KR102561905B1 - Monitoring system and monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural heritages using VNIR hyperspectral images - Google Patents

Monitoring system and monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural heritages using VNIR hyperspectral images Download PDF

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KR102561905B1 KR1020220151325A KR20220151325A KR102561905B1 KR 102561905 B1 KR102561905 B1 KR 102561905B1 KR 1020220151325 A KR1020220151325 A KR 1020220151325A KR 20220151325 A KR20220151325 A KR 20220151325A KR 102561905 B1 KR102561905 B1 KR 102561905B1
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조하진
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Abstract

본 발명은 가시-근적외선 초분광 영상을 이용한 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대해 모니터링하는 시스템으로서, 표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 획득한 보존 처리 전 및 후의 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 영상 전처리부; 및 상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 영상 분석부;를 포함하고, 상기 영상 분석부에서 분광반사율 변화량을 분석하는 방법은, 상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a monitoring system and method for monitoring the treatment of surface contaminants of stone cultural heritage using visible-near-infrared hyperspectral imaging, and more specifically, to the treatment of surface contaminants of stone cultural heritage using visible-near-infrared hyperspectral imaging. A monitoring system comprising: an image acquisition unit for obtaining visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties before and after surface contaminant treatment; an image pre-processing unit which converts the acquired image signals before and after the preservation process into spectral reflectance and performs geometric correction on the image; and an image analyzer for analyzing a change in spectral reflectance from the acquired image; wherein the method for analyzing the change in spectral reflectance in the image analyzer selects a specific wavelength from the acquired image, and Calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image; And calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area; will be.

Description

가시-근적외선 초분광 영상을 이용한 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 모니터링 방법{Monitoring system and monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural heritages using VNIR hyperspectral images}Monitoring system and monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural heritages using VNIR hyperspectral images}

본 발명은 가시-근적외선 초분광 영상을 이용한 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a monitoring system and monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural properties using visible-near-infrared hyperspectral imaging.

가시-근적외선(이하 VNIR) 초분광 시스템은 분석을 위한 전처리나 측정대상에 대한 접촉없이 공간정보와 분광정보를 동시에 취득할 수 있는 비접촉·비파괴 기술이다. 문화유산의 특성상 손상은 비가역적이므로 비접촉·비파괴 분석기기의 필요성은 지속적으로 증가하는 추세이다. 특히 보존처리 과정에서 세척 단계는 표면상태가 변화하는 시점이지만 물성이 약해져 있는 상태이므로 비접촉·비파괴 분석법이 필요한 실정이다. The visible-near-infrared (VNIR) hyperspectral system is a non-contact and non-destructive technology that can simultaneously acquire spatial and spectral information without preprocessing for analysis or contact with the measurement target. Due to the nature of cultural heritage, damage is irreversible, so the need for non-contact and non-destructive analysis devices is continuously increasing. In particular, in the preservation treatment process, the washing step is the point at which the surface state changes, but the physical properties are weakened, so a non-contact and non-destructive analysis method is required.

종래의 보존처리에서 기인하는 표면 변화를 분석하기 위해 XRD, XRF, SEM, 분광측색계, 분광광도계 등이 활용되었으나 이와 같은 방법들은 분석을 위해 전처리가 필요하거나, 측정 대상에 접촉이 필요하다는 단점이 있다. 반면 가시-근적외선(VNIR) 초분광 시스템은 전처리 없이 보존처리의 전·후 등 색상변화를 수반하는 상황이나 근적외선을 반사하는 피복 생물에 대한 비파괴 분석이 가능하다.XRD, XRF, SEM, spectrophotometer, spectrophotometer, etc. have been used to analyze surface changes caused by conventional preservation treatment, but these methods have the disadvantage of requiring pretreatment for analysis or contact with the measurement target. there is. On the other hand, the visible-near-infrared (VNIR) hyperspectral system enables non-destructive analysis of situations involving color changes, such as before and after conservation treatment, or coated organisms that reflect near-infrared rays, without pretreatment.

문화재를 대상으로 초분광 영상을 활용하는 연구는 국외에서 활발하게 이루어지고 있다. 특히 1990년대 후반에서 2000년대 초반부터 초분광 영상 분석을 활용하여 문화재의 비파괴 분석이 제안되었고, 회화문화재와 벽화 등 채색문화재의 조사, 고문서의 디지타이징과 글자 복원, 소실된 문양의 복원이나 가상복원 등의 연구가 수행된 바 있다. 하지만 종래의 초분광 영상을 활용한 연구들은 분광광도계를 활용하였거나, 영상 분광기의 장점을 충분히 활용하지 못하고 분광반사곡선을 비교한데 불과하였다. 또한 국내의 경우 초분광 영상을 활용하여 장기 모니터링 과정에서 식생지수를 통해 보존처리 전 및 후가 비교된 사례가 있지만(비특허문헌 1), 분광반사율의 정량적인 변화 면적을 산출하지 못했다는 한계점을 가진다.Research using hyperspectral imaging for cultural properties is being actively conducted overseas. In particular, from the late 1990s to the early 2000s, non-destructive analysis of cultural assets was proposed using hyperspectral image analysis, and investigations of colored cultural assets such as painting cultural assets and murals, digitizing and character restoration of ancient documents, restoration of lost patterns or virtual restoration, etc. of research has been conducted. However, conventional studies using hyperspectral imaging either utilized a spectrophotometer or did not fully utilize the advantages of an imaging spectrometer and only compared spectral reflection curves. In addition, in Korea, there is a case in which hyperspectral images were used to compare before and after conservation treatment through vegetation index in the long-term monitoring process (Non-Patent Document 1), but the limitations of not being able to calculate the quantitative change area of spectral reflectance have

이에 본 발명자들은, 가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대해 모니터링하는 시스템 및 방법으로서, 표면 오염물 제거처리 전 및 후의 초분광 영상을 통해 분광반사율의 정량적인 변화 양상을 가시화할 수 있는 시스템 및 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention, as a system and method for monitoring surface contaminant treatment of stone cultural properties using visible-near-infrared hyperspectral images, visualize the quantitative change in spectral reflectance through hyperspectral images before and after surface contaminant removal treatment. We developed a system and method that can do this and completed the present invention.

Journal of Conservation Science 2021;37(6):659-669Journal of Conservation Science 2021;37(6):659-669

일 측면에서의 목적은The purpose of one aspect is

석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.It is to provide a monitoring system and monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural properties.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above purpose,

일 측면에서는,On one side,

가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대해 모니터링하는 시스템으로서,A system for monitoring surface contaminant treatment of stone cultural properties using visible-near-infrared hyperspectral imaging,

표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 영상 획득부;An image acquisition unit for acquiring visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural property before and after surface contaminant treatment;

상기 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 영상 전처리부; 및an image pre-processing unit which converts the acquired image signals before and after the surface contaminant treatment into spectral reflectance and performs geometric correction on the image; and

상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 영상 분석부;를 포함하고,An image analyzer for analyzing the amount of change in spectral reflectance from the acquired image;

상기 영상 분석부에서 분광반사율 변화량을 분석하는 방법은,The method for analyzing the spectral reflectance change in the image analyzer is,

상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength; and

상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템이 제공된다.A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets is provided, comprising: calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area.

상기 표면 오염물은 바람직하게는 흑색 무기 오염물이고, 상기 특정 파장은 800nm 내지 850nm이다.The surface contaminant is preferably a black inorganic contaminant, and the specific wavelength is 800 nm to 850 nm.

이때 상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계는, 상기 산출된 분광반사율 변화량 중 양의 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계일 수 있다.At this time, in the step of calculating the standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area, the standard deviation value for the positive change amount among the calculated spectral reflectance change amount is calculated, It may be a step of performing monochromation based on this and calculating the spectral reflectance change area.

상기 표면 오염물 처리는 레이저 세척을 포함할 수 있다.The surface contaminant treatment may include laser cleaning.

상기 문화재 모니터링 시스템은The cultural heritage monitoring system

상기 영상분석부의 상기 분광반사율 변화량에 대한 정량분석 결과로부터 분광반사율의 변화 부위, 변화 면적 및 변화량 중 하나 이상을 출력하는 영상 출력부;를 더 포함할 수 있다.It may further include an image output unit that outputs at least one of a change portion, a change area, and a change amount of the spectral reflectance from the quantitative analysis result of the change amount of the spectral reflectance of the image analyzer.

