KR20090001190A - 정확한 분광 영상을 얻기 위한 분광 카메라 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 보정 방법은, 시편에 라인광을 조사하여 반사되거나 통과한 라인광이 진입하여 분광되는 분광 카메라를 이용한 광학 작업에서 공간 보정(spatial calibration)과 주파수 보정(spectral calibration)을 수행하는 방법으로서, (1) 검정 띠와 백색 띠가 제공되는 보정용 기본 기준체(fiducial mark)를 제공하는 단계와, (2) 상기 보정용 기준체에 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)을 포함하는 적녹청(RGB) 보정용 부가 기준체를 제공하는 단계와, (3) 상기 보정용 기준체에 라인광을 조사하는 단계와, (4) 상기 보정용 기본 기준체 및 보정용 부가 기준체에서 반사되거나 통과한 광을 분광하는 단계와, (5) 상기 분광된 영상에서 상기 검정 띠로 인해 표시되는 검정 라인이 균일하고 최소의 폭으로 표시되도록 상기 분광 카메라의 방위(orientation)를 조정하는 단계와, (6) 상기 분광된 영상에서 적색, 녹색, 청색의 분광 영상이 균일하게 표시되는지를 판단하고 각각의 분광 영상이 균일하게 표시되도록 제어하는 단계를 포함한다.

분광, 주파수 보정, RGB

Description

정확한 분광 영상을 얻기 위한 분광 카메라 보정 방법{Calibration Method of Spectral Camera for Accurate Spectral Image}

도 1은 분광 영상 보정 방법이 사용되는 전체 시스템의 개략도.

도 2는 종래 기술에 의한 공간 보정 개념도.

도 3은 본 발명에 의한 분광 영상 보정 방법이 사용되는 환경에서의, 시편, 보정용 기본 기준체, 보정용 부가 기준체의 개념도가 도시된 도면.

본 발명은 분광 카메라를 사용하는 광학 작업에서, 공간 보정(spatial calibration)과 주파수 보정(spectral calibration)을 수행하는 방법에 관한 것이다.

종래의 분광기 등은 보통 점 단위로 분광할 수 있었는데, 분광 카메라는 라인 단위로 분광이 가능하기 때문에 최근에 다양한 광학 작업에 널리 사용되고 있다.

분광 카메라를 사용하기 위해서는 시편에 라인광을 조사하고, 시편을 통과하거나 시편에서 반사된 반사광이 분광 카메라로 진입해야 하는데, 라인광이 수평으로 적절하게 진입하지 못하면 정확한 분광 영상(image)을 획득하는 것이 불가능하다.

이와 같은, 문제를 해결하기 위해서 종래에는 보정용 기준체(fiducial mark)를 두고, 분광 영상을 판독하고 분광 카메라의 방위(orientation)를 적절히 조정함으로써 소위 공간 보정(spatial calibration)을 수행하였다. 도 1에는 분광 카메라를 이용한 광학 작업의 시스템 개념도가 도시되어 있다.

빛은 광원(10)에서 라인광 발생기(20)를 거쳐서 시편(100)에 라인으로 조사된다. 조사된 빛(a)은 시편(100)에서 반사된 빛(b)으로 되어서 분광 카메라(1)로 진입하여 분광된다.

도 2에는 종래 기술에 의한 공간 보정(spatial calibration)의 개념도가 도시되어 있다. 제일 위에 있는 그림은 보정용 기본 기준체를 거쳐서 분광 카메라(1)로 진입하는 빛의 라인(3)이 비뚤어져 있는 경우(30)를, 중간에 있는 그림은 빛의 라인(3)이 위 또는 아래에 위치하는 경우(31)를, 제일 아래에 있는 그림은 빛의 라인(3)이 정확하게 위치하는 경우(33)이다.

빛의 라인(3)이 비뚤어져 있으면, 분광 카메라(1)로 분광하였을 때에 그 오른쪽에 있는 것과 같은 영상이 얻어진다. 즉 경우(30)에서, 보정용 기본 기준체의 회색부가 분광된 부분이 일정한 폭을 가지지 못한다.

경우(31)에서처럼 빛의 라인(3)이 보정용 기본 기준체의 위나 아래쪽에 있으 면, 분광되어 나오는 띠가 굵게 나오게 되고, 정위치에 빛의 라인(3)이 놓이게 되는 경우(33)에서, 분광되어 나오는 띠의 폭이 최소가 된다.

경우(31)에서와 같은 분광 영상이 얻어질 때까지 분광 카메라(1)의 방위(orientation)를 조정하는 방식으로 공간 보정이 수행된다.

