KR20160036959A - 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 생성 장치가 개시된다. 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치는, 빛을 출력하는 광원, 상기 출력된 빛을 산란시켜, 스펙클 패턴을 가지도록 하는 랜덤 미디엄(random medium), 상기 광원으로부터 출력되는 빛과 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경하여 스팩클 패턴을 변화시키는 위치 구동 장치, 상기 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광 샘플에 조사되면, 상기 형광 샘플로부터 나오는 형광 신호를 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 센서, 및 상기 변환된 전기적 신호를 이용하여, 상기 변화하는 스펙클 패턴의 각각에 따라 복수 개의 이미지를 획득하고, 상기 복수 개의 이미지를 처리하여 형광 이미지를 생성하는 이미지 프로세서를 포함한다.

Description

이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법 {IMAGE GENERATING APPARATUS AND IMAGE GENERATING METHOD}
이하의 개시는 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형광 샘플에 빛이 조사되면 형광샘플로부터의 형광 신호를 수집하여 형광 샘플에 대한 고분해능 형광 이미지를 생성하는 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법에 관한 것이다.
근자에 들어서 고분해능 이미지 생성 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존의 광학현미경은 아베의 법칙(abbe's law)로 알려진 회절한계로 인해 두 물체가 최소 반파장 이상 떨어져 있어야 분해 가능한 분해능의 한계가 있었다. 이러한 회절한계를 극복하고자 많은 방법들이 제시 되었다. 그 중 고분해능 형광 이미징 기법은 형광체의 특징을 이용하여 분해능을 향상시키는 방법으로 바이오 이미징에 사용하기 용이하여 각광받아왔다. 고분해능 형광 이미징 기법 또한 다양한 방법이 제시되었다.
고분해능 형광 이미징 기법 중 하나로 SOFI(Super-resolution opticsl fluctuation imaging) 방법이 연구되어 왔다. SOFI 방법은 형광체의 깜빡임(blinking) 현상을 통계적인 개념으로 처리한 것이다.
도 1a 및 1b는 SOFI 방법을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, SOFI 방법에서는 형광샘플(10)의 각각 다른 위치에 형광체(11,12)가 존재할 수 있다. 형광체(11,12) 각각은 고유의 깜빡임(blinking) 성질에 의해 특정한 시간 간격으로 깜빡일(blink) 수 있다. SOFI 방법은 도 1b에 도시된 바와 같이 일정한 시간 간격으로 형광샘플(10)에 대한 깜빡임 현상을 이미지(21 내지 24)로 시간에 따라 측정한다. 한편, 형광체(11)와 형광체(12)의 스스로의 깜박거림은 높은 자기상관(autocorrelation) 특성을 가진다. 즉, 형광체(11)의 깜박거림과 형광체(12)의 깜박거림 신호가 같이 존재하는 부분에서는 두 형광체(11,12)의 신호가 섞여 있기 때문에 상호 상관(crosscorrelation) 계수는 낮은 수치를 가지며, 형광체(11)만의 깜박거림 또는 형광체(12)만의 깜박거림의 자기 상관 계수는 높은 수치를 가질 수 있다. 이하에서는, 이러한 특성을 자기 상관 특성을 가지는 것으로 표현하도록 한다.
SOFI 방법은 각각의 측정된 이미지(21 내지 24)들을, 시간상에서 인접한 이미지의 대응되는 픽셀별로 곱하여 통계적 처리를 하게 되면 서로 독립적으로 깜빡이는 형광체(11,12)의 자기 상관 특성에 의하여 자기 자신의 형광체끼리의 곱만 살아남게 되어 대응되는 PSF(point spread function)가 제곱되어 PSF를 작게 줄이는 효과를 얻게 된다. PSF를 작게 줄일 수 있다는 것은 이미지의 분해능을 높일 수 있다는 말과 동일하다. 이를 통해 SOFI 방법은 고분해능 형광 이미지를 얻을 수 있으며, 도 1c의 왼쪽부터 기존의 광학현미경에서 획득한 형광 이미지이고 나머지 그림은 SOFI방법을 이용하여 획득된 고분해능 형광 이미지이다. 예를 들어 도 1c의 왼쪽 2번째 그림을 보면 2차 상관(second order correlation) 통계적 처리를 통하여 획득한 고분해능 형광 이미지이고 고차항의 상관(high order correlation)을 적용하게 되면 도1c의 3번째, 4번째 그림과 같이 이론적으로 PSF를 고차항의 계수만큼 줄일 수 있어 보다 높은 분해능의 이미지를 획득할 수 있다.
하지만, SOFI 방법은 형광체의 고유 성질인 깜빡임 (blinking)을 이용해야 하고 형광체에 따라 각기 다른 시간간격의 깜빡임의 성질을 가지고 있기 때문에 이를 만족하는 특정 형광체를 이용해야 한다는 단점이 있다. 따라서 일반 형광체를 이용한 생체샘플에 적용하기엔 한계가 있다.
이에 따라, 형광체의 깜빡임을 이용하지 않고도 SOFI 방법을 적용하여 고분해능 이미지를 생성할 수 있는 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법의 개발이 요청되는 실정이다.
