KR102002384B1 - Apparatus and method for analysising laser speckle pattern - Google Patents
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Abstract
본원의 일 실시예에 따르면, 레이저 광원을 통해 레이저를 발생시키고, 상기 발생된 레이저를 시험대상객체에 조사하는 레이저부, 상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 카메라부, 상기 촬상된 스펙클 패턴 이미지를 저장하는 저장유닛을 포함하고, 상기 저장유닛에 저장된 스펙클 패턴 이미지를 패턴분석부로 전송하는 통신유닛을 포함하되, 제어신호를 생성하여 상기 레이저부 및 상기 카메라부의 동작을 제어하는 제어부, 및 상기 통신유닛이 전송한 상기 스펙클 패턴 이미지를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 패턴분석부를 포함하는 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 및 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a laser processing apparatus including a laser unit for generating a laser through a laser light source and irradiating the generated laser to an object to be tested, a speckle pattern image of the object to be tested formed by the laser, And a communication unit for transmitting the speckle pattern image stored in the storage unit to the pattern analysis unit, wherein the communication unit includes a camera unit for taking an image at an imaging time and a number of frames per second, and a storage unit for storing the picked speckle pattern image, And a pattern analyzing unit for receiving the speckle pattern image transmitted by the communication unit and analyzing a speckle pattern change and a complexity of the speckle pattern image by controlling the operation of the laser unit and the camera unit, And a method for analyzing a laser speckle pattern.
Description
본원은 시험대상객체에 레이저를 조사함에 따라 발생하는 스펙클 패턴 이미지의 변화와 복잡도를 분석하는 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a laser speckle pattern analyzing apparatus and method for analyzing a variation and complexity of a speckle pattern image generated as a laser is irradiated on an object to be tested.
본원의 배경이 되는 기술인 레이저 스펙클 패턴 분석 기술은 최근에 잠재력이 대단히 큰 기술로 평가 받고 있다. 스펙클 패턴은 간섭성을 지닌 빛 또는 레이저를 시험대상객체에 조사했을 때, 반사되어 나오는 빛에 의해 형성되는 낱알무늬 모양의 패턴이다. The laser speckle pattern analysis technique, which is a background technology of the present invention, has recently been evaluated as a technology having a great potential. The speckle pattern is a pattern of a grain pattern formed by the reflected light when a light or laser having coherence is irradiated on the object to be tested.
레이저 스펙클 패턴을 이미지화하고 패턴의 통계적 특성을 활용하여 분석하면 시험대상객체에 대한 다양한 정보를 취득할 수 있어 의료용 진단기기와 같은 분야에서의 활용이 기대되고 있다. The laser speckle pattern is imaged and the statistical characteristics of the pattern are analyzed to obtain various information about the object to be tested, and it is expected to be utilized in fields such as medical diagnostic apparatuses.
이러한 레이저 스펙클 패턴 분석 기술의 전망에도 불구하고, 실제 필드에서의 활용도가 미비한 까닭은 기존의 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 내지 시스템은 대부분 대형화되어 있기 때문이다. 따라서 레이저 스펙클 패턴 분석 장치의 상용화를 목표로 한다면, 무엇보다도 레이저 스펙클 패턴 분석 장치의 소형화가 필수적인 선결과제라고 할 수 있다. Despite the prospect of this laser speckle pattern analysis technology, the actual use in the field is insufficient because the existing laser speckle pattern analyzer or system is mostly large-sized. Therefore, if the laser speckle pattern analyzer is aimed at commercialization, the miniaturization of the laser speckle pattern analyzer is a prerequisite.
본원의 배경이 되는 기술은 한국특허공개공보 제10-2017-0099692호에 개시되어 있다. The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0099692.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시험대상객체에 레이저를 조사함에 따라 발생하는 스펙클 패턴 이미지의 변화와 복잡도를 분석하는 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a laser speckle pattern analyzing apparatus and method for analyzing a variation and a complexity of a speckle pattern image generated as a laser is irradiated on an object to be tested do.
또한, 본원은 하나의 장치에 레이저 스펙클 패턴의 분석을 위한 구성요소를 통합시키고자 하였고, 이에 따라 기존보다 소형화될 뿐만 아니라 그 활용도 및 기능의 획기적 향상을 도모한 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention intends to integrate components for analyzing a laser speckle pattern into a single apparatus, and accordingly, a laser speckle pattern analyzing apparatus and method capable of not only downsizing but also dramatically improving its utilization and functions And to provide the above objects.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다. It should be understood, however, that the technical scope of the embodiments of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치는, 레이저 광원을 통해 레이저를 발생시키고, 상기 발생된 레이저를 시험대상객체에 조사하는 레이저부, 상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 카메라부, 상기 촬상된 스펙클 패턴 이미지를 저장하는 저장유닛을 포함하고, 상기 저장유닛에 저장된 스펙클 패턴 이미지를 패턴분석부로 전송하는 통신유닛을 포함하되, 제어신호를 생성하여 상기 레이저부 및 상기 카메라부의 동작을 제어하는 제어부, 및 상기 통신유닛이 전송한 상기 스펙클 패턴 이미지를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 패턴분석부를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a laser speckle pattern, comprising: a laser unit for generating a laser through a laser light source and irradiating the generated laser to an object to be tested; A camera unit for picking up a speckle pattern image of the test object formed by the irradiated laser at a predetermined imaging time and a frame rate per second; and a storage unit for storing the picked speckle pattern image, And a communication unit for transmitting the stored speckle pattern image to the pattern analysis unit, wherein the control unit controls the operation of the laser unit and the camera unit by generating a control signal, and receives the speckle pattern image transmitted by the communication unit A pattern analyzing unit for analyzing a speckle pattern change and a complexity of the speckle pattern image, It can be included.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 광원은 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 레이저 광원은 각각 다른 색상의 레이저를 발생시키는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of laser light sources may be provided, and the plurality of laser light sources may generate laser of different colors.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 레이저 광원은, 백색 레이저를 발생시키는 제 1 레이저 광원, 적색 레이저를 발생시키는 제 2 레이저 광원, 및 청색 레이저를 발생시키는 제 3 레이저 광원을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of laser light sources may include a first laser light source for generating a white laser, a second laser light source for generating a red laser, and a third laser light source for generating a blue laser have.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 및 제 3 레이저 광원은 상기 제 1 레이저 광원을 중심에 두고 소정의 각도로 기울여서 배치되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the second and third laser light sources may be arranged at an angle with respect to the first laser light source.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 소정의 각도가 15 ~ 30도인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the predetermined angle may be 15 to 30 degrees.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 스펙클 패턴 분석 장치는 상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부를 감싸도록 구비되는 프레임을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the laser speckle pattern analyzing apparatus may further include a frame provided to surround the laser section, the camera section, and the control section.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 스펙클 패턴 분석 장치는 상기 프레임에 결합되되, 상기 레이저가 조사되는 영역 및 상기 카메라부의 촬상영역으로 상기 시험대상객체가 배치되도록 하는 시험대상객체 배치부를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the laser speckle pattern analyzing apparatus further includes a test object arrangement unit coupled to the frame, wherein the test object arrangement unit arranges the test object in an area irradiated with the laser and an imaging area of the camera unit can do.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프레임은, 상기 제어신호를 생성하도록 하는 조작유닛, 및 상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부의 상태를 표시하는 표시유닛을 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present application, the frame may include an operation unit for generating the control signal, and a display unit for displaying the states of the laser unit, the camera unit, and the control unit.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저는 저출력 레이저, He-Ne 레이저, 및 반도체 레이저 중에서 적어도 하나일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the laser may be at least one of a low power laser, a He-Ne laser, and a semiconductor laser.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 촬상시간이 2초이고, 상기 초당 프레임 수가 20fps인 것인 레이저를 이용할 수 있다. According to one embodiment of the invention, a laser may be used in which the imaging time is 2 seconds and the number of frames per second is 20 fps.