또한, 상기 문화재 모니터링 시스템은In addition, the cultural heritage monitoring system

상기 분광반사율 변화량에 대한 정량분석 결과로부터 표면 오염물의 제거 부위, 제거 면적 및 제거량 중 하나 이상을 산출할 수 있다.At least one of a removal site, a removal area, and a removal amount of surface contaminants may be calculated from the result of quantitative analysis of the change in spectral reflectance.

또한, 상기 문화재 모니터링 시스템은In addition, the cultural heritage monitoring system

상기 영상 획득부는 표면 오염물 처리 후의 서로 상이한 시점의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하고,The image acquisition unit obtains visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties at different points of time after surface contaminant treatment,

상기 영상 분석부는 상기 획득한 서로 상이한 시점의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하여,The image analysis unit analyzes the amount of change in spectral reflectance from the obtained visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties at different points in time,

석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 표면 손상도를 모니터링할 수 있다.It is possible to monitor the degree of surface damage caused by surface contaminant treatment of stone cultural properties.

또한, 상기 문화재 모니터링 시스템은In addition, the cultural heritage monitoring system

상기 영상 획득부가 특정 오염물 제거 방법의 서로 다른 조건으로 표면 오염물을 처리하기 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하고,The image acquisition unit obtains visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties before and after treating surface contaminants under different conditions of a specific contaminant removal method,

상기 영상 분석부가 상기 획득한 서로 다른 조건으로 표면 오염물을 처리하기 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하여,The image analyzer analyzes the spectral reflectance change from the visible-near-infrared hyperspectral image of the stone cultural property before and after treating the surface contaminants under different conditions obtained above,

상기 특정 오염물 제거 방법의 임계 조건을 산출할 수 있다.Critical conditions of the specific contaminant removal method can be calculated.

다른 일 측면에서는on the other side

석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템에 의해 수행되는 모니터링 방법으로서,As a monitoring method performed by a monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural properties,

영상 획득부에 의해 표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 단계; 및Obtaining visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural property before and after surface contaminant treatment by an image acquisition unit; and

영상 전처리부에 의해 상기 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 단계;converting the acquired image signals before and after the surface contaminant treatment into spectral reflectance by an image pre-processing unit and performing geometric correction on the image;

영상 분석부에 의해 수행되는 상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 단계;를 포함하고,Analyzing the amount of change in spectral reflectance from the acquired image performed by an image analyzer; Including,

상기 분광반사율 변화량을 분석하는 단계는,In the step of analyzing the spectral reflectance change,

상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength; and

상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 방법이 제공된다.A monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural assets is provided, including calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area.

본 발명의 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 방법은 비접촉 및 비파괴 방법으로 석조 문화재에 발생한 표면 오염물 제거 처리에 대한 정량 분석이 가능한 장점을 갖는다.The monitoring system and method for surface contaminant treatment of stone cultural heritage of the present invention has the advantage of being able to quantitatively analyze the surface contaminant removal treatment generated in stone cultural heritage in a non-contact and non-destructive method.

본 발명의 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 방법은 표면 오염물을 제거하기 위한 다양한 처리 방법에서 처리 조건에 대한 임계값을 설정할 수 있어, 표면 오염물을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.The monitoring system and method for treating surface contaminants of stone cultural properties of the present invention can set threshold values for treatment conditions in various treatment methods for removing surface contaminants, thereby providing a method for removing surface contaminants more effectively. can

본 발명의 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템 및 방법은 오염물 제거량을 산출할 수 있고, 일정 주기로 모니터링을 수행하여 변화에 대한 지속적인 관찰이 가능하여 상기 오염물 제거에 따라 향후 발생할 수 있는 손상도를 모니터링할 수 있는 장점을 갖는다.The monitoring system and method for treating surface contaminants of stone cultural properties of the present invention can calculate the amount of contaminants removed, and can continuously observe changes by performing monitoring at regular intervals to determine the degree of damage that may occur in the future according to the removal of the contaminants. It has the advantage of being able to monitor.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 일 실시예에 따른 석조문화재인 국보 원주 법천사지 지광국사탑(좌) 및 VNIR 초분광 시스템(우)을 나타낸 사진이다.
도 2는 일 실시예에 따라 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 초분광 영상을 기하보정한 결과 사진이다.
도 3은 일 실시예에 따라 레이저 세척 시 레이저 출력비에 따른 흑색 오염물 제거 효과를 나타낸 도면으로서, (A)레이저 세척 전후의 VNIR 초분광 영상, (B) 광학 현미경을 이용한 표면 영상 및 (C) 레이저 출력비에 따른 분광 반사율 곡선을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따라 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 초분광 영상을 통해 레이저 세척 전 및 후 분광반사율에 대한 화소 개수에 대한 히스토그램이다.
도 5는 일 실시예에 따라 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 초분광 영상 중 823nm 파장에 대한 영상(좌) 및 영상차 분석 결과(우)이고,
도 6은 일 실시예에 따라 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 초분광 영상 의 단색화 처리 영상(좌) 및 변화량 분석 결과(우)이다.
1 is a photograph showing a national treasure, Wonju Beopcheonsa Temple Jigwangguksa Tower (left) and a VNIR hyperspectral system (right), which are stone cultural assets according to an embodiment.
2 is a photograph of a result of geometric correction of hyperspectral images obtained before and after surface contaminant treatment, according to an embodiment.
Figure 3 is a diagram showing the black contaminant removal effect according to the laser power ratio during laser cleaning according to an embodiment, (A) VNIR hyperspectral image before and after laser cleaning, (B) surface image using an optical microscope and (C) laser The spectral reflectance curve according to the power ratio is shown.
4 is a histogram of the number of pixels for spectral reflectance before and after laser cleaning through hyperspectral images before and after surface contaminant treatment obtained according to an embodiment.
5 is an image (left) and a result of image difference analysis (right) for a wavelength of 823 nm among hyperspectral images before and after surface contaminant treatment obtained according to an embodiment,
6 is a monochromatic image (left) and a variation analysis result (right) of hyperspectral images before and after surface contaminant treatment obtained according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시 예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the following examples are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In addition, "include" a component throughout the specification means that other components may be further included, rather than excluding other components unless otherwise stated.

일 측면에서는on one side

가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대해 모니터링하는 시스템으로서,A system for monitoring surface contaminant treatment of stone cultural properties using visible-near-infrared hyperspectral imaging,

표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 영상 획득부;An image acquisition unit for acquiring visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural property before and after surface contaminant treatment;

상기 획득한 보존 처리 전 및 후의 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 영상 전처리부; 및an image pre-processing unit which converts the acquired image signals before and after the preservation process into spectral reflectance and performs geometric correction on the image; and

상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 영상 분석부;를 포함하고,An image analyzer for analyzing the amount of change in spectral reflectance from the acquired image;

상기 영상 분석부에서 분광반사율 변화량을 분석하는 방법은,The method for analyzing the spectral reflectance change in the image analyzer is,

상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength; and

상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템이 제공된다.A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets is provided, comprising: calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area.

이하, 일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템을 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a monitoring system for treating surface contaminants of stone cultural properties according to an embodiment will be described in detail for each component.

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대해 모니터링하는 시스템이다.A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural heritage according to an embodiment is a system for monitoring surface contaminant treatment of stone cultural heritage using visible-near-infrared hyperspectral imaging.

이때, 상기 표면 오염물 처리는 석조문화재의 표면에 발생되는 오염물로서, 유기 오염물 또는 무기 오염물일 수 있다.In this case, the surface contaminant treatment is a contaminant generated on the surface of the stone cultural property, and may be an organic contaminant or an inorganic contaminant.

상기 표면 오염물 처리는 상기 표면 오염물을 제거하는 처리하는 다양한 처리 방법이 사용될 수 있다. 상기 표면 오염물 처리는 레이저 세척일 수 있다.As the surface contaminant treatment, various treatment methods for removing the surface contaminant may be used. The surface contaminant treatment may be laser cleaning.

가시-근적외선 초분광 영상은 분광정보 및 공간 정보가 융합된 데이터를 포함하고 있으며, 이에, 상기 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 분광반사율 변화값을 얻을 수 있고, 이를 통해 표면 오염물 제거량을 정량적으로 확인할 수 있다.The visible-near-infrared hyperspectral image contains data in which spectral information and spatial information are fused, and thus, the spectral reflectance change value according to the treatment of surface contaminants of stone cultural properties can be obtained using the hyperspectral image, and through this, the surface The amount of contaminants removed can be quantitatively confirmed.

