KR102292170B1 - Method for improving signal-to-noise of photoacoustic signal measured with photoacoustic detector - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 흡수체의 위치나 특성 등을 파악하기 위해서 광 흡수체에 입사빔을 흡수시키는 경우에, 상기 광 흡수체에서 발생되어 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention provides a method for improving the signal-to-noise ratio of a photoacoustic signal generated by the light absorber and measured by a photoacoustic meter when an incident beam is absorbed by the light absorber in order to grasp the position or characteristics of the light absorber. is about
일반적인 광음향 측정에서는, 광 확산매체(예를 들어, 생체 조직 등)의 내부에 위치하는 광 흡수체(예를 들어, 혈관, 종양 등)의 위치나 특성 등을 파악하기 위해서, 광 확산매체의 외부에 위치하는 광원을 통해 입사빔을 방출시켜 광 확산매체에 조사한다. 광 확산매체에 조사되는 입사빔은 광 확산매체 내부에서 산란이 일어나게 되며, 이에 따라 광 흡수체에는 입사빔 중 일부만이 흡수되게 된다.In general photoacoustic measurement, in order to grasp the position or characteristics of a light absorber (eg, blood vessel, tumor, etc.) located inside the light diffusion medium (eg, living tissue, etc.), The incident beam is emitted through a light source located in the The incident beam irradiated to the light diffusion medium is scattered inside the light diffusion medium, and accordingly, only a part of the incident beam is absorbed by the light absorber.
광원을 통해 방출되는 입사빔의 세기가 시간에 따라 변하게 되면, 상기 입사빔을 흡수하는 광 흡수체는 열 팽창 현상으로 인해 물리적으로 팽창과 수축을 반복하게 되고, 이 과정에서 광 흡수체에서는 광음향 신호(예를 들어, 초음파 신호)가 발생하게 된다. 광음향 측정에서는, 이와 같이 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호를 광 확산매체의 외부에 위치하는 광음향 측정기로 측정하며, 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 광음향 신호를 처리장치를 통해 처리함으로써 광 흡수체의 위치나 특성 등을 파악하는데 이용한다. When the intensity of the incident beam emitted through the light source changes with time, the light absorber absorbing the incident beam physically expands and contracts repeatedly due to thermal expansion, and in this process, the photoacoustic signal ( For example, an ultrasonic signal) is generated. In the photoacoustic measurement, the photoacoustic signal generated by the optical absorber is measured with an optoacoustic measuring device located outside the optical diffusion medium, and the photoacoustic signal measured by the photoacoustic measuring device is processed through a processing device. It is used to determine the position or characteristics of the absorber.
광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호의 세기는 광 흡수체의 광 흡수계수와, 그 광 흡수체에 도달하는 입사빔의 세기에 비례한다. 다만, 광원을 통해 방출되는 입사빔의 세기는 제한적이고, 광 확산매체 내부에서는 산란 등으로 인해 입사빔의 세기가 지수함수적으로 감소하기 때문에, 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호의 세기는 매우 미약하다. The intensity of the photoacoustic signal generated from the light absorber is proportional to the light absorption coefficient of the light absorber and the intensity of the incident beam reaching the light absorber. However, the intensity of the incident beam emitted through the light source is limited, and since the intensity of the incident beam decreases exponentially due to scattering inside the light diffusion medium, the intensity of the photoacoustic signal generated from the light absorber is very weak. do.
또한, 광음향 측정 시, 열에 의한 광음향 잡음(즉, 광음향 열 잡음)이 항상 존재하기 마련이며, 광 흡수체에서 발생된 광음향 신호가 광 확산매체의 경계면이나 다른 광 흡수체에 의해 반사나 굴절되는 클러터(clutter) 형태의 광음향 잡음도 항상 존재하기 마련이다. 따라서, 통상적인 광음향 측정에서는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 매우 낮으며, 이는 고해상도와 초민감도의 광음향 신호 및 영상 정보를 획득하는데 있어서 커다란 장애물이 된다.In addition, in photoacoustic measurement, photoacoustic noise due to heat (ie, photoacoustic thermal noise) is always present, and the photoacoustic signal generated by the light absorber is reflected or refracted by the interface of the light diffusion medium or other light absorbers. Optoacoustic noise in the form of clutter is always present. Therefore, in the conventional photoacoustic measurement, the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter is very low, which becomes a great obstacle in obtaining high-resolution and ultra-sensitive photoacoustic signals and image information.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for improving the signal-to-noise ratio of a photoacoustic signal measured by a photoacoustic meter.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법은, 광원을 통해 방출되는 처프신호를 광 확산매체에 조사하여 상기 광 확산매체의 내부에 위치하는 광 흡수체에 흡수시키는 단계; 광음향 측정기를 이용하여 상기 처프신호로 인해 상기 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호를 측정하는 단계; 및 상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 광원을 통해 방출되는 처프신호는 시간에 따라 포락선(envelope)이 일정하고, 상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 처프신호에서 상기 처프신호의 DC(Dirct Current) 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, in the method for improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter according to the first embodiment of the present invention, a chirped signal emitted through a light source is irradiated to an optical diffusion medium. and absorbing it into a light absorber located inside the light diffusion medium; measuring a photoacoustic signal generated from the optical absorber due to the chirped signal using a photoacoustic meter; and a processing device connected to the light source and the photoacoustic meter receives the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter, performs matched filtering on the photoacoustic signal in the frequency domain, and matches the filtered photoacoustic signal Calculating; including, wherein the envelope of the chirped signal emitted through the light source is constant over time, and calculating the matched-filtered optoacoustic signal includes, wherein the processing device receives the chirped signal from the chirped signal. calculating a chirp signal spectrum from which the DC component is removed by removing a direct current (DC) component of the chirp signal; and performing, by the processing device, a matched filtering process on the photoacoustic signal by using the chirp signal spectrum from which the DC component is removed.
상기 광원을 통해 방출되는 처프신호의 주파수 범위는, 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼을 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함할 수 있다. The frequency range of the chirped signal emitted through the light source is the absolute value of the value obtained by multiplying the transfer function of the photoacoustic meter and the spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber. It may include a frequency that becomes
본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법은, 광원을 통해 방출되는 처프신호를 광 확산매체에 조사하여 상기 광 확산매체의 내부에 위치하는 광 흡수체에 흡수시키는 단계; 광음향 측정기를 이용하여 상기 처프신호로 인해 상기 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호를 측정하는 단계; 및 상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 광원을 통해 방출되는 처프신호는 시간에 따라 포락선이 일정하고, 상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 처프신호를 이용하여 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를, 상기 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계를 포함한다. The method for improving the signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic measuring device according to a second embodiment of the present invention is to irradiate a chirped signal emitted through a light source to an optical diffusion medium and position it inside the optical diffusion medium Absorbing the light absorber; measuring a photoacoustic signal generated from the optical absorber due to the chirped signal using a photoacoustic meter; and a processing device connected to the light source and the photoacoustic meter receives the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter, performs matched filtering on the photoacoustic signal in the frequency domain, and matches the filtered photoacoustic signal Calculating; includes, wherein the envelope of the chirped signal emitted through the light source is constant over time, and the calculating of the matched-filtered optoacoustic signal includes, by the processing device, a chirped signal using the chirped signal. calculating a spectrum; and at least one of the spatial photoacoustic spectrum determined according to the transfer function of the photoacoustic meter, the shape of the photoacoustic meter, and the shape of the light absorber, by the processing device, multiplied by the chirp signal spectrum. , performing matched filtering processing on the photoacoustic signal.
상기 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 처프신호를 푸리에 변환하여 상기 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the chirped signal spectrum may include calculating, by the processing device, the chirped signal spectrum by Fourier transforming the chirped signal.