본원의 일 실시예에 따른, 레이저를 이용하여 시험대상객체의 스펙클 패턴을 분석하는 방법은, 제어부의 제어신호에 따라, 레이저부에 구비된 레이저 광원을 통해 레이저를 발생시키고, 상기 발생된 레이저를 상기 시험대상객체에 조사하는 단계, 상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 카메라부가 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 단계, 상기 촬상된 스펙클 패턴 이미지를 저장유닛에 저장하는 단계, 상기 저장유닛에 저장된 스펙클 패턴 이미지를 통신유닛이 패턴분석부로 전송하는 단계, 및 상기 패턴분석부가 상기 통신유닛이 전송한 상기 스펙클 패턴 이미지를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a method of analyzing a speckle pattern of an object to be tested using a laser generates a laser through a laser light source provided in a laser unit according to a control signal of a control unit, Capturing the speckle pattern image of the object to be tested formed by the irradiated laser with a predetermined imaging time and a frame rate per second by the camera, storing the captured speckle pattern image, Unit, the communication unit transmits the speckle pattern image stored in the storage unit to the pattern analysis unit, and the pattern analysis unit receives the speckle pattern image transmitted by the communication unit, And analyzing the speckle pattern variation and complexity of the image.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 광원은 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 레이저 광원은 각각 다른 색상의 레이저를 발생시키는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of laser light sources may be provided, and the plurality of laser light sources may generate laser of different colors.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 단계는, 상기 제 1 레이저 광원에 의해 조사되는 제 1 영역을 촬상하는 단계, 상기 제 2 레이저 광원에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 내부 영역인, 제 2 영역을 촬상하는 단계, 및 상기 제 3 레이저 광원에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 표면 영역인, 제 3 영역을 촬상하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of capturing the speckle pattern image of the test object formed by the irradiated laser at the predetermined imaging time and the number of frames per second includes the step of irradiating the first region irradiated by the first laser light source Capturing an image of a second region, which is an internal region of the object to be examined which is irradiated by the second laser light source, and a second region, which is irradiated by the third laser light source, , And a third region, which is the first region.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부를 감싸도록 구비되는 프레임, 및 상기 프레임에 삽입 또는 이탈되도록 구비되되, 상기 레이저가 조사되는 영역 및 상기 카메라부의 촬상영역으로 상기 시험대상객체가 배치되도록 하는 시험대상객체 배치부를 더 포함하고, 상기 프레임은 상기 제어신호를 생성하도록 하는 조작유닛, 및 상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부의 상태를 표시하는 표시유닛을 포함하되, 상기 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법은, 상기 시험대상객체 배치부를 통해 상기 촬상영역으로 상기 시험대상객체를 배치하는 단계, 상기 제어신호를 생성하기 위해 상기 조작유닛을 조작하는 단계, 및 상기 표시유닛이 상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부의 상태를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a laser processing apparatus including a frame provided to surround the laser unit, a camera unit, and a control unit, and a frame provided to be inserted into or removed from the frame, Further comprising a test object arrangement unit for causing a target object to be disposed, wherein the frame includes an operation unit for generating the control signal, and a display unit for displaying the statuses of the laser unit, the camera unit, and the control unit, A method for analyzing a speckle pattern using a laser, the method comprising: arranging the object to be tested in the imaging area through the object arrangement unit to be tested, operating the operation unit to generate the control signal, And displaying the state of the laser unit, the camera unit, and the control unit.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described task solution is merely exemplary and should not be construed as limiting the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments in the drawings and the detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 시험대상객체에 레이저를 조사함에 따라 발생하는 스펙클 패턴 이미지의 변화와 복잡도를 분석하는 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 및 방법을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a laser speckle pattern analyzing apparatus and method for analyzing a variation and a complexity of a speckle pattern image generated as a laser is irradiated on an object to be tested.
또한, 하나의 장치에 레이저 스펙클 패턴의 분석을 위한 구성요소를 통합시켜, 장치를 소형화시키고, 그 활용도 및 기능의 향상을 도모한 레이저 스펙클 패턴 분석 장치 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a device and a method for analyzing a laser speckle pattern by integrating components for analyzing a laser speckle pattern into a single device, thereby miniaturizing the device, and improving its utilization and function.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 분석 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본원의 레이저부의 구성을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치의 측면을 도시한 측면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치의 개략적인 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴을 분석하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴을 분석하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for analyzing a laser speckle according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view showing an enlarged configuration of the laser unit of the present invention.
FIG. 3 is a side view illustrating a side of a laser speckle pattern analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a schematic shape of a laser speckle pattern analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a laser speckle pattern analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of analyzing a laser speckle pattern according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of analyzing a laser speckle pattern according to an exemplary embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. It will be appreciated that throughout the specification it will be understood that when a member is located on another member "top", "top", "under", "bottom" But also the case where there is another member between the two members as well as the case where they are in contact with each other.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치(1000)의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 레이저부(100)의 구성을 확대하여 도시한 도면이다. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an
도 1을 참조하면, 레이저 스펙클 패턴 분석 장치(1000)는 레이저부(100), 카메라부(200), 제어부(300), 및 패턴분석부(400)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the laser
레이저부(100)는 시험대상객체(650)에 간섭성을 갖는 레이저 광을 투사하는 기능을 하는 것으로, 레이저 광원을 통해 레이저(150)를 발생시키고, 발생된 레이저(150)를 시험대상객체(650)에 조사할 수 있다. The
레이저(150)는 유도 방출로 증폭된 빛 또는 그러한 빛을 내는 장치를 의미하는데, 활성 매질에 따라 고체 레이저, 액체 레이저, 및 기체 레이저로 분류할 수 있다. 고체 레이저에는 반도체 레이저, 엔디-야그[Nd:YAG] 레이저, 타이타늄-사파이어[Ti:spphire] 레이저, 및 광섬유 레이저 등이 있고, 액체 레이저에는 색소 레이저 등이 있으며, 기체 레이저에는 헬륨-네온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑싸이머(Excimer) 레이저 등이 있다. Laser 150 refers to light amplified by inductive emission or a device emitting such light, which can be classified as a solid laser, a liquid laser, and a gas laser, depending on the active medium. Solid-state lasers include semiconductor lasers, Nd: YAG lasers, Ti: spphire lasers, and fiber optic lasers. Liquid lasers include dye lasers. Gas lasers include helium- A carbon dioxide laser, and an excimer laser.
빛의 파장 대역에 따라서는 적외선 레이저, 가시광 레이저, 자외선 레이저, 및 엑스선 레이저로 분류할 수 있다. Depending on the wavelength band of light, it can be classified into an infrared laser, a visible laser, an ultraviolet laser, and an X-ray laser.
