KR20160117092A - 하이퍼스펙트럴 이미지 장치 - Google Patents

하이퍼스펙트럴 이미지 장치 Download PDF

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KR20160117092A
KR20160117092A KR1020150045759A KR20150045759A KR20160117092A KR 20160117092 A KR20160117092 A KR 20160117092A KR 1020150045759 A KR1020150045759 A KR 1020150045759A KR 20150045759 A KR20150045759 A KR 20150045759A KR 20160117092 A KR20160117092 A KR 20160117092A
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스텔라 박
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서울바이오시스 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry

Abstract

하이퍼스펙트럴 이미지 장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발명은: 서로 다른 피크 파장을 가지는 복수개의 엘이디를 구비하여 피사체에 광을 조사하는 조명모듈과; 피사체에서 반사된 광을 측정하여 피사체의 이미지를 획득하는 촬영모듈; 및 촬영모듈에 의해 획득된 이미지의 픽셀 강도를 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지처리모듈을 포함하고, 이미지처리모듈은, 촬영모듈에 의해 획득된 이미지를 저장하는 이미지 저장부; 및 이미지 저장부에 저장된 복수개의 이미지를 중첩하여 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함한다.

Description

하이퍼스펙트럴 이미지 장치{HYPERSPECTRAL IMAGE DEVICE}
본 발명은 하이퍼스펙트럴 이미지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 피크 파장을 갖는 여러 종류의 광을 이용하여 피사체를 촬영함으로써 하이퍼스펙트럴 이미지를 획득하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치에 관한 것이다.
하이퍼스펙트럴 이미지(Hyperspectral image)는, 다중분광영상의 발전 기술로 수십에서 수백 개 이상의 연속된 밴드 또는 채널로 구성된 이미지이다. 이러한 하이퍼스펙트럴 이미지는, 파장 범위는 400~2500nm이고 약 10nm의 밴드 폭을 갖고 측정되기 때문에 높은 해상도를 갖고 있다.
하이퍼스펙트럴 이미지의 정의는, 이미지를 구성하는 각 화소에 해당하는 대상물의 완전한 분광 특성 곡선(Spectral reflectance curve)을 얻을 수 있는 자료라고 할 수 있다. 하이퍼스펙트럴 이미지는, 분광 밴드가 많고, 연속적이고, 파장폭이 좁은 세가지 특징으로 정의될 수 있는 이미지이다.
지난 100여 년 동안 화학, 생물학, 천문학 등에서 대상물체의 특성을 구명하기 위한 수단으로 분광계(Spectrometer, spectro-radiometer)를 사용해 왔고, 원격탐사 분야에서도 실험실이나 야외에서 다양한 지표물의 분광 반사곡선을 측정하기 위하여 분광계를 사용하고 있다.
분광계가 하나의 물체에서 하나의 분광곡선을 측정할 수 있는 반면에, 하이퍼스펙트럴 이미지는 영상을 구성하는 모든 화소마다 분광 특성곡선을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 각 화소에 해당하는 목표물과 관련된 정보를 추출할 수 있다.
상기와 같은 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위해 사용되는 하이퍼스펙트럴 카메라는, 서로 다른 단색 조명 하에서 이미지를 얻는 장치로서, 여러 종류의 단색 조명과 카메라를 갖춘 장치이다. 하이퍼스펙트럴 카메라에 구비되는 단색 조명으로는 단일 파장 엘이디(LED)가 사용될 수 있다.
이와 같이 단색 조명으로 사용되는 단일 파장 엘이디 중, 녹색 대역(약 550㎚ 주변 대역의 파장)의 엘이디는, 다른 파장 대역의 엘이디에 비해 빛의 세기가 약하여 시그널 투 노이즈 비율(Singnal to noise ratio; 이하 SNR 이라 한다) 특성이 좋지 않다.