또는, 상기 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 처프신호에서 상기 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Alternatively, the calculating of the chirped signal spectrum may include calculating, by the processing device, a chirped signal spectrum from which the DC component is removed by removing the DC component of the chirp signal from the chirp signal.
상기 광원을 통해 방출되는 처프신호의 주파수 범위는, 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼을 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함할 수 있다.The frequency range of the chirped signal emitted through the light source is the absolute value of the value obtained by multiplying the transfer function of the photoacoustic meter and the spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber. It may include a frequency that becomes
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법은, 광원을 통해 방출되는 변조 처프신호를 광 확산매체에 조사하여 상기 광 확산매체의 내부에 위치하는 광 흡수체에 흡수시키는 단계; 광음향 측정기를 이용하여 상기 변조 처프신호로 인해 상기 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호를 측정하는 단계; 및 상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 광원을 통해 방출되는 변조 처프신호는 시간에 따라 포락선이 변하는 것일 수 있다.In addition, in the method for improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the optoacoustic measuring device according to the third embodiment of the present invention, the optical diffusion medium is irradiated with a modulated chirped signal emitted through a light source to the optical diffusion medium. Absorbing the light absorber located therein; measuring a photoacoustic signal generated from the optical absorber due to the modulated chirp signal using a photoacoustic meter; and a processing device connected to the light source and the photoacoustic meter receives the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter, performs matched filtering on the photoacoustic signal in the frequency domain, and matches the filtered photoacoustic signal and calculating, wherein the modulated chirp signal emitted through the light source may have an envelope that changes with time.
상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 변조 처프신호를 푸리에 변환하여 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 변조 처프신호 스펙트럼을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the matched-filtered photoacoustic signal may include: calculating, by the processing device, a modulated chirped signal spectrum by Fourier transforming the modulated chirped signal; and performing, by the processing device, matched filtering processing on the photoacoustic signal by using the modulated chirped signal spectrum.
또는, 상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 변조 처프신호에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Alternatively, the calculating of the matched filtered optoacoustic signal may include: calculating, by the processing device, a modulated chirped signal spectrum from which the DC component is removed by removing the DC component of the modulated chirp signal from the modulated chirp signal; and performing, by the processing device, a matched filtering process on the photoacoustic signal by using the modulated chirp signal spectrum from which the DC component is removed.
또는, 상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 변조 처프신호를 이용하여 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를, 상기 변조 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Alternatively, the calculating of the matched filtered photoacoustic signal may include: calculating, by the processing device, a modulated chirped signal spectrum using the modulated chirp signal; and a value obtained by multiplying, by the processing device, at least one of a transfer function of the photoacoustic meter, a spatial photoacoustic spectrum determined according to a shape of the photoacoustic meter and a shape of the light absorber, by the modulated chirped signal spectrum. Thus, the method may include performing matched filtering processing on the photoacoustic signal.
여기서, 상기 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 변조 처프신호를 푸리에 변환하여 상기 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the calculating of the modulated chirp signal spectrum may include calculating, by the processing device, the modulated chirp signal spectrum by Fourier transforming the modulated chirp signal.
또는, 상기 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 변조 처프신호에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Alternatively, the calculating of the modulated chirp signal spectrum may include: calculating, by the processing device, a modulated chirped signal spectrum from which the DC component is removed by removing the DC component of the modulated chirp signal from the modulated chirp signal; and performing, by the processing device, a matched filtering process on the photoacoustic signal by using the modulated chirp signal spectrum from which the DC component is removed.
상기 광원을 통해 방출되는 변조 처프신호의 주파수 범위는, 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼을 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함할 수 있다.The frequency range of the modulated chirped signal emitted through the light source is an absolute value of a value obtained by multiplying a transfer function of the photoacoustic meter and a spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber. The maximum frequency may be included.
본 발명에 의하면, 처리장치가 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행함에 있어서, DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼을 이용하거나, 광음향 측정기의 전달함수와 광음향 측정기의 모양 및 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하거나, 시간에 따라 포락선이 변하는 변조 처프신호를 이용하도록 구성됨에 따라, 광 흡수체에서 발생되어 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. According to the present invention, when the processing device performs matched filtering processing on the photoacoustic signal in the frequency domain, the chirp signal spectrum from which the DC component is removed is used, or the transfer function of the photoacoustic meter, the shape of the photoacoustic meter, and the light absorber are used. As it is configured to use a value obtained by multiplying the chirp signal spectrum by at least any one of the spatial photoacoustic spectra determined according to the shape of There is an advantage in that the signal-to-noise ratio of the measured optoacoustic signal can be improved.
또한, 본 발명에 의하면, 처프신호를 광 확산매체에 조사되는 입사빔으로 사용하도록 구성됨에 따라, 펄스형 이외의 연속적으로 작동하는 저가 및 소형의 광원을 이용할 수 있고, 광 확산매체 또는 광 흡수체의 실시간 모니터링과 같은 빠른 측정이 가능하다는 이점이 있다. In addition, according to the present invention, since the chirp signal is configured to be used as an incident beam irradiated to the light diffusion medium, a low-cost and small-sized light source that operates continuously other than the pulse type can be used, and the light diffusion medium or the light absorber It has the advantage of being able to perform fast measurements such as real-time monitoring.
도 1은 본 발명에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 실현하는 장치의 개략도이다.
도 2는 중심 주파수가 3MHz인 광음향 측정기의 전달함수 의 특성을 나타낸 도면이다.
도 3은 광음향 측정기의 모양 및 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 의 특성을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 광원을 통해 방출되는 처프신호의 중심 주파수 νc가 3MHz이고, 대역폭 bT가 4MHz인 처프신호 Ic(t)를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4에 나타낸 처프신호를 푸리에 변환한 결과인 처프신호 스펙트럼 를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 도 5에 나타낸 처프신호에서 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 나타낸 도면이다.
도 8은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호 Ic(t)가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 9는 선폭 T=1msec이고 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호 Ic(t)가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 획득되는 노이즈가 포함된 광음향 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 광음향 측정기의 전달함수 와, 광음향 측정기의 모양 및 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 의 곱에 절대값을 취한 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 12는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 13은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 15는 시간에 따라 포락선이 변하는 변조 처프신호 를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 16a는 도 15에 표시된 (a)부분을 확대하여 나타낸 그래프이고, 도 16b는 도 15에 표시된 (b)부분을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 17은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 18은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 19는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 20은 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다.
도 21은 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. 1 is a schematic diagram of an apparatus for realizing a method for improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to the present invention;
2 is a transfer function of a photoacoustic meter having a center frequency of 3 MHz; A diagram showing the characteristics of
3 is a spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber. A diagram showing the characteristics of
4A and 4B are graphs exemplarily illustrating a chirp signal I c (t) having a center frequency ν c of 3 MHz and a bandwidth bT of 4 MHz of a chirped signal emitted through a light source.
5 is a chirped signal spectrum that is a result of Fourier transform of the chirped signal shown in FIG. is a diagram showing
6 is a flowchart illustrating a method of improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to the first embodiment of the present invention.
7 is a chirp signal spectrum from which the DC component is removed from the chirp signal shown in FIG. 5; is a diagram showing
FIG. 8 shows that when a chirp signal I c (t) whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
9 shows that when a chirp signal I c (t) having a line width T = 1 msec and a frequency of 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. and It is a diagram showing a photoacoustic signal waveform including noise obtained when each matched filtering process is performed.
10 is a flowchart illustrating a method of improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to a second embodiment of the present invention.
11 is a transfer function of the photoacoustic meter and spatial photoacoustic spectrum determined by the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber It is a diagram showing the spectrum obtained by taking the absolute value of the product of .
FIG. 12 shows that when a chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
13 shows that when a chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
14 is a flowchart illustrating a method of improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to a third embodiment of the present invention.
15 is a modulated chirp signal whose envelope changes with time. It is a graph showing by way of example.