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함한다.A monitoring system for treating surface contaminants of stone cultural properties according to an embodiment includes an image acquisition unit that acquires visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural properties before and after surface contaminant treatment.

상기 영상 획득부는 초분광 시스템의 이미징 시스템으로부터 초분광 영상을 획득할 수 있다.The image acquisition unit may acquire a hyperspectral image from an imaging system of a hyperspectral system.

상기 초분광 이미징 시스템은 광원, 이미지 센서 및 분광기를 포함할 수 있다.The hyperspectral imaging system may include a light source, an image sensor, and a spectrometer.

상기 영상 획득부에서 획득한 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 분광정보 변화값을 얻기 위해서는 상기 초분광 촬영은 외부 광원을 차단한 실내에서 수행하는 것이 바람직하다. 이에 상기 광원은 태양광과 유사한 파장대역을 갖는 할로겐 램프 등의 별도의 조명이 사용될 수 있다.In order to obtain the spectral information change value according to the surface contaminant treatment of the stone cultural property using the hyperspectral image acquired by the image acquisition unit, the hyperspectral imaging is preferably performed indoors where external light sources are blocked. Accordingly, as the light source, separate lighting such as a halogen lamp having a wavelength band similar to that of sunlight may be used.

상기 이미지 센서는 초분광 영상을 얻기 위한 것으로 400nm 내지 1000nm의 가시광선 및 근적외선 영역대를 촬영할 수 있는 초분광 카메라 및 상기 카메라를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 센서는 회전(rotating) 방식의 가시광-근적외선 영역대(400nm-1000nm)의 초분광 카메라(VNIR Spectral Camera PS V10E, SPECIM, Finland)와 카메라를 제어하는 컴퓨터로 구성될 수 있다. The image sensor may include a hyperspectral camera for obtaining a hyperspectral image and capable of capturing a visible ray and a near infrared ray of 400 nm to 1000 nm and a control unit controlling the camera. For example, the sensor may include a rotating visible-near-infrared range (400 nm-1000 nm) hyperspectral camera (VNIR Spectral Camera PS V10E, SPECIM, Finland) and a computer controlling the camera.

이때 상기 카메라는 회전가능하여 표면 오염물이 발생한 석조문화재의 하나 이상의 면에 대한 영상을 촬영할 수 있다 이에, 일례로 상기 영상 획득부는 상측기단갑석의 동면(East), 서면(West), 남면(South) 및 북면(North)에 형성된 흑색 오염물의 레이저 세척에 따른 분광정보 변화값을 얻기위해, 상기 4면에 대해 각각 레이저 세척 전 및 후 영상을 취득하여 총 8개의 영상을 획득할 수 있다.At this time, the camera is rotatable so that it can take images of one or more sides of the stone cultural property where surface contaminants occur. For example, the image acquisition unit measures the east, west, and south surfaces of the upper stylobate stone. And in order to obtain the spectral information change value according to the laser cleaning of the black contaminants formed on the North side, a total of 8 images may be acquired by acquiring images before and after laser cleaning, respectively, for the four surfaces.

상기 분광기는 격자소자(grating)를 이용하거나 프리즘(Prism)을 이용하거나 또는 프리즘 및 격자가 결합된 Prism-Grating-Prism(PGP) 분광기를 사용할 수 있다.The spectrometer may use a grating, a prism, or a Prism-Grating-Prism (PGP) spectrometer in which a prism and a grating are combined.

상기 영상 획득부는 상기 분광기를 통해 상기 400nm 내지 1000nm의 파장 대역에서 특정 파장에 대한 영상을 획득할 수 있다.The image acquisition unit may obtain an image of a specific wavelength in the wavelength band of 400 nm to 1000 nm through the spectrometer.

일례로, 상기 영상 획득부는 400nm 내지 1000nm의 파장 대역에서 258개 파장에 대한 영상을 획득할 수 있다.For example, the image acquisition unit may acquire images for 258 wavelengths in a wavelength band of 400 nm to 1000 nm.

한편, 상기 영상 획득부는 이후 영상 전처리부에서의 분광반사율 변환을 위해 상기 초분광 영상을 획득하는 동일한 조건으로 99%이상의 반사특성을 갖는 백색판(White Reference)에 대한 영상 및 초분광센서의 셔터를 닫고 취득한 암전류(Dark current)에 대한 영상을 함께 획득한다.On the other hand, the image acquisition unit then converts the spectral reflectance in the image pre-processing unit, under the same condition of acquiring the hyperspectral image, to obtain an image for a white reference having a reflection characteristic of 99% or more and a shutter of the hyperspectral sensor. Close and acquire an image of the acquired dark current together.

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 상기 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 영상 전처리부를 포함한다.A monitoring system for treatment of surface contaminants of stone cultural assets according to an embodiment includes an image pre-processing unit that converts the obtained image signals before and after the treatment of surface contaminants into spectral reflectance and performs geometric correction on the images.

상기 영상 전처리부는 상기 영상 획득부에서 획득한 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 초분광 시스템을 통해 획득한 영상 내 발생하는 왜곡을 보정하기 위한 구성이다.The image pre-processing unit converts the image signal acquired by the image acquisition unit into spectral reflectance and corrects distortion occurring in the image acquired through the hyperspectral system.

이때 상기 반사율 변환 및 기하 보정은 이하의 방법으로 수행될 수 있다.At this time, the reflectance conversion and geometric correction may be performed in the following manner.

분광반사율 변환Spectral reflectance conversion

초분광 영상을 포함하는 광학영상의 복사량에 대한 보정은 영상의 안정된 품질을 보증 또는 유지하거나 다양한 시기 및 센서에서 획득된 자료로부터 정량적인 신호 특성을 추출하기 위해 필요한 과정이다. 이렇게 획득된 신호는 분석대상 표면의 분광반사율로 변환이 필요하다.Correction of radiation dose of optical images, including hyperspectral images, is a necessary process to ensure or maintain stable image quality or to extract quantitative signal characteristics from data acquired at various times and sensors. The signal obtained in this way needs to be converted into the spectral reflectance of the surface to be analyzed.

분광반사율은 표면에서 반사된 복사속과 센서에 입사되는 복사속의 비율로 정의된다. 분광반사율 변환을 위해 취득한 백색판 영상의 분광반사율을 기준으로 환산하여 영상 신호를 분광반사율로 변환할 수 있다.Spectral reflectance is defined as the ratio of the radiant flux reflected from the surface to the radiant flux incident on the sensor. For the spectral reflectance conversion, the image signal may be converted into the spectral reflectance by converting the spectral reflectance of the acquired white plate image as a standard.

기하보정geometric correction

초분광 시스템은 카메라의 위치나 분석대상물의 위치에 따라 기하학적 왜곡이 발생하게 되며, 이를 보정하지 않을 경우 오염물 제거처리 전 및후 비교에 필요한 공간정보를 활용할 수 없게 된다. In the hyperspectral system, geometric distortion occurs depending on the position of the camera or the object to be analyzed, and if this is not corrected, spatial information required for comparison before and after the contaminant removal process cannot be utilized.

이에 이러한 기하왜곡을 최소화하기 위한 기하보정이 수행된다.Accordingly, geometric correction is performed to minimize such geometric distortion.

이때 상기 기하보정은 영상교정(image rectification), 영상등록(image registration)으로도 언급될 수 있다. 이러한 기하보정은 동일한 지역의 비슷한 기하를 가진 두 영상에서 동일한 물체들이 서로 같은 위치에 나타나도록 두 영상을 변환 및 회전시키는 처리과정인 영상 대 영상 등록(image to image registration) 기법을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 기법은 특히 지도좌표가 부재하는 지상용 VNIR 초분광 영상간 보정이 가능하고, 참조영상에서 좌표를 취득하므로 두장 이상의 영상을 서로 중첩하거나 변화를 분석하기에 용이한 장점을 갖는다.At this time, the geometric correction may also be referred to as image rectification and image registration. This geometric correction can be performed using an image to image registration technique, which is a process of transforming and rotating two images of the same area and having similar geometry so that the same objects appear in the same position. there is. In particular, the above technique has advantages in that it is possible to correct between terrestrial VNIR hyperspectral images where map coordinates are absent, and since coordinates are obtained from a reference image, it is easy to superimpose two or more images or analyze changes.

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 영상 분석부를 포함한다.A monitoring system for treatment of surface contaminants of stone cultural properties according to an embodiment includes an image analyzer that analyzes a change in spectral reflectance from the acquired image.