또한 상기 녹색 대역의 엘이디에 따르면, 수백 ms 정도의 짧은 시간 동안의 점등만으로도 발열되고, 이 열로 인해 빛의 세기가 감소되는 현상이 발생되므로, 단순히 엘이디의 점등 시간과 카메라의 셔터 오픈 시간을 늘려 빛을 받아들이는 방법으로는 SNR 특성을 향상시키기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 빛의 세기가 약한 엘이디의 SNR 특성을 향상시킬 수 있고, 향상된 품질의 하이퍼스펙트럴 이미지를 제공할 수 있는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치는: 서로 다른 피크 파장을 가지는 복수개의 엘이디를 구비하여 피사체에 광을 조사하는 조명모듈과; 피사체에서 반사된 광을 측정하여 피사체의 이미지를 획득하는 촬영모듈; 및 상기 촬영모듈에 의해 획득된 이미지의 픽셀 강도를 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지처리모듈을 포함하고, 상기 이미지처리모듈은, 상기 촬영모듈에 의해 획득된 이미지를 저장하는 이미지 저장부; 및 상기 이미지 저장부에 저장된 복수개의 이미지를 중첩하여 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함한다.
또한 상기 중첩하는 복수개의 이미지는, 동일 피크 파장을 가지는 엘이디로 광을 조사하여 촬영된 이미지인 것이 바람직하다.
또한 상기 동일 피크 파장은 녹색 파장 대역인 것이 바람직하다.
또한 상기 조명모듈은, 녹색 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 조사하는 녹색 엘이디를 구비하고; 상기 녹색 엘이디는, 다른 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 조사하는 엘이디보다 많은 개수로 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 조명모듈은 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 순차적으로 점등시키고; 상기 촬영모듈은, 상기 엘이디의 점등이 변화될 때마다 피사체를 촬영함으로써 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 것이 바람직하다.
또한 상기 이미지처리모듈은, 서로 다른 피크 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지를 선별하는 선별부를 더 포함하고; 상기 촬영모듈은, 상기 선별부에서 선별된 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법은: 단색 광을 피사체에 조사하고 이를 복수회 촬영하여 이미지를 획득하는 이미지 획득단계; 및 획득된 이미지의 픽셀 강도를 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지 생성단계를 포함한다.
또한 상기 이미지 획득단계는, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 점등시켜 피사체를 촬영함으로써 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 것이 바람직하다.
또한 상기 이미지 생성단계는, 서로 다른 피크 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 대상 이미지를 선별하는 이미지 선별단계와; 상기 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 반복촬영단계; 및 상기 반복촬영단계에서 촬영된 복수개의 이미지를 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지에 중첩하여 하이퍼스펙트럴 이미지의 픽셀 강도를 증가시키는 이미지 보정단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 반복촬영단계는, 설정된 시간동안 설정된 횟수만큼 피사체를 촬영하여 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 것이 바람직하다.
또한 상기 이미지 생성단계는, 상기 대상 이미지의 SNR을 분석하여 상기 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 횟수를 산출하는 촬영횟수산출단계를 더 포함하고; 상기 반복촬영단계는, 상기 촬영횟수산출단계에서 산출된 촬영 횟수에 따라 피사체를 더 촬영하는 것이 바람직하다.
또한 상기 반복촬영단계는, 상기 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 복수회 촬영하고; 상기 반복촬영단계에서 이루어지는 복수회의 촬영은, 각 촬영이 시간 간격을 두고 이루어지도록 불연속적으로 진행되는 것이 바람직하다.
또한 상기 반복촬영단계에서 진행되는 각각의 촬영은, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 점등시켜 피사체를 촬영하는 복수회의 촬영 사이에 배치되도록 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 이미지의 좌표 기준점을 표시하기 위한 표시물을 배치하는 단계를 더 포함하고; 상기 이미지 보정단계는, 피사체와 함께 촬영된 표시물에 의해 표시된 이미지의 좌표 기준점을 기준으로 복수개의 이미지를 정렬하며 중첩하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하이퍼스펙트럴 이미지 장치에 따르면, 빛의 세기가 약한 엘이디의 SNR 특성을 향상시킬 수 있으며, 향상된 품질의 하이퍼스펙트럴 이미지를 제공할 수 있다.
또한 발명은 엘이디의 발열을 억제하여 엘이디의 발열로 인해 엘이디에서 조사되는 빛의 세기가 감소되는 것을 방지하고, 이로써 빛의 세기가 약한 엘이디를 이용하여 촬영되는 하이퍼스펙트럴 이미지의 SNR 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명모듈의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 생성단계에서의 이미지 처리 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 생성단계에서 이루어지는 반복 촬영의 일례를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치의 일 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치의 구성을 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명모듈의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 장치(100)는, 조명모듈(110)과, 촬영모듈(120) 및 이미지처리모듈(130)을 포함한다.