FIG. 16A is an enlarged graph of part (a) shown in FIG. 15 , and FIG. 16B is an enlarged graph showing part (b) shown in FIG. 15 .
17 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
18 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
19 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
FIG. 20 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1.5 MHz to 4 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
FIG. 21 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1.5 MHz to 4 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, a method of improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic measuring device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 실현하는 장치의 개략도로서, 상기 장치는 광원(100), 광음향 측정기(200) 및 처리장치(300)를 포함하여 이루어질 수 있다. 1 is a schematic diagram of an apparatus for realizing a method for improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to the present invention, wherein the apparatus includes a
광원(100)에서는 입사빔을 방출하며, 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔은 광 확산매체(10)에 조사된다. 광원(100)에서 방출하는 입사빔은 후술하는 바와 같이 처프신호일 수 있다. The
광원(100)에서 방출되어 광 확산매체(10)에 조사되는 입사빔은 광 확산매체(10) 내에서 전파 및 확산되며, 광 확산매체(10)의 유효산란계수(μeff)에 의해 그 세기가 지수적으로 감쇄되면서 광 흡수체(20)의 표면에 도달하게 된다. The incident beam emitted from the
광원(100)에서 입사빔이 방출될 경우 그 입사빔의 세기는 시간에 따라 변하게 되며, 이때 광 확산매체(10)의 내부에 위치하는 광 흡수체(20)에서는 상기 입사빔을 흡수함에 따라 열 팽창 현상으로 인해 물리적으로 팽창과 수축을 반복하게 되고, 이 과정에서 광 흡수체(20)에서는 광음향 신호(예를 들어, 초음파 신호)가 발생하게 된다. When an incident beam is emitted from the
광음향 측정기(200)는 광 확산매체(10)의 외부에 위치하여, 광 흡수체(20)에서 발생하는 광음향 신호를 측정한다. 이때 광음향 측정기(200)가 측정하는 광음향 신호에는 광 흡수체(20)에서 발생하는 이상적인 광음향 신호(여기서, 이상적인 광음향 신호는 잡음이 포함되지 않은 광음향 신호를 의미함)과 잡음(즉, 후술하는 광음향 잡음값)이 혼합되어 있다. The
광원(100)에서 I(t)의 세기를 갖는 입사빔이 방출되어 광 확산매체(10)에 조사될 경우, 광 확산매체(10)의 내부에 위치하는 광 흡수체(20)에 흡수되는 광 에너지의 공간적 분포가 로 나타난다고 가정하기로 한다. 상기 광 흡수체(20)에 흡수되는 광 에너지의 공간적 분포 에서 는 광 확산매체(10)의 임의의 원점(도 1의 ○)에서 광 흡수체(20)까지의 벡터를 나타낸다. When an incident beam having an intensity of I(t) is emitted from the
그리고 광 확산매체(10)의 외부에 위치하며, 구면 초점을 갖는 광음향 측정기(200)의 표면 분포 함수를 라고 가정하기로 한다. 상기 광음향 측정기(200)의 표면 분포 함수 에서 는 광 확산매체(10)의 임의의 원점(도 1의 ○)에서 광음향 측정기(200) 표면까지의 벡터를 나타낸다. And located outside the
이 경우 광 흡수체(20)에서 발생하여 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 광음향 신호 g(t)는 헬름홀츠(Helmholtz) 방정식의 그린(Green) 함수의 해에 의해 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. In this case, the photoacoustic signal g(t) generated in the
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서 Γ는 그루나이젠 상수이고, cs는 초음파의 속력으로서, 이하의 시뮬레이션에서는 통상적인 생체 조직(광 확산매체)을 고려하여 Γ를 0.24, cs를 1500m/s로 정하였다. 또한, 수학식 1에서 d3ro는 광 확산매체(10)의 임의의 원점(도 1의 ○)에서 광 흡수체(20)까지의 3차원 적분을 위한 적분 기호이고, d3rd는 광 확산매체(10)의 임의의 원점(도 1의 ○)에서 광음향 측정기(200) 표면까지의 3차원 적분을 위한 적분 기호이다. In
수학식 1에서 광 흡수체(20)에 흡수되는 광 에너지의 공간적 분포 는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Spatial distribution of light energy absorbed by the
[수학식 2][Equation 2]
수학식 2에서 μa는 광 흡수체(20)의 광 흡수 계수이고, 는 공간적으로 분포한 광 흡수체(20)를 나타내는 함수로서, 이하의 시뮬레이션에서는 반지름이 2mm인 구형으로 가정하였다. 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 광 흡수 분포는 생체 조직에 조사되는 입사빔이 생체 조직에 의한 산란 때문에 깊이 z에 따라 지수함수적으로 감소한다고 가정하였다.In
수학식 1에서 입사빔의 세기 임을 고려하면, 수학식 1은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 는 입사빔의 세기 I(t)를 주파수 영역에서 푸리에 변환한 입사빔 스펙트럼이고, ν는 주파수를, t는 시간을 나타낸다. In
[수학식 3][Equation 3]
광음향 측정기(200)의 전달함수를 라 하고, 수학식 3의 광음향 신호 g(t)를 주파수 영역에서 나타내면, 다음의 수학식 4와 같은 광음향 신호의 스펙트럼(즉, 광음향 스펙트럼) 을 획득할 수 있다. The transfer function of the
[수학식 4] [Equation 4]
수학식 4에 나타낸 바와 같이, 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 광음향 신호의 스펙트럼에는 광음향 측정기(200)의 전달함수 가 곱해져야 한다.As shown in
수학식 4에서 는 다음의 수학식 5와 같이 정의하였다. in
[수학식 5][Equation 5]
수학식 5는 광 흡수체(20)의 한 점 에서 발생하는 광음향 신호가 표면 분포 함수 를 갖는 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 값을 나타낸다. 한편, 수학식 5에서 k는 초음파의 파수이다().
통상적인 광음향 측정에서는 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호에 대해 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하며, 이러한 정합 필터링 처리는 처리장치(300)에 의해 이루어질 수 있다. 처리장치(300)에 의해 이루어지는 정합 필터링 처리는, 수학식 4로 측정되는 광음향 스펙트럼 에, 정합 필터링 함수 의 컨쥬케이트인 를 곱함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 처리장치(300)에 의해 정합 필터링 처리가 이루어진 최종적인 광음향 스펙트럼은 다음의 수학식 6과 같다. In a typical photoacoustic measurement, matched filtering processing is performed in the frequency domain on the photoacoustic signal measured by the
[수학식 6][Equation 6]
참고로, 기존의 주파수 영역 광음향 측정에서는 정합 필터링을 위해 정합 필터링 함수 를 적용해왔으며, 여기서 는 입사빔 스펙트럼으로서, 이는 입사빔의 세기 I(t)를 주파수 영역에서 푸리에 변환한 것이다. For reference, in the conventional frequency domain photoacoustic measurement, the matched filtering function is used for matched filtering. has been applied, where is the incident beam spectrum, which is a Fourier transform of the intensity I(t) of the incident beam in the frequency domain.
