위치한 xyz스테이지(150)와의 통신을 수행할 수 있다.
입력부(220)는 전자장치(200)의 사용자 입력에 대응하여, 입력데이터를 발생시킨다. 입력부(220)는 적어도 하나의 입력수단을 포함한다. 이러한 입력부(220)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패널(touch panel), 조그 셔틀(jog and shuttle), 터치 키(touch key) 중 적어도 하나를 포함한다. 카메라(230), xyz스테이지(150)가 전자장치(200)의 외부에 위치하여 전자장치(200)와 연결될 경우, 입력부(220)는 카메라(230) 및 xyz스테이지(150)의 이동을 위한 입력데이터를 발생시킬 수 있다.
카메라(230)는 전자장치(200)의 특정 위치에 배치되거나, 전자장치(200)의 외부에서 전자장치(200)와 연결되어 영상데이터(예컨대, 정지영상데이터 및 동영상데이터를 포함)를 획득한다. 이를 위해, 카메라(230)는 광학적 신호를 수신한다. 카메라(230)는 광학적 신호로부터 영상데이터를 발생시킨다. 카메라(230)는 센서와 신호변환부를 구비할 수 있다. 센서는 수광용 광섬유(170)에서 조사되는 반사광에 대한 광신호를 전기적 영상신호로 변환한다. 신호변환부는 전기적 영상신호를 디지털 값을 갖는 영상데이터로 변환한다. 이때, 센서는 전하결합소자(CCD; charge coupled device)가 구비된 칩일 수 있다.
특히, 카메라(230)는 대상체(130)의 정해진 위치에 접촉된 수광용 광섬유(170)에서 조사되는 반사광을 포함하는 영상데이터를 획득한다. 이때, 반사광은, 반사광끼리 간섭되어 발생되는 스펙클을 포함한다.
영상처리부(240)는 영상데이터를 처리한다. 영상처리부(240)는 영상데이터를 프레임 단위로 처리하고, 표시부(250)의 특성 및 크기에 대응시켜 출력한다. 영상처리부(240)는 영상데이터를 설정된 방식으로 압축하거나, 압축된 영상데이터를 원래의 영상데이터로 복원한다.
표시부(250)는 표시데이터를 출력한다. 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display), 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; organic LED) 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 표시부(250)는 다수개의 발광 소자들을 포함할 수 있다. 표시부(250)는 입력부(220)와 결합되어 터치 스크린(touch screen)으로 구현될 수 있다.
메모리(260)는 전자장치(200)의 동작 프로그램들을 저장할 수 있다. 메모리(260)는 영상데이터에 포함된 스펙클을 분석하여 대상체(130)의 상태를 측정하기 위한 프로그램을 저장한다.
제어부(270)는 카메라(230)의 센서로부터 반사광들에 대한 광신호들을 수집하고, 수집된 광신호들이 분석을 통해 복수의 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어한다. 제어부(270)는 복수의 수광용 광섬유(170)의 위치 제어가 모두 완료되면 카메라(230)에서 획득된 반사광들을 포함하는 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하고, 측정된 스펙클을 기반으로 대상체(130)의 상태를 측정한다.
보다 구체적으로, 제어부(270)는 입력부(220)로부터 대상체(130)를 측정하기 위한 측정신호가 수신되면, 대상체(130)로 레이저를 조사하도록 광원조사장치(100)를 제어한다. 이를 위해, 광원조사장치(100)와 대상체(130)는 발광용 광섬유(110)로 연결되고, 발광용 광섬유(110)는 광원조사장치(100)에서 조사되는 레이저를 대상체(130)로 조사한다. 대상체(130)에 조사된 레이저는 대상체(130) 내부에서 확산 및 반사되어 반사광으로 변환되고, 반사광은 대상체(130)의 표면에 접촉된 수광용 광섬유(170)의 일단을 통해 수광용 광섬유(170)로 유입된다. 이때, 반사광은, 반사광끼리 간섭되어 발생되는 스펙클을 포함한다. 수광용 광섬유(170)로 유입된 반사광은 렌즈(190)에 접촉된 수광용 광섬유(170)의 타단을 통해 카메라(230)로 조사된다.