이하의 개시는, 상술한 문제점을 해결하면서 기술 개발 요청에 응답하여 안출된 것으로, 형광체의 깜빡임을 이용하지 않고 SOFI 방법을 이용하여 고분해능 이미지를 생성할 수 있는 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법을 제공한다.
이하의 개시는, 자기 상관 특성을 가지는 시간에 따라 변하는 특수한 패턴을 가지는 빛을 형광샘플에 조사하는 방식으로, 형광 샘플의 형광체로부터 발생하는 형광 신호의 깜빡임을 조사한 빛으로부터 발생시킨다. 이렇게 생성된 형광 신호의 깜빡임은 형광체의 깜빡임을 대체할 수 있다. 따라서 형광체의 깜빡임 현상을 이용하지 않고도 SOFI방법과 푸리에 재가중 방법을 이용하여 고분해능 이미지를 생성하는 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법을 제공한다.
일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치는, (1) 빛을 출력하는 광원, (2) 상기 광원에서 나온 빛을 투과시키면, 스펙클 패턴(speckle pattern)이 발생되도록 하는 랜덤 미디엄(random medium), (3) 스펙클 패턴이 시간에 따라 변화되도록 하기 위하여 상기 광원에서 나오는 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경시켜 주는 위치 구동 장치, (4) 상기 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광샘플에 조사되어, 발생되는 형광신호를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서, (5) 상기 위치 구동 장치에 의해 변화되는 스펙클 패턴을 이용하여 형광샘플로부터 시간에 따른 복수 개의 형광 이미지를 획득하여 상기 통계적인 방법(SOFI)으로 처리하여 고분해능의 형광 이미지를 생성하도록 하는 이미지 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 이미지 프로세서는, 상기 복수 개의 형광 이미지의 평균값(mean)을 이용하여 일반 현미경으로 측정한 형광 이미지와 같은 이미지를 재구성할 수 있다.
상기 이미지 프로세서는, SOFI(Super-resolution opticsl fluctuation imaging) 방법을 상기 복수 개의 이미지에 적용하여 상기 형광샘플의 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있다.
상기 이미지 프로세서는, 상기 복수개의 형광 이미지를 상기 통계적방법(SOFI)으로 처리하여 생성한 고분해능 이미지에 푸리에 재가중 방법(Fourier reweighting method:FRW)을 적용하여 상기 고분해능 형광 이미지보다 더 높은 분해능의 형광 이미지를 생성할 수 있다..
상기 위치 구동 장치는, 상기 광원에서 나온 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경시켜 랜덤 미디엄으로부터 생성된 스펙클 패턴을 시간에 따라 변화시킬 수 있다.
상기 위치 구동 장치는, 스펙클 패턴이 시간에 따라 변화되는 정도를 상기 광원에서 나온 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경시키는 정도로 조절 할 수 있다.
다른 실시 예에 의한 스펙클 패턴 생성 장치는, 랜덤 미디엄(random medium) 과 위치 구동 장치를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 이미지 생성 방법은, 랜덤 미디엄으로부터 생성된 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광 샘플에 조사되도록 빛을 출력하는 단계, 상기 형광 샘플로부터 발생되는 형광신호를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서 단계, 상기 광원에서 나온 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 시간에 따라 변화시키면서 생성되는 스펙클 패턴을 이용하여 복수 개의 이미지를 형광 샘플로부터 획득하는 단계, 이렇게 획득한 복수 개의 이미지를 상기 통계적인 방법과 푸리에 재가중 방법으로 처리하여 고분해능 형광 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 다양한 실시 예에 따라서, 자기 상관 특성을 가지는 시간에 따라 변화하는 특수한 패턴을 가지는 빛을 샘플에 조사하는 방식으로, 샘플의 형광체가 깜빡이지 않더라도 SOFI 방법과 푸리에 재가중 방법을 이용하여 고분해능 형광 이미지를 생성하는 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법이 제공될 수 있다. 형광체의 깜빡임을 이용하지 않음으로써, 다양한 형광 샘플에 적용할 수 있어 그 활용 범위가 확장될 수 있다.
아울러, 다양한 실시 예에 따른 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법은 기존의 SOFI 방식을 약간만 수정하면 구현이 가능하여 경제성 및 적용 가능성이 높다.
또한, 다양한 실시 예에 따른 이미지 생성 장치 및 이미지 생성 방법은 위치 구동 장치를 이용하여 스펙클 패턴의 변화를 외부에서 조절함으로써, 기존에 SOFI보다 고속으로 구현될 수 있다. 이에 따라, 기존의 SOFI 방식에서 구현할 수 없었던 실시간 이미징이 구현될 수 있다.
도 1a 및 1b는 SOFI 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 1c는 SOFI 방법에 기초하여 획득된 고분해능 형광 이미지이다.
도 2는 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치의 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 의한 스펙클 패턴의 생성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 일 실시 예에 의한 랜덤 미디엄의 이동과 스펙클 패턴의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 SOFI 푸리에 재가중 방법(Fourier reweighting method:FRW)에 기초한 분해능 향상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 일 실시 예에 의한 랜덤 미디엄과 위치 구동 장치에 의해 시간에 따라 변화하는 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광 샘플로 조사되고 형광샘플로부터 나온 형광 신호로부터 얻은 복수 개의 이미지의 예시이다.