수학식 6에서 대괄호 부분인 은 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼을 의미하며, 이하에서는 이를 로 정의하기로 한다. In
정합 필터링된 잡음이 없는 이상적인 광음향 스펙트럼 는 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다. Ideal optoacoustic spectrum without matched filtered noise can be expressed as in
[수학식 7] [Equation 7]
한편, 광음향 측정 시에는 광음향 열 잡음과 같은 광음향 잡음이 항상 존재하기 마련이며, 이러한 정합 필터링된 광음향 잡음 스펙트럼 은 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. On the other hand, in photoacoustic measurement, optoacoustic noise such as optoacoustic thermal noise always exists, and this matched-filtered optoacoustic noise spectrum can be expressed as in
[수학식 8][Equation 8]
수학식 8에서 는 광음향 잡음 스펙트럼이며, 는 정합 필터링 함수이다. in
수학식 7 및 수학식 8에 의해, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. By
[수학식 9][Equation 9]
수학식 9에서 분자는 주파수 영역에서 이상적인 광음향 신호의 최대값을 의미하고, 분모는 주파수 영역에서 광음향 잡음의 시간 평균을 나타낸다(즉, 광음향 잡음값의 분산). In
한편, 수학식 7에서 광음향 측정기(200)의 전달함수 의 특성은 광음향 측정기(200)가 압전(piezo) 물질로 광음향을 측정하는 타입인 경우, KLM(KrimholtLeedom Matthaei) 모델로 잘 묘사된다고 알려져 있다. 이 KLM 모델에 의해 중심 주파수가 3MHz인 광음향 측정기(200)의 전달함수 가 도 2에 나타나 있다. 도 2에서 Re[]는 전달함수의 실수부, Im[]는 전달함수의 허수부이며, 는 전달함수의 크기이다. On the other hand, in
그리고 초점 거리가 20mm이고, 개구수(NA)가 0.35인 구면 초점을 갖는 광음향 측정기(200)로 반지름이 2mm인 구형 광 흡수체(20)를 측정한 의 크기 와 의 실수부 Re[]가 도 3에 나타나 있다. 도 3에 나타낸 의 실수부 Re[]는 가 광음향 측정기(200)의 초점 거리에 해당하는 위상이 더해지므로 빠르게 진동한다는 것을 보여준다. In addition, a
한편, 광원(100)을 통해 방출되어 광 확산매체(10)에 조사되는 입사빔은 다음의 수학식 10과 같은 처프신호일 수 있다.Meanwhile, the incident beam emitted through the
[수학식 10][Equation 10]
수학식 10에서 는 처프신호의 세기, FFD는 처프신호의 광 방사 노광량(radiant exposure), T는 처프신호의 선폭(duration), νc는 처프신호의 중심 주파수, b는 처프신호의 선형 주파수 증가율, t는 시간, 그리고 는 선폭이 T인 구형 함수를 나타낸다. in
도 4a 및 도 4b는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 중심 주파수 νc가 3MHz이고, 대역폭 bT가 4MHz인 처프신호 Ic(t)를 예시적으로 나타낸 그래프이다. 도 4a에서 x축은 시간을, y축은 주파수를 나타내고, 기울기는 처프신호의 선형 주파수 증가율 b를 나타낸다. 도 4b에서 x축은 시간을, y축은 처프신호의 세기를 나타낸다. 그리고 도 4a 및 도 4b에서 T는 처프신호의 선폭을 나타낸다. 이들 도 4a 및 도 4b는 선폭 T 동안 주파수가 점차 증가하고 포락선이 일정한 처프신호를 개략적으로 도시한 것이다. 4A and 4B are graphs exemplarily illustrating a chirp signal I c (t) having a center frequency ν c of 3 MHz and a bandwidth bT of 4 MHz of the chirped signal emitted through the
수학식 10에서 광 방사 노광량은 단위 면적당 허용되는 입사빔(예를 들어, 처프신호)의 에너지를 나타낸다. 이러한 광 방사 노광량은 미국 국립 표준 협회(ANSI)에서 정한 인체 피부에 대한 최대 허용 노광량(maximum permissible exposure)에 따라 최대값이 정해져 있다. 예를 들어 400~1400nm의 파장 영역대에서 선폭이 10-7 ~ 10초 사이의 입사빔에 대한 최대 허용 노광량 FFD는 다음의 수학식 11과 같다.In Equation (10), the amount of light radiation exposure represents energy of an incident beam (eg, a chirped signal) allowed per unit area. The maximum value of such light radiation exposure is determined according to the maximum permissible exposure for human skin set by the American National Standards Institute (ANSI). For example, the maximum allowable exposure amount F FD for an incident beam having a line width between 10 -7 and 10 seconds in a wavelength range of 400 to 1400 nm is expressed by
[수학식 11][Equation 11]
수학식 11에서 최대 허용 노광량 FFD의 단위는 [J/m2]이고, CA는 파장에 따라 달라지는 상수인데, 이하의 시뮬레이션에서는 가시광선 파장대인 400~700nm를 가정하여 1로 근사화하였다. 그리고 수학식 11에서 T는 처프신호의 선폭을 나타낸다.In
도 5는 도 4에 나타낸 중심 주파수 νc가 3MHz이고, 대역폭 bT가 4MHz인 처프신호 Ic(t)를 푸리에 변환한 결과인 처프신호 스펙트럼 를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 처프신호 스펙트럼 는 주파수가 0인 DC 부분의 크기가 주파수가 1~5MHz인 부분의 크기에 비해 매우 크기 때문에 y축을 log10 스케일로 나타내었다. 5 is a chirped signal spectrum that is a result of Fourier transform of a chirp signal I c (t) having a center frequency ν c shown in FIG. 4 and a bandwidth bT of 4 MHz. is a diagram showing The chirp signal spectrum shown in FIG. 5 shows the y-axis on a log 10 scale because the size of the DC part with
수학식 7의 , 및 를 각각 도 2, 도 3 및 도 5에 나타낸 바로 정하고, 적절한 정합 필터링 함수 를 선택하면, 수학식 7 내지 수학식 9를 계산할 수 있다. 이하의 시뮬레이션에서는 수학식 7의 , 및 를 각각 도 2, 도 3 및 도 5에 나타낸 바로 정하였고, 수학식 8의 은 전체 주파수에서 일정한 백색 가우시안 잡음으로 정하였으며, 그 값을 1×10-7으로 하였다. of
, , 및 이 위에서 정한 바와 달라지게 되면 수학식 9에서 나타낸 광음향 신호의 신호 대 잡음비의 계산값은 변할 수 있다. 하지만 이 경우에도 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 본 발명의 기술적 사상은 그대로 적용된다. , , and If this is different from the above, the calculated value of the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal shown in
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 나타낸 흐름도이다. 6 is a flowchart illustrating a method of improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 실시예에 따른 방법은, 우선 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 를 광 확산매체(10)에 조사하여 상기 광 확산매체(10)의 내부에 위치하는 광 흡수체(20)에 흡수시키는 단계가 이루어진다(S110). In the method according to the first embodiment of the present invention, first, the chirp signal emitted through the
광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 는 광 확산매체(10) 내에서 전파 및 확산되면서 광 흡수체(20)에 도달하게 되며, 광 흡수체(20)가 처프신호 를 흡수할 경우에는 광음향 신호를 발생시키게 된다. 여기서, 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 는 도 4b에 나타낸 바와 같이, 시간에 따라 포락선이 일정한 신호일 수 있다. Chirp signal emitted through the
다음으로, 광음향 측정기(200)를 이용하여 상기 처프신호로 인해 광 흡수체(20)에서 발생하는 광음향 신호를 측정한다(S120). Next, the photoacoustic signal generated from the
광음향 측정기(200)가 측정하는 광음향 신호에는 잡음이 포함되어 있다. 이에 따라, 광원(100) 및 광음향 측정기(200)와 연결되는 처리장치(300)는 상기 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출한다(S130). 이와 같은 정합 필터링 처리에 의해 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 향상될 수 있다.The photoacoustic signal measured by the
본 발명의 제1 실시예에서 상기 S130 단계는, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 에서 상기 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 을 산출하는 단계(S131)를 포함한다.In the first embodiment of the present invention, in step S130 , the
처리장치(300)는 광원(100)과 연결되어 있으며, 이에 따라 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 형태를 알 수 있고, 나아가 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호를 제어할 수도 있다. The
처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 에서 상기 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 를 산출하고, 이후 상기 DC 성분이 제거된 처프신호 를 푸리에 변환하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다. The
또는, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 를 푸리에 변환하여 처프신호 스펙트럼 를 산출하고, 이후 상기 처프신호 스펙트럼 에서 처프신호 의 DC 성분을 제거하여 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수도 있다.Alternatively, the
상기 S131 단계 이후, 처리장치(300)는 상기 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 이용하여, 주파수 영역에서 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행한다(S132).After the step S131, the
처리장치(300)는 광음향 측정기(200)와 연결되어 있으며, 이에 따라 처리장치(300)는 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 획득할 수 있다. 처리장치(300)는 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행함으로써, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래 방법에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. The
