KR20150018222A - 전자파를 이용한 영상 재구성 방법 및 그 장치 - Google Patents

전자파를 이용한 영상 재구성 방법 및 그 장치 Download PDF

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전순익
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Abstract

본 발명의 전자파를 이용한 영상 재구성 방법은, 송신 안테나로부터 송출되어 영상 재구성 영역을 통과하는 전자파 측정값을 획득하는 과정과, 상기 영상 재구성 영역 내에 기 설정된 다수의 그물망을 설정하는 과정과, 설정된 상기 다수의 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 과정과, 생성된 상기 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정과, 생성된 상기 평활화된 그린함수 행렬에 의거하여 상기 영상 재구성 영역에 대한 순방향 해석을 수행하여 전자파 계산값을 생성하는 과정과, 획득된 상기 전자파 측정값과 생성된 상기 전자파 계산값 간의 오차를 계산하고, 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 체크하는 과정과, 상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족되지 않을 때, 그물망의 매개변수를 업데이트하는 과정과, 상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족될 때, 상기 영상 재구성 영역에서의 복원 영상을 출력하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

전자파를 이용한 영상 재구성 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECONSTRUCTING IMAGE BY USING ELECTROMAGNETIC}
본 발명은 전자파를 이용한 영상 재구성 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자파를 이용해 횡단면을 촬영하여 획득한 횡단면 촬영 신호의 영상을 재구성하는 전자파를 이용한 영상 재구성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 전자파를 이용한 횡단면 촬영을 통해 전자파들이 진행되는 공간상의 한 단면(예컨대, 횡단면)으로부터 각 전자파들의 강도를 검출기를 통해 수집(획득)하고, 수집된 데이터의 계산을 통해 공간 내에 있는 물질들의 전기적 특성 분포 영상을 재구성하여 모니터 등을 통해 디스플레이 한다.
즉, 공간상에 송신되는 전자파를 측정하고, 측정된 전자파의 전자파 값을 사용하여 영상 재구성을 통해 횡단면의 촬영 영상을 획득할 수 있는데, 이러한 영상 재구성을 위해 알고리즘을 이용하는 다양한 수치 해석 방법들이 사용되고 있다.
그러나, 기존의 수치 해석 방법들은 복잡한 알고리즘을 통해 구현되기 때문에 그 연산량이 많아 계산시간과 메모리가 증가하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 2010-0068542(공개일 : 2010. 06. 24.)
본 발명은 영상 재구성 값의 획득을 위해 영상 재구성 영역에 송신신호를 발생하고, 송신신호의 수신을 통해 전자파를 측정하여 획득하고, 영상 재구성 영역에 조밀 그물망(fine mesh), 듬성 그물망(coarse mesh), 영상 복원 그물망(reconstruction mesh)을 설정(정의)한다.
또한, 조밀 그물망과 듬성 그물망 사이에 할당되는 듬성 기저함수(basis function)의 정합시스템 행렬과 조밀 그물망과 영상 복원 그물망에 할당되는 영상 복원 기저함수의 정합시스템 행렬을 정의하고, 듬성 기저함수 정합시스템 행렬을 이용한 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬(3D smoothed dyadic Green? function)을 생성한다.
그리고, 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 사용하여 영상 재구성 영역내부의 전자파 산란과 외부 수신 안테나에서의 전자파를 계산하고, 수신 안테나에서의 전자파와 측정하여 획득한 전자파를 비교하여 그 차이 값이 오차범위(기 설정된 최적화 판정 범위)를 만족하지 않으면 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬과 영상 복원 기저함수의 정합시스템 행렬을 이용하여 정규화된 야코비안(regularized Jacobian)을 계산한 후 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트한다. 또한, 듬성 그물망에 대한 매개변수의 업데이트한 결과 매개변수가 최적화가 되었다고 판단될 때, 최종 영상 재구성 값을 출력하는 새로운 영상 재구성 기법을 제공하고자 한다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 송신 안테나로부터 송출되어 영상 재구성 영역을 통과하는 전자파 측정값을 획득하는 과정과, 상기 영상 재구성 영역 내에 기 설정된 다수의 그물망을 설정하는 과정과, 설정된 상기 다수의 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 과정과, 생성된 상기 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정과, 생성된 상기 평활화된 그린함수 행렬에 의거하여 상기 영상 재구성 영역에 대한 순방향 해석을 수행하여 전자파 계산값을 생성하는 과정과, 획득된 상기 전자파 측정값과 생성된 상기 전자파 계산값 간의 오차를 계산하고, 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 체크하는 과정과, 상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족되지 않을 때, 그물망의 매개변수를 업데이트하는 과정과, 상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족될 때, 상기 영상 재구성 영역에서의 복원 영상을 출력하는 과정을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 다수의 그물망은, 조밀 그물망, 상기 조밀 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 듬성 그물망, 상기 듬성 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 영상 복원 그물망을 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 다수의 그물망 각각은, 격자 형태, 삼각기둥 형태 및 육각기둥 형태 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 상기 조밀 그물망과 듬성 그물망에 대응되는 기저함수와 상기 듬성 그물망과 영상 복원 그물망에 대응되는 기저함수는, 스플라인(spline) 또는 웨이블릿(wavelet) 형태일 수 있다.
본 발명의 상기 조밀 그물망과 듬성 그물망에 대한 기저함수의 정합시스템 행렬(
Figure pat00001
)은, 다음의 수학식과 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00002
(상기
Figure pat00003
는 상기 조밀 그물망과
Figure pat00004
번째 듬성 그물망에 할당되는 기저함수를, 상기
Figure pat00005
는 상기 듬성 그물망의 총 개수를 각각 나타냄.)