도 8은 일 실시 예에 의한 실험 시뮬레이션 결과에 대한 그래프이다.
도 9는 랜덤 입사 위치 구동장치의 이동 정도에 따른 스펙클 패턴 사이의 상관도 변경을 설명하는 그래프이다.
도 10은 일 실시 예에 의한 스펙클 패턴 생성 장치의 블록도이다.
도 11은 일 실시 예에 의한 샘플에 대한 이미지를 생성하는 방법의 흐름도이다.
이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 2는 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치(200)는 광원(210), 랜덤 미디엄(random medium)(220), 위치 구동 장치(230), 센서(240) 및 이미지 프로세서(250)를 포함할 수 있다.
광원(210)은 기설정된 파장을 가지는 빛을 출력할 수 있다. 광원(210)은 예를 들어 레이저 발진 장치로 구현될 수 있으며, 레이저 발진 장치의 종류에는 제한이 없다.
광원(210)은 랜덤 미디엄(220)을 향하여 빛을 조사할 수 있다. 광원(210)으로부터 나오는 빛이 랜덤 미디엄(220)의 제 1 지점으로 입사되도록, 광원(210)과 랜덤 미디엄(220) 사이의 상대적인 위치가 위치 구동 장치(230)에 의해 조절될 수 있다. 한편, 광원(210)과 랜덤 미디엄(220) 사이에는 빛을 전달하기 위하여 다른 광학 시스템을 포함할 수 있다.
랜덤 미디엄(220)은 스펙클 패턴(speckle pattern)을 발생되도록 하는 무질서한 물질(disordered matter)일 수 있다. 랜덤 미디엄(220)은 입사된 빛을 산란시킴으로써, 입사된 빛의 광선(ray)를 여러 경로로 진행하도록 하여 투과되는 빛이 스펙클 패턴을 가지도록 할 수 있는 물질이라면 제한이 없다.
위치 구동 장치(230)는 광원(210)에서 나온 빛과 랜덤 미디엄(220) 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경시키기 위해 랜덤 미디엄(220)의 위치 또는 각도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 위치 구동 장치(230)는 랜덤 미디엄(220)에 물리적으로 연결될 수 있다. 위치 구동 장치(230)는 모터(motor) 등과 같은 기계적인 변위 또는 변각 수단과 랜덤 미디엄(220)을 고정하는 고정 수단을 포함할 수 있다. 위치 구동 장치(230)는 기설정된 방식으로 랜덤 미디엄(220)을 움직이거나 회전 시킬 수 있다. 예를 들어, 위치 구동 장치(230)는 랜덤 미디엄(220)을 기설정된 방향 및 속도로 시간에 따라 움직일 수 있다.
이에 따라, 광원(210)에서 나오는 빛은 랜덤 미디엄(220)으로 입사되고 랜덤 미디엄(220)으로 입사된 빛의 위치가 제 1 지점으로부터 제 2 지점으로 변경될 수 있다. 아울러, 시간에 따라서 랜덤 미디엄(220)에 빛이 입사되는 지점은 계속하여 변경될 수 있다.
다른 실시 예에서, 입사 위치 구동 장치(230)는 광원(210)의 위치를 변경할 수도 있다. 예를 들어, 입사 위치 구동 장치(230)는 광원(210)로부터 나오는 빛의 진행 방향을 시간에 따라 변경할 수 있다. 이에 따라 광원(210)으로부터 나온 빛과 랜덤 미디엄(220) 사이의 상대적인 위치가 변경되어 빛이 랜덤 미디엄으로 입사되는 위치가 시간에 따라 변경될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 입사 위치 구동 장치(230)는 광원(210)과 랜덤 미디엄(220)으로 입사되는 각도를 변경하기 위해 광원(210)의 각도를 변경할 수도 있다. 예를 들어, 입사 위치 구동 장치(230)는 광원(210)으로부터 나오는 빛의 진행 각도를 시간에 따라 변경할 수 있거나 입사 구동 장치(230)는 랜덤 미디엄을(220)을 시간에 따라 회전 시킬 수 있다.. 이에 따라 광원(210)으로부터 나온 빛과 랜덤 미디엄(220) 사이의 상대적인 각도가 변경되어 빛이 랜덤 미디엄으로 입사되는 각도가 시간에 따라 변경될 수 있다.
상술한 바에 따라서, 자기 상관 특성을 가지는 특수한 패턴의 빛이 형광샘플(미도시)에 조사될 수 있다. 특히, 광원(210)으로부터 나오는 빛과 랜덤 미디엄(220) 사이의 상대적인 위치 또는 각도가 시간에 따라 변경됨에 따라서, 랜덤 미디엄(220)으로부터 생성된 스펙클 패턴 또한 시간에 따라 변화된다. 랜덤 미디엄(220)으로부터 생성된 시간에 따라 변화되는 스펙클 패턴은 자기상관(auto correlation) 특성을 가지며, 이에 대해서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 시간에 따라 변화되는 스펙클 패턴이 자기상관 특성을 가지기 때문에, 이는 형광샘플(미도시)의 형광체가 깜빡거림 현상(blinking)을 가지지 않더라도 입사되는 스펙클 패턴이 만들어 줌으로써 형광체의 깜빡거림과 유사한 효과를 생성할 수 있다. .