제어부(270)는 카메라(230)의 센서로부터 반사광에 대한 광신호를 수집한다. 제어부(270)는 수집된 광신호를 관심영역(ROI; region of interest)을 설정한다. 센서는 n*n의 픽셀 어레이를 형성하고, 센서에 의해 형성되는 픽셀 어레이의 일부에 광신호가 위치된다. 제어부(270)는 광신호가 위치된 픽셀을 중심으로 하여 임계 영역만큼의 픽셀을 관심영역(예컨대, 7*7)으로 설정할 수 있다. 이때, 임계 영역은, 광신호의 번짐에 의해 잔상이 발생되는 영역일 수 있다.
제어부(270)는 관심영역에 위치한 광신호에 대한 광량 세기의 분포를 분석한다. 제어부(270)는 광량 세기의 분포를 정규분포 그래프로 도식화했을 때, 광신호의 중심점을 기준으로 광량 세기에 대한 그래프가 가장 좁고 날카로운 상태가 아니면 제어부(270)는 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어할 필요가 있는 것으로 판단한다. 제어부(270)는 xyz스테이지(150)를 컨트롤하여 수광용 광섬유(170)의 위치를 이동시킨 후, 이때, xyz스테이지(150)는 수광용 광섬유(170)를 x축, y축, z축으로 이동시키는 장치로, 제어부(270)는 xyz스테이지(150)를 제어하여 렌즈(190)에 접촉된 수광용 광섬유(170)의 타단의 위치를 제어한다. 특히, 제어부(270)는 수광용 광섬유(170)가 빛의 진행 방향을 향해 이동할 수 있도록 z축을 중심으로 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어할 수 있다.
제어부(270)는 광량 세기에 대한 그래프가 가장 좁고 날카로운 상태이면, 관심영역에 대한 이미지를 획득한다. 제어부(270)는 획득된 관심영역 이미지의 대비(contrast)를 분석한다. 이때, 관심영역 이미지는 반사광에 대한 이미지이고, 반사광은 스펙클을 포함할 수 있다. 스펙클은 어두운 반점의 형태로 생성되므로, 제어부(270)는 관심영역 이미지에 대한 대비 즉, 스펙클에 대한 대비를 분석하여 대비값을 산출할 수 있다. 제어부(270)는 산출된 대비값이 최대의 값으로 산출되지 않으면 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어할 필요가 있는 것으로 판단한다. 아울러, 최대의 값은, 관심영역 이미지에서 가질 수 있는 최대의 값으로, 수광용 광섬유(170)의 제어 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 값이 아니며, 관심영역 이미지에 따라 다른 값이 될 수 있다. 제어부(270)는 xyz스테이지(150)를 컨트롤하여 수광용 광섬유(170)의 위치를 이동시킨다.
제어부(270)는 대상체(130)의 표면에 접촉하고자 하는 복수의 수광용 광섬유(170)에 대한 위치가 상기와 같이 모두 제어된 상태면, 대상체(130)의 상태 측정을 위한 영상데이터를 획득한다. 이때, 영상데이터는 복수의 수광용 광섬유(170)에서 조사되는 복수의 반사광들이 포함된 영상데이터를 의미하고, 영상데이터에는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 스펙클이 포함될 수 있다.