본 발명의 상기 정합시스템 행렬은, 다음의 수학식을 만족시킬 수 있다.
Figure pat00006
(상기
Figure pat00007
은 공간해상도 행렬을, 상기
Figure pat00008
는 상기
Figure pat00009
의 최소제곱법으로 구해진 전치행렬을, 상기
Figure pat00010
는
Figure pat00011
번째 조밀 그물망에 대응되는 점 확산함수(point spread function) 형태의 함수를, 상기
Figure pat00012
는 조밀 그물망의 총 개수를 각각 나타냄.)
본 발명의 상기
Figure pat00013
은, 영상 재구성 값의 평활화를 위한 공간 필터로서 기능할 수 있다.
본 발명의 상기 정합시스템 행렬은, 다음의 두 조건을 동시에 만족시킬 수 있다.
(조건 1 : 기저함수의 유효 크기는 상기 듬성 그물망 크기와 같거나 유사함)
(조건 2 : 상기 공간해상도 행렬 내의 각 요소는 동일 형태와 동일 첨두 값을 갖는 함수로 이루어짐)
본 발명의 상기 조밀 그물망과 영상 복원 그물망에 대한 기저함수의 정합시스템 행렬(
Figure pat00014
)은, 다음의 수학식과 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00015
(상기
Figure pat00016
는 조밀 그물망과
Figure pat00017
번째 영상 복원 그물망에 할당되는 기저함수를, 상기
Figure pat00018
은 영상 복원 그물망의 총 개수를 각각 나타냄.)
본 발명의 상기 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 과정은, 상기 정합시스템 행렬과 상기 정합시스템 행렬의 전치행렬의 곱을 이용하여 공간해상도 행렬을 생성할 수 있다.
본 발명의 상기 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정은, 상기 조밀 그물망에 대한 그린함수 행렬에 정합시스템 행렬과 정합시스템 행렬의 전치행렬을 곱하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정은, 산란 전자파를 계산하기 위한 상기 영상 재구성 영역 내의 모든 조밀 그물망에 대한 그린함수 행렬을 계산하는 과정과, 상기 모든 조밀 그물망에서 수신 안테나로의 산란파를 계산하기 위한 그린함수 행렬을 계산하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 순방향 해석을 수행하는 과정은, 상기 듬성 그물망에 대한 전자파 산란 해석과 수신 안테나의 위치에서 획득할 수 있는 전자파를 계산할 수 있다.
본 발명의 상기 체크하는 과정은, 현재 오차와 이전 계산에서의 오차 간의 차이 값이 기 설정된 허용 차이 값보다 작거나 혹은 기 설정된 반복 계산 횟수를 초과할 때, 상기 기 설정된 최적화 판정 조건의 충족으로 판단할 수 있다.
본 발명의 상기 매개변수를 업데이트하는 과정은, 상기 정합시스템 행렬, 영상 복원 그물망, 평활화된 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 생성하는 과정과, 생성된 상기 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 상기 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 정규화된 그린함수 야코비 행렬(
Figure pat00019
)은, 다음의 수학식과 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00020
(상기
Figure pat00021
는 z방향 전자파를, 상기
Figure pat00022
는 상기 듬성 그물망과 수신 안테나 사이의 평활화된 관계를, 상기
Figure pat00023
는
Figure pat00024
와의 관계에 의한 계수 행렬을, 상기
Figure pat00025
는 상기 듬성 그물망의 총 전자파의 대각방향 값을, 상기
Figure pat00026
는 상기 영상 복원 그물망에서 상기 듬성 그물망으로 근사하는 행렬을 각각 나타냄.)
본 발명의 상기 듬성 그물망의 매개변수 업데이트는, 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00027
(상기
Figure pat00028
는 매개변수 업데이트 증감 값을, 위 증감 값 부분에서 상기
Figure pat00029
은 증분 값을, 상기
Figure pat00030
는 배경물질의 유전율을, 상기
Figure pat00031
는 정규화된 그린함수 야코비 행렬을, 위 첨자
Figure pat00032
는 전치행렬을, 위 첨자 '-1'은 역행렬을, 상기
Figure pat00033
은 상기 전자파 측정값과 전자파 계산값 사이의 불일치 오차를 각각 나타냄.)
본 발명의 상기 복원 영상을 출력하는 과정은, 상기 복원 영상을 시각적으로 식별 가능한 시각화 파일 또는 데이터 파일로 생성하여 출력할 수 있다.
본 발명은, 다른 관점에 따라, 송신 안테나로부터 송출되어 영상 재구성 영역을 통과하는 전자파 측정값을 획득하는 측정값 획득 블록과, 상기 영상 재구성 영역 내에 기 설정된 다수의 그물망을 설정하는 그물망 설정 블록과, 설정된 상기 다수의 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 정합 시스템 행렬 생성 블록과, 생성된 상기 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 그린함수 행렬 생성 블록과, 생성된 상기 평활화된 그린함수 행렬에 의거하여 상기 영상 재구성 영역에 대한 순방향 해석을 수행하여 전자파 계산값을 생성하는 전자파 계산 블록과, 획득된 상기 전자파 측정값과 생성된 상기 전자파 계산값 간의 오차를 계산하고, 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 판정하는 최적화 판정 블록과, 상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족되지 않을 때, 정합시스템 행렬, 영상 복원 그물망, 평활화된 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 생성하고, 생성된 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 상기 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트하는 매개변수 갱신 블록과, 상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족될 때, 상기 영상 재구성 영역에서의 복원 영상을 시각적으로 식별 가능한 시각화 파일 또는 데이터 파일로 생성하는 영상 재구성 값 생성 블록을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 장치를 제공한다.