이때 상기 영상 분석부에서 분광반사율 변화량을 분석하는 방법은,At this time, the method of analyzing the spectral reflectance change in the image analyzer is,

상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계를 포함한다.and selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength.

상기 단계에서 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화를 산출하기 위해 원격탐사 분야에서 활용하는 변화탐지 기법 중 영상차(ID; Image Difference)를 활용한 변화탐지 기법이 적용될 수 있다. 상기 변화탐지 기법은 다른 시기의 두 데이터를 이용하여 분석대상의 상태나 변화의 차이를 정량적으로 분석할 수 있고, 다중시기 영상에 연산을 수행하거나 속성에 대한 변화 정보를 얻을 수 있다.In the above step, among change detection techniques used in the remote sensing field, a change detection technique using Image Difference (ID) may be applied to calculate the change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment. The change detection technique can quantitatively analyze the difference in the state or change of an analysis target using two data at different times, and can perform calculations on multi-temporal images or obtain change information on attributes.

상기 영상차를 활용한 변화탐지 기법은 두 밴드가 모두 동일한 분광해상도를 가지고 있다고 가정했을 때, 제1 시기 영상 밴드에서 제2 시기 영상 밴드를 빼는 것을 의미한다. 두 영상이 거의 동일한 방사특성을 가진다면 이상적으로 영상차 결과는 복사량이 변화된 화소에서 양수 혹은 음수를 가지게 되며, 변화가 없는 지역에서는 0의 값을 갖게된다. 이 방법은 변화에 초점을 맞출 수 있고, 영상 내 복합적인 오류를 피할 수 있어 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 보다 명확히 확인할 수 있다.The change detection technique using the image difference means subtracting the second period image band from the first period image band when it is assumed that both bands have the same spectral resolution. If the two images have almost identical radiation characteristics, ideally, the image difference result has a positive or negative number in a pixel where the radiation amount is changed, and has a value of 0 in an area where there is no change. This method can focus on the change and can avoid complex errors in the image, so that the change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment can be more clearly identified.

한편, 상기 단계는 영상 내에서 영상차 기법을 수행할 특정 파장을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 특정 파장은 표면 오염물 처리에 따른 분광반사율 변화가 가장 큰 파장일 수 있다. Meanwhile, the above step may include selecting a specific wavelength to perform a video difference technique in an image. In this case, the specific wavelength may be a wavelength having the largest change in spectral reflectance due to surface contaminant treatment.

일례로, 레이저 세척 전 및 후의 비교를 위한 최적 파장은 세척 전 분광반사율 대비 세척 후 분광반사율 비율을 활용하여 선정될 수 있고, 이는 오염물에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 흑색 오염물의 경우 최적 파장은 800nm 내지 800nm 내지 850nm, 보다 바람직하게는 823nm일 수 있다.For example, an optimal wavelength for comparison before and after laser cleaning may be selected using a ratio of spectral reflectance after cleaning to spectral reflectance before cleaning, which may vary depending on contaminants. For example, in the case of black contaminants, the optimum wavelength may be 800 nm to 800 nm to 850 nm, more preferably 823 nm.

이후, 상기 단계는 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계를 포함한다.Thereafter, the step includes calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength.

이때 표면 오염물 제거 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량은 다음의 식을 통 산출될 수 있다.At this time, the change in spectral reflectance before and after the surface contaminant removal treatment can be calculated through the following equation.

△BVijk(i: 화소의 행번호, j: 화소의 열 번호, k: 밴드): 행 j열의 화소에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량ΔBV ijk (i: row number of pixel, j: column number of pixel, k: band): change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in the pixel in row j column

BVijk(before): i행 j열의 화소에서의 표면 오염물 처리 전의 분광반사율BV ijk (before): Spectral reflectance before surface contaminant treatment at the pixel in row i and column j

BVijk(after): i행 j열의 화소에서의 표면 오염물 처리 후의 분광반사율BV ijk (after): Spectral reflectance after surface contaminant treatment at the pixel in row i and column j

VNIR 초분광 영상은 분광정보와 공간정보가 융합된 데이터를 취득할 수 있으며, 이를 활용하여 표면 오염물이 제거된 부위와 해당 화소의 분광반사율 변화를 함께 분석할 수 있다. VNIR hyperspectral imaging can acquire data that combines spectral and spatial information, and by using this, it is possible to analyze the area where surface contaminants are removed and the spectral reflectance change of the corresponding pixel together.

영상차 수행 전 표면 오염물 처리 전 및 후 변화 영상은 각각의 화소가 분광반사율의 변화량을 가지고 있으며, 823nm의 한 개의 파장으로 이루어져 있기 때문에 회색조(Grayscale)로 표현되었을 뿐 아니라 주변 색상과의 조화를 위해 오염물이 완전히 제거된 상태가 아니므로 밝기 변화가 제한적이어서 육안으로 비교가 상대적으로 어려운 반면 영상차를 통해 획득한 영상은 이와 같은 문제를 개선하여 변화가 나타나는 부분에 대한 밝기 변화를 향상시켜 상대적으로 육안으로 관찰하기 보다 용이한 장점을 갖는다.The change image before and after surface contaminant treatment before performing image difference is expressed in grayscale because each pixel has a change in spectral reflectance and consists of one wavelength of 823 nm, as well as to harmonize with the surrounding colors. Since the contaminants are not completely removed, the brightness change is limited, so it is relatively difficult to compare with the naked eye. has the advantage of being easier to observe.

하지만, 이러한 영상차 결과 또한 화소의 변화에 대한 경향은 알 수 있으나 각 화소의 변화량에 대한 기준이 모호하기 때문에 정량적인 비교가 어렵다.However, as a result of this image difference, the trend of pixel change can be known, but quantitative comparison is difficult because the standard for the amount of change of each pixel is ambiguous.

이에, 상기 영상 분석부에서 분광반사율 변화량을 분석하는 방법은, 상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계를 포함한다.Accordingly, the method of analyzing the spectral reflectance change in the image analyzer includes calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change, performing monochromation based on the standard deviation value, and calculating a spectral reflectance change area.

상기 단계는, 상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하여 2차원 이미지로 모델링을 수행함으로써, 표면 오염물 처리에 따른 분광반사 변화를 보다 명확히 확인할 수 있다.In this step, by calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount and performing modeling as a two-dimensional image by performing monochrome based on this, it is possible to more clearly confirm the spectral reflectance change due to the surface contaminant treatment.

또한, 단색화 구간을 적용하고 이로부터 변화 면적을 산출함으로써, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 분광반사율 변화량을 분석할 수 있다.In addition, by applying the monochromatic section and calculating the area of change therefrom, it is possible to analyze the change in spectral reflectance according to the surface contaminant treatment of the stone cultural property.

이때, 상기 산출된 분광반사율 변화량 중 오차 범위에 포함될 가능성이 있는 화소들을 제외한 화소에 대해 표준편차를 산출하는 것이 보다 바람직할 수 있다.At this time, it may be more preferable to calculate a standard deviation for pixels excluding pixels that may be included in the error range among the calculated spectral reflectance change amounts.

일례로, 흑색 오염물의 경우, 세척 후 분광반사율이 증가하게 되므로, 산출된 분광반사율 변화량 중 음의 값을 제외한 또는 양의 값을 사용하여 표준편차를 산출하는 것이 보다 바람직할 수 있다.For example, in the case of black contaminants, since the spectral reflectance increases after washing, it may be more preferable to calculate the standard deviation by excluding negative values or using positive values among the calculated spectral reflectance changes.

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 상기 영상분석부의 상기 분광반사율 변화량에 대한 정량분석 결과로부터 분광반사율의 변화 부위, 변화 면적 및 변화량 중 하나 이상을 출력하는 영상 출력부를 더 포함할 수 있다.The monitoring system for the treatment of surface contaminants of stone cultural properties according to an embodiment further includes an image output unit for outputting at least one of a change part, a change area, and a change amount of the spectral reflectance from the quantitative analysis result of the change amount of the spectral reflectance of the image analysis unit. can include

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 상기 분광반사율 변화량에 대한 정량분석 결과로부터 표면 오염물의 제거 부위, 제거 면적 및 제거량 중 하나 이상을 산출할 수 있고, 상기 영상 출력부를 통해 상기 분석 결과를 출력할 수 있다.The monitoring system for treatment of surface contaminants of stone cultural properties according to an embodiment may calculate at least one of a removal site, a removal area, and a removal amount of surface contaminants from a quantitative analysis result of the spectral reflectance change, and through the video output unit. The analysis result can be output.