상술한 바와 같이, 도 5는 중심 주파수 νc가 3MHz이고, 대역폭 bT가 4MHz인 처프신호 Ic(t)를 푸리에 변환한 결과인 처프신호 스펙트럼 를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 5에 나타낸 처프신호에서 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 나타낸 도면이다. 그리고 도 8은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호 Ic(t)가 광 흡수체(20)에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. As described above, FIG. 5 is a chirped signal spectrum resulting from Fourier transform of a chirped signal I c (t) having a center frequency ν c of 3 MHz and a bandwidth bT of 4 MHz. , and FIG. 7 is a chirped signal spectrum from which the DC component is removed from the chirped signal shown in FIG. is a diagram showing And FIG. 8 shows that when the chirp signal I c (t) whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 관한 시뮬레이션에서는 광 확산매체(10)에 조사되는 처프신호의 선폭을 0.25~1.2msec의 범위 내에서 변화시켜가면서 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하였다. 도 8에서 mean 는 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 하여 산출되는 신호 대 잡음비를 평균한 것이고, mean 는 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 하여 산출되는 신호 대 잡음비를 평균한 것이다. 그리고 도 8에 나타낸 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 처리장치(300)가 도 5에 나타낸 및 도 7에 나타낸 각각을 수학식 7과 8에 적용한 뒤, 수학식 7과 8의 결과를 최종적으로 수학식 9에 적용하여 산출된 결과이다. As shown in FIG. 8, in the simulation according to the first embodiment of the present invention, the
도 8에서 알 수 있듯이, 처리장치(300)가 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 경우에는, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래의 경우에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 대폭 향상된다는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in FIG. 8 , the
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 및 에서는 DC 부분이 0에 매우 근접하다. 따라서, 광 확산매체(10)에 조사되는 처프신호 Ic(t)의 DC 부분은 수학식 7에 나타낸 잡음이 없는 이상적인 광음향 스펙트럼 에 기여하지 않는다. 이는 곧 처프신호 Ic(t)의 DC 부분은 수학식 8의 광음향 잡음 스펙트럼 에만 주로 기여하게 되는 것을 의미하고, 이것이 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 저하시키는 요인이 된다. As shown in Figures 2 and 3, and In , the DC part is very close to zero. Therefore, the DC portion of the chirped signal I c (t) irradiated to the
도 7에 나타낸 바와 같이, 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리함에 있어서, 처프신호의 DC 성분을 제거하게 되면, 처프신호의 DC 성분이 정합 필터링된 광음향 잡음 스펙트럼 에만 기여하는 것을 차단하게 되어, 도 8과 같이 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상되게 된다. As shown in FIG. 7, when the DC component of the chirped signal is removed in the matched filtering process of the photoacoustic signal in the frequency domain, the DC component of the chirped signal is matched filtered optoacoustic noise spectrum. As shown in FIG. 8, the signal-to-noise ratio of the optoacoustic signal is improved.
도 9는 선폭 T=1msec이고 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 획득되는 노이즈가 포함된 광음향 신호 파형을 나타낸 도면이다. 9 shows that when a chirp signal having a line width T = 1 msec and a frequency of 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the
도 9에서도 알 수 있듯이, 처리장치(300)가 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 경우에는, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래의 경우에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상된다는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 9 , the
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 방법은, 우선 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 를 광 확산매체(10)에 조사하여 상기 광 확산매체(10)의 내부에 위치하는 광 흡수체(20)에 흡수시키는 단계가 이루어진다(S210). In the method according to the second embodiment of the present invention, first, the chirp signal emitted through the
광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 는 광 확산매체(10) 내에서 전파 및 확산되면서 광 흡수체(20)에 도달하게 되며, 광 흡수체(20)가 처프신호 를 흡수할 경우에는 광음향 신호를 발생시키게 된다. 여기서, 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 는 도 4b에 나타낸 바와 같이, 시간에 따라 포락선이 일정한 신호일 수 있다. Chirp signal emitted through the
다음으로, 광음향 측정기(200)를 이용하여 상기 처프신호로 인해 광 흡수체(20)에서 발생하는 광음향 신호를 측정한다(S220). Next, the photoacoustic signal generated from the
광음향 측정기(200)가 측정하는 광음향 신호에는 잡음이 포함되어 있다. 이에 따라, 광원(100) 및 광음향 측정기(200)와 연결되는 처리장치(300)는 상기 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출한다(S230). 이와 같은 정합 필터링 처리에 의해 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 향상될 수 있다.The photoacoustic signal measured by the
본 발명의 제2 실시예에서 상기 S230 단계는, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 를 이용하여 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계(S231)를 포함한다. In the second embodiment of the present invention, in step S230 , the
상기 S231 단계에서는, 처리장치(300)가 상기 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 를 푸리에 변환하여 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 처리장치(300)는 광원(100)과 연결되어 있기 때문에, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 형태를 알 수 있고, 나아가 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호를 제어할 수도 있다. 이와 같이, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 형태를 알 수 있기 때문에, 처리장치(300)는 처프신호 로부터 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다.In step S231 , the
또는, 상기 S231 단계에서는, 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 에서 상기 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수도 있다.Alternatively, in step S231, the chirp signal emitted through the
처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 형태를 알 수 있기 때문에, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 에서 상기 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 를 산출하고, 이후 상기 DC 성분이 제거된 처프신호 를 푸리에 변환하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다. Since the
또는, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호 를 푸리에 변환하여 처프신호 스펙트럼 를 산출하고, 이후 상기 처프신호 스펙트럼 에서 처프신호 의 DC 성분을 제거하여 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수도 있다. Alternatively, the
상기 S231 단계 이후에는, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)의 전달함수 와, 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를, 상기 S231 단계에서 산출한 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하여, 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행한다(S232).After the step S231 , the
처리장치(300)는 광음향 측정기(200)와 연결되어 있기 때문에, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에서는 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)의 전달함수 와, 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 유추할 수 있을 경우에 적용된다. 즉, 처리장치(300) 내에는 광음향 측정기(200)의 전달함수 및 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나가 저장되어 있을 수 있다. Since the
도 11은 광음향 측정기(200)의 전달함수 와, 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 의 곱에 절대값을 취한 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 보다 구체적으로, 도 11에 나타낸 스펙트럼 은 도 2에 나타낸 와 도 3에 나타낸 의 곱에 절대값을 취한 것이다. 11 is a transfer function of the
만일 스펙트럼 에 가까운 어떤 함수 가 있다고 가정했을 때, 종래의 정합 필터링 함수 를 와 같이 변형하고, 상기 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하면, 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 이하의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이, 정합 필터링 함수 에서 가 스펙트럼 에 점점 더 가까워질수록 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 더 향상될 수 있다. if spectrum any function close to Assuming that there is a conventional matched filtering function cast Transform as , and the matched filtering function If the matched filtering process of the photoacoustic signal measured by the