조명모듈(110)은, 피사체에 광을 조사하도록 구비되며, 서로 다른 피크 파장을 가지는 복수개의 엘이디(111)를 구비한다.
조명모듈(110)은, 하우징(105)에 설치될 수 있으며, 이때 하우징(105)은 하이퍼스펙트럴 이미지 장치(100)의 외관을 형성하도록 독립적인 형태로 구비될 수도 있고, 휴대폰 등과 같은 모바일 기기의 일부분일 수도 있다.
이러한 조명모듈(110)은, 후술할 촬영모듈(120)을 중심으로 복수개의 엘이디(111)가 밀집되게 배열되는 형태로 하우징(105)에 설치될 수 있다.
상기와 같은 조명모듈(110)은, 서로 다른 피크 파장을 가지는 복수개의 엘이디(111)를 각각 점등시킴으로써, 피사체에 각각 서로 다른 피크 파장을 가지는 광이 조사될 수 있도록 동작된다.
본 실시예에서, 조명모듈(110)에는 복수개의 엘이디(111)가 구비되되, 복수개의 엘이디(111) 중에는 녹색 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 조사하는 녹색 엘이디(111a)가 포함되는 것으로 예시된다.
촬영모듈(120)은, 피사체에서 반사된 광을 측정하여 피사체의 이미지를 획득한다.
즉 조명모듈(110)이 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 순차적으로 점등시키면, 촬영모듈(120)은 엘이디(111)의 점등이 변화될 때마다, 다시 말해 조명모듈(110)로부터 조사되는 광의 색상이 변화될 때마다 피사체를 촬영함으로써, 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득할 수 있다.
또한 촬영모듈(120)은, 하나의 피사체를 동일한 색상의 광으로 복수회 촬영함으로써 복수개의 이미지를 획득할 수도 있다.
이러한 촬영모듈(120)은, 독립적인 형태로 구비된 하우징(105)에 카메라가 설치된 형태로 구비될 수도 있고, 모바일 기기에 설치된 카메라를 포함하는 형태로 구비될 수도 있다.
이미지처리모듈(130)은, 촬영모듈(120)에 의해 획득된 이미지의 픽셀 강도를 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성한다.
이러한 이미지처리모듈(130)은, 이미지 저장부(131)와, 선별부(133)와, 동작 제어부(135) 및 이미지 생성부(137)를 포함한다.
이미지 저장부(131)는, 촬영모듈(120)에 의해 획득된 이미지를 저장한다. 즉 촬영모듈(120)에 의해 획득된 복수개의 이미지는 이미지 저장부(131)에 임시적으로 저장되었다가 후술할 이미지 생성부(137)에 제공될 수 있으며, 이미지 생성부(137)에서 생성된 하이퍼스펙트럴 이미지는 다시 이미지 저장부(131)에 저장될 수 있다.
선별부(133)는, 서로 다른 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지(이하 " 대상 이미지"라 한다)를 선별한다.
본 실시예에 따르면, 선별부(133)에 의해 수행되는 대상 이미지 선별은, 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 실제 촬영 단계 이전에 수행될 수 있다.
즉 선별부(133)는, 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 실제 촬영 단계 이전에 촬영되어 획득된 복수개의 이미지들 중에서 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지가 어떤 색상의 광으로 촬영된 것인지를 미리 파악한다.
그런 다음, 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 실제 촬영 단계에서 선별부(133)는, 서로 다른 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 실제 촬영 단계 이전에 미리 파악된 해당 색상의 광으로 촬영된 이미지를 대상 이미지로서 선별할 수 있다.
상기와 같이 대상 이미지를 선별하는 선별부(133)는, 대상 이미지가 선별되면, 선별된 대상 이미지가 어떠한 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광으로 촬영된 것인지를 파악하여 점등 대상이 되는 엘이디(111)를 특정한다.
이에 더해 선별부(133)는, 전체 이미지의 SNR의 평균값과 선별된 대상 이미지의 SNR 간의 차이를 수치화한 차이값을 산출하고, 이를 기초로 점등 대상이 되는 엘이디(111)에서 조사되는 광으로 피사체를 더 촬영하는 횟수, 즉 반복 촬영 횟수를 산출한다.
이처럼 점등 대상 엘이디(111) 관련 정보와, 반복 촬영 횟수에 관한 정보를 산출한 선별부(133)는, 산출된 상기 정보를 동작 제어부(135)로 전송한다.