센서(240)는 랜덤 미디엄(220)으로부터 나온 빛과 스펙클 패턴 그리고 형광 샘플로부터 나오는 형광 신호를 감지할 수 있다. 센서(240)는 포토다이어드와 같은 빛을 감지할 수 있는 수단이라면 그 종류에 제한이 없으며, 센서의 종류에 따라서 본 권리범위가 제한되지 않음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
한편, 형광샘플(미도시)은 랜덤 미디엄(220) 및 센서(240) 사이에 배치될 수 있다. 랜덤 미디엄(220)으로부터 나온 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광샘플(미도시)로 조사될 수 있으며, 센서(240)는 형광샘플(미도시)로부터 나오는 형광 신호를 감지할 수 있다.
센서(240)는 감지된 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 변환된 전기적 신호를 이미지 프로세서(250)로 출력할 수 있다. 센서(240)는 기설정된 시간 간격으로 감지된 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 센서(240)는 제 1 기간 동안에는 랜덤 미디엄(220)의 제 1 지점에서 빛이 산란되어 생성된 스펙클 패턴을 감지할 수 있으며, 제 2 기간 동안에는 위치 구동 장치에 의해 광원에서 나온 빛과 랜덤 미디엄(220) 사이의 상대적인 위치가 변경되는 동안 빛을 감지하지 않고, 제 3 기간 동안에는 위치 구동 장치에 의해 변경된 랜덤 미디엄(220)의 제 2 지점에서 빛이 산란되어 생성된 스펙클 패턴을 감지할 수 있다. 센서(240)는 위치 구동 장치(230)가 시간에 따라 랜덤 미디엄(220)을 이동시키면 변경된 지점으로부터 빛이 산란되어 생성된 스펙클 패턴을 감지할 수 있다. 또는 센서(240)는 위치 구동 장치(230)가 광원(210)으로부터 나오는 빛의 방향을 시간에 따라 변경하면 랜덤 미디엄의 변경된 입사 지점으로부터 빛이 산란되어 생성된 스펙클 패턴을 감지할 수도 있다. 또한 같은 방식으로 랜덤 미디엄(220) 또는 빛의 각도를 시간에 따라 변경하면 변경된 입사 각도에 따라 빛이 산란되어 생성된 스펙클 패턴을 감지할 수도 있다.
이미지 프로세서(250)는 센서(240)로부터 입력된 전기적 신호에 기초하여 시간에 따라서 샘플에 대한 복수 개의 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 프로세서(250)는 제 1 기간 동안 센서(240)로부터 입력되는 전기적 신호에 기초하여 제 1 이미지를 생성할 수 있다. 아울러, 이미지 프로세서(250)는 제 2 기간 동안 센서(240)로부터 입력되는 전기적 신호에 기초하여 제 2 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 프로세서(250)는 복수개의 각각의 기간마다 센서(240)로부터 입력되는 전기적 신호에 기초하여 복수 개의 이미지를 생성할 수 있다.
이미지 프로세서(250)는 형광 샘플(미도시)로부터 얻은 복수 개의 형광 이미지의 평균값(mean)을 이용하여 일반 현미경으로 측정한 형광 이미지와 같은 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 프로세서(250)는 복수 개의 형광 이미지에 기설정된 알고리즘을 적용하여 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있으며, 이에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
상술한 바에 따라서, 이미지 생성 장치(200)는 형광 이미지와 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있다. 특히, 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치(200)는 형광체의 깜빡임을 이용하지 않으면서도 특정한 패턴을 가지는 빛을 조사함으로써 형광체의 깜빡임을 이용한 것과 유사한 효과를 창출할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 의한 스펙클 패턴의 생성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 광원(미도시)으로부터 나온 빛은 복수 개의 광선(ray)(301,302,303)로 구성될 수 있다. 복수 개의 광선(301,302,303)는 빛을 해석하기 위한 기준일 뿐, 본 권리범위와 연관이 없음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이하에서는, 빛이 복수 개의 광선으로 구성되었다는 측면으로 기술하도록 한다.
복수 개의 광선(301,302,303)는 랜덤 미디엄(310) 내부에서의 산란에 의하여 각각 다른 경로로 진행될 수 있다. 복수 개의 광선(301,302,303)가 각각 다른 경로로 진행하고, 다른 경로로 진행한 복수 개의 광선(301,302,303)는 랜덤 미디엄(310) 밖으로 나오면서 광선간의 간섭에 따라서 스펙클 패턴(320)을 생성할 수 있다. 스펙클 패턴(320)은 빛이 거친 표면(rough surface) 또는 랜덤 미디엄에서 산란되어 생성되는 랜덤 패턴을 의미할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 의한 랜덤 미디엄의 이동과 스펙클 패턴의 변화를 설명하기 위한 개념도이다. 도 4에서는 랜덤 미디엄의 이동은 랜덤 미디엄으로 입사되는 빛과 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치를 변경하는 것이므로 도 4에서는 그림상 쉬운 표기를 위해 입사되는 빛의 위치가 바뀐 것으로 표기하였다. 이하에서는, 입사되는 빛의 위치가 바뀐 것으로 설명하지만 실제로는 랜덤 미디엄의 이동이라는 것을 다시 한번 강조한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 랜덤 미디엄(220)으로 입사되는 빛의 위치는 랜덤 미디엄의 이동에 의해 제 1 지점(211)로부터 제 2 지점(212)로 이동할 수 있다. 빛이 입사되는 지점이 제 1 지점(211)인 경우에는 제 1 스펙클 패턴(411)이 생성될 수 있다. 아울러, 빛이 입사되는 지점이 제 2 지점(212)인 경우에는 제 2 스펙클 패턴(412)이 생성될 수 있다. 한편, 시간에 따라서 랜덤 미디엄이 이동함에 따라, 제 3 스펙클 패턴(413) 및 제 4 스펙클 패턴(414) 또한 생성된 것을 상정하도록 한다.