도 12는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. 12 shows that when a chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the
도 12에 나타낸 스펙트럼들은 , , 의 순서대로 스펙트럼 에 점점 더 가까워지는 것이 명백하다. 따라서, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행할 경우, , , 의 순서대로 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 도 12에 나타낸 어떤 경우에도, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래의 경우에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상된다는 것을 확인할 수 있다.The spectra shown in Fig. 12 are , , spectrum in the order of It is clear that it is getting closer and closer to Therefore, when the
추가적으로, 대신 를 이용하여도 도 12와 동일한 결과가 도출된다. 이는 도 2에 나타낸 바와 같이, 광음향 측정기(200)의 전달함수 의 DC 부분이 0에 매우 근접하기 때문이다. 즉, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행할 경우, , , 의 순서대로 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 된다. Additionally, instead The same result as in FIG. 12 is derived even by using . As shown in FIG. 2 , this is the transfer function of the
도 13은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. 13 shows that when a chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
도 13에 나타낸 스펙트럼들은 , , 의 순서대로 스펙트럼 에 점점 더 가까워지는 것이 명백하다. 따라서, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행할 경우, , , 의 순서대로 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 도 13에 나타낸 어떤 경우에도, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래의 경우에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상된다는 것을 확인할 수 있다. The spectra shown in Fig. 13 are , , spectrum in the order of It is clear that it is getting closer and closer to Therefore, when the
추가적으로, 도 13에서 대신 를 이용하여도 도 13과 동일한 결과가 도출된다. 이는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 광음향 측정기(200)의 전달함수 의 DC 부분, 그리고 공간적 광음향 스펙트럼 의 DC 부분이 0에 매우 근접하기 때문이다. 즉, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행할 경우, , , 의 순서대로 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 된다. Additionally, in FIG. 13 instead The same result as in FIG. 13 is derived even by using . This is the transfer function of the
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.14 is a flowchart illustrating a method of improving a signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by an optoacoustic meter according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3 실시예에 따른 방법은, 우선 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호를 광 확산매체(10)에 조사하여 상기 광 확산매체(10)의 내부에 위치하는 광 흡수체(20)에 흡수시키는 단계가 이루어진다(S310). In the method according to the third embodiment of the present invention, first, the
앞서 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 방법에서는, 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 포락선이 시간에 따라 일정하였으나, 본 발명의 제3 실시예에 따른 방법에서는, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 포락선이 시간에 따라 변한다. 본 발명의 제3 실시예에서는 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호 Ic(t) 대신, 시간에 따라 포락선이 변하는 변조 처프신호 Im(t)를 광원(100)을 통해 방출시켜 광 확산매체(10)에 조사시키며, 이후 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행할 때에도 상기 변조 처프신호 Im(t)를 이용한다.Previously, in the method according to the first and second embodiments of the present invention, the envelope of the chirp signal emitted through the
스펙트럼 에 가까운 어떤 함수 가 있다고 가정했을 때, 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호 Ic(t)를 를 토대로 변조시켜 광 흡수체(20)에 흡수시키고, 이후 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행함으로써, 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. spectrum any function close to Assuming that there is a chirp signal I c (t) whose envelope is constant with time, The signal of the photoacoustic signal is modulated and absorbed by the
다음은 처리장치(300)가 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호 Ic(t)를 를 토대로 변조시키는 일례이다.Next, the
1단계로서, 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호, 예를 들어 수학식 10에 따른 처프신호 Ic(t)를 푸리에 변환하여 를 산출하고, 에 를 곱하여 다음의 수학식 12와 같은 결과를 산출한다.As a first step, a Fourier transform of a chirped signal having a constant envelope over time, for example, a chirped signal I c (t) according to Equation 10, to calculate, to multiplied by to yield a result as in
[수학식 12][Equation 12]
2단계로서, 를 역푸리에 변환하여, 그 결과값인 를 산출한다.As
3단계로서, 에 의 포락선을 더해서 다음의 수학식 13과 같은 결과를 산출한다. As
[수학식 13][Equation 13]
수학식 13에서 i는 허수 기호이고, t는 시간이며, *는 합성곱(convolution)을 나타낸다. In
4단계로서, 의 단위 면적당 에너지를 수학식 11과 같이 미국 국립 표준 협회(ANSI)에서 정한 광 방사 노광량으로 정하기 위해, 다음의 수학식 14와 같은 계산을 통해, 시간에 따라 포락선이 변하는 변조 처프신호 Im(t)를 산출한다. As
[수학식 14][Equation 14]
이하에서는, 위의 단계들을 통해 산출된 변조 처프신호를 Im(t) 대신 의 형태로 나타내기로 한다. 여기서, 변조 처프신호를 의 형태로 나타내는 것은, 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호 Ic(t)가 스펙트럼 에 의해 포락선이 변조되었음을 강조하기 위함이다. Hereinafter, the modulated chirp signal calculated through the above steps is used instead of I m (t) to be expressed in the form of Here, the modulated chirp signal is In the form of , the chirped signal I c (t) with a constant envelope over time is the spectrum This is to emphasize that the envelope has been modulated by
처리장치(300)는 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호 Ic(t)를, 광음향 측정기(200)의 전달함수 와, 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 변조시킬 수 있다. The
처리장치(300)가 광음향 측정기(200)의 전달함수 만을 가지고 처프신호 Ic(t)를 변조시킬 경우(즉, 인 경우), 변조 처프신호는 의 형태로 나타낼 수 있다. 처리장치(300)가 공간적 광음향 스펙트럼 만을 가지고 처프신호 Ic(t)를 변조시킬 경우(즉, 인 경우), 변조 처프신호는 의 형태로 나타낼 수 있다. 또한, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)의 전달함수 및 공간적 광음향 스펙트럼 의 곱을 가지고 상기 처프신호 Ic(t)를 변조시킬 경우(즉, 인 경우), 변조 처프신호는 의 형태로 나타낼 수 있다. 참고로, 의 스펙트럼 크기가 일정한 함수라면 는 가 된다. The
도 15는 시간에 따라 포락선이 변하는 변조 처프신호 를 예시적으로 나타낸 그래프이다. 도 15에 의하면, 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호 Ic(t)가 광음향 측정기(200)의 전달함수 및 공간적 광음향 스펙트럼 의 곱에 의해 포락선이 변조된 결과, 의 포락선은 도 11에 나타난 스펙트럼의 형태와 거의 동일함을 알 수 있다. 15 is a modulated chirp signal whose envelope changes with time. It is a graph showing by way of example. According to FIG. 15 , a chirp signal I c (t) having a constant envelope over time is a transfer function of the
도 16a는 도 15에 표시된 (a)부분을 확대하여 나타낸 그래프이고, 도 16b는 도 15에 표시된 (b)부분을 확대하여 나타낸 그래프이다. 도 15, 도 16a 및 도 16b에 나타난 바와 같이, 변조 처프신호 는 도 4b에 나타낸 처프신호와 동일하게 시간에 따라 주파수가 점점 증가하지만, 도 4b에 나타낸 처프신호와는 달리 시간에 따라 포락선이 변한다는 것을 알 수 있다. FIG. 16A is an enlarged graph of part (a) shown in FIG. 15 , and FIG. 16B is an enlarged graph showing part (b) shown in FIG. 15 . 15, 16A and 16B, the modulated chirp signal It can be seen that although the frequency gradually increases with time in the same way as the chirp signal shown in FIG. 4B, the envelope changes with time, unlike the chirp signal shown in FIG. 4B.