또한, 일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 표면 손상도를 모니터링할 수 있다.In addition, the monitoring system for the surface contaminant treatment of stone cultural heritage according to an embodiment may monitor the degree of surface damage caused by the surface contaminant treatment of stone cultural heritage.

보다 구체적으로 상기 영상 획득부는 표면 오염물 처리 후의 서로 상이한 시점의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하고,More specifically, the image acquisition unit acquires visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties at different points of time after surface contaminant treatment,

상기 영상 전처리부는 상기 영상 획득부에서 획득한 서로 상이한 시점의 영상에 대한 반사율변환 및 기하보정을 수행하고,The image pre-processing unit performs reflectance conversion and geometric correction on the images of different viewpoints acquired by the image acquisition unit,

상기 영상 분석부는 상기 영상 획득부에서 획득한 서로 상이한 시점의 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석함으로써, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 표면 손상도를 모니터링할 수 있다.The image analysis unit may monitor the degree of surface damage caused by the surface contaminant treatment of the stone cultural property by analyzing the amount of change in spectral reflectance from the images of different viewpoints acquired by the image acquisition unit.

또한, 일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 특정 오염물 제거 방법의 임계 조건을 산출하는데 사용될 수 있다.In addition, the monitoring system for treating surface contaminants of stone cultural properties according to an embodiment may be used to calculate critical conditions for a specific contaminant removal method.

보다 구체적으로 상기 영상 획득부가 특정 오염물 제거 방법의 서로 다른 조건으로 표면 오염물을 처리하기 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하고,More specifically, the image acquisition unit acquires visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties before and after treating surface contaminants under different conditions of a specific contaminant removal method,

상기 영상 전처리부는 상기 영상 획득부에서 획득한 서로 다른 조건으로 표면 오염물을 처리하기 전 및 후의 영상에 대한 반사율변환 및 기하보정을 수행하고,The image pre-processing unit performs reflectance conversion and geometric correction on images before and after processing surface contaminants under different conditions acquired by the image acquisition unit,

상기 영상 분석부가 분광반사율 변화량을 분석함으로써, 상기 특정 오염물 제거 방법의 임계 조건을 산출할 수 있다.By analyzing the spectral reflectance change amount of the image analyzer, it is possible to calculate a critical condition of the specific contaminant removal method.

일 실시 예에 따른 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은 상기 방법으로 가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 모니터링함으로써, 비접촉 및 비파괴 방법으로 석조 문화재에 발생한 표면 오염물 제거 처리에 대한 정량 분석할 수 있다.The monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural heritage according to an embodiment monitors the amount of spectral reflectance change before and after surface contaminant treatment of stone cultural heritage using visible-near-infrared hyperspectral images in the above method, so that stone can be treated in a non-contact and non-destructive manner. It is possible to quantitatively analyze the removal treatment of surface contaminants generated in cultural properties.

또한, 일정 주기로 모니터링을 수행하여 변화에 대한 지속적인 관찰이 가능하여 상기 오염물 제거에 따라 향후 발생할 수 있는 손상도를 모니터링할 수 있다.In addition, it is possible to continuously observe the change by performing monitoring at a regular period, so that the degree of damage that may occur in the future according to the removal of the contaminants can be monitored.

다른 일 측면에서는on the other side

상기 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템에 의해 수행되는 모니터링 방법으로서,As a monitoring method performed by the monitoring system for the treatment of surface contaminants of the stone cultural heritage,

영상 획득부에 의해 표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 단계; 및Obtaining visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural property before and after surface contaminant treatment by an image acquisition unit; and

영상 전처리부에 의해 상기 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 단계;converting the acquired image signals before and after the surface contaminant treatment into spectral reflectance by an image pre-processor, and performing geometric correction on the image;

영상 분석부에 의해 수행되는 상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 정량분석하는 단계;를 포함하고,Including; quantitatively analyzing the amount of change in spectral reflectance from the acquired image performed by an image analyzer;

상기 분광반사율 변화량을 정량분석하는 단계는,The step of quantitatively analyzing the spectral reflectance change,

상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength; and

상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 방법이 제공된다.A monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural assets is provided, including calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area.

이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples.

단, 하기 실시 예 및 실험 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are only to illustrate the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

<실시 예 1><Example 1>

이하의 방법으로, 가시-근적외선 초분광 영상을 이용한 흑색 오염물 제거 처리에 따른 석조문화재 모니터링을 수행하였다.In the following method, monitoring of stone cultural assets was performed according to black contaminant removal treatment using visible-near-infrared hyperspectral imaging.

(연구대상)(Research target)

가시-근적외선 초분광 영상을 이용한 흑색 오염물 제거 처리에 따른 석조문화재 모니터링을 위해 석조문화재로서 실내 환경에서 보존처리가 수행중인 국보 원주 법천사지 지광국사탑의 상측기단석을 분석대상으로 선정하였다(도 1 좌측 사진 참조).In order to monitor stone cultural properties according to the removal of black contaminants using visible-near-infrared hyperspectral imaging, the upper stylobate of the national treasure Wonju Beopcheonsaji Jigwangguksa Pagoda, which is being preserved in an indoor environment as a stone cultural property, was selected as the analysis target (Fig. 1 left see photo).

상층기단석은 담회색의 세립질 화강암이며, 단일부재로 제작되었고 모든 면에서 흑색오염물이 관찰되는 특징이 나타난다. 이 흑색오염물들은 매우 얇고 변색도가 높으나 암석의 상태는 양호한 특징을 보인다. 또한 상면과 바닥면을 제외한 4개 면의 하단에서 집중되는 모습을 보이고 있어 각 면에 대한 세정 전후 비교가 용이하였다. 따라서 흑색 오염물 제거 처리 전 및 후 비교를 위해 상층기단갑석을 대상으로 레이저 세척 전후에 대한 VNIR 초분광 영상을 취득하였다.The upper stylobate is light gray fine-grained granite, and it is made of a single member, and black contaminants are observed on all sides. These black contaminants are very thin and have a high degree of discoloration, but the condition of the rock shows good characteristics. In addition, it was easy to compare before and after cleaning for each surface because it showed concentration at the bottom of the four surfaces except for the top and bottom surfaces. Therefore, VNIR hyperspectral images were acquired before and after laser cleaning of the upper basalt stone for comparison before and after the black contaminant removal treatment.

(흑색 오염물 제거)(removal of black contaminants)

상기 상층기단갑석에 형성된 흑색오염물을 제거하기 위해 이터븀 기반 파이버 레이저(Yb Fiber Laser)를 활용한 레이저 세척을 수행하였다.Laser cleaning was performed using a ytterbium-based fiber laser (Yb Fiber Laser) in order to remove the black contaminants formed on the upper basalt stone.

이때 사용된 레이저의 최대출력은 30W이고, 레이저 전송길이는 3m, 50~200㎑ 범위의 레이저 발진주파수를 갖는다. 발진 파장의 범위는 1064±3㎚ 내외이고 레이저 발진 위치를 점검해주는 적색의 가이드 레이저 모듈이 장착되어 있다.At this time, the maximum power of the laser used is 30 W, the laser transmission length is 3 m, and the laser oscillation frequency is in the range of 50 to 200 kHz. The range of oscillation wavelength is around 1064±3nm, and a red guide laser module that checks the laser oscillation position is installed.

(VNIR 초분광 시스템)(VNIR hyperspectral system)

초분광 영상을 획득하기 위해 지상용 초분광 시스템을 이용하였다. A terrestrial hyperspectral system was used to acquire hyperspectral images.