제 1 스펙클 패턴(411) 내지 제 4 스펙클 패턴(414)은 샘플(420)에 조사될 수 있다. 즉, 시간에 따라서 변화되는 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광 샘플(420)에 조사될 수 있다. 이는, 형광 샘플(420)에 존재하는 형광체가 시간에 따라서 변화되는 스펙클 패턴에 의해 형광체가 깜빡이게 되고 이는 형광체의 깜빡임(blinking) 현상과 광학적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스펙클 패턴(411)이 형광 샘플(420)의 제 1 지점(421)에 조사되는 경우와 제 4 스펙클 패턴(414)이 형광 샘플(420)의 제 1 지점(421)에 조사되는 경우, 스펙클 패턴의 변화에 의해 제 1 지점(421)에서 빛의 세기가 달라지기 때문에 형광체가 시간에 따라서 깜빡이게 되는 것이다. 즉, 제 1 스펙클 패턴(411)부터 제 4 스펙클 패턴(414)의 순서로 샘플(420)에 조사될 때, 형광 샘플(420)의 형광체에 깜빡임(blinking) 효과가 변화되는 스펙클 패턴에 의해 생성될 수 있다. 특히, 형광 샘플(420)의 제 1 지점에서의 변화되는 스펙클 패턴에 의한 깜박거림은 자기 상관 특성을 가진다.
즉, 제 1 스펙클 패턴(411) 내지 제 4 스펙클 패턴(414)이 조사되는 형광 샘플(420)에서의 광학 특성이 자기 상관의 특성을 가질 수 있다. 자기 상관 특성은 수학식 1에 의하여 증명될 수 있다.
또한, 도시되어 있지는 않지만 랜덤 미디엄(220)과 입사되는 빛의 상대적인 각도를 변경하게 되면 변경한 각도에 따라 생성된 각각의 스펙클 또한 자기 상관 특성을 가지며 위에 상술한 상대적인 위치 변경과 유사하게 형광 샘플(420)에서의 광학 특성이 자기 상관의 특성을 가지게 만들 수 있다. 자기 상관 특성은 수학식 2에 의하여 증명될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서의 r은 광원으로부터 나오는 빛과 랜덤 미디엄의 위치를 의미하는 좌표축이며,
Figure pat00002
은 광원으로부터 나오는 빛과 랜덤 미디엄의 상대적인 이동량을 의미한다. k는 빛 웨이브 벡터(light wave vector)로써 파장과 관련될 수 있다.
Figure pat00003
은, 랜덤 미디엄의 평균 자유 행로(mean free path)를 의미한다. 하지만 수학식 1의 경우 상대적인 이동량에 따라 식이 달라지게 된다. 다행히도 이는 빛을 형광샘플에 입사될 때 사용되는 이미징 시스템의 배율(특히, 축소)에 의해 수학식 3과 같이 수정될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 2에서의 θ는 광원으로 나오는 빛과 랜덤 미디엄의 각도를 의미하며,
Figure pat00005
는 광원으로부터 나오는 빛과 랜덤 미디엄의 상대적인 각도 변화량을 의미한다. d는 랜덤 미디엄의 두께를 나타낸다. 랜덤 미디엄의 두께와 상대적인 각도를 조절하면 마찬가지로 이미징 시스템의 배율(특히, 축소)에 의해 수학식 3과 같이 수정될 수 있다.
Figure pat00006
수학식 3에서의 r'과
Figure pat00007
은 이미징 시스템의 배율(특히, 축소)에 의해 변형된 좌표축과 상대적인 이동량이며, PSF intensity는 시스템에서 정의된 PSF (point spread function)의 세기이다. 수학식 2의 경우 상대적인 변화량은 각도이나 각도의 변화량이 각도의 변화량이 충분히 작으면 위치의 변화량으로 환산하여 계산할 수 있다. 이 위치의 변화량은 이미징 시스템의 배율(특히, 축소)에 의해 변형되어 그 값이 매우 작아지게 되어 수학식 3으로 변형하여 생각할 수 있다. 이와 같은 이미징 시스템에 의해 수정된 식들은 수학식 3과 같이 하나의 식으로 통일될 수 있으며 증명 과정은 매우 복잡하므로 생략하겠다.
수학식 1과 수학식 2와 같이, 광원에서 나오는 빛과 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도의 변경에 의해서 생성된 변화되는 스펙클 패턴에서 발생하는 깜박거림은 자기 상관 특성을 가질 수 있다.