적외선 레이저에는 적외선 광섬유 레이저, 이산화탄소 레이저, 엔디-야그 레이저, 타이타늄-사파이어 레이저, 적외선을 내는 반도체 레이저가 있고, 가시광 레이저는 헬륨-네온 레이저, 빨강, 초록, 파랑, 보라색의 반도체 레이저가 있으며, 자외선 레이저는 엑싸이머 레이저 등이 있다. 또한, 빛이 펄스로 나오는 펄스 레이저, 끊이지 않고 계속 나오는 연속(CW : continuous wave) 레이저가 있다. 본원은 상술한 바와 같이 다양한 종류의 레이저를 활용할 수 있다. The infrared laser includes an infrared fiber laser, a carbon dioxide laser, an endian-yag laser, a titanium-sapphire laser, and a semiconductor laser emitting infrared rays. The visible laser has a helium-neon laser, a semiconductor laser of red, green, blue, The laser is an excimer laser. There is also a pulsed laser with pulses of light, and a continuous wave (CW) laser. The present application can utilize various kinds of lasers as described above.
레이저부(100)의 레이저 광원은 복수 개가 구비될 수 있고, 복수 개의 레이저 광원은 각각 다른 색상의 레이저를 발생시키는 것일 수 있다. A plurality of laser light sources of the
도 2를 참조하면, 레이저부(100)에 구비된 복수 개의 레이저 광원은, 백색 레이저(152)를 발생시키는 제 1 레이저 광원(110), 적색 레이저(154)를 발생시키는 제 2 레이저 광원(120), 및 청색 레이저(156)를 발생시키는 제 3 레이저 광원(130)을 포함할 수 있다. 2, the plurality of laser light sources provided in the
제 2 레이저 광원(120) 및 제 3레이저 광원(130)은 제 1 레이저 광원(110)을 중심에 두고 소정의 각도(140)로 기울여서 배치되는 것일 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 레이저 광원(110)이 시험대상객체(650)에 대해 수직 방향으로 백색 레이저(152)를 조사한다면, 제 2 레이저 광원(120) 및 제 3 레이저 광원(130)은 시험대상객체(650)에 대해 소정의 각도로 기울어진 상태에서 각각 적색 레이저(154) 및 청색 레이저(156)를 조사할 수 있다. The second
또한, 제 1 레이저 광원(110)을 중심에 두고 배치되는 제 2 레이저 광원(120) 및 제 3 레이저 광원(130)의 소정의 각도(140)는 15 ~ 30도에서 형성될 수 있다. The
제 1 레이저 광원(110)이 발생시키는 백색 레이저(152)는 시험대상객체(650)의 일반적인 이미지 정보를 획득하기 위한 레이저로서, 아래에서 설명할 카메라부(200)와 나란하게 배치될 수 있다. 제 2 레이저 광원(120)이 발생시키는 적색 레이저(154)는 다른 색을 띠는 레이저보다 비교적 파장대가 긴 계열의 레이저이므로, 시험대상객체(650)의 내부로 깊이 침투될 수 있으며, 그에 따라 시험대상객체 내부의 이미지 정보를 획득할 수 있다. 제 3 레이저 광원(130)이 발생시키는 청색 레이저(156)는 다른 색을 띠는 레이저(150)보다 비교적 파장대가 짧은 계열의 레이저(150)이므로, 시험대상객체의 내부가 아닌, 시험대상객체의 표면 이미지 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 제 2 레이저 광원(120) 및 제 3 레이저 광원(130)을 함께 사용함으로써 시험대상객체의 내부 및 표면에서의 이미지 정보를 모두 획득하는 것이 가능할 수 있다. The
도 1을 참조하면, 카메라부(200)는 조사된 레이저(150)에 의해 형성된 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지(900)를 기 설정된 촬상 시간 및 초당 프레임 수로 촬상할 수 있다. 다시 말해 카메라부(200)는, 시험대상객체가 레이저부(100)로부터 발생된 레이저(150)에 의해 조사된 후, 이로부터 반사되는 스펙클 신호를 회수하여 이것을 전기적 신호로 변환하는 기능을 한다. Referring to FIG. 1, the
카메라부(200)는 CCD카메라 및/또는 칼라 CCD 카메라일 수 있다. CCD 카메라(charge-coupled device camera)는 디지털 카메라의 종류 중 하나로, 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써 디지털 데이터로 플래시 메모리 등의 기억 매체에 저장하는 장치를 말한다. The
카메라부(200)는 시험대상객체(650)로부터 대략 3 ~ 5 cm 가량 이격되도록 배치될 수 있다. 카메라부(200)에 의해 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)는 아래에서 설명할 제어부(300)의 저장유닛(310)에 저장되고, 제어부(300)의 제어 신호에 따라 동작하는 통신유닛(320)을 통해, 아래에서 설명할 패턴분석부(400)로 전송된다. The
도 1을 참조하면, 제어부(300)는 제어신호를 생성하여 레이저부(100) 및 카메라부(200)의 동작을 제어하기 위한 것으로, 예컨대 레이저부(100)의 위치 변환 제어, 발광 여부, 광원의 파장 수정, 및 노출도를 제어할 수 있고, 또한, 카메라부(200)의 이미지 획득 작업(촬영 포맷, 이미지 수, 노출 시간 제어 등) 및/또는 위치 변환 동작(카메라와 시험대상객체 간의 간격 제어 등) 등을 제어할 수 있다. Referring to FIG. 1, the
또한, 제어부(300)는 카메라부(200)에 의해 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)를 저장하는 저장유닛(310)을 포함하고, 저장유닛(310)에 저장된 스펙클 패턴 이미지(900)를 패턴분석부(400)로 전송하는 통신유닛(320)을 포함할 수 있다. The
도 5를 참조하면, 패턴분석부(400)와 통신유닛(320)은 유선 또는 무선방식으로 통신할 수 있으며, 상기 무선통신(322) 방식의 예에는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, Wi-fi네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC, 스마트 TV등과 같은 모든 종류의 무선통신(322) 방식을 포함할 수 있다. 그 외에 제어부(300)는 전원 연결 포트(예컨대 5V)를 더 포함할 수 있다. 5, the
도 1 및 도 5를 참조하면, 패턴분석부(400)는 통신유닛(320)이 전송하는 스펙클 패턴 이미지(900)를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지(900)의 스펙클 패턴의 변화와 복잡도를 분석할 수 있다. 다시 말해, 패턴분석부(400)는 통신유닛(320)을 통하여 전송 받은 스펙클 패턴 이미지(900)를 분석함으로써, 시험대상객체(650)의 변화를 평가하는 기능을 하는 것으로, 통상적으로 사용되는 랩탑, 노트북, 데스크탑 컴퓨터 등에 저장된 컴퓨터 프로그램 및/또는 어플리케이션일 수 있다. 패턴분석부(400) 기 설정된 알고리즘 및/또는 수학식에 따라 스펙클 패턴 이미지(900)를 분석함으로써, 통계적인 결과를 산출해낸다. 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치(1000)는 재료의 비파괴 분석, 세포 활동 분석, 피부 특성 분석, 혈류 분석, 및 비파괴 표면 당도 분석 등에 활용될 수 있다. 1 and 5, the
이하에서는 패턴분석부(400)가 스펙클 패턴 이미지(900)를 분석하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. 먼저, 빛의 간섭에 의해 생성되는 레이저 스펙클 패턴의 구조는 카메라와 시험대상객체(650) 간의 간격, 노출 시간, 빛의 각도, 입자 속도, 표면 거칠기, 및 소재의 구조에 따라 변화될 수 있다. 이것은 곧 스펙클 패턴에 관한 분석이 시험대상객체(650)에 대한 많은 정보를 제공할 수 있음을 의미한다. Hereinafter, a method of analyzing the