이때 초분광 영상을 획득하기 위한 센서는 회전(rotating) 방식의 가시광-근적외선 영역대(400nm-1000nm) 초분광 카메라(VNIR Spectral Camera PS V10E, SPECIM, Finland)와 카메라를 제어하는 컴퓨터로 구성된다(도 1의 우측 사진 참조). Prism Grating Psism(PGP) 분광기를 통해 Push-broom 방식으로 영상을 취득한다. 카메라는 수평으로 180° 회전이 가능하며, 가용 파장대역에서 258개의 밴드를 획득하였다. 초분광 촬영은 실내에서, 외부광원을 최대한 차단하여 촬영을 수행하였고, 광원은 할로겐 램프를 활용하였다. 촬영거리는 380cm로 고정하여 초분광 카메라의 왜곡을 최소화하였다. VNIR 초분광 영상은 상층기단갑석의 동면(East), 서면(West), 남면(South) 및 북면(North)의 4면에 대해 각각 레이저 세척 전 및 후 영상을 취득하였으며, 총 8개의 영상을 촬영하였다.At this time, the sensor for acquiring the hyperspectral image consists of a rotating visible light-near infrared range (400nm-1000nm) hyperspectral camera (VNIR Spectral Camera PS V10E, SPECIM, Finland) and a computer controlling the camera ( See the photo on the right of Figure 1). Image is acquired by push-broom method through Prism Grating Psism (PGP) spectrometer. The camera can rotate 180° horizontally and acquired 258 bands in the available wavelength band. Hyperspectral photography was performed indoors, blocking external light sources as much as possible, and a halogen lamp was used as the light source. The shooting distance was fixed at 380 cm to minimize the distortion of the hyperspectral camera. VNIR hyperspectral images were obtained before and after laser cleaning on the 4 sides of the Upper Paleolithic: East, West, South and North, respectively, and a total of 8 images were taken. did

또한, 이후 수행할 영상 신호의 분광반사율 변환을 위해 상기 초분광 영상을 획득하는 동일한 조건으로 99%이상의 반사특성을 갖는 램버시안 반사 표면을 가진 백색판(White Reference, Labsphere, U.S.A)에 대한 영상 및 초분광센서의 셔터를 닫고 취득한 암전류(Dark current)에 대한 영상을 함께 획득하였다.In addition, an image of a white plate (White Reference, Labsphere, U.S.A) having a Lambertian reflective surface having a reflection characteristic of 99% or more under the same conditions of acquiring the hyperspectral image for the spectral reflectance conversion of the image signal to be performed later, and The shutter of the hyperspectral sensor was closed and an image of the acquired dark current was acquired together.

(영상 전처리)(Image pre-processing)

상기 획득한 영상 신호를 분광반사율로 변환하기 위해 동일한 조건에서 촬영한 백색판의 분광반사율 기준인 99.9%를 10,000으로 환산하여 영상 신호를 분광반사율로 변환하고, 영상 대 영상 등록(image to image registration) 기법을 사용하여 기하보정을 수행하였다.In order to convert the obtained image signal into spectral reflectance, convert the image signal into spectral reflectance by converting 99.9%, which is the standard for spectral reflectance of a white plate photographed under the same conditions, into 10,000, and image to image registration The geometric correction was performed using the technique.

도 2는 상기 방법으로 레이저 세척 전 및 후에 후에 대해 획득한 초분광 영상의 기하보정을 수행한 결과 이미지를 나타낸다.2 shows images obtained by performing geometric correction on hyperspectral images obtained before and after laser cleaning using the above method.

(영상 분석)(video analysis)

흑색 오염물 제거 처리 전 및 후 분광반사율 변화량 산출Calculation of spectral reflectance change before and after black contaminant removal treatment

흑색 오염물 제거 처리 전 및 후의 분광반사율 변화를 산출하기 위해서는 영상차를 활용한 변화탐지 기법을 적용하였다. To calculate the spectral reflectance change before and after the black contaminant removal treatment, a change detection technique using image difference was applied.

레이저 세척 전 및 후 비교에 영상차 기법을 활용하기 위해서는 영상 내에서 오염물의 변화에 가장 민감한 파장을 추출하여 연산을 수행하는 것이 바람직하다. 이를 위해 세척 전 분광반사율 대비 세척 후 분광 반사율의 비율을 활용하여 세척 전 및 후 비교를 위한 최적 파장이 823nm임을 확인하고 이를 영상차 기법에 활용하였다.In order to utilize the video difference technique for comparison before and after laser cleaning, it is desirable to perform calculation by extracting the wavelength most sensitive to the change of contaminants in the image. To this end, it was confirmed that the optimal wavelength for comparison before and after washing was 823 nm by using the ratio of spectral reflectance after washing to spectral reflectance before washing, and this was used for the video difference technique.

<실험예 1> 레이저 출력비에 따른 흑색 오염물 제거 효과 검토<Experimental Example 1> Examination of black contaminant removal effect according to laser power ratio

상층기단석에 발생한 흑색오염물의 세척 효과를 VNIR 초분광 영상으로 평가하기 위한 사전 평가로서, 최적의 레이저 출력비를 확인하기 위해, 동일한 흑색오염물 양상을 보이는 부재에 레이저 세척을 수행하였으며, 30W 출력조건에서 출력비는 5% 단위로 20%까지 총 4단계로 설정하여 오염물을 세척한 후 VNIR 초분광 영상내에서 분광반사곡선을 추출하고 광학 현미경으로 촬영하였다. 이때 세척은 상층기단갑석 흑색오염물의 완전한 제거에 초점을 맞추기보다 오염물 주변 색상을 고려하여 최대한 조화롭게 수행하였다.As a preliminary evaluation to evaluate the cleaning effect of black contaminants generated in the upper podium with VNIR hyperspectral images, in order to confirm the optimal laser power ratio, laser cleaning was performed on a member showing the same black contaminant pattern, and the power ratio under 30W output condition was set to 20% in 5% increments in a total of 4 steps to wash contaminants, and then extract spectral reflection curves from VNIR hyperspectral images and photograph them with an optical microscope. At this time, washing was performed as harmoniously as possible considering the color around the contaminant rather than focusing on the complete removal of the black contaminant of the upper plastid stone.

상층기단석에 발생한 흑색오염물은 세립-중립질 흑운모화강암의 표면에 발생한 생태이다. 암석의 표면에 발생하는 무기오염물은 수용성 염의 침적으로 인해 발생하는 백화현상을 제외하고 대부분 분광반사율이 낮아지거나 특정 파장에서 흡수대역이 나타난다. 특히 인간의 눈에 보이는 흑색은 실제로 대부분의 파장을 흡수하여 발생하는 현상이므로, 가시광선을 포함하는 VNIR 초분광 센서로 촬영시 분광반사율이 매우 낮게 측정된다. 따라서 이 단계에서는 바탕층이 화강암인 것을 고려하여 흑색오염물의 세척 후 분광반사율이 증가하는 것을 전제로 분석을 수행하였고, 상기 실시예 1에서의 방법으로 전처리가 수행된 초분광 영상에서 각 출력비 단계로 구분된 부위에 대한 분광반사곡선을 추출하여 세척 효과를 비교하였으며 그 결과를 도 3에 나타내었다. The black contaminant generated in the upper stylobate is an ecology that occurred on the surface of fine-neutral biotite granite. Inorganic contaminants generated on the surface of rocks, except for bleaching caused by the deposition of water-soluble salts, mostly have low spectral reflectance or show absorption bands at specific wavelengths. In particular, black visible to the human eye is actually a phenomenon caused by absorbing most wavelengths, so spectral reflectance is measured very low when photographed with a VNIR hyperspectral sensor including visible light. Therefore, in this step, the analysis was performed on the premise that the spectral reflectance increased after washing the black contaminant considering that the background layer was granite, and the hyperspectral image preprocessed by the method in Example 1 was performed at each output ratio step. The spectral reflection curves for the separated regions were extracted to compare the cleaning effects, and the results are shown in FIG. 3 .

도 3에 나타난 바와 같이, 레이저 출력비가 증가할수록 오염물 세척 효과가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한 광학 현미경을 통해 표면상태를 분석한 결과, 레이저 출력비 5% 및 10%에서는 오염물이 잔존하지만 20%에서는 오염물이 대부분 세정되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 3 , it can be seen that the effect of cleaning contaminants increases as the laser power ratio increases. In addition, as a result of analyzing the surface state through an optical microscope, it can be confirmed that contaminants remain at 5% and 10% of the laser power ratio, but most of the contaminants are washed at 20%.