상기 S310 단계에서, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 가 광 확산매체(10)에 조사될 경우, 상기 광 확산매체(10)의 내부에 위치하는 광 흡수체(20)에서는 광음향 신호를 발생시키게 된다. In step S310, the modulated chirp signal emitted through the
상기 S310 단계 이후, 광음향 측정기(200)를 이용하여 상기 변조 처프신호 로 인해 광 흡수체(20)에서 발생하는 광음향 신호를 측정한다(S320).After the step S310, the modulated chirp signal using the
광음향 측정기(200)가 측정하는 광음향 신호에는 잡음이 포함되어 있다. 이에 따라, 광원(100) 및 광음향 측정기(200)와 연결되는 처리장치(300)는 상기 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출한다(S330). 이와 같은 정합 필터링 처리에 의해 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 향상될 수 있다. The photoacoustic signal measured by the
본 발명의 제3 실시예에서 상기 S330 단계는, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출하는 단계(S331)를 포함할 수 있다. In the third embodiment of the present invention, in step S330 , the
처리장치(300)는 광원(100)과 연결되어 있기 때문에, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 형태를 알 수 있고, 나아가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호를 제어할 수도 있다. 이와 같이, 처리장치(300)가 변조 처프신호의 형태를 알 수 있기 때문에, 처리장치(300)는 변조 처프신호 로부터 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다.Since the
상기 S331 단계 이후, 처리장치(300)는 상기 변조 처프신호 스펙트럼 를 이용하여, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계(S332)가 이루어질 수 있다. After the step S331, the
처리장치(300)는 광음향 측정기(200)와 연결되어 있으며, 이에 따라 처리장치(300)는 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 획득할 수 있다. 처리장치(300)는 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행함으로써, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래 방법에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. The
도 17은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. 17 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the
도 17에 나타낸 바와 같이, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 가 각각 , 및 인 경우, 처리장치(300)는 정합 필터링 함수 , 및 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 수 있다. As shown in FIG. 17 , the modulated chirp signal emitted through the
도 17에서 알 수 있듯이, 광원(100)을 통해 변조 처프신호 가 방출되어 광 흡수체(20)에 흡수되고, 이때 처리장치(300)가 상기 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 산출한 변조 처프신호 스펙트럼 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 경우에는, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래의 경우에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상된다. As can be seen from FIG. 17 , the modulated chirp signal through the
한편, 본 발명의 제3 실시예에서 상기 S330 단계는, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼 을 산출하는 단계(S333)를 포함할 수 있다. Meanwhile, in the third embodiment of the present invention, in step S330 , the
처리장치(300)는 광원(100)과 연결되어 있기 때문에, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 형태를 알 수 있고, 나아가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호를 제어할 수도 있다. Since the
처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 를 산출하고, 이후 상기 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다. The
또는, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출하고, 이후 상기 변조 처프신호 스펙트럼 에서 변조 처프신호 의 DC 성분을 제거하여 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수도 있다.Alternatively, the
상기 S333 단계 이후, 처리장치(300)는 상기 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼 를 이용하여, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행한다(S334). After the step S333, the
처리장치(300)는 광음향 측정기(200)와 연결되어 있으며, 이에 따라 처리장치(300)는 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 획득할 수 있다. 처리장치(300)는 정합 필터링 함수 를 통해 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행함으로써, 를 통해 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래 방법에 비해, 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. The
도 18은 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호를 처리장치가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. 18 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the processing device processes the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter. , and It is a diagram showing the signal-to-noise ratio of the matched-filtered optoacoustic signal calculated when each matched filtering process is performed.
도 18에 나타낸 바와 같이, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 가 각각 , 및 인 경우, 처리장치(300)는 정합 필터링 함수 , 및 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 수 있다. As shown in FIG. 18 , the modulated chirp signal emitted through the
도 18에서 알 수 있듯이, 광원(100)을 통해 변조 처프신호 가 방출되어 광 흡수체(20)에 흡수되고, 이때 처리장치(300)가 상기 변조 처프신호 에서 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 산출한 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 경우에는, 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래의 경우에 비해, 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상된다. As can be seen from FIG. 18 , the modulated chirp signal through the
한편, 본 발명의 제3 실시예에서 상기 S330 단계는, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 를 이용하여 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계(S335)를 포함할 수 있다. Meanwhile, in the third embodiment of the present invention, in step S330 , the
상기 S335 단계에서는, 처리장치(300)가 상기 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 처리장치(300)는 광원(100)과 연결되어 있기 때문에, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 형태를 알 수 있고, 나아가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호를 제어할 수도 있다. 이와 같이, 처리장치(300)가 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 형태를 알 수 있기 때문에, 처리장치(300)는 변조 처프신호 로부터 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다. In step S335, the
또는, 상기 S335 단계에서는, 상기 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수도 있다. Alternatively, in step S335, the modulated chirp signal emitted through the
처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 를 산출하고, 이후 상기 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수 있다.The
또는, 처리장치(300)는 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호 를 푸리에 변환하여 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출하고, 이후 상기 변조 처프신호 스펙트럼 에서 처프신호 의 DC 성분을 제거하여 변조 처프신호 스펙트럼 를 산출할 수도 있다. Alternatively, the
상기 S335 단계 이후에는, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)의 전달함수 와, 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를, 상기 S335 단계에서 산출한 변조 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하여, 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행한다(S336). After the step S335, the
처리장치(300)는 광음향 측정기(200)와 연결되어 있기 때문에, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 획득할 수 있다. 또한, 처리장치(300) 내에는 광음향 측정기(200)의 전달함수 및 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나가 저장되어 있을 수 있다. 이에 따라, 처리장치(300)는 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행할 수 있다. 도 11에 관해 상술한 바와 마찬가지로, 이 경우에도 상기 정합 필터링 함수 에서 및 는 각각 의 스펙트럼에 더 가까워질수록 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 더 향상될 수 있다. Since the
도 19는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 , , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. 도 19에서 알 수 있듯이, 및 이 각각 의 스펙트럼에 더 가까울수록 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상될 수 있다. 19 shows that when a modulated chirp signal whose frequency is changed from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the optical absorber, the
또한, 도 8 및 도 19에서 알 수 있듯이, 처리장치(300)가 정합 필터링 함수 를 통해 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행함으로써, 를 통해 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하던 종래 방법에 비해, 상기 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. In addition, as can be seen in FIGS. 8 and 19 , the
추가적으로, 에서 대신 를 이용하여도 도 19와 동일한 결과가 도출된다. 이는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 광음향 측정기(200)의 전달함수 의 DC 부분, 그리고 공간적 광음향 스펙트럼 의 DC 부분이 0에 매우 근접하기 때문이다.Additionally, at instead The same result as in FIG. 19 is derived even by using . This is the transfer function of the
한편, 도 20은 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. On the other hand, FIG. 20 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1.5 MHz to 4 MHz is absorbed by the
도 20에 나타낸 정합 필터링 함수들은 도 18에 나타낸 정합 필터링 함수들과 동일하다. 다만, 도 18에서는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광원(100)을 통해 방출되어 광 흡수체(20)에 흡수된 것임에 반하여, 도 20에서는 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광원(100)을 통해 방출되어 광 흡수체(20)에 흡수된 것이다.The matched filtering functions shown in FIG. 20 are the same as the matched filtering functions shown in FIG. 18 . However, in FIG. 18, the modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is emitted through the
도 18 및 도 20을 비교하면, 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수되는 경우에 비해, 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수되는 경우가 더 향상된다는 것을 알 수 있다. Comparing FIGS. 18 and 20 , the signal-to-noise ratio of the optoacoustic signal is compared with the case where the modulation chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the
또 다른 예로서, 도 21은 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수될 경우, 광음향 측정기(200)로 측정되는 광음향 신호를 처리장치(300)가 , , 및 로 각각 정합 필터링 처리를 수행하였을 때 산출되는 정합 필터링된 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 나타낸 도면이다. As another example, FIG. 21 shows that when a modulated chirp signal whose frequency varies from 1.5 MHz to 4 MHz is absorbed by the
도 21에 나타낸 정합 필터링 함수들은 도 19에 나타낸 정합 필터링 함수들과 동일하다. 다만, 도 19에서는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광원(100)을 통해 방출되어 광 흡수체(20)에 흡수된 것임에 반하여, 도 21에서는 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광원(100)을 통해 방출되어 광 흡수체(20)에 흡수된 것이다.The matched filtering functions shown in FIG. 21 are the same as the matched filtering functions shown in FIG. 19 . However, in FIG. 19, the modulated chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is emitted through the