패턴분석부(400)의 스펙클 패턴의 시간-통계 분석(Temporal-Statistical Analysis)에 따라 시험대상객체(650)의 입자 속도, 진동 특성 및 활동 요소에 대한 동적 정보가 제공될 수 있다. 예컨대, 혈류 테스트에 있어서 촬상영역에서의 혈액의 움직임 정도에 따라 스펙클 패턴 이미지(900)에 블러링(Blurring, 흐려짐)이 발생하는데, 혈액의 움직임이 많을수록 블러링도 많아지고 역으로, 혈액의 움직임이 적을수록 블러링도 적어지게 된다. 또한, 아래에서 설명할 Speckle Contrast를 통하여 스펙클 패턴의 블러링 레벨(Blurring Level)을 정량화할 수 있고, 따라서 혈류 측정을 할 수 있게 한다.The particle velocity, the vibration characteristic, and the dynamic information on the action element of the
본원의 일 실시예에 따르면, 카메라부(200)에 의해 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)들을 통신유닛(320)을 통하여 패턴분석부(400)가 수신한 후에, 패턴분석부(400)는 상기 수신된 스펙클 패턴 이미지(900)들을 배열한 후, 기 설정된 정보처리 프로세싱을 거쳐 스펙클 패턴 이미지(900)를 분석할 수 있다. 예컨대, 시험대상객체(650)에서 획득한 스펙클 패턴 이미지(900)의 스펙클 강도(Speckle Intensity)를 추출하여 하기의 수학식1에 따라 푸리에 트랜스폼(Furier Transform, FT)을 사용하여 Power Spectral Density(PSD)로 변환시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, after the
상기 수학식 1의 는 시험대상객체(650) 촬상영역의 스펙클 강도(Speckle Intensity)를 의미한다. 여기서, x는 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)의 제 1 방향에 배열된 시험대상객체의 픽셀의 수이며, y는 상기 제 1 방향의 수직한 방향인 제 2 방향에 배열된 시험대상객체의 픽셀의 수이다. 상술한 바와 같이 상기 스펙클 강도 를 푸리에 트랜스폼(Furier Transform, FT)하여 파워 스펙트럼 밀도 함수(Power Spectral Density, PSD)로 변환시킬 수 있다. 여기서 파워 스펙트럼 밀도 함수란 파형 분석에 있어서 분석 구간이 무한대인 경우, 푸리에 변환을 통하여 구한 단위 주파수 당 에너지 분포를 의미한다. 다시 말해, 어떤 주파수 변동이 강하고, 약한 지를 산출해낼 수 있는 함수인 것이다. 나아가 상기 파워 스펙트럼 밀도 함수(PSD)를 토대로 하기의 수학식 2에 따라 시험대상객체의 픽셀 간 자기상관함수(Auto-Correlation)를 산출해낼 수 있다.In Equation (1) Refers to the Speckle Intensity of the imaging region of the
여기서, 은 시험대상객체의 픽셀 간 자기상관함수(Auto-Correlation)을 의미하며, 이는 확률적으로 변동하는 양인 스펙클 강도 에 대해서 시각 t1, t2에서의 관측값 ,의 곱의 평균값 을 말한다. 변동이 정상적이면 이것은 t=t1-t2만큼의 함수가 되며, 자기상관함수와 파워 스펙트럼 밀도 함수는 서로 푸리에 변환으로 맺어진다. here, Correlation function (Auto-Correlation) between the pixels of the object under test, which is a stochastic fluctuating amount of speckle intensity At time t1 and t2, , ≪ / RTI > . If the variation is normal, this is a function of t = t1-t2, and the autocorrelation function and the power spectral density function are formed by Fourier transform.
프랙탈(Fractal )은 단순한 구조가 끊임없이 반복되면서 복잡하고 묘한 전체의 구조를 형성하는 것 즉, 자기유사성을 갖는 기하하적 구조를 뜻하는데, 패턴분석부(400)는 자기유사성(Self-similarity)과 소수(小數, decimal) 차원을 형상으로 갖는 스펙클 패턴의 특징을 바탕으로 스펙클 패턴 이미지(900)에서 다양한 파라미터를 추출해낼 수 있고, 스펙클의 크기(Dx)를 산출해내기 위하여, 하기의 수학식 3(Difference-Autocorrelation function) 내지 수학식 4(Fractal theory)를 이용할 수 있다. Fractal refers to a geometric structure having a self-similarity in that a simple structure is repeatedly formed to form a complex and strange whole structure. The
여기서, x는 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)의 제 1 방향에 배열된 시험대상객체의 픽셀의 수이며, y는 상기 제 1 방향의 수직한 방향인 제 2 방향에 배열된 시험대상객체의 픽셀의 수이다. 또한, x, y에 대한 함수 I는 스펙클 강도 함수(Speckle Intensity function)를 의미한다. Where x is the number of pixels of the test object arranged in the first direction of the captured
여기서, x는 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)의 제 1 방향에 배열된 시험대상객체의 픽셀의 수이며, y는 상기 제 1 방향의 수직한 방향인 제 2 방향에 배열된 시험대상객체의 픽셀의 수이다. 또한, x, y에 대한 함수 I는 스펙클 강도 함수(Speckle Intensity function)를 의미하고, 는 상관 길이(Correlation Length)를 의미하며, H는 허스트 계수(Hurst coefficient/exponent).Where x is the number of pixels of the test object arranged in the first direction of the captured
또한, 패턴분석부(400)는 스펙클 패턴의 표면 구조()를 수학식 5를 통하여 산출해낼 수 있다.In addition, the
여기서, 는 시험대상객체 표면에 있는 산란체의 크기(Size of surface scatterer)이고, 는 상관 길이(Correlation Length)를 의미하며, Z < Zc의 경우,(Z는 원 구조의 표면에 있는 산란체의 크기) 스펙클 패턴은 원 구조(source structure)에 대응하여 밀접한 연관성을 나타낸다고 판단할 수 있으며, 쌍상관함수(Pair correlation function)와 특성 크기(Characteristic size)는 스펙클 패턴에 의해 유도될 수 있다. Z > Zc의 경우, 원 구조와의 연관성에 관한 정보가 회복될 수 없음을 나타낸다고 판단할 수 있다.here, Is the size of the surface scatterer on the object surface, Is the correlation length, and Z <Zc, where Z is the size of the scattering body on the surface of the circular structure, and the speckle pattern is closely related to the source structure And the pair correlation function and the characteristic size can be derived by the speckle pattern. In the case of Z > Zc, it can be judged that the information on the association with the original structure can not be recovered.