본 발명의 상기 그물망 설정 블록은, 조밀 그물망, 상기 조밀 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 듬성 그물망, 상기 듬성 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 영상 복원 그물망을 상기 다수의 그물망으로 설정할 수 있다.
본 발명의 영상 재구성 방법은 순방향 해석 부분에서 연산량을 크게 감소될 수 있으며, 또한 영상 재구성 방법을 이용한 영상 재구성 장치는 연산량 감소에 의한 빠른 연산을 통해 영상 재구성 시간을 대폭적으로 절감할 수 있는 효과(영상 재구성의 실시간성 실현 효과)를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 횡단면 촬영과 영상 재구성 방법을 위한 영상 재구성 영역을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 송신 안테나에서 송출된 전자파가 영상 재구성 영역을 통과하여 다수의 수신 안테나 측으로 수신되는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파를 이용한 영상 재구성 장치의 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 전자파를 이용하여 영상을 재구성하는 주요 과정을 도시한 순서도.
먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
[실시 예]
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 횡단면 촬영과 영상 재구성 방법을 위한 영상 재구성 영역을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 송신 안테나에서 송출된 전자파가 영상 재구성 영역을 통과하여 다수의 수신 안테나 측으로 수신되는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 영상 재구성 영역(102)의 주변 혹은 내부에 전자파를 발생(송출)하는 송신 안테나(104)와 송신 안테나에서 발생한 전자파 신호를 수신하는 다수의 수신 안테나(106-1 내지 106-6)들이 위치하는데, 본 발명의 영상 재구성 장치는 전자파를 송수신하는 송신 안테나(104)와 다수의 수신 안테나(106-1 내지 106-6)를 이용하여 영상 재구성 영역(102)의 횡단면을 촬영한다.
그리고, 영상 재구성 영역(102)은 조밀 그물망(108), 듬성 그물망(110), 영상 복원(영상 재구성) 그물망(112)으로 구성될 수 있는데, 듬성 그물망(110)은 조밀 그물망(108)보다 상대적으로 큰 크기를 가지며, 영상 복원 그물망(112)은 듬성 그물망(110)보다 상대적으로 큰 크기를 가진다. 여기에서, 그물망 각각은, 예컨대 격자 형태, 삼각기둥 형태 및 육각기둥 형태 중 어느 하나이거나 혹은 다른 기둥 형태를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 횡단면 촬영은, 전자파가 송신 안테나(104)를 통해 송출되어 영상 재구성 영역(102)을 통과한 후 다수의 수신 안테나(106-1 내지 106-6) 측으로 송출(202)되는데, 영상 재구성 영역(102)을 통과하는 전자파는 다수의 수신 안테나(106-1 내지 106-6)를 통해 수신(즉, 전자파 측정값의 획득)된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파를 이용한 영상 재구성 장치의 블록 구성도로서, 측정값 획득 블록(302), 그물망 설정 블록(304), 정합시스템 행렬 생성 블록(306), 그린함수 행렬 생성 블록(308), 전자파 계산 블록(310), 최적화 판정 블록(312), 매개변수 갱신 블록(314) 및 영상 재구성 값 생성 블록(316) 등을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 측정값 획득 블록(302)은 송신 안테나(104)로부터 송출되어 영상 재구성 영역(102)을 통과한 후 다수의 수신 안테나(예컨대, 106-1 내지 106-6)를 통해 수신되는 전자파, 즉 영상 재구성 영역(102)을 통과하는 수신되는 전자파 측정값을 획득하여 후술하는 최적화 판정 블록(312)으로 전달하는 등의 기능을 제공 할 수 있다.
다음에, 그물망 설정 블록(304)은 영상 재구성 영역(102) 내에 기 설정된 다수의 그물망, 예컨대 조밀 그물망(108), 조밀 그물망(108)보다 상대적으로 큰 크기의 듬성 그물망(110), 듬성 그물망(110)보다 상대적으로 큰 크기의 영상 복원 그물망(112)을 정의하고, 각 그물망의 매개변수 초기값을 설정하는 등의 기능을 제공할 수 있다. 여기에서, 조밀 그물망, 듬성 그물망, 영상 복원 그물망 각각은, 예컨대 격자 형태, 삼각기둥 형태 및 육각기둥 형태 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 정합 시스템 행렬 생성 블록(306)은 설정된 조밀 그물망, 듬성 그물망, 영상 복원 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 등의 기능을 수행할 수 있다. 여기에서, 그물망 각각에 대응되는 기저함수(basis function)가 정의되는데, 기저함수는 듬성 그물망끼리 교차되는 교차점, 영상 복원 그물망끼리 교차되는 교차점에서 최고값을 가진다. 즉, 기저함수를 이용하여 기저함수의 정합시스템 행렬을 생성하며, 듬성 그물망의 정합시스템 행렬은 아래의 [수학식 1]과 같이 생성(표현)될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00034
상기한 수학식 1에 있어서,
Figure pat00035
는 조밀 그물망(108)과 듬성 그물망(110)에 대한 기저함수의 정합시스템 행렬을 나타내고,
Figure pat00036
는 조밀 그물망과
Figure pat00037
번째 듬성 그물망에 할당되는 기저함수를 나타내며,
Figure pat00038
는 듬성 그물망의 총 개수를 각각 나타낸다. 여기에서, 조밀 그물망과 듬성 그물망에 대응되는 기저함수와 듬성 그물망과 영상 복원 그물망에 대응되는 기저함수는, 예컨대 스플라인(spline) 또는 웨이블릿(wavelet) 형태일 수 있다.