도 19 및 도 21을 비교하면, 광음향 신호의 신호 대 잡음비는 주파수가 1MHz에서 5MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수되는 경우에 비해, 주파수가 1.5MHz에서 4MHz까지 변하는 변조 처프신호가 광 흡수체(20)에 흡수되는 경우가 더 향상된다는 것을 알 수 있다. 19 and 21, the signal-to-noise ratio of the optoacoustic signal is compared to the case where the modulation chirp signal whose frequency varies from 1 MHz to 5 MHz is absorbed by the
광 흡수체(20)에 흡수되는 변조 처프신호의 주파수 범위는 광음향 측정기(200)의 전달함수 와, 광음향 측정기(200)의 모양 및 광 흡수체(20)의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 과 밀접한 관련이 있다. 즉, 도 11에 의하면, 광음향 측정기(200)의 전달함수 와 공간적 광음향 스펙트럼 를 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수는 약 2.5MHz이며, 이때 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 주파수 범위가 약 2.5MHz를 중심으로 해서 보다 더 협소한 범위로 설정될수록 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 향상될 수 있게 된다. The frequency range of the modulated chirp signal absorbed by the
이를 달리 말하면, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 주파수 범위가 광음향 측정기(200)의 전달함수 와 공간적 광음향 스펙트럼 를 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함하지 않을 경우에는 광음향 신호의 신호 대 잡음비가 낮아지게 된다는 것을 의미한다. In other words, the frequency range of the modulated chirp signal emitted through the
따라서, 광원(100)을 통해 방출되는 변조 처프신호의 주파수 범위는 광음향 측정기(200)의 전달함수 와 공간적 광음향 스펙트럼 를 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함하는 것이 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는데 있어서 유리하다. Therefore, the frequency range of the modulated chirp signal emitted through the
도 20 및 도 21에 관해 상술한 사항이 비단 변조 처프신호에만 적용되는 것은 아니다. 즉, 변조 처프신호뿐만 아니라, 시간에 따라 포락선이 일정한 처프신호의 주파수 범위 또한 광음향 측정기(200)의 전달함수 와 공간적 광음향 스펙트럼 과 밀접한 관련이 있다. 즉, 광원(100)을 통해 방출되는 처프신호의 주파수 범위 역시 광음향 측정기(200)의 전달함수 와 공간적 광음향 스펙트럼 를 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함하는 것이 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는데 있어서 유리하다. 20 and 21 are not applied only to the modulated chirp signal. That is, not only the modulated chirp signal, but also the frequency range of the chirped signal having a constant envelope over time, and the transfer function of the
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미, 범위 및 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 내지 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, scope, and equivalent concept of the claims should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 광 확산매체
20: 광 흡수체
100: 광원
200: 광음향 측정기
300: 처리장치10: light diffusion medium
20: light absorber
100: light source
200: photoacoustic meter
300: processing unit
Claims (13)
광음향 측정기를 이용하여 상기 처프신호로 인해 상기 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호를 측정하는 단계; 및
상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 광원을 통해 방출되는 처프신호는 시간에 따라 포락선이 일정하고,
상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는,
상기 처리장치가 상기 처프신호를 이용하여 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및
상기 처리장치가 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를, 상기 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
irradiating a chirp signal emitted through a light source to an optical diffusion medium and absorbing it into a light absorber positioned inside the optical diffusion medium;
measuring a photoacoustic signal generated from the optical absorber due to the chirped signal using a photoacoustic meter; and
The light source and the processing device connected to the photoacoustic meter receive the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter, perform matched filtering processing on the photoacoustic signal in the frequency domain, and calculate a matched filtered photoacoustic signal including;
The chirped signal emitted through the light source has a constant envelope over time,
Calculating the matched filtered photoacoustic signal comprises:
calculating, by the processing device, a chirped signal spectrum using the chirped signal; and
The processing device multiplies the chirp signal spectrum by at least any one of the transfer function of the photoacoustic meter, the spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber, A method of improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by an optoacoustic meter comprising; performing matched filtering processing on the photoacoustic signal.
상기 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는,
상기 처리장치가 상기 처프신호를 푸리에 변환하여 상기 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
4. The method of claim 3,
Calculating the chirp signal spectrum comprises:
The method of improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter comprising the step of the processing device Fourier transforming the chirped signal to calculate the chirped signal spectrum.
상기 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는,
상기 처리장치가 상기 처프신호에서 상기 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
4. The method of claim 3,
Calculating the chirp signal spectrum comprises:
The method of improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter comprising the step of the processing device removing the DC component of the chirp signal from the chirp signal to calculate a chirped signal spectrum from which the DC component is removed.
상기 광원을 통해 방출되는 처프신호의 주파수 범위는,
상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼을 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
4. The method of claim 3,
The frequency range of the chirped signal emitted through the light source is,
A photoacoustic meter comprising a frequency at which an absolute value of a value obtained by multiplying a transfer function of the photoacoustic meter and a spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber is maximized A method for improving the signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by
광음향 측정기를 이용하여 상기 변조 처프신호로 인해 상기 광 흡수체에서 발생하는 광음향 신호를 측정하는 단계; 및
상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 광음향 신호를 입력받아, 상기 광음향 신호를 주파수 영역에서 정합 필터링 처리를 수행하여 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 광원을 통해 방출되는 변조 처프신호는 시간에 따라 포락선이 변하고,
상기 정합 필터링된 광음향 신호를 산출하는 단계는,
상기 처리장치가 상기 변조 처프신호를 이용하여 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계; 및
상기 처리장치가 상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를, 상기 변조 처프신호 스펙트럼에 곱한 값을 이용하여, 상기 광음향 신호의 정합 필터링 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
irradiating a modulated chirped signal emitted through a light source to an optical diffusion medium and absorbing it into a light absorber positioned inside the optical diffusion medium;
measuring a photoacoustic signal generated from the optical absorber due to the modulated chirp signal using a photoacoustic meter; and
The light source and the processing device connected to the photoacoustic meter receive the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter, perform matched filtering processing on the photoacoustic signal in the frequency domain, and calculate a matched filtered photoacoustic signal including;
The envelope of the modulated chirped signal emitted through the light source changes with time,
Calculating the matched filtered photoacoustic signal comprises:
calculating, by the processing device, a modulated chirped signal spectrum using the modulated chirped signal; and
The processing device multiplies the modulated chirped signal spectrum by at least one of the transfer function of the photoacoustic meter and the spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber. , performing matched filtering processing of the photoacoustic signal; Method of improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter comprising the.
상기 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는,
상기 처리장치가 상기 변조 처프신호를 푸리에 변환하여 상기 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
8. The method of claim 7,
Calculating the modulated chirped signal spectrum comprises:
The method of improving the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal measured by the photoacoustic meter comprising the step of the processing device Fourier transforming the modulated chirped signal to calculate the modulated chirped signal spectrum.
상기 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계는,
상기 처리장치가 상기 변조 처프신호에서 상기 변조 처프신호의 DC 성분을 제거하여 DC 성분이 제거된 변조 처프신호 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법.
8. The method of claim 7,
Calculating the modulated chirped signal spectrum comprises:
The processing device removes the DC component of the modulated chir signal from the modulated chir signal to calculate a modulated chirped signal spectrum from which the DC component is removed. how to do it.
상기 광원을 통해 방출되는 변조 처프신호의 주파수 범위는,
상기 광음향 측정기의 전달함수와, 상기 광음향 측정기의 모양 및 상기 광 흡수체의 모양에 따라 결정되는 공간적 광음향 스펙트럼을 곱한 값의 절대값이 최대가 되는 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 측정기로 측정되는 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법. 8. The method of claim 7,
The frequency range of the modulated chirp signal emitted through the light source is,
A photoacoustic meter comprising a frequency at which an absolute value of a value obtained by multiplying a transfer function of the photoacoustic meter and a spatial photoacoustic spectrum determined according to the shape of the photoacoustic meter and the shape of the light absorber is maximized A method for improving the signal-to-noise ratio of an optoacoustic signal measured by
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