스펙클의 이동에 관한 모델은 기 산출된 스펙클 패턴의 값을 제 1 방향으로 v의 속도로 픽셀을 이동시켜서 얻을 수 있다. Pattern intensity (MA)와 영역 'i = Nu-DN, j = Nu-DN', 및 가상의 카메라 노출시간 을 활용하여 계산하여 하기의 수학식 6과 수학식 7을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)값과 평균치(Average)를 산출해내고, 이 값들을 수학식 8에 대입함으로써, 최종적으로 스펙클 콘트라스트(Speckle contrast)를 얻을 수 있다.The model of the movement of the speckle can be obtained by moving the pixel of the speckled pattern value in the first direction at the speed of v. The pattern intensity (MA) and the area 'i = Nu-DN, j = Nu-DN' (Root Mean Square) value and an average value (Average) through the following Equations (6) and (7), and substituting these values into Equation (8) Speckle contrast can be obtained.
상기 스펙클 콘트라스트를 통하여 스펙클 패턴의 블러링 레벨(Blurring Level)을 정량화할 수 있다. 예를 들어, 스펙클 콘트라스트는 혈류 속도와 상관관계를 갖기 때문에, 혈류 측정이 가능할 수 있다. The blurring level of the speckle pattern can be quantified through the speckle contrast. For example, because the specular contrast has a correlation with blood flow velocity, blood flow measurement may be possible.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치(1000)의 측면을 도시한 측면도이고, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치(1000)의 개괄적인 형상을 도시한 도면이다. FIG. 3 is a side view of a laser speckle
도 3 및 도 4를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 분석 장치(1000)는 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)를 감싸도록 구비되는 프레임(500)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)는 프레임(500)의 내부에 배치될 수 있다. 프레임(500)의 형태나 소재 등은 한정되지 않으나, 본원의 구체적인 설명을 위해 프레임(500)의 일 예의 형태인 박스형 프레임을 제시하고, 이를 중심으로 설명하기로 한다. 3 and 4, a
프레임(500)은 제어부(300)가 제어신호를 생성하도록 하는 조작유닛(510)과 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)의 상태를 표시하는 표시유닛(520)을 포함할 수 있다. The
조작유닛(510)은 레이저 스펙클 분석 장치(1000)의 사용자가 레이저 발생, 스펙클 패턴 이미지(900) 획득, 저장, 및 패턴분석부(400)로의 전송 등의 조작을 할 수 있도록 구비될 수 있으며, 조작유닛(510)의 형태는 토글(Toggle) 스위치, 슬라이드 스위치, 누름버튼 스위치, 로터리 스위치, 근접(Proximity) 스위치, 온도 스위치, 및 조이스틱 스위치 방식 등으로 구성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The
표시유닛(520)은 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)의 상태를 외부에 시각적으로 표시하기 위한 것으로서, CRT, PDP LED, OLED, AMOLED, 양자점, VFD 닉시관(Nixie Tube) 디스플레이와 같은 발광형 디스플레이 내지는 LCD, 프로젝터와 같은 수광형 디스플레이의 방식으로 구비될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로 표시유닛(520)은 복수의 LED 램프로 구비되어 각 램프를 점등/점멸하는 방식으로 상기 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)의 상태를 외부에 표시할 수 있다. The
도 3 및 도 4를 참조하면, 시험대상객체(650)의 용이한 배치를 위하여, 프레임(500)에 결합되되, 레이저가 조사되는 영역 및/또는 카메라부(200)의 촬상영역으로 시험대상객체(650)가 배치되도록 하는 시험대상객체 배치부(600)를 더 포함할 수 있다. 시험대상객체 배치부(600)는 프레임(500)에 결합될 수 있도록 구비된 시험대상객체 케이스(620), 시험대상객체 케이스(620)에 삽입 또는 삽탈될 수 있는 시험대상객체 삽입부(610), 및 사용자의 손으로, 용이하게 시험대상객체 배치부(600)를 프레임(500)에 삽입 내지 삽탈할 수 있도록 도움을 주는 손잡이부(630)를 포함할 수 있다. 이때 손잡이부(630)는 시험대상객체 삽입부(610)와 결합되되, 통상의 손잡이 형태로 형성되어 사용자가 손잡이부(630)를 잡고 시험대상객체 삽입부(610)를 시험대상객체 케이스(620) 내부로 삽입시키거나, 시험대상객체 케이스(620) 내부에서 삽탈시킬 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, for easy placement of the
시험대상객체 케이스(620)는 프레임(500)의 하부에 결합되는 속이 빈 박스형으로 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 시험대상객체 삽입부(610)가 프레임(500)에 삽입되었을 때, 카메라부(200)와 마주보는 면인, 시험대상객체 케이스(620)의 상부면에는 시험대상객체(650)가 외부로 노출되도록 하는 개구부(미도시)가 형성될 수 있다.The
시험대상객체 삽입부(610)는 플레이트 형으로 구비될 수 있고, 내지는 시험대상객체(650)가 배치되는 시험대상객체 플레이트(640)가 별도로 구비될 수 있다. 또한, 시험대상객체 삽입부(610)는 시험대상객체 케이스(620)의 측단부를 통해 시험대상객체 케이스(620)의 내부로 삽입되거나 외부로 삽탈될 수 있도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 용이한 삽입 및 삽탈을 위해 시험대상객체 삽입부(610)는 시험대상객체 케이스(620)에 레일이 구비되어, 슬라이딩 방식으로 삽입 및/또는 삽탈될 수 있으나, 그 결합형태가 이에 한정되지 않는다. The test
레이저부(100)의 레이저 광원을 통해 발생되는 레이저(150)는 저출력 레이저, He-Ne 레이저, 및 반도체 레이저 중에서 적어도 하나를 이용할 수 있다. He-Ne 레이저는 헬륨, 네온 혼합 기체의 글로 방전을 증폭 매질로 하는 연속 발진 레이저로서, 네온의 스펙트럼선에서 발진하며, 반도체 레이저는 레이저를 발생시키는 반도체 소자로서, 광통신 및/또는 콤팩트 디스플레이어 등의 광원역할을 하고 있다. 본원의 레이저 광원을 통해 발생시킬 수 있는 레이저(150)는 이에 한정되지는 않는다. The
레이저 스펙클 패턴 분석 과정 및/또는 결과의 신뢰성을 높이기 위하여, 제어부(300)의 제어신호에 따라 카메라부(300)의 촬상시간을 2초, 초당 프레임 수는 20fps로 조정될 수 있다. The imaging time of the
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치(1000)의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 5를 참조하면, 패턴분석부(400)는 원격으로 구성될 수 있으며, 무선통신(322) 방식으로 제어부(300)의 통신유닛(320)으로부터 스펙클 패턴 이미지(900)를 전송 받아 스펙클 패턴의 변화와 복잡도를 분석할 수 있다. 본원의 다른 실시예에 따르면, 패턴분석부(400)가 프레임(500)에 둘러싸인 형태, 즉 프레임(500)에 내부에 구비될 수도 있는데 이와 같은 경우, 패턴분석부(400)는 간단한 유선 통신 방식으로 제어부(300)의 통신유닛(320)으로부터 스펙클 패턴 이미지(900)를 전송 받아 스펙클 패턴의 변화와 복잡도를 분석할 수 있다. 5 is a block diagram showing a configuration of an
이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여, 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴을 분석하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of analyzing a laser speckle pattern according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴을 분석하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이고, 도 7은 본원의 다른 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴을 분석하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of analyzing a laser speckle pattern according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of analyzing a laser speckle pattern according to another exemplary embodiment of the present invention.