그리고, 상술한 정합시스템 행렬은 아래의 수학식 2를 만족시켜야 한다.
[수학식 2]
Figure pat00039
상기한 수학식 2에 있어서,
Figure pat00040
은 공간해상도 행렬을 나타내고,
Figure pat00041
는
Figure pat00042
의 최소제곱법으로 구해진 전치행렬을 나타내며,
Figure pat00043
는
Figure pat00044
번째 조밀 그물망에 대응되는 점 확산함수(point spread function) 형태의 함수를 나타내고,
Figure pat00045
는 조밀 그물망의 총 개수를 나타낸다. 여기에서,
Figure pat00046
은 영상 재구성 값의 평활화를 위한 공간 필터로서 기능한다.
또한, 상기한 정합시스템 행렬(
Figure pat00047
)은 아래의 두 조건을 동시에 만족해야 한다.
조건 1 : 기저함수의 유효 크기는 상기 듬성 그물망 크기와 같거나 유사함.
조건 2 : 공간해상도 행렬 내의 각 요소는 동일 형태와 동일 첨두 값을 갖는 함수로 이루어짐.
즉, 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 단계에서는 정합시스템 행렬과 정합시스템 행렬의 전치행렬의 곱을 이용하여 공간해상도 행렬을 생성하는 것을 포함한다.
상기한 수학식 1과 수학식 2에서 설명한 특성을 갖는 조밀 그물망과 영상 복원 그물망 사이의 기저함수의 정합시스템 행렬은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00048
상기한 수학식 3에 있어서,
Figure pat00049
는 조밀 그물망과
Figure pat00050
번째 영상 복원 그물망에 할당되는 기저함수를 나타내고,
Figure pat00051
은 영상 복원 그물망의 총 개수를 나타낸다.
다음에, 그린함수 생성 블록(308)은 생성된 그물망 사이의 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성, 즉 평활화된 그린함수 행렬을 생성하고, 조밀 그물망에 대한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬에 정합시스템 행렬과 정합시스템 행렬의 전치행렬을 곱하여 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 생성하는데, 여기에서 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬은 산란 전자파를 계산하기 위한 영상 재구성 영역 내의 모든 조밀 그물망에 대한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬을 계산하고, 모든 조밀 그물망에서 수신 안테나로의 산란파를 계산하기 위한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬을 계산함으로써 생성될 수 있다.
즉, 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬은 조밀 그물망에 대한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬에 기본을 두며, 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00052
상기한 수학식 4에 있어서,
Figure pat00053
는 조밀 그물망의 체적을 나타내고,
Figure pat00054
는
Figure pat00055
와
Figure pat00056
사이의 거리를 나타내며,
Figure pat00057
는 배경물질의 파수를 나타내고,
Figure pat00058
는 단위 다이아딕(identity dyadic)을 나타내고,
Figure pat00059
는
Figure pat00060
와
Figure pat00061
사이의 단위벡터를 나타낸다.
그리고, 전자파 계산 블록(310)은 그린함수 행렬 생성 블록(308)으로부터 전달되는 3차원 평활화된 그린함수 행렬에 의거하여 영상 재구성 영역에 대해 순방향 해석을 수행함으로써 전자파 계산값을 생성하고, 이 생성된 전자파 계산값을 최적화 판정 블록(312)으로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다. 즉, 전자파 계산 블록(310)은 순방향 해석을 통해 듬성 그물망에 대한 전자파 산란 해석과 수신 안테나의 위치에서 획득할 수 있는 전자파를 계산할 수 있다.
즉, 전자파 계산 블록(310)에서는 그린함수 행렬 생성 블록(308)에서 생성된 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 이용하여 영상 재구성 영역에 대한 순방향 계산을 수행한다. 아래의 수학식 5는 일반적으로 알려진 총 전자파를 구하는 식으로, 조밀 그물망에 기초를 두고 있다.
[수학식 5]
Figure pat00062
상기한 수학식 5에 있어서,
Figure pat00063
는 조밀 그물망에 대한 총 전자파를 나타내며,
Figure pat00064
는 조밀 그물망에 대한 3차원 다이아딕 그린함수와 조밀 그물망의 체적이 포함되어 있다.
Figure pat00065
는 조밀 그물망에 대한 배경물질과 영상 재구성 영역 내의 매개변수의 차이 값을 나타낸다.
Figure pat00066
는 조밀 그물망에 대한 입사 전자파를 나타낸다. 이때, 조밀 그물망에 대한 연산은 조밀 그물망에 비례한 계산량을 갖고 있어 순방향 수치해석의 계산시간이 길어지는 단점이 있다.
아래의 수학식 6은 모두 듬성 그물망에 대한 식으로, 상기한 수학식 5에 기초를 두고 있다.