그러나 이러한 공간 보정만으로는, 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)이 제대로 분광되어 나오는지를 판별하거나 보정하기가 어려웠다. 즉 분광 카메라(1)의 렌즈에 이상이 있거나 CCD 셀 등에 문제가 있어서 색을 정확하게 분광하지 못하는 경우가 생길 수 있는데, 공간 보정만으로는 그러한 경우를 판별해 내기가 어려웠다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하여 공간 보정뿐만 아니라 색이 제대로 분광되는지 판별하여 주파수 보정(spectral calibration)도 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 보정 방법은, 시편에 라인광을 조사하여 반사되거나 통과한 라인광이 진입하여 분광되는 분광 카메라를 이용한 광학 작업에서 공간 보정(spatial calibration)과 주파수 보정(spectral calibration)을 수행하는 방법으로서, (1) 검정 띠와 백색 띠가 제공되는 보정용 기본 기준체를 제공하는 단계와, (2) 상기 보정용 기준체에 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)을 포함하는 적녹청(RGB) 보정용 부가 기준체를 제공하는 단계와, (3) 상기 보정용 기준체에 라인광을 조사하는 단계와, (4) 상기 보정용 기본 기준체 및 보정용 부가 기준체에서 반사되거나 통과한 광을 분광하는 단계와, (5) 상기 분광된 영상에서 상기 검정 띠로 인해 표시되는 검정 라인이 균일하고 최소의 폭으로 표시되도록 상기 분광 카메라의 방위(orientation)를 조정하는 단계와, (6) 상기 분광된 영상에서 적색, 녹색, 청색의 분광 영상이 균일하게 표시되는지를 판단하고 각각의 분광 영상이 균일하게 표시되도록 제어하는 단계를 포함한다.

그리고 상기 보정용 기본 기준체는, (1) 제1 폭 및 제1 폭보다 좁아지는 제1 경사부를 포함하는 제1 부분과, (2) 상기 제1 경사부 말단에 이어지며, 제1 폭보다 작고 일정한 제2 폭을 포함하는 제2 부분과, (3) 상기 제1 부분의 반대쪽에서 제2 부분의 단부에 이어지고 제2 폭보다 넓어지는 제2 경사부와, 상기 제2 경사부의 단부에 이어지며 상기 제2 폭보다 넓은 제3 폭을 포함하는 제3 부분을 포함한다.

상기 보정용 부가 기준체 각각은, 복수 개의 정사각형 영역으로 구획되도록 제공되는 것이 바람직하다.

또는, 상기 보정용 부가 기준체 각각은, 복수 개의 원형 영역으로 구획되도록 제공될 수도 있다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 의한 보정 방법이 수행되기 위한 시편 및 보정용 기준체 의 개념도가 도시되어 있다.

보정용 기본 기준체는 검정색 띠와 백색 띠로 구성되는데, 검정색 띠 부분은, 제1 부분(130)과, 제2 부분(133)과, 제3 부분(137)을 포함한다.

제1 부분(130)은 제1 폭을 가지는 부분과 제1 폭보다 좁아지는 제1 경사부(131)를 포함한다. 제2 부분(133)은 상기 제1 경사부(131)의 말단에 이어지며, 제1 폭보다 작고 일정한 제2 폭을 포함한다. 제3 부분(137)은, 상기 제1 부분(130)의 반대쪽에서 제2 부분(133)의 단부에 이어지고 제2 폭보다 넓어지는 제2 경사부(135)와, 상기 제2 경사부(135)의 단부에 이어지며 상기 제2 폭보다 넓은 제3 폭을 가지는 부분을 포함한다.

제1 부분(130) 내지 제3 부분(137)을 포함하는 하나의 띠 부분이 도 3에 도시된 것처럼 연속하여 제공되며, 검정색 띠 부분 사이에는 백색 띠 부분이 도 3에 도시된 것처럼 제공된다.

그리고 제2 부분(133)에는, 도 3에 도시된 바와 같이 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)을 포함하는 보정용 부가 기준체(200, 210, 230)가 제공된다. 놓이는 순서는 도 3과 달라도 상관없다.

보정용 부가 기준체(200, 210, 230)가 보정용 기본 기준체에 의해서 구획되는데, 이 구획에 의해 각각의 보정용 부가 기준체(200, 210, 230)는 정사각형 또는 원형으로 나뉘는 것이 바람직하다. 이는 분광되었을 때 동일한 치수의 영역에 대해서 각각의 색깔이 제대로 분광되었는지를 판단하기에 유리하기 때문이다. 그러나 정사각형이나 원형 이외에도 동일한 치수의 영역을 가진다면 어떠한 형태의 모 양도 상관없고 모두 본 발명의 권리범위에 포함됨이 이해되어야 한다.

이러한 보정용 기본 기준체와 보정용 부가 기준체를 시편(100)에 제공하고, 분광 카메라로 분광 영상을 획득하여 공간 보정 및 주파수 보정을 수행한다. 공간 보정은 보정용 기본 기준체 부분에서 이루어지며, 주파수 보정은 보정용 부가 기준체 부분에서 이루어진다.

또한, 기준체는 종이 등의 매체에 인쇄되어서 시편(100)에 부착될 수 있고, 그렇게 하면 공간 보정 및 주파수 보정과 시편 검사를 동시에 수행할 수 있다.