본원의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 시험대상객체의 스펙클 패턴을 분석하는 방법은, 제어부(300)의 제어신호에 따라, 레이저부(100)에 구비된 레이저 광원을 통해 레이저(150)를 발생시키고, 상기 발생된 레이저(150)를 시험대상객체(650)에 조사하는 단계(S100), 상기 조사된 레이저(150)에 의해 형성된 상기 시험대상객체(650)의 스펙클 패턴 이미지(900)를 카메라부(200)가 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 단계(S200), 상기 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)를 저장유닛(310)에 저장하는 단계(S300), 상기 저장유닛(310)에 저장된 스펙클 패턴 이미지(900)를 통신유닛(320)이 패턴분석부(400)로 전송하는 단계(S400), 및 상기 패턴분석부(400)가 상기 통신유닛(320)이 전송한 상기 스펙클 패턴 이미지(900)를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지(900)의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 단계(S500)를 포함할 수 있다. A method of analyzing a speckle pattern of an object to be tested using a laser according to an embodiment of the present invention is a method of analyzing a speckle pattern of a test object using a
본원의 다른 실시예에 따르면, 상기 레이저 광원은 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 레이저 광원은 각각 다른 색상의 레이저를 발생시키는 것일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a plurality of the laser light sources may be provided, and the plurality of laser light sources may generate laser of different colors.
본원의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 레이저 광원은, 백색 레이저(152)를 발생시키는 제 1 레이저 광원(110), 적색 레이저(154)를 발생시키는 제 2 레이저 광원(120), 및 청색 레이저(156)를 발생시키는 제 3 레이저 광원(130)을 포함하는 것일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the plurality of laser light sources include a first
또한, 제2 레이저 광원(120) 및 제3 레이저 광원(130)은 상기 제 1 레이저 광원(110)을 중심에 두고 소정의 각도(140)로 기울여서 배치되는 것일 수 있으며, 예컨대, 상기 소정의 각도(140)는 15 ~ 30도에서 형성될 수 있다.The second
단계 S100에서, 레이저(150)가 조사되는 시험대상객체(650)는 인간의 신체 일부 및/또는 동물의 신체 일부와 같이 세포 활동, 피부 특성, 혈류 특성, 및 표피 당도 분석에 활용되는 시료가 될 수 있다. 또한, 압력파이프의 일부, 항공기 복합재 구조부재의 일부, 타이어 내부구조부재의 일부 등 비파괴검사의 대상이 될 수 있는 산업용 부재나 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In step S100, the
단계 S100에서, 제어부(300)는 제어신호를 생성하여 레이저부(100)의 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 레이저부(100)의 위치 변환 제어, 발광 여부, 광원의 파장 수정, 및 노출도를 제어할 수 있다. In step S100, the
단계 S200에서, 제어부(300)는 제어신호를 생성하여 카메라부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 카메라부(200)의 촬영 포맷, 촬영 이미지 수, 노출 시간, 및 카메라 렌즈와 시험대상객체(650) 간의 간격 등을 제어할 수 있다. In step S200, the
단계 S300 및 S400에서, 카메라부(200)에 의해 촬상된 스펙클 패턴 이미지(900)를 저장하는 저장유닛(310)과 저장된 스펙클 패턴 이미지(900)를 패턴분석부(400)로 전송하는 통신유닛(320)은 제어부(300)에 포함된다. 패턴분석부(400)와 통신유닛(320)은 유선 또는 무선방식으로 통신할 수 있으며, 상기 무선통신(322) 방식의 예는 상술한 바와 같다. A
본원의 일 실시예에 따른, 상기 조사된 레이저(150)에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지(900)를 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 단계(S200)는, 상기 제 1 레이저 광원(110)에 의해 조사되는 제 1 영역을 촬상하는 단계, 상기 제 2 레이저 광원(120)에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 내부 영역인, 제 2 영역을 촬상하는 단계, 및 상기 제 3 레이저 광원(130)에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 표면 영역인, 제 3 영역을 촬상하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (S200) of capturing the
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)를 감싸도록 구비되는 프레임(500), 및 상기 프레임(500)에 삽입 또는 이탈되도록 구비되되, 상기 레이저(150)가 조사되는 영역 및 상기 카메라부(200)의 촬상영역으로 상기 시험대상객체(650)가 배치되도록 하는 시험대상객체 배치부(600)를 더 포함하고, 상기 프레임(500)은 상기 제어신호를 생성하도록 하는 조작유닛(510), 및 상기 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)의 상태를 표시하는 표시유닛(520)을 포함하되, 상기 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법은, 상기 시험대상객체 배치부(600)를 통해 상기 촬상영역으로 상기 시험대상객체(650)를 배치하는 단계(S600), 상기 제어신호를 생성하기 위해 상기 조작유닛(510)을 조작하는 단계(S700), 및 상기 표시유닛(520)이 상기 레이저부(100), 카메라부(200), 및 제어부(300)의 상태를 표시하는 단계(S800)를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 레이저 스펙클 패턴 분석 장치의 동작에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, the operation of the laser speckle pattern analyzing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described.