[수학식 6]
Figure pat00067
상기한 수학식 6과 같이 듬성 그물망에 대한 식으로 변환하기 위해서는 전술한 수학식 4에 정합시스템 행렬인
Figure pat00068
와 의 곱을 적절하게 사용한다. 이로 인하여,
Figure pat00070
은 듬성 그물망에 대한 총 전자파를,
Figure pat00071
는 듬성 그물망에 대한 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수를,
Figure pat00072
는 성 그물망에 대한 배경물질과 영상 재구성 영역 내의 매개변수의 차이값을,
Figure pat00073
는 듬성 그물망에 대한 입사 전자파로 변경된다. 그 결과, 듬성 그물망에 대한 순방향 수치해석은 조밀 그물망에 대한 수치해석에 비하여 적은 그물망 개수를 사용하기 때문에 계산량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 빠른 계산 속도를 실현할 수 있다.
또한, 전자파 수신에 따른 전자파의 계산은 아래의 수학식 7을 통해 전자파의 계산값을 획득한다.
[수학식 7]
Figure pat00074
상기한 수학식 7에 있어서,
Figure pat00075
는 송신 안테나에서 보낸 전자파가 영상 재구성 영역을 통과한 후 수신안테나로 수신되는 전자파의 계산값을 나타내며, 이는
Figure pat00076
듬성 그물망과 수신 안테나 사이의 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 관계,
Figure pat00077
듬성 그물망에 대한 배경물질과 영상 재구성 영역 내의 매개변수 차이값,
Figure pat00078
듬성 그물망의 총 전자파를 나타내며, 이들의 곱으로 계산할 수 있다.
다음에, 최적화 판정 블록(312)은 측정값 획득 블록(302)으로부터 전달되는 획득된 전자파 측정값과 전자파 계산 블록(310)으로부터 전달되는 생성된 전자파 계산값 간의 오차(차이)를 계산하고, 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 판정하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 현재 오차와 이전 계산에서의 오차 간 차이 값이 기 설정된 허용 차이 값보다 작거나 혹은 기 설정된 반복 계산 횟수를 초과할 때, 최적화 판정 블록(312)은 기 설정된 최적화 판정 조건을 충족시키는 것으로 판단할 수 있는데, 기 설정된 최적화 판정 조건을 충족시키지 않는 것으로 판단될 때 그에 상응하는 매개변수 업데이트 지령(즉, 듬성 그물망의 매개변수 업데이트를 위한 계산 요청 지령)을 생성하여 매개변수 갱신 블록(314)으로 전달하고, 기 설정된 최적화 판정 조건을 충족시키는 것으로 판단될 때 그에 상응하는 복원 영상 출력 지령을 생성하여 영상 재구성 값 생성 블록(316)으로 전달한다.
그리고, 매개변수 갱신 블록(314)은 최적화 판정 블록(312)으로부터 매개변수 업데이트 지령이 전달될 때 생성된 정합시스템 행렬, 영상 복원 그물망, 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 생성하고, 이 생성된 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트하여 전자파 계산 블록(310)으로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
즉, 기저함수의 정합시스템 행렬과 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비(regularized Green? function Jacobian) 행렬을 계산한다. 정규화된 그린함수 야코비 행렬
Figure pat00079
은
Figure pat00080
과 같으며,
Figure pat00081
은 배경물질과 영상복원 영역내의 매개변수의 차이를 영상복원 그물망에 대해서 나타내며,
Figure pat00082
는 전자파의 측정값과 전자파의 계산값의 오차 변화량을 나타낸다. 이것은 송수신 안테나가 z축으로 놓아진 작은 다이폴 안테나 형태일 때, 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00083
상기한 수학식 8에 있어서,
Figure pat00084
정규화된 그린함수 야코비 행렬이고,
Figure pat00085
는 z방향 전자파를,
Figure pat00086
는 듬성 그물망과 수신 안테나 사이의 3차원 평활화된 그린함수 관계를,
Figure pat00087
는
Figure pat00088
와의 관계에 의한 계수 행렬을,
Figure pat00089
는 듬성 그물망의 총 전자파의 대각방향 값을,
Figure pat00090
는 영상 복원 그물망에서 듬성 그물망으로 근사하는 행렬을 각각 나타낸다. 수학식 8에서는 듬성 그물망보다 상대적으로 큰 영상 복원 그물망을 사용하여 계산하였으며, 이로 인해 계산량이 줄어들 수 있다.
다시, 생성된 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트하는데, 이러한 듬성 그물망 매개변수의 업데이트는 아래의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00091
상기한 수학식 9에 있어서,
Figure pat00092
는 매개변수 업데이트 증감 값을, 위 증감 값 부분에서
Figure pat00093
은 증분 값을,
Figure pat00094
는 배경물질의 유전율을,
Figure pat00095
는 정규화된 그린함수 야코비 행렬을, 위 첨자
Figure pat00096
는 전치행렬을, 위 첨자 '-1' 은 역행렬을,
Figure pat00097
은 전자파 측정값과 전자파 계산값 사이의 불일치 오차를 각각 나타낸다.
그리고, 영상 재구성 값 생성 블록(316)은 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족될 때, 즉 최적화 판정 블록(312)으로부터 복원 영상 출력 지령이 전달될 때 영상 재구성 영역에서의 복원 영상(영상 재구성 값)을 시각적으로 식별 가능한 시각화 파일 또는 데이터 파일로 생성하여 도시 생략된 디스플레이 측으로 출력(또는 저장)하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 영상 재구성 장치를 통해 전자파를 이용하여 영상을 재구성하는 일련의 과정들에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 전자파를 이용하여 영상을 재구성하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 송신 안테나(104)로부터 송출되어 영상 재구성 영역(102)을 통과한 전자파가 다수의 수신 안테나(예컨대, 106-1 내지 106-6)를 통해 수신되면, 측정값 획득 블록(302)에서는 수신되는 전자파의 전자파 측정값을 획득한 후 최적화 판정 블록(312)으로 전달한다(단계 402).