제어부(270)는 영상데이터의 분석을 통해 복수의 반사광들에 대한 광신호를 이용하여 복수의 관심영역에 대한 이미지를 획득하고, 획득된 관심영역 이미지의 콘트라스트를 확인한다. 제어부(270)는 각각의 관심영역 이미지에 대한 대비 즉, 스펙클에 대한 대비를 확인한다. 영상데이터가 동영상데이터일 경우, 제어부(270)는 동영상데이터를 구성하는 복수의 프레임들의 분석을 통해 스펙클에 대한 대비를 확인할 수 있다. 영상데이터가 정지영상데이터일 경우, 제어부(270)는 정지영상데이터에 포함된 스펙클에 대한 대비를 확인할 수 있다. 제어부(270)는 확인된 스펙클에 대한 대비를 분석하여 대상체(130)의 혈류 속도 등을 포함하는 상태를 확인할 수 있다. 제어부(270)는 스펙클에 대한 대비 정도를 확인한다. 제어부(270)는 스펙클에 대한 대비가 기준치보다 낮으면 혈류 속도가 빠른 것으로 확인하고, 스펙클에 대한 대비가 기준치보다 높으면 혈류 속도가 느린 것으로 확인한다. 이때, 기준치는 의학적으로 검증된 일반적인 혈류 속도를 의미할 수 있다. 제어부(270)는 확인된 혈류 속도를 기반으로 대상체(130)의 상태를 측정한다. 대상체(130) 상태는 대상체(130)의 인지 상태 및 대상체(130)에 발생된 질병의 종류를 포함한다. 제어부(270)는 표시부(250)를 제어하여 확인된 대상체(130)의 측정 상태를 출력한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 및 렌즈를 이용하여 대상체를 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 301단계에서 제어부(270)는 입력부(220)로부터 대상체(130)를 측정하기 위한 측정신호의 수신이 확인되면 303단계를 수행하고, 측정신호의 수신이 확인되지 않으면 측정신호의 수신을 대기한다. 이를 위해, 대상체(130)에는 대상체(130) 내부에 레이저를 조사하기 위한 광원조사장치(100)에 연결된 발광용 광섬유(110)가 접촉된다. 303단계에서 제어부(270)는 광원조사장치(100)가 대상체(130)에 레이저를 조사하도록 광원조사장치(100)를 제어한다. 이때, 광원조사장치(100)에서 조사되는 레이저는 광원조사장치(100)와 연결되고 대상체(130)에 접촉된 발광용 광섬유(110)를 통해 대상체(130) 내부로 유입된다.
305단계에서 제어부(270)는 수광용 광섬유(170)를 제어한다. 수광용 광섬유(170)는 대상체(130) 내부에 조사된 레이저가 대상체(130) 내부에서 확산 및 반사되어 발생되는 반사광이 유입되어 카메라(230)로 조사하기 위한 광섬유다. 이를 위해, 수광용 광섬유(170)의 일단은 대상체(130)에 접촉되고, 다른 일단은 카메라(230)와 연결된 렌즈(190)에 접촉되거나, 렌즈(190)와 매우 근접하게 위치된다. 아울러, 대상체(130)에는 복수의 수광용 광섬유(170)가 접촉될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(270)는 렌즈(190)와 대상체(130) 사이에 위치한 xyz스테이지(150)를 제어하여 렌즈(190)에 접촉된 수광용 광섬유(170)의 일단의 위치를 변경함으로써, 카메라(230)를 통해 획득되는 영상데이터의 초점을 명확하게 할 수 있다. 수광용 광섬유(170)를 제어하는 동작은, 하기의 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수광용 광섬유를 제어하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
도 4를 참조하면, 401단계에서 제어부(270)는 카메라(230)에 구비된 센서에서 획득되는 반사광에 대한 광신호를 수집한다. 보다 구체적으로, 광원조사장치(100)와 연결된 발광용 광섬유(110)를 통해 대상체(130) 내부로 유입되는 레이저는 대상체(130) 내부에서 이루어지는 확산 및 반사에 의해 반사광으로 변환된다. 반사광은 대상체(130)에 접촉된 수광용 광섬유(170)에 유입되어 카메라(230)로 조사된다. 이때, 제어부(270)는 카메라(230)에 구비된 센서로 조사되는 반사광에 대한 광신호를 수집할 수 있다. 403단계에서 제어부(270)는 수집된 광신호를 기준으로 관심영역(ROI; region of interest)을 설정한다. 센서는 n*n의 픽셀 어레이를 형성하고, 센서에 의해 형성되는 픽셀 어레이의 일부에 광신호가 위치된다. 제어부(270)는 광신호가 위치된 픽셀을 중심으로 하여 임계 영역만큼의 픽셀을 관심영역(예컨대, 7*7)으로 설정할 수 있다. 이때, 임계 영역은, 광신호의 번짐에 의해 잔상이 발생되는 영역일 수 있다.