라인광이 기준체에 대해서 비뚤어져 있으면 분광된 검정 띠 부분의 폭이 일정하지 않은 영상(70)이 획득되며, 정위치보다 위쪽에 있으면 검정 띠 부분의 폭이 두꺼운 영상(71)이 획득된다. 이러한 비정상적 상황에서 분광 카메라(1)의 방위를 조정함으로써, 검정 띠 부분의 폭이 최소화된 영상(72)이 획득되면 일단 공간 보정은 완성된 것으로 간주된다.

다음으로 주파수 보정에 대해서 설명한다. 일단 공간 보정이 완료되면 보정용 부가 기준체(200, 210, 230)를 거쳐 분광 카메라(1)로 진입한 라인광을 분광하여 획득되는 영상(73, 74, 75)을 살펴 본다. 공간 보정은 완료된 상태이므로 라인광 영상이 비뚤어지거나 하지는 않은 상태이다.

영상(73, 74, 75)을 살펴 보고 나타나는 색깔이 균일한지 여부를 판단한다. 만약 영상(73, 74, 75)에 표시되는 색깔이 전 영역에 걸쳐서 균일하지 않은 경우라면, 이는 분광 카메라(1)의 CCD 셀에 문제가 있거나 분광 카메라(1)의 다른 부품 등에 문제가 있는 경우이므로 분광이 제대로 되지 않는 상태라고 볼 수 있고, 이를 보정해야 한다. RGB 보정은 분광 카메라(1)의 관련 부품을 교환하여 수리하거나 또는 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다.

한편, 시편(100)은 도 3에서 아래쪽을 향하는 화살표 방향으로 일정한 속도로 스캔되는 것이 바람직하다. 만약 시편(100)을 스캔하는 속도가 불균일하게 되면, 동일한 치수를 가지도록 구획되어 있는 적녹청(RGB) 영상이 찌그러져서 변형되게 된다. 예를 들어 정사각형으로 구획되어 있는 경우라면, 직사각형 등으로 변형되므로, 시편(100)을 스캔하는 속도가 균일한지 여부도 판단할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 종래에 분광 카메라를 이용한 광학 작업에 공간 보정만 수행하던 것에 비해, 주파수 보정도 수행할 수 있게 됨으로써, 더욱더 정확한 분광 성능을 보장하게 된다. 더욱이, 주파수 보정을 위해 제공되는 보정용 부가 표적에의 영역을 동일한 치수를 가지는 영역으로 나눔으로써, 분광 영상으로부터 각 색깔별로 분광이 제대로 되었는지 여부를 판단하는 데 있어서 유리한 효과가 제공된다.

Claims (5)

1. 시편에 라인광을 조사하여 반사되거나 통과한 라인광이 진입하여 분광되는 분광 카메라를 이용한 광학 작업에서 공간 보정(spatial calibration)과 주파수 보정(spectral calibration)을 수행하는 방법에 있어서,

   검정 띠가 제공되는 보정용 기본 기준체를 제공하는 단계와,

   상기 보정용 기준체에 적색(red), 녹색(green), 청색(blue)을 포함하는 적녹청(RGB) 보정용 부가 기준체를 제공하는 단계와,

   상기 보정용 기준체에 라인광을 조사하는 단계와,

   상기 보정용 기본 기준체 및 보정용 부가 기준체에서 반사되거나 통과한 광을 분광하는 단계와,

   상기 분광된 영상에서 상기 검정 띠로 인해 표시되는 검정 라인이 균일하고 최소의 폭으로 표시되도록 상기 분광 카메라의 방위(orientation)를 조정하는 단계와,

   상기 분광된 영상에서 적색, 녹색, 청색의 분광 영상이 균일하게 표시되는지를 판단하고 각각의 분광 영상이 균일하게 표시되도록 제어하는 단계를 포함하는,

   보정 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보정용 기본 기준체는,

   제1 폭 및 제1 폭보다 좁아지는 제1 경사부를 포함하는 제1 부분과,

   상기 제1 경사부 말단에 이어지며, 제1 폭보다 작고 일정한 제2 폭을 포함하는 제2 부분과,

   상기 제1 부분의 반대쪽에서 제2 부분의 단부에 이어지고 제2 폭보다 넓어지는 제2 경사부와, 상기 제2 경사부의 단부에 이어지며 상기 제2 폭보다 넓은 제3 폭을 포함하는 제3 부분을 포함하는,

   보정 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 보정용 부가 기준체 각각은, 복수 개의 정사각형 영역으로 구획되도록 제공되는,

   보정 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 보정용 부가 기준체 각각은, 복수 개의 원형 영역으로 구획되도록 제공되는,

   보정 방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 보정용 기본 기준체와 보정용 부가 기준체가 인쇄 매체에 인쇄되어 시편에 부착되는,

   보정 방법.

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