다음에, 그물망 설정 블록(304)에서는 영상 재구성 영역(102) 내에 기 설정된 다수의 그물망(예컨대, 조밀 그물망, 조밀 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 듬성 그물망, 듬성 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 영상 복원 그물망)을 설정(정의)하고, 각 그물망의 매개변수 초기값을 설정한다(단계 404). 여기에서, 조밀 그물망, 듬성 그물망, 영상 복원 그물망 각각은, 예컨대 격자 형태, 삼각기둥 형태 및 육각기둥 형태 중 어느 하나일 수 있다.
다시, 정합 시스템 행렬 생성 블록(306)에서는 설정된 조밀 그물망, 듬성 그물망, 영상 복원 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성한다(단계 406). 여기에서, 그물망 각각에 대응되는 기저함수는 듬성 그물망끼리 교차되는 교차점, 영상 복원 그물망끼리 교차되는 교차점에서 최고값을 가진다.
이에 응답하여, 그린함수 생성 블록(308)에서는 그물망 사이의 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성한다. 보다 상세하게, 평활화된 그린함수 행렬은 조밀 그물망에 대한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬에 정합시스템 행렬과 정합시스템 행렬의 전치행렬을 곱하여 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 생성한다(단계 408). 즉, 산란 전자파를 계산하기 위한 영상 재구성 영역 내의 모든 조밀 그물망에 대한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬을 계산하고, 모든 조밀 그물망에서 수신 안테나로의 산란파를 계산하기 위한 3차원 다이아딕 그린함수 행렬을 계산함으로써 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 생성한다.
이어서, 전자파 계산 블록(310)에서는 평활화된 그린함수 행렬을 의거하여 영상 재구성 영역에 대해 순방향 해석을 수행함으로써 전자파 계산값을 생성하며(단계 410), 이와 같이 생성된 전자파 계산값은 최적화 판정 블록(312)으로 전달된다. 즉, 전자파 계산 블록(310)에서는 순방향 해석을 통해 듬성 그물망에 대한 전자파 산란 해석과 수신 안테나의 위치에서 획득할 수 있는 전자파를 계산한다.
다음에, 최적화 판정 블록(312)에서는 측정값 획득 블록(302)으로부터 전달된 전자파 측정값과 전자파 계산 블록(310)을 통해 생성된 전자파 계산값 간의 오차(차이)를 계산한 후(단계 412), 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 체크(판정)한다(단계 414).
상기 단계(414)에서의 체크 결과, 기 설정된 최적화 판정 조건을 충족시키지 않는 것으로 판단되면, 최적화 판정 블록(312)에서는 그에 상응하는 매개변수 업데이트 지령(즉, 듬성 그물망의 매개변수 업데이트를 위한 계산 요청 지령)을 생성하여 매개변수 갱신 블록(314)으로 전달한다.
그 결과, 매개변수 갱신 블록(314)에서는 생성된 정합시스템 행렬, 영상 복원 그물망, 3차원 평활화된 다이아딕 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 생성하고(단계 416), 이 생성된 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트(갱신)하며(단계 418), 이후 처리는 전술한 단계(410)로 진행된다.
상기 단계(414)에서의 체크 결과, 기 설정된 최적화 판정 조건을 충족, 예컨대, 현재 오차와 이전 계산에서의 오차 간 차이 값이 기 설정된 허용 차이 값보다 작거나 혹은 기 설정된 반복 계산 횟수를 초과한 것으로 판단되면, 최적화 판정 블록(312)은 그에 상응하는 복원 영상 출력 지령을 생성하여 영상 재구성 값 생성 블록(316)으로 전달한다.
이에 응답하여, 영상 재구성 값 생성 블록(316)에서는 영상 재구성 영역에서의 복원 영상(영상 재구성 값)을 시각적으로 식별 가능한 시각화 파일 또는 데이터 파일로 생성하여 도시 생략된 디스플레이 측으로 출력(또는 저장)한다(단계 420).
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
302 : 측정값 획득 블록 304 : 그물망 설정 블록
306 : 정합시스템 행렬 생성 블록 308 : 그린함수 행렬 생성 블록
310 : 전자파 계산 블록 312 : 최적화 판정 블록
314 : 매개변수 갱신 블록 316 : 영상 재구성 값 생성 블록

Claims (20)

  1. 송신 안테나로부터 송출되어 영상 재구성 영역을 통과하는 전자파 측정값을 획득하는 과정과,
    상기 영상 재구성 영역 내에 기 설정된 다수의 그물망을 설정하는 과정과,
    설정된 상기 다수의 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 과정과,
    생성된 상기 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정과,
    생성된 상기 평활화된 그린함수 행렬에 의거하여 상기 영상 재구성 영역에 대한 순방향 해석을 수행하여 전자파 계산값을 생성하는 과정과,
    획득된 상기 전자파 측정값과 생성된 상기 전자파 계산값 간의 오차를 계산하고, 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 체크하는 과정과,
    상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족되지 않을 때, 그물망의 매개변수를 업데이트하는 과정과,
    상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족될 때, 상기 영상 재구성 영역에서의 복원 영상을 출력하는 과정
    을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 그물망은,
    조밀 그물망, 상기 조밀 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 듬성 그물망, 상기 듬성 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 영상 복원 그물망을 포함하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 그물망 각각은,
    격자 형태, 삼각기둥 형태 및 육각기둥 형태 중 어느 하나인
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조밀 그물망과 듬성 그물망에 대응되는 기저함수와 상기 듬성 그물망과 영상 복원 그물망에 대응되는 기저함수는,
    스플라인(spline) 또는 웨이블릿(wavelet) 형태인
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 조밀 그물망과 듬성 그물망에 대한 기저함수의 정합시스템 행렬(
    Figure pat00098
    )은,
    다음의 수학식과 같이 생성되는,
    Figure pat00099

    (상기
    Figure pat00100
    는 상기 조밀 그물망과
    Figure pat00101
    번째 듬성 그물망에 할당되는 기저함수를, 상기
    Figure pat00102
    는 상기 듬성 그물망의 총 개수를 각각 나타냄.)