405단계에서 제어부(270)는 관심영역에 위치한 광신호에 대한 광량 세기의 분포를 분석할 수 있다. 407단계에서 제어부(270)는 수광용 광섬유(170)의 제어가 필요한 것으로 판단되면 409단계를 수행하고, 제어가 필요하지 않은 것으로 판단되면 411단계를 수행한다. 이때, 제어부(270)는 광량 세기의 분포를 정규분포 그래프로 도식화했을 때, 광신호의 중심점을 기준으로 광량 세기에 대한 그래프가 가장 좁고 날카로운 상태이면 제어가 필요하지 않은 것으로 판단하고, 반대의 경우는 제어가 필요한 것으로 판단한다. 409단계에서 제어부(270)는 xyz스테이지(150)를 컨트롤하여 수광용 광섬유(170)의 위치를 이동시킨 후, 405단계로 회귀한다. 이때, xyz스테이지(150)는 수광용 광섬유(170)를 x축, y축, z축으로 이동시키는 장치로, 제어부(270)는 xyz스테이지(150)를 제어하여 렌즈(190)에 접촉된 수광용 광섬유(170)의 일단의 위치를 제어한다. 특히, 제어부(270)는 수광용 광섬유(170)가 빛의 진행 방향을 향해 이동할 수 있도록 z축을 중심으로 수광용 광섬유(170)의 위치를 제어할 수 있다.
411단계에서 제어부(270)는 관심영역에 대한 이미지를 획득한다. 보다 구체적으로, 제어부(270)는 카메라(230)에서 획득된 영상데이터에서 광신호를 기준으로 설정된 관심영역을 관심영역 이미지로 획득한다. 413단계에서 제어부(270)는 획득된 관심영역 이미지의 대비(contrast)를 분석한다. 이때, 관심영역 이미지는 반사광에 의해 생성된 스펙클을 포함할 수 있고, 스펙클은 어두운 반점의 형태로 생성되므로, 제어부(270)는 관심영역 이미지에 대한 대비를 분석하여 대비값을 산출할 수 있다. 415단계에서 제어부(270)는 대비값을 기준으로 수광용 광섬유(170)의 제어가 필요한 것으로 판단되면 417단계를 수행하고, 제어가 필요하지 않은 것으로 판단되면 도 3의 307단계로 리턴한다. 이때, 제어부(270)는 관심영역 이미지의 대비값이 최대의 값으로 산출되면 제어가 필요하지 않은 것으로 판단하고, 대비값이 최대의 값으로 산출되지 않으면 제어가 필요한 것으로 판단한다. 아울러, 최대의 값은, 관심영역 이미지에서 가질 수 있는 최대의 값으로 수광용 광섬유(170)의 제어 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 값이 아니며, 관심영역 이미지에 따라 다른 값이 될 수 있다. 417단계에서 제어부(270)는 xyz스테이지(150)를 컨트롤하여 수광용 광섬유(170)의 위치를 이동시킨 후, 413단계로 회귀한다.
도 3의 307단계에서 제어부(270)는 대상체(130)에 접촉된 복수의 수광용 광섬유(170) 전부에 대한 제어가 완료됨이 확인되면 309단계를 수행하고, 복수의 수광용 광섬유(170) 전부에 대한 제어가 완료되지 않으면 305단계로 회귀한다. 309단계에서 제어부(270)는 복수의 수광용 광섬유(170)가 제어된 이후에 영상데이터를 획득한다. 이때, 영상데이터는 반사광들이 포함된 영상데이터를 의미하므로, 영상데이터에는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 스펙클이 포함될 수 있다. 311단계에서 제어부(270)는 영상데이터를 분석하여 대상체(130)의 측정을 수행한다.