도 5는 SOFI 푸리에 재가중 방법(Fourier reweighting method:FRW)에 기초한 분해능 향상을 설명하기 위한 그래프이다.
일 실시 예에 의한 이미지 생성 방법은, 수집된 복수 개의 형광 이미지에 대하여 통계적 방법(SOFI)으로 이미지를 처리하여 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있고 생성된 고분해능 형광 이미지에 푸리에 재가중 방법을 적용하여 더 높은 분해능의 형광 이미지를 얻을 수 있다. 도 5에서 mean_I는 수집된 복수개의 형광 이미지를 평균내어 얻은 일반 현미경으로 측정한 형광 이미지와 같은 이미지이고 2nd SOFI는 수집된 복수 개의 형광 이미지에 대하여 통계적 방법(SOFI)으로 이미지를 처리하여 생성된 고분해능 형광 이미지, 2nd SOFI_FRW는 생성된 고분해능 형광 이미지에 푸리에 재가중 방법을 적용하여 생성된 더 높은 분해능을 가진 형광 이미지이다. 그래프는 표시된 거리별 빛의 세기를 나타내는 그래프이고, 방법 적용 이전의 분해능이 예를 들어 533.3nm이면, 방법 적용 이후의 분해능은 예를 들어 346.7nm로 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 의한 이미지 생성 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 생성 장치는 광원(610), 뉴트럴 덴시티 필터(neutral density filter)(611), 랜덤 미디엄(620), 위치 구동 장치(630), 제 1 렌즈(621), 제 1 거울(622), 제 2 렌즈(623), 제 3 렌즈(624), 제 1 대물렌즈(625), 제물대(626), 제 2 대물렌즈(627), 제 2 거울(628), 제 4 렌즈(629), 제 5 렌즈(631) 및 센서(640)를 포함할 수 있다. 아울러, 도시되지는 않았지만 이미지 생성 장치는 센서(640)로부터의 전기적 신호를 처리하여 이미지를 생성하는 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있다.
광원(610)은 예를 들어, 레이저 발진 장치일 수 있으며, 532nm 파장의 레이저를 발진할 수 있다.
뉴트럴 덴시티 필터(611)는, 출력되는 빛에 대하여 선택적 흡수를 하지 않는 무채색 필터일 수 있다. 뉴트럴 덴시티 필터(611)는 입사되는 빛에 대하여 스펙트럼 특성을 변화시키지 않고 세기만을 감소시킬 수 있다.
랜덤 미디엄(620)은 출력된 빛이 산란되어 스펙클 패턴을 생성할 수 있는 물질일 수 있으며, 위치 구동 장치(630)에 의하여 움직일 수 있다. 위치 구동 장치(630)는 랜덤 미디엄(620)을 기설정된 방식으로 움직일 수 있으며, 이에 따라 광원(610)에서 나와 뉴트럴 덴시티 필터(611)를 통과한 빛과 랜덤 미디엄(620) 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경할 수 있다.
제 1 렌즈(621)는 예를 들어 FL100 렌즈일 수 있으며, 빛을 정렬(alignment)하는데 이용될 수 있다. 제 1 거울(622)은 입사되는 빛을 반사시켜 빛의 진행 방향을 변경할 수 있다. 제 2 렌즈(623)는 FL150 렌즈일 수 있으며, 빛의 경로를 정렬(alignment)하는데 이용될 수 있다. 제 3 렌즈(624)는 FL200 렌즈일 수 있으며, 빛의 경로를 정렬(alignment)하는데 이용될 수 있다.
제 1 대물 렌즈(625)는 물체의 상을 맺기 위하여 사용되는 렌즈일 수 있다. 제 1 대물 렌즈(625)는 예를 들어 50 배율 및 0.5 NA의 렌즈일 수 있다.
제물대(626)는 샘플을 배치할 수 있는 지지대일 수 있다.
제 2 대물 렌즈(627)는 물체의 상을 맺기 위하여 사용되는 렌즈일 수 있다. 제 2 대물 렌즈(627)는 예를 들어 60 배율 및 0.8 NA의 렌즈일 수 있다.
제 2 거울(628)은 제 2 대물 렌즈(627)로부터의 빛을 반사시켜 진행 경로를 변경할 수 있다.
제 4 렌즈(629)는 예를 들어 FL35 렌즈일 수 있으며, 빛을 정렬(alignment)하는데 이용될 수 있다. 제 5 렌즈(631)는 예를 들어 FL500 렌즈일 수 있으며, 빛의 경로를 정렬(alignment)하는데 이용될 수 있다.
센서(640)는 입사되는 빛을 감지할 수 있으며, 예를 들어 CCD일 수 있다.
빛이 랜덤 미디엄(620)에서 산란됨에 따라서 제물대(626) 상의 형광 샘플(미도시)에 조사되는 빛은 스펙클 패턴을 가질 수 있다.
아울러, 위치 구동 장치(630)가 랜덤 미디엄(620)을 시간에 따라 이동시킴에 따라서 형광 샘플(미도시)에 조사되는 스펙클 패턴이 시간에 따라 변화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 형광 샘플(미도시)에 조사되는 스펙클 패턴은 시간에 따라 변화되어, 형광 샘플(미도시)에 있는 복수 지점의 형광체에 깜박거림(blinking)을 생성할 수 있다. 아울러, 형광 샘플(미도시)의 복수 지점에서의 깜박거림은 자기 상관 특성을 가질 수 있다.