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정합시스템 행렬은,
    다음의 수학식을 만족시키는,
    Figure pat00103

    (상기
    Figure pat00104
    은 공간해상도 행렬을, 상기
    Figure pat00105
    는 상기
    Figure pat00106
    의 최소제곱법으로 구해진 전치행렬을, 상기
    Figure pat00107
    는
    Figure pat00108
    번째 조밀 그물망에 대응되는 점 확산함수(point spread function) 형태의 함수를, 상기
    Figure pat00109
    는 조밀 그물망의 총 개수를 각각 나타냄.)
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기
    Figure pat00110
    은,
    영상 재구성 값의 평활화를 위한 공간 필터로서 기능하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 정합시스템 행렬은,
    다음의 두 조건을 동시에 만족시키는
    (조건 1 : 기저함수의 유효 크기는 상기 듬성 그물망 크기와 같거나 유사함)
    (조건 2 : 상기 공간해상도 행렬 내의 각 요소는 동일 형태와 동일 첨두 값을 갖는 함수로 이루어짐)
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 조밀 그물망과 영상 복원 그물망에 대한 기저함수의 정합시스템 행렬(
    Figure pat00111
    )은,
    다음의 수학식과 같이 생성되는,
    Figure pat00112

    (상기
    Figure pat00113
    는 조밀 그물망과
    Figure pat00114
    번째 영상 복원 그물망에 할당되는 기저함수를, 상기
    Figure pat00115
    은 영상 복원 그물망의 총 개수를 각각 나타냄.)
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 과정은,
    상기 정합시스템 행렬과 상기 정합시스템 행렬의 전치행렬의 곱을 이용하여 공간해상도 행렬을 생성하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정은,
    상기 조밀 그물망에 대한 그린함수 행렬에 정합시스템 행렬과 정합시스템 행렬의 전치행렬을 곱하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정
    을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 과정은,
    산란 전자파를 계산하기 위한 상기 영상 재구성 영역 내의 모든 조밀 그물망에 대한 그린함수 행렬을 계산하는 과정과,
    상기 모든 조밀 그물망에서 수신 안테나로의 산란파를 계산하기 위한 그린함수 행렬을 계산하는 과정
    을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 순방향 해석을 수행하는 과정은,
    상기 듬성 그물망에 대한 전자파 산란 해석과 수신 안테나의 위치에서 획득할 수 있는 전자파를 계산하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 체크하는 과정은,
    현재 오차와 이전 계산에서의 오차 간의 차이 값이 기 설정된 허용 차이 값보다 작거나 혹은 기 설정된 반복 계산 횟수를 초과할 때, 상기 기 설정된 최적화 판정 조건의 충족으로 판단하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 매개변수를 업데이트하는 과정은,
    상기 정합시스템 행렬, 영상 복원 그물망, 활화된 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 생성하는 과정과,
    생성된 상기 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 상기 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트하는 과정
    을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 정규화된 그린함수 야코비 행렬(
    Figure pat00116
    )은,
    다음의 수학식과 같이 생성되는
    Figure pat00117

    (상기
    Figure pat00118
    는 z방향 전자파를, 상기
    Figure pat00119
    는 상기 듬성 그물망과 수신 안테나 사이의 평활화된 관계를, 상기
    Figure pat00120
    는
    Figure pat00121
    와의 관계에 의한 계수 행렬을, 상기
    Figure pat00122
    는 상기 듬성 그물망의 총 전자파의 대각방향 값을, 상기
    Figure pat00123
    는 상기 영상 복원 그물망에서 상기 듬성 그물망으로 근사하는 행렬을 각각 나타냄.)
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 듬성 그물망의 매개변수 업데이트는,
    다음의 수학식과 같이 표현되는
    Figure pat00124

    (상기
    Figure pat00125
    는 매개변수 업데이트 증감 값을, 위 증감 값 부분에서 상기
    Figure pat00126
    은 증분 값을, 상기
    Figure pat00127
    는 배경물질의 유전율을, 상기
    Figure pat00128
    는 정규화된 그린함수 야코비 행렬을, 위 첨자
    Figure pat00129
    는 전치행렬을, 위 첨자 '-1'은 역행렬을, 상기
    Figure pat00130
    은 상기 전자파 측정값과 전자파 계산값 사이의 불일치 오차를 각각 나타냄.)
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 복원 영상을 출력하는 과정은,
    상기 복원 영상을 시각적으로 식별 가능한 시각화 파일 또는 데이터 파일로 생성하여 출력하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 방법.