또한, 각 흑색오염물의 세척 전 및 후 분광반사율을 비교했을 때, 레이저 출력비 5%에서 분광반사율은 세척 전 대비 평균 13.3% 증가하였고, 10%에서는 평균 34.9% 증가하였고, 15%에서는 평균 54.6%증가하였고, 20%에서는 평균 77.3% 증가하는 경향이 나타났다. 이와 같은 결과를 종합하면, L-15%와 L-20%로 오염물 세척시 효율적인 작업이 가능하나 오염물이 완전히 제거될 수 있으므로, 오염물 주변 색상을 고려하여 최대한 조화롭게 수행되도록 레이저 출력비 5% 내지 15%의 범위에서 세척을 수행하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.In addition, when comparing the spectral reflectance before and after cleaning of each black contaminant, the spectral reflectance at 5% laser power ratio increased by an average of 13.3% compared to before cleaning, increased by an average of 34.9% at 10%, and increased by an average of 54.6% at 15%. In 20%, an average increase of 77.3% was observed. Taken together, L-15% and L-20% can efficiently work when cleaning contaminants, but the contaminants can be completely removed. It can be seen that it is preferable to perform washing in the range of

상기 결과를 통해 VNIR 초분광 영상 분석을 활용하여 흑색오염물 제거 효과를 평가할 수 있고 또한 안정적으로 오염물을 제거하기 위한 출력 범위를 확인할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한 오염물 제거 속도 변화량을 측정할 수 있어, 오염물 제거 속도 변화량이 없거나 또는 미비한 레이저 출력 임계값을 설정할 수 있음을 확인할 수 있다. Through the above results, it can be confirmed that the black contaminant removal effect can be evaluated using VNIR hyperspectral image analysis and the output range for stably removing the contaminant can be confirmed. In addition, since the amount of change in the removal rate of contaminants can be measured, it can be confirmed that the threshold value of the laser output having no or insignificant change in the removal rate of contaminants can be set.

<실험 예 2> 흑색 오염물 제거 처리 전 및 후 분광반사율 변화 비교<Experimental Example 2> Comparison of spectral reflectance change before and after black contaminant removal treatment

상기 실시 예 1의 방법으로, 영상차 기법을 활용하여 세척 전 후의 영상에 분포하는 화소 각각에 대한 분광반사율 변화량을 산출하고, 분광반사율 변화 경향을 확인하기 위하여 분광반사율 값에 대한 화소의 개수를 산출하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.In the method of Example 1, the spectral reflectance change amount for each pixel distributed in the image before and after washing is calculated using the image difference technique, and the number of pixels for the spectral reflectance value is calculated to confirm the spectral reflectance change trend. The results are shown in Figure 4.

도 4는 상층기단갑석의 4면에 대한 흑색오염물 세척 전·후의 변화를 비교한 결과이다. 동면은 처리전 분광반사율 변화량 범위가 815, 2548, 4350에 해당하는 3개의 피크점을 가지며, 세척 이후 815에 해당하는 피크가 2695 내지 4120 대역 피크로 이동한 것을 알 수 있다. 서면은 740, 2,407, 3,961의 범위에서 3가지의 피크점을 가지며, 세척 후 740 피크는 2,648 내지 3,961 범위로 이동하는 것이 관찰된다. 북면은 760, 2,044, 4,171에서 피크점이 나타나며, 760~2,044의 범위에 분포하는 화소들이 세척 후 2252 내지 4080 대역으로 이동하는 경향이 나타난다. 하지만 남면의 경우 세척 전 740 내지 815 사이에서 관찰되는 피크는 관찰되지 않으며, 피크점은 2,234과 4,108 두 가지로 나타났고 세척후에는 2,234 이하 값의 화소들이 감소하고 2834~3980의 대역에서 증가하는 경향이 나타난다. Figure 4 is a result of comparing the changes before and after washing black contaminants on the four sides of the upper stylobate stone. It can be seen that the winter surface has three peak points corresponding to 815, 2548, and 4350 in the spectral reflectance change range before treatment, and after washing, the peak corresponding to 815 shifts to a peak in the 2695 to 4120 band. Seomyeon has three peak points in the range of 740, 2,407, and 3,961, and it is observed that the 740 peak shifts to the range of 2,648 to 3,961 after washing. On the north side, peaks appear at 760, 2,044, and 4,171, and pixels distributed in the range of 760 to 2,044 tend to move to the 2252 to 4080 band after washing. However, in the case of the southern surface, the peak observed between 740 and 815 before washing was not observed, and the peak points appeared as 2,234 and 4,108. appears.

상기 결과를 통해 세척 전·후 비교를 통해 세척 전 낮은 분광반사율을 보이는 화소들이 감소하면서 보다 높은 분광반사율로 이동하는 경향이 나타남을 확인할 수 있다. 또한 0~2,000 범위의 분광반사율 값을 가지는 화소들이 집중적으로 변화한 것을 알 수 있었으며, 4,000 이상의 분광반사율을 가지는 화소들은 세척 전·후에 개수의 변화가 명확하게 나타나지 않았다. 이는 주변색상과 조화를 위한 세척방법으로 인해 오염도가 높은 부분에 세척이 집중되었음을 시사한다.Through the comparison of before and after washing through the above results, it can be confirmed that the pixels showing low spectral reflectance before washing tend to move to higher spectral reflectance while decreasing. In addition, it was found that the pixels with the spectral reflectance value in the range of 0 to 2,000 changed intensively, and the number of pixels with the spectral reflectance of 4,000 or more did not clearly change before and after washing. This suggests that the washing was concentrated on the highly contaminated part due to the washing method for harmony with the surrounding color.

<실험 예 3> 분광반사율 변화량 분석<Experimental Example 3> Spectral reflectance change analysis

VNIR 초분광 영상은 분광정보와 공간정보가 융합된 데이터를 취득할 수 있으며, 이를 활용하여 세척이 수행된 부위와 해당 화소의 분광반사율 변화를 함께 분석할 수 있다. 영상차를 통해 산출된 세척 전 및 후 변화 영상은 각각의 화소가 분광반사율의 변화량을 가지고 있으며, 823nm의 한 개의 파장으로 이루어져 있기 때문에 회색조(Grayscale)로 출력된다. The VNIR hyperspectral image can acquire data in which spectral information and spatial information are fused, and by using this, it is possible to analyze the change in the spectral reflectance of the washed area and the corresponding pixel together. The change image before and after washing calculated through the image difference is output in grayscale because each pixel has a change in spectral reflectance and consists of one wavelength of 823 nm.

도 5의 좌측 도면은 세척 전 및 후의 각 면의 823nm 대역과 영상차 연산 결과에 대하여 육안관찰을 수행한 결과 영상으로서, 상기 영상은 육안으로 비교가 어려운 것을 알 수 있다. 각 면들은 회색조로 표현되었을 뿐 아니라 주변 색상과의 조화를 위해 오염물이 완전히 제거된 상태가 아니므로 밝기 변화가 제한적이다. 이에 반해 도 5의 우측 도면은 영상차 기법을 수행한 이후 얻은 영상으로서, 영상차 기법은 이와 같은 문제를 개선하여 변화가 나타나는 부분에 대한 밝기 변화를 향상시켜 상대적으로 발기 변화가 크게 나타남을 확인할 수 있다. The drawing on the left of FIG. 5 is an image resulting from visual observation of the 823 nm band and the image difference calculation result of each surface before and after washing, and it can be seen that it is difficult to compare the image with the naked eye. Each surface is expressed in gray scale, and the change in brightness is limited because contaminants are not completely removed to harmonize with the surrounding colors. On the other hand, the right figure of FIG. 5 is an image obtained after performing the video difference technique. The video difference technique improves the brightness change for the part where the change occurs by improving this problem, and it can be confirmed that the erection change is relatively large. there is.

하지만 이러한 영상차 결과 또한 화소의 변화에 대한 경향은 알 수 있으나 각 화소의 변화량에 대한 기준이 모호하기 때문에 정량적인 비교가 어려운 단점이 있다.However, as a result of this image difference, the trend of pixel change can be known, but quantitative comparison is difficult because the standard for the amount of change of each pixel is ambiguous.

한편, 변화가 클수록 화소는 밝게 출력되며, 이때 변화량을 기반으로 단색화를 수행하여 2차원 이미지로 모델링을 수행하면 화소의 색상을 통해 변화량과 세척 부위의 판독이 가능해진다. 또한, 흑색 오염물 제거시 분광반사율은 커지므로, 음수(-)의 변화량 등 오차 범위에 포함될 가능성이 있는 화소들을 제외한 화소의 분광반사율 변화량에 대한 표준편차를 산출하여 단색화 구간에 적용하고 이로부터 최종적으로 변화 면적을 산출하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.On the other hand, the larger the change, the brighter the pixel is output. At this time, if monochrome is performed based on the change amount and modeling is performed as a two-dimensional image, the change amount and the washed area can be read through the color of the pixel. In addition, since the spectral reflectance increases when black contaminants are removed, the standard deviation of the spectral reflectance change amount of pixels excluding pixels that may be included in the error range, such as the change amount of negative numbers (-), is calculated and applied to the monochrome section, and finally The change area was calculated and the results are shown in FIG. 6 .