이미지 프로세서(미도시)는 센서(640)에서 수집된 복수 개의 형광 이미지에 SOFI의 이미지 처리 방법을 적용하여 일반적인 형광 이미지와 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 의한 복수 개의 이미지 생성의 예시이다. 이하에서는 복수 개의 스펙클 패턴을 측정하고 측정한 복수 개의 스펙클 패턴을 가상 형광 샘플에 조사하여 복수개의 형광 이미지를 얻는 모식도이다.
복수 개의 스펙클 패턴(710)은 시간에 따라 랜덤 미디엄을 이동시켜서 생성될 수 있다. 예시로써 랜덤 미디엄을 움직이는 것으로 표시하였으나 위치 구동 장치에 의해 광원으로부터 나오는 빛이 평행이동하여 랜덤 미디엄에 입사되는 위치를 변화시키는 상황으로도 가능하다. 또한 랜덤 미디엄 또는 입사되는 빛의 상대적인 각도를 변경하는 상황으로도 가능하다. 복수 개의 스펙클 패턴(710)은 형광 샘플(720)에 조사될 수 있다. 센서는 형광 샘플(720)로부터 나오는 형광 신호를 감지하고, 이미지 프로세서는 센서로부터의 전기적 신호에 따라서 시간에 따른 복수 개의 이미지(730)를 생성할 수 있다. 이미지 프로세서는, 복수 개의 이미지(730)에 기설정된 알고리즘을 적용하여 일반 형광 이미지와 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있다. 여기에서의 기설정된 알고리즘은 인접한 이미지 사이의 상관관계에 기초한 알고리즘일 수 있으며, 예를 들어 SOFI 방법과 푸리에 재가중 방법에 의한 형광 이미지 생성 방법일 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 의한 실험 시뮬레이션 결과에 대한 그래프이다. 도 8은 왼쪽에서부터 원본 패턴, 평균값(mean)을 이용한 형광 이미지, 이차(second order) SOFI FRW 방법을 적용한 고분해능 형광 이미지를 표시하며, 여기서 평균값을 이용한 형광 이미지는 기존의 현미경을 이용하여 얻은 형광 이미지와 동일하다. 이차 SOFI FRW 방법을 적용한 이미지가 평균값을 이용한 형광 이미지보다 분해능이 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 아울러, 아래의 위치-세기 그래프에서도, 이차 SOFI FRW 방법을 적용한 경우의 분해능이 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 랜덤 미디엄의 이동 정도에 따른 상관도 변경을 설명하는 그래프이다.
도 9에서는 단위 시간당 랜덤 미디엄의 이동 정도가 300nm, 500nm, 1mm, 2mm인 경우의 거리-상관도 그래프가 개시된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 랜덤 미디엄의 단위 시간당 이동 정도를 조절함으로써, 상관도가 제어될 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 의한 스펙클 패턴 생성 장치의 블록도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 스펙클 패턴 생성 장치(1000)는 랜덤 미디엄(1020) 및 위치 구동 장치(1030)를 포함할 수 있다.
랜덤 미디엄(1020)은 스펙클 패턴(speckle pattern)을 생성할 수 있는 무질서한 물질(disordered matter)일 수 있다. 랜덤 미디엄(1020)은 입사된 빛을 산란시킴으로써, 입사된 빛의 광선(ray)를 여러 경로로 진행하도록하여 랜덤 미디엄(1020)을 통과한 빛이 스펙클 패턴을 가지도록 할 수 있는 물질이라면 제한이 없다.
위치 구동 장치(1030)는 랜덤 미디엄(1020)의 위치 또는 각도를 변경하거나 직접 광 경로의 위치 또는 각도를 변경하여 입사되는 빛과 랜덤 미디엄(1020)사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 위치 구동 장치(1030)는 랜덤 미디엄(1020)에 물리적으로 연결될 수 있다. 위치 구동 장치(1030)는 모터(motor)등과 같은 기계적인 변위, 변각 수단과 랜덤 미디엄(1020)을 고정하는 고정 수단을 포함할 수 있다. 위치 구동 장치(1030)는 기설정된 방식으로 랜덤 미디엄(1020)을 이동 또는 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 위치 구동 장치(1030)는 랜덤 미디엄(1020)의 위치 또는 각도를 기설정된 방향 및 속도로 움직일 수 있다. 또한, 위치 구동 장치(1030)는 랜덤 미디엄(1020)에 빛이 입사되는 경로를 변경하는 장치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 위치 구동 장치(1030)는 갈바노 거울 (Galvano mirror)와 같은 기계적인 변위 또는 각도의 변화를 통해 광 경로를 변화시켜 빛이 랜덤 미디엄(1020)에 입사되는 위치 또는 각도를 기설정된 방향 및 속도로 움직일 수 있다.
스펙클 패턴 생성 장치(1000)는 상술한 바에 따라서 시간에 따라서 상대적인 위치를 변경시키며, 자기 상관 특성을 가지는 스펙클 패턴을 생성할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 의한 샘플에 대한 이미지를 생성하는 방법의 흐름도이다.