  19. 송신 안테나로부터 송출되어 영상 재구성 영역을 통과하는 전자파 측정값을 획득하는 측정값 획득 블록과,
    상기 영상 재구성 영역 내에 기 설정된 다수의 그물망을 설정하는 그물망 설정 블록과,
    설정된 상기 다수의 그물망 각각의 기저함수를 이용하여 그물망 간의 정합 시스템 행렬을 생성하는 정합 시스템 행렬 생성 블록과,
    생성된 상기 정합 시스템 행렬을 이용하여 평활화된 그린함수 행렬을 생성하는 그린함수 행렬 생성 블록과,
    생성된 상기 평활화된 그린함수 행렬에 의거하여 상기 영상 재구성 영역에 대한 순방향 해석을 수행하여 전자파 계산값을 생성하는 전자파 계산 블록과,
    획득된 상기 전자파 측정값과 생성된 상기 전자파 계산값 간의 오차를 계산하고, 계산된 오차의 변화가 기 설정된 최적화 판정 기준을 충족시키는지의 여부를 판정하는 최적화 판정 블록과,
    상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족되지 않을 때, 정합시스템 행렬, 영상 복원 그물망, 평활화된 그린함수 행렬을 이용하여 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 생성하고, 생성된 정규화된 그린함수 야코비 행렬을 이용하여 상기 듬성 그물망의 매개변수를 업데이트하는 매개변수 갱신 블록과,
    상기 기 설정된 최적화 판정 기준이 충족될 때, 상기 영상 재구성 영역에서의 복원 영상을 시각적으로 식별 가능한 시각화 파일 또는 데이터 파일로 생성하는 영상 재구성 값 생성 블록
    을 포함하는 전자파를 이용한 영상 재구성 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 그물망 설정 블록은,
    조밀 그물망, 상기 조밀 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 듬성 그물망, 상기 듬성 그물망보다 상대적으로 큰 크기의 영상 복원 그물망을 상기 다수의 그물망으로 설정하는
    전자파를 이용한 영상 재구성 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10037616B2 (en) 2015-11-18 2018-07-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for reconstructing image using microwave

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10492731B2 (en) 2015-04-02 2019-12-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for focusing microwave and thermally imaging for biological tissue
US11635394B2 (en) * 2020-02-10 2023-04-25 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Sensing using inverse multiple scattering with phaseless measurements

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005916A (en) * 1992-10-14 1999-12-21 Techniscan, Inc. Apparatus and method for imaging with wavefields using inverse scattering techniques
US5588032A (en) * 1992-10-14 1996-12-24 Johnson; Steven A. Apparatus and method for imaging with wavefields using inverse scattering techniques
US6587540B1 (en) * 1992-10-14 2003-07-01 Techniscan, Inc. Apparatus and method for imaging objects with wavefields
US5392046A (en) * 1993-08-19 1995-02-21 Mallinckrodt Medical, Inc. Entropy based signal, transmission, reception and signal analysis method and apparatus
US5841288A (en) * 1996-02-12 1998-11-24 Microwave Imaging System Technologies, Inc. Two-dimensional microwave imaging apparatus and methods
US5835054A (en) * 1996-03-01 1998-11-10 The Regents Of The University Of California Ultra wideband ground penetrating radar imaging of heterogeneous solids
US6448788B1 (en) * 1999-05-26 2002-09-10 Microwave Imaging System Technologies, Inc. Fixed array microwave imaging apparatus and method
US6700526B2 (en) * 2000-09-08 2004-03-02 Witten Technologies Inc. Method and apparatus for identifying buried objects using ground penetrating radar
US7825667B2 (en) * 2003-04-04 2010-11-02 Microwave Imaging Systems Technologies, Inc. Microwave imaging system and processes, and associated software products
US10775308B2 (en) * 2006-08-24 2020-09-15 Xenogen Corporation Apparatus and methods for determining optical tissue properties
US7928896B2 (en) * 2007-07-09 2011-04-19 Carnegie Mellon University Application of time reversal to synthetic aperture imaging
KR101016747B1 (ko) 2008-12-15 2011-02-25 한국전자통신연구원 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법
US8933837B2 (en) * 2009-07-02 2015-01-13 Univeristy Of Manitoba Imaging system and method using spatially separated radiated fields
WO2011100343A2 (en) * 2010-02-09 2011-08-18 Dartmouth College System and method for collection and use of magnetic resonance data and microwave data to identify boundaries of interest
US9167985B2 (en) * 2010-03-19 2015-10-27 University Of Manitoba Microwave tomography systems and methods
KR101700621B1 (ko) * 2010-12-15 2017-02-01 한국전자통신연구원 임의의 측정거리에 적용가능한 적응형 초고속 및 고해상도 3차원 영상복원 방법
CN102540276B (zh) * 2010-12-29 2014-11-26 通用电气公司 软场层析成像系统和方法
US9329263B2 (en) * 2011-05-23 2016-05-03 The Regents Of The University Of Michigan Imaging system and method
US9322910B2 (en) * 2011-07-15 2016-04-26 Technoimaging, Llc Method of real time subsurface imaging using electromagnetic data acquired from moving platforms
US20130018591A1 (en) 2011-07-17 2013-01-17 Grzegorczyk Tomasz M Fast tomographic microwave imaging
KR20130010156A (ko) 2011-07-18 2013-01-28 (주)뮤트로닉스 초음파 영상을 이용한 전자파 역산란 해석방법 및 전자파 토모그래피 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10037616B2 (en) 2015-11-18 2018-07-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for reconstructing image using microwave

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