우선, 분석하고자 하는 시험대상객체(650)를 시험대상객체 플레이트(640) 위에 배치한다. 시험대상객체(650)는 상술한 바와 같이, 예컨대 생체 조직일 수 있다. 이후, 사용자는 시험대상객체 삽입부(610)에 결합된 손잡이(630)를 파지하고 시험대상객체 삽입부(610)를 시험대상객체 케이스(620)에 삽입할 수 있다. 시험대상객체 삽입부(610)가 시험대상객체 케이스(620)에 삽입 완료되면, 시험대상객체(650)는 시험대상객체 케이스(620)의 상부에 형성된 개구부(미도시)를 통해 노출될 수 있다. First, the
사용자는 레이저부(100) 및/또는카메라부(200)의 전원을 공급하고, 프레임(500)에 내부에 구비되거나, 외부 컴퓨터 등에 설치된 소프트웨어 등을 통해 패턴분석부(400)를 구동시킬 수 있다. 프레임(500)의 표시유닛(520)은 예컨대 세 개의 색상을 가진 LED 램프로 구비될 수 있으며, 본 실시예에서는 표시유닛(520)이 각각 적색, 황색, 및 녹색 램프인 경우를 상정하여 설명한다. 이 경우 사용자가 레이저부(100) 및/또는 카메라부(200)의 전원을 켜면 적색 램프와 녹색 램프가 함께 점등될 수 있다. 적색 램프는 레이저부(100)에 전원이 들어와 있음을 외부에 표시하는 것이고, 녹색 램프는 카메라부(200)에 전원이 들어와 있음을 외부에 표시하는 것일 수 있다.The user may supply power to the
또한, 사용자는 프레임(500)의 조작유닛(510)을 통해 레이저부(100) 및/또는 카메라부(200)를 구동시킬 수 있다. 나아가, 패턴분석부(400)에서 설치되어 있는 유저인터페이스 및/또는 소프트웨어를 통해 레이저부(100) 및/또는 카메라부(200)를 원격 구동시키는 것도 가능하다. 제어부(300)가 포함하는 통신유닛(320)의 유무선통신을 통하여 레이저부(100) 및 카메라부(200)와 패턴분석부(400)가 연결되어 있는 바, 따라서, 패턴분석부(400)를 통하여 레이저부(100) 및 카메라부(200)의 구동 제어가 가능하다. In addition, the user can drive the
따라서, 사용자는 시험대상객체(650)의 종류나 위치에 따라 조작유닛(510) 내지 패턴분석부(400)를 이용하여 레이저부(100)의 위치와 레이저 발진 조건을 변경할 수 있고, 카메라부(200)의 위치를 변경하는 등의 조작을 수행할 수 있다. Accordingly, the user can change the position of the
레이저부(100) 및/또는 카메라부(200)의 구동이 시작되면, 레이저부(100)는 시험대상객체에 레이저(150)를 조사한다. 예컨대, 백색 레이저(152), 적색 레이저(154), 및 청색 레이저(156) 순으로 시계열적으로 레이저를 조사할 수 있다. 레이저(150)가 조사되면 시험대상객체(650)에는 스펙클 패턴 이미지(900)를 획득할 수 있는 상태가 되며, 상기 이미지는 카메라부(200)를 통해 특정 시간 동안 획득될 수 있다. 카메라부(200)에서는 획득한 스펙클 패턴 이미지(900)에 대한 영상처리가 이루어질 수 있으며, 상기 영상처리의 방법으로는 공지의 방법이 활용될 수 있다. 한편, 상기 이미지 획득 중에 프레임(500)의 표시유닛(520)에는 황색 램프가 점등될 수 있으며, 상기 이미지 획득이 종료되면 황색 램프가 점멸되고 다시 녹색 램프가 점등될 수 있다. When the driving of the
상기 획득된 스펙클 패턴 이미지(900)는 제어부(300)에 포함된 저장유닛(310)에 저장될 수 있고, 통신유닛(320)을 통하여 패턴분석부(400)로 전송될 수 있다. 패턴분석부(400)에서는 상기 스펙클 패턴 이미지(900)들을 수신하고 분석작업을 수행할 수 있다. 상기 분석작업은 스펙클 패턴 이미지(900)들 간의 자기 상관 함수를 산출한 후, 프랙탈 이론을 이용하여 상기 스펙클 패턴의 변화와 복잡도를 산출함으로서 시험대상객체를 평가하는 것일 수 있으며, 상기 분석 작업은 스펙클 패턴의 변화 및 복잡도를 통계적으로 수치화하고 다시 사용자가 원하는 데이터로 가공하는 작업을 포함할 수 있다. The obtained
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100 : 레이저부
200 : 카메라부
300 : 제어부
400 : 패턴분석부
500 : 프레임
600 : 시험대상객체 배치부
650 : 시험대상객체
1000 : 레이저 스펙클 패턴 분석 장치100: laser part
200: camera unit
300:
400: pattern analysis unit
500: frame
600: Test object arrangement unit
650: object to be tested
1000: Laser speckle pattern analyzer
Claims (19)
상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 카메라부;
상기 촬상된 스펙클 패턴 이미지를 저장하는 저장유닛을 포함하고,
상기 저장유닛에 저장된 스펙클 패턴 이미지를 패턴분석부로 전송하는 통신유닛을 포함하되,
제어신호를 생성하여 상기 레이저부 및 상기 카메라부의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 통신유닛이 전송한 상기 스펙클 패턴 이미지를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 패턴분석부;를 포함하고,
상기 시험대상객체는, 혈류 특성 분석에 활용되는 시료를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 레이저부의 위치 변환, 발광 여부, 광원의 파장 및 노출도 중 적어도 하나와 연계된 제어신호, 상기 카메라부의 촬영 포맷, 이미지 수, 노출 시간 중 적어도 하나와 연계된 제어신호 및 상기 카메라부와 상기 시험대상객체 간의 간격에 대한 제어신호 중 적어도 하나를 생성하는 것을 특징으로 하고,
상기 패턴분석부는, 상기 스펙클 패턴 이미지에 대한 스펙클 콘트라스트(Speckle Contrast)를 통해 스펙클 패턴의 블러링 레벨(Blurring Level)을 정량화하고, 정량화된 블러링 레벨에 기초하여 상기 시험대상객체의 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.A laser unit for generating a laser through a laser light source and irradiating the generated laser to the object to be tested;
A camera unit for picking up a speckle pattern image of the test object formed by the irradiated laser at a predetermined imaging time and a number of frames per second;
And a storage unit for storing the captured speckle pattern image,
And a communication unit for transmitting the speckle pattern image stored in the storage unit to the pattern analysis unit,
A control unit for generating a control signal and controlling operations of the laser unit and the camera unit; And
And a pattern analyzing unit receiving the speckle pattern image transmitted by the communication unit and analyzing a speckle pattern change and a complexity of the speckle pattern image,
Wherein the object to be tested includes a sample used for blood flow characteristic analysis,
Wherein the control unit controls the control unit in accordance with at least one of a control signal associated with at least one of a position change of the laser unit, a light emission state, a wavelength of a light source, and an exposure degree, a photographing format of the camera unit, And a control signal for an interval between the test object and the object to be tested,
The pattern analyzing unit may quantify a blurring level of a speckle pattern through Speckle Contrast for the speckle pattern image and calculate a blurring level of blood flow of the test object based on the quantified blurring level Wherein the speckle pattern analyzer is configured to measure the speckle pattern using the laser.
상기 레이저 광원은 복수 개가 구비되고,
상기 복수 개의 레이저 광원은 각각 다른 색상의 레이저를 발생시키는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.The method according to claim 1,
A plurality of laser light sources are provided,
Wherein the plurality of laser light sources generate laser beams of different colors, respectively.
상기 복수 개의 레이저 광원은,
백색 레이저를 발생시키는 제 1 레이저 광원,
적색 레이저를 발생시키는 제 2 레이저 광원, 및
청색 레이저를 발생시키는 제 3 레이저 광원을 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of laser light sources comprises:
A first laser light source for generating a white laser,
A second laser light source for generating a red laser, and
And a third laser light source for generating a blue laser.
상기 제 2 및 제 3 레이저 광원은 상기 제 1 레이저 광원을 중심에 두고 소정의 각도로 기울여서 배치되는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.The method of claim 3,
Wherein the second and third laser light sources are arranged while being inclined at a predetermined angle with the first laser light source as a center.
상기 소정의 각도가 15 ~ 30도인 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치. 5. The method of claim 4,
Wherein the predetermined angle is 15 to 30 degrees.
상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부를 감싸도록 구비되는 프레임;을 더 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
And a frame provided to surround the laser unit, the camera unit, and the control unit.
상기 프레임에 결합되되, 상기 레이저가 조사되는 영역 및 상기 카메라부의 촬상영역으로 상기 시험대상객체가 배치되도록 하는 시험대상객체 배치부;를 더 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.The method according to claim 6,
And a test object arrangement unit coupled to the frame and configured to arrange the test object in an area irradiated with the laser and an image sensing area in the camera unit.
상기 프레임은,
상기 제어신호를 생성하도록 하는 조작유닛, 및
상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부의 상태를 표시하는 표시유닛을 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.8. The method of claim 7,
The frame includes:
An operation unit for generating the control signal, and
And a display unit for displaying states of the laser unit, the camera unit, and the control unit.