예를 들어, 제어부(270)는 대상체(130)가 사람 또는 동물일 경우, 영상데이터에 포함된 스펙클에 대한 대비를 확인한다. 제어부(270)는 확인된 스펙클에 대한 대비를 분석하여 대상체(130)의 혈류 속도를 확인할 수 있다. 제어부(270)는 스펙클에 대한 대비 정도를 확인한다. 제어부(270)는 스펙클에 대한 대비가 기준치보다 낮으면 혈류 속도가 빠른 것으로 확인하고, 스펙클에 대한 대비가 기준치보다 높으면 혈류 속도가 느린 것으로 확인한다. 이때, 기준치는 의학적으로 검증된 일반적인 혈류 속도를 의미할 수 있다. 제어부(270)는 확인된 혈류 속도를 기반으로 대상체(130)의 상태를 측정한다. 대상체(130) 상태는 대상체(130)의 인지 상태 및 대상체(130)에 발생된 질병의 종류를 포함한다. 제어부(270)는 표시부(250)를 제어하여 확인된 대상체(130)의 측정 상태를 출력한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (14)

  1. 광원조사장치에서 조사하는 레이저에 의해 대상체의 내부에서 발생되는 반사광을 수집하도록 상기 대상체에 접촉된 복수의 광섬유가 접촉된 적어도 하나의 렌즈;
    상기 렌즈와 연결되어 상기 반사광들이 포함된 영상데이터를 획득하는 카메라; 및
    상기 카메라의 센서로부터 상기 반사광들 각각에 대한 광신호를 수집하고, 수집된 각각의 광신호의 분석을 통해 해당 광섬유의 위치를 제어하고, 상기 복수의 광섬유의 위치 제어가 완료되면 상기 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 렌즈는,
    상기 복수의 광섬유가 모두 접촉되는 단일 렌즈, 상기 복수의 광섬유와 동일한 개수로 구비된 복수의 렌즈 및 n*n으로 구성된 마이크로 렌즈 어레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수집된 광신호를 기준으로 관심영역을 설정하고, 상기 관심영역에 대한 광량 세기를 분석하여 상기 광신호와 관련된 광섬유의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 관심영역에 대한 이미지를 획득하고, 상기 획득된 이미지의 대비를 분석하여 상기 광신호와 관련된 광섬유의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서가 구성하는 픽셀에서 상기 광신호의 위치를 확인하고, 상기 위치를 기준으로 임계 픽셀만큼의 영역을 상기 관심영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    xyz스테이지를 제어하여 상기 광섬유의 양단 중 상기 카메라 쪽에 위치한 일단을 제어하여 상기 광섬유의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 영상데이터는,
    상기 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 스펙클을 포함하는 반사광에 대한 영상데이터인 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 장치.
  8. 전자장치가 광원조사장치에서 조사되는 레이저에 의해 대상체의 내부에서 발생되어 상기 대상체에 접촉된 복수의 광섬유 중 어느 하나의 광섬유를 통해 조사되는 반사광에 대한 광신호를 적어도 하나의 렌즈와 연결된 카메라를 통해 수집하는 단계;
    상기 전자장치가 상기 수집된 광신호의 분석을 통해 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계;
    상기 전자장치가 상기 복수의 광섬유의 제어가 완료되면 상기 반사광들이 포함된 영상데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 전자장치가 상기 획득된 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 렌즈는,
    상기 복수의 광섬유가 모두 접촉되는 하나의 렌즈, 상기 복수의 광섬유와 동일한 개수로 구비된 복수의 렌즈 및 n*n으로 구성된 마이크로 렌즈 어레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계는,
    상기 광신호를 기준으로 관심영역을 설정하는 단계;
    상기 관심영역에 대한 광량 세기를 분석하는 단계; 및
    상기 광량 세기를 기반으로 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관심영역을 설정하는 단계는,
    상기 카메라의 센서가 구성하는 픽셀에서 상기 광신호의 위치를 확인하는 단계; 및
    상기 위치를 기준으로 임계 픽셀만큼의 영역을 상기 관심영역으로 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계는,
    상기 관심영역에 대한 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 이미지의 대비를 분석하는 단계; 및
    상기 이미지의 대비를 기반으로 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계는,
    xyz스테이지를 제어하여 상기 광섬유의 양단 중 상기 카메라 쪽에 위치한 일단을 제어하여 상기 광섬유의 위치를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 영상데이터를 분석하여 스펙클을 측정하는 단계는,
    상기 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 스펙클을 포함하는 상기 반사광에 대한 상기 영상데이터를 분석하여 상기 스펙클을 측정하는 단계인 것을 특징으로 하는 광섬유 및 렌즈를 이용한 대상체 측정 방법.
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