단계 1110에서, 이미지 생성 방법은 광원으로부터 출력된 빛이 랜덤 미디엄을 향하여 입사될 수 있다.
단계 1120에서, 이미지 생성 방법은 입사된 빛은 랜덤 미디엄에서 산란되어 스펙클 패턴을 가지는 빛을 생성하고 생성된 빛을 형광샘플에 조사할 수 있다.
단계 1130에서, 이미지 생성 방법은 형광 샘플로부터 나오는 형광 신호를 감지할 수 있다.
단계 1140에서, 이미지 생성 방법은 감지된 형광 신호에 기초하여 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 생성 방법은 제 1 기간에 대한 이미지를 생성할 수 있다. 여기에서, 제 1 기간은 랜덤 미디엄이 제 1 위치에 배치된 기간을 의미할 수 있다.
단계 1150에서, 이미지 생성 방법은 이미지 수집이 종료되는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성 방법은 N 개의 이미지가 수집되면 이미지 수집을 종료하는 것으로 기설정될 수 있다.
이미지 수집이 종료되지 않으면, 단계 1160에서 이미지 생성 방법은 입사되는 빛과 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성 방법은 랜덤 미디엄을 제 2 위치로 변경할 수 있다. 이에 따라, 입사되는 빛과 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경할 수 있다.
이미지 생성 방법은 다시 1110 단계로 복귀하여 광원에서 빛을 출력할 수 있다. 이미지 생성 방법은 단계 1110 내지 단계 1140을 반복할 수 있으며, 제 2 기간에 대한 이미지를 생성할 수 있다.
이미지 생성 방법은 이미지가 N 개가 수집되면, 1170 단계로 진입하여 복수 개의 이미지의 평균값을 이용하여 형광 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 생성 방법은 N 개의 이미지 중 인접 이미지 사이의 상관도에 기초하여 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성 방법은 SOFI 방법의 알고리즘을 수집된 N 개의 이미지에 적용하여 고분해능 형광 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 생성 방법은 다양한 차수(order)의 SOFI 알고리즘을 적용할 수 있으며, SOFI 알고리즘의 차수에는 제한이 없다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 빛을 출력하는 광원;
    상기 출력된 빛을 산란시켜, 스펙클 패턴을 가지는 빛을 생성하는 랜덤 미디엄(random medium);
    상기 광원으로부터 출력되어 상기 랜덤 미디엄으로 입사된 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경시키는 위치 구동 장치;
    상기 스펙클 패턴을 가지는 빛이 형광 샘플에 조사되면, 상기 형광 샘플로부터의 형광 신호를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 센서; 및
    상기 변환된 전기적 신호를 이용하여, 상기 랜덤 미디엄의 시간에 따라 변화된 상대적 위치에 따른 복수 개의 이미지를 획득하고, 상기 복수 개의 이미지를 처리하여 형광 이미지를 생성하는 이미지 프로세서
    를 포함하는 이미지 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 프로세서는, 상기 복수 개의 이미지의 인접 이미지 사이의 상관도에 기초하여 SOFI(Super-resolution optical fluctuation imaging) 방법을 상기 복수 개의 이미지에 적용, 상기 형광샘플의 고분해능 형광 이미지를 생성하는 이미지 생성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이미지 프로세서는, 푸리에 재가중 방법(Fourier reweighting method:FRW)에 기초하여 SOFI 방법으로 생성된 고분해능 형광 이미지보다 높은 분해능을 가지는 형광 이미지를 생성하는 이미지 생성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 구동 장치는, 상기 광원에서 출력된 빛이 랜덤 미디엄에 입사되는 위치 및 상기 랜덤 미디엄 중 적어도 하나를 이동시켜, 입사된 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치를 변경함으로써 출력되는 스펙클 패턴을 변화시키는 이미지 생성 장치.
  5. 제 1항에 있어서
    상기 위치 구동 장치는, 상기 광원에서 출력된 빛이 랜덤 미디엄에 입사되는 빛의 각도 및 랜덤 미디엄 각도 중 적어도 하나를 변화시켜, 입사된 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 각도를 변경함으로써 출력되는 스펙클 패턴을 변화시키는 이미지 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 구동 장치는, 입사된 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도의 변경 정도를 단위 시간당 조절하는 이미지 생성 장치.
  7. 입사되는 빛을 투과시키면서 스펙클 패턴(speckle pattern)을 출력하는 랜덤 미디엄(random medium); 및
    상기 입사된 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치를 변경하여, 스펙클 패턴을 변화시키는 구동 장치
    를 포함하는 스펙클 패턴 출력 장치.
  8. 랜덤 미디엄에서 산란된 스펙클 패턴을 가지는 빛이 샘플에 조사되도록 빛을 출력하는 단계;
    상기 형광 샘플로부터의 형광 신호를 감지하여 이미지를 생성하는 단계;
    시간에 따라 상기 입사된 빛과 상기 랜덤 미디엄 사이의 상대적인 위치 또는 각도를 변경하여 시간에 따라 변화하는 스펙클 패턴을 가지는 빛을 이용하여 이미지를 생성, 수집하는 단계; 및
    상기 복수 개의 이미지를 처리하여 형광 이미지를 생성하는 단계
    를 포함하는 이미지 생성 방법.
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