상기 레이저는 저출력 레이저, He-Ne 레이저, 및 반도체 레이저 중에서 적어도 하나인 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.The method according to claim 6,
Wherein the laser is at least one of a low power laser, a He-Ne laser, and a semiconductor laser.
상기 촬상시간이 2초이고, 상기 초당 프레임 수가 20fps인 것인 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 장치.The method according to claim 6,
Wherein the image capturing time is 2 seconds and the number of frames per second is 20 fps.
제어부의 제어신호에 따라, 레이저부에 구비된 레이저 광원을 통해 레이저를 발생시키고, 상기 발생된 레이저를 상기 시험대상객체에 조사하는 단계;
상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 카메라부가 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 단계;
상기 촬상된 스펙클 패턴 이미지를 저장유닛에 저장하는 단계;
상기 저장유닛에 저장된 스펙클 패턴 이미지를 통신유닛이 패턴분석부로 전송하는 단계; 및
상기 패턴분석부가 상기 통신유닛이 전송한 상기 스펙클 패턴 이미지를 수신하고, 상기 스펙클 패턴 이미지의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 시험대상객체는, 혈류 특성 분석에 활용되는 시료를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 레이저부의 위치 변환, 발광 여부, 광원의 파장 및 노출도 중 적어도 하나와 연계된 제어신호, 상기 카메라부의 촬영 포맷, 이미지 수, 노출 시간 중 적어도 하나와 연계된 제어신호 및 상기 카메라부와 상기 시험대상객체 간의 간격에 대한 제어신호 중 적어도 하나를 생성하는 것을 특징으로 하고,
상기 스펙클 패턴 이미지의 스펙클 패턴 변화와 복잡도를 분석하는 단계는, 상기 스펙클 패턴 이미지에 대한 스펙클 콘트라스트(Speckle Contrast)를 통해 스펙클 패턴의 블러링 레벨(Blurring Level)을 정량화하고, 정량화된 블러링 레벨에 기초하여 상기 시험대상객체의 혈류를 측정하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.A method for analyzing a speckle pattern of a test object using a laser,
Generating a laser through a laser light source provided in the laser unit according to a control signal of the control unit and irradiating the generated laser to the object to be tested;
Capturing a speckle pattern image of the test object formed by the irradiated laser at a predetermined imaging time and a number of frames per second by a camera;
Storing the captured speckle pattern image in a storage unit;
Transmitting a speckle pattern image stored in the storage unit to a pattern analyzer by a communication unit; And
The pattern analyzing unit receiving the speckle pattern image transmitted by the communication unit and analyzing a speckle pattern change and a complexity of the speckle pattern image,
Wherein the object to be tested includes a sample used for blood flow characteristic analysis,
Wherein the control unit controls the control unit in accordance with at least one of a control signal associated with at least one of a position change of the laser unit, a light emission state, a wavelength of a light source, and an exposure degree, a photographing format of the camera unit, And a control signal for an interval between the test object and the object to be tested,
The step of analyzing a speckle pattern change and a complexity of the speckle pattern image includes analyzing a blurring level of a speckle pattern through Speckle Contrast for the speckle pattern image, And the blood flow of the test object is measured based on the blurring level.
상기 레이저 광원은 복수 개가 구비되고,
상기 복수 개의 레이저 광원은 각각 다른 색상의 레이저를 발생시키는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.12. The method of claim 11,
A plurality of laser light sources are provided,
Wherein the plurality of laser light sources generate laser of different colors.
상기 복수 개의 레이저 광원은,
백색 레이저를 발생시키는 제 1 레이저 광원,
적색 레이저를 발생시키는 제 2 레이저 광원, 및
청색 레이저를 발생시키는 제 3 레이저 광원을 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the plurality of laser light sources comprises:
A first laser light source for generating a white laser,
A second laser light source for generating a red laser, and
And a third laser light source for generating a blue laser.
상기 제2 및 제3 레이저 광원은 상기 제 1 레이저 광원을 중심에 두고 소정의 각도로 기울여서 배치되는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the second and third laser light sources are arranged while being inclined at a predetermined angle with the first laser light source as a center.
상기 조사된 레이저에 의해 형성된 상기 시험대상객체의 스펙클 패턴 이미지를 기 설정된 촬상시간 및 초당 프레임 수로 촬상하는 단계는,
상기 제 1 레이저 광원에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 내부 영역의 적어도 일부 또는 상기 시험대상객체의 외부 영역의 적어도 일부를 포함하는 영역인, 제 1 영역을 촬상하는 단계,
상기 제 2 레이저 광원에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 내부 영역인, 제 2 영역을 촬상하는 단계, 및
상기 제 3 레이저 광원에 의해 조사되는, 상기 시험대상객체의 표면 영역인, 제 3 영역을 촬상하는 단계를 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the step of capturing the speckle pattern image of the test object formed by the irradiated laser at the predetermined imaging time and the number of frames per second includes:
The first area being an area irradiated by the first laser light source, the area including at least a part of an inner area of the test object or at least a part of an outer area of the test object,
Imaging a second region, which is an interior region of the object to be tested, irradiated by the second laser light source; and
And a third region, which is a surface region of the test object, which is irradiated by the third laser light source.
상기 소정의 각도가 15 ~ 30도인 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the predetermined angle is 15 to 30 degrees.
상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부를 감싸도록 구비되는 프레임, 및
상기 프레임에 삽입 또는 이탈되도록 구비되되, 상기 레이저가 조사되는 영역 및 상기 카메라부의 촬상영역으로 상기 시험대상객체가 배치되도록 하는 시험대상객체 배치부를 더 포함하고,
상기 프레임은 상기 제어신호를 생성하도록 하는 조작유닛, 및
상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부의 상태를 표시하는 표시유닛을 포함하되,
상기 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법은,
상기 시험대상객체 배치부를 통해 상기 촬상영역으로 상기 시험대상객체를 배치하는 단계;
상기 제어신호를 생성하기 위해 상기 조작유닛을 조작하는 단계; 및
상기 표시유닛이 상기 레이저부, 카메라부, 및 제어부의 상태를 표시하는 단계;를 더 포함하는 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.17. The method according to any one of claims 11 to 16,
A frame provided to surround the laser unit, the camera unit, and the control unit;
Further comprising a test object arrangement unit which is arranged to be inserted into or removed from the frame and in which the test object is arranged in an area irradiated with the laser and an image sensing area of the camera unit,
The frame comprising an operation unit for generating the control signal, and
And a display unit for displaying states of the laser unit, the camera unit, and the control unit,
The method of analyzing a speckle pattern using the laser,
Disposing the test object in the image sensing area through the test object arrangement unit;
Operating the operation unit to generate the control signal; And
And displaying the state of the laser unit, the camera unit, and the control unit, wherein the display unit displays the state of the laser unit, the camera unit, and the control unit.
상기 레이저는 저출력 레이저, He-Ne 레이저, 및 반도체 레이저 중에서 적어도 하나인 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.18. The method of claim 17,
Wherein the laser is at least one of a low power laser, a He-Ne laser, and a semiconductor laser.
상기 촬상시간이 2초이고, 상기 초당 프레임 수가 20fps인 것인, 레이저를 이용한 스펙클 패턴 분석 방법.19. The method of claim 18,
Wherein the imaging time is 2 seconds and the number of frames per second is 20 fps.
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