도 6은 단색화 처리한 결과 영상으로서, 전체 화소 대비 분광반사율이 양수(+)로 증가한 화소는 동면 9.3%, 서면 20.6%, 남면 21.6%, 북면 20.6%로 산출되었다. 또한, 분광반사율이 변화한 부위를 살펴보면, 동면에서는 하단에 1800 이상의 변화량이 집중되는 경향을 보이며, 도상 부분의 변화가 거의 나타나지 않았다. 서면은 하단의 흑색오염물에서 변화량이 높은 화소들이 나타나고 도상이 조각되어 있는 중단부에서도 변화가 나타난다. 남면에서는 도상의 아래쪽과 좌측 전반적인 부분에서 변화가 나타나지만, 변화량이 집중된 부분은 확인되지 않았다. 북면은 도상과 하단에서 변화량이 집중되는 양상이 나타난다.6 is a result of monochrome processing, and the pixels whose spectral reflectance increased to a positive number (+) compared to all pixels were calculated as 9.3% in the east, 20.6% in the west, 21.6% in the south, and 20.6% in the north. In addition, looking at the part where the spectral reflectance changed, the change of 1800 or more tended to be concentrated on the lower part of the winter surface, and there was almost no change in the island part. In the writing, pixels with a high variation appear in black contaminants at the bottom, and changes also appear in the middle part where the icon is engraved. On the southern side, changes were seen in the lower and left-side parts of the road, but the areas where the amount of change was concentrated were not confirmed. In the north face, the change is concentrated in the top and bottom of the road.

이를 종합하면 동면, 서면, 북면은 하단의 흑색오염물에서 변화가 집중되는 모습이지만, 남면은 하단의 흑색오염물보다 도상에서 변화가 나타나는 특징을 보인다. 특히 하단에 집중적으로 나타나는 흑색오염물 부위에 대한 세척이 중점적으로 이루어진 것을 알 수 있으며, 세척이 수행된 부위에 대한 화소 개수와 분광반사율의 변화량에 대한 정량적인 비교가 용이한 것을 알 수 있다.Taken together, Dong-myeon, Seo-myeon, and Buk-myeon show that changes are concentrated in the black contaminants at the bottom, but the south-myeon shows a characteristic that changes appear on the island rather than black contaminants at the bottom. In particular, it can be seen that the washing of the black contaminant part concentrated on the lower part was focused, and it can be seen that quantitative comparison of the change in spectral reflectance and the number of pixels for the part where the washing was performed is easy.

Claims (9)

가시-근적외선 초분광 영상을 이용하여 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대해 모니터링하는 시스템으로서,
표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 영상 획득부;
상기 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 영상을 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 영상 전처리부; 및
상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 영상 분석부;를 포함하고,
상기 영상 분석부에서 분광반사율 변화량을 분석하는 방법은,
상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
A system for monitoring surface contaminant treatment of stone cultural properties using visible-near-infrared hyperspectral imaging,
An image acquisition unit for acquiring visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural property before and after surface contaminant treatment;
an image pre-processing unit converting the acquired images before and after the surface contaminant treatment into spectral reflectance and performing geometric correction on the images; and
An image analyzer for analyzing the amount of change in spectral reflectance from the acquired image;
The method for analyzing the spectral reflectance change in the image analyzer is,
selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength; and
Calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating a spectral reflectance change area; monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets, including.
제1항에 있어서,
상기 표면 오염물은 흑색 무기 오염물이고,
상기 특정 파장은 800nm 내지 850nm인, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The surface contaminant is a black inorganic contaminant,
The specific wavelength is 800 nm to 850 nm, a monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets.
제2항에 있어서,
상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계는,
상기 산출된 분광반사율 변화량 중 양의 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 2,
The step of calculating the standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area,
A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets, which calculates a standard deviation value for the positive change in the calculated spectral reflectance change, performs monochromation based on this, and calculates the spectral reflectance change area.
제1항에 있어서,
상기 표면 오염물 처리는 레이저 세척을 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The surface contaminant treatment includes laser cleaning, a monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets.
제1항에 있어서,
상기 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은
상기 영상분석부의 상기 분광반사율 변화량에 대한 정량분석 결과로부터 분광반사율의 변화 부위, 변화 면적 및 변화량 중 하나 이상을 출력하는 영상 출력부;를 더 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The monitoring system for the treatment of surface contaminants of the stone cultural heritage
Further comprising: an image output unit for outputting at least one of a change part, a change area, and a change amount of the spectral reflectance from the quantitative analysis result of the change in the spectral reflectance of the image analysis unit; monitoring system for treatment of surface contaminants of stone cultural heritage.
제1항에 있어서,
상기 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은
상기 분광반사율 변화량에 대한 정량분석 결과로부터 표면 오염물의 제거 부위, 제거 면적 및 제거량 중 하나 이상을 산출하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The monitoring system for the treatment of surface contaminants of the stone cultural heritage
A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets, which calculates at least one of a removal area, a removal area, and a removal amount of surface contaminants from the quantitative analysis result for the change in spectral reflectance.
제1항에 있어서,
상기 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은
상기 영상 획득부는 표면 오염물 처리 후의 서로 상이한 시점의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하고,
상기 영상 분석부는 상기 획득한 서로 상이한 시점의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하여,
석조문화재의 표면 오염물 처리에 따른 표면 손상도를 모니터링하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The monitoring system for the treatment of surface contaminants of the stone cultural heritage
The image acquisition unit acquires visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties at different points of time after surface contaminant treatment,
The image analysis unit analyzes the amount of change in spectral reflectance from the obtained visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties at different points in time,
A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural heritage, which monitors the degree of surface damage caused by surface contaminant treatment of stone cultural heritage.
제1항에 있어서,
상기 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템은
상기 영상 획득부가 특정 오염물 제거 방법의 서로 다른 조건으로 표면 오염물을 처리하기 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하고,
상기 영상 분석부가 상기 획득한 서로 다른 조건으로 표면 오염물을 처리하기 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하여,
상기 특정 오염물 제거 방법의 임계 조건을 산출하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The monitoring system for the treatment of surface contaminants of the stone cultural heritage
The image acquisition unit obtains visible-near-infrared hyperspectral images of stone cultural properties before and after treating surface contaminants under different conditions of a specific contaminant removal method,
The image analyzer analyzes the spectral reflectance change from the visible-near-infrared hyperspectral image of the stone cultural property before and after treating the surface contaminants under different conditions obtained above,
A monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural assets, which calculates the critical condition of the specific contaminant removal method.
제1항의 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 시스템에 의해 수행되는 모니터링 방법으로서,
영상 획득부에 의해 표면 오염물 처리 전 및 후의 석조문화재에 대한 가시-근적외선 초분광 영상을 획득하는 단계; 및
영상 전처리부에 의해 상기 획득한 표면 오염물 처리 전 및 후의 영상을 분광반사율로 변환하고, 상기 영상에 대한 기하 보정을 수행하는 단계;
영상 분석부에 의해 수행되는 상기 획득한 영상으로부터 분광반사율 변화량을 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 분광반사율 변화량을 분석하는 단계는,
상기 획득한 영상으로부터 특정 파장을 선택하고, 상기 특정 파장에서의 영상을 구성하는 화소 각각에서의 표면 오염물 처리 전 및 후의 분광반사율 변화량을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 분광반사율 변화량에 대한 표준편차값을 산출하고 이를 기반으로 단색화를 수행하고 분광반사율 변화 면적을 산출하는 단계;를 포함하는, 석조문화재의 표면 오염물 처리에 대한 모니터링 방법.
A monitoring method performed by the monitoring system for surface contaminant treatment of stone cultural heritage of claim 1,
Acquiring visible-near-infrared hyperspectral images of the stone cultural property before and after surface contaminant treatment by an image acquisition unit; and
converting the acquired images before and after the surface contaminant treatment into spectral reflectance by an image pre-processing unit, and performing geometric correction on the images;
Analyzing the amount of change in spectral reflectance from the acquired image performed by an image analyzer; Including,
The step of analyzing the spectral reflectance change,
selecting a specific wavelength from the acquired image, and calculating a change in spectral reflectance before and after surface contaminant treatment in each of the pixels constituting the image at the specific wavelength; and
Calculating a standard deviation value for the calculated spectral reflectance change amount, performing monochromation based on this, and calculating the spectral reflectance change area; monitoring method for surface contaminant treatment of stone cultural assets, including.
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