동작 제어부(135)는, 조명모듈(110)과 촬영모듈(120)의 동작을 제어하도록 구비되며, 사용자의 조작 또는 미리 프로그래밍되어 입력된 정보에 따라 조명모듈(110)과 촬영모듈(120)의 동작을 제어할 수도 있다.
이러한 동작 제어부(135)는, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디(111)를 순차적으로 점등시키도록 조명모듈(110)의 동작을 제어하는 한편, 이와 같이 엘이디(111)의 점등이 변화될 때마다 피사체를 촬영하도록 촬영모듈(120)의 동작을 제어할 수 있다.
또한 동작 제어부(135)는, 선별부(133)에서 전송된 정보, 즉 점등 대상 엘이디 관련 정보와, 반복 촬영 횟수에 관한 정보를 이용하여 조명모듈(110)과 촬영모듈(120)의 동작을 제어할 수 있다.
즉 동작 제어부(135)는, 선별부(133)에서 대상 이미지가 선별된 경우, 이 대상 이미지를 촬영하는데 이용된 피크 파장의 광과 동일한 광으로 피사체를 필요한 횟수만큼 더 촬영하도록 조명모듈(110)과 촬영모듈(120)의 동작을 제어함으로써, 동일 피크 파장을 갖는 엘이디로 광을 조사하여 촬영된 이미지를 복수개 획득할 수 있도록 한다.
이를 위해 동작 제어부(135)는, 점등 대상 엘이디 관련 정보를 이용하여 대상 이미지를 촬영하는데 이용된 엘이디(111)가 점등되도록 조명모듈(110)의 동작을 제어하는 한편, 이와 같이 점등되는 엘이디(111)에서 조사되는 광으로 피사체를 더 촬영하도록 촬영모듈(120)의 동작을 제어하되, 반복 촬영 횟수에 관한 정보를 이용하여 산출된 반복 횟수만큼 피사체에 대한 촬영이 이루어지도록 제어한다.
이러한 동작 제어부(135)의 동작 제어에 의해, 대상 이미지와 동일한 피크 파장을 가지는 엘이디(111)로 광을 조사하여 촬영된 이미지가 복수개 획득될 수 있다.
그리고 상기와 같은 과정을 거쳐 획득된 이미지는, 이미지 저장부(131)에 저장될 수 있다.
본 실시예에서 선별부(133)에서 선별되는 대상 이미지는, 녹색 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광으로 촬영된 이미지인 것으로 예시된다.
일반적으로 녹색 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광, 즉 녹색 엘이디(111a)에서 조사된 광은, 빛의 세기가 약하여 SNR 특성이 좋지 않다.
따라서 녹색 엘이디(111a)에서 조사된 광을 이용하여 촬영된 이미지는 다른 파장의 광에 의해 촬영된 이미지보다 SNR이 작게 되며, 선별부(133)는 이와 같이 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지를 대상 이미지로 선별하게 된다.
본 실시예에서는, 대상 이미지로서 녹색 엘이디(111a)에서 조사된 광을 이용하여 촬영된 이미지를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 각 엘이디(111)의 성능, 특성으로 인해 녹색이 아닌 다른 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 이용하여 촬영된 이미지가 대상 이미지로 선별될 수도 있는 등 다양한 변형 실시예가 있을 수 있다.
이미지 생성부(137)는, 이미지 저장부(131)에 저장된 복수개의 이미지를 중첩(Overlay)하여 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성한다.
본 실시예에 따르면 이미지 생성부(137)는, 서로 다른 피크 파장의 광을 조사하는 엘이디(111)에 의해 각각 촬영된 복수개의 이미지를 병합하여 생성된 이미지에, 대상 이미지와 동일한 피크 파장을 가지는 엘이디, 예를 들어 녹색 엘이디(111a)를 이용하여 촬영된 복수개의 이미지를 중첩함으로써, 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성한다.
즉 이미지 생성부(137)는, SNR이 작은 이미지, 즉 대상 이미지에 대응되는 이미지를 복수개 중첩하여 해당 대상 이미지가 표현하고 있던 영역의 SNR을 키움으로써, 얻고자 하는 최종적인 하이퍼스펙트럴 이미지의 이미지의 픽셀 강도를 증가시킬 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 조명모듈(110a)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 빛의 세기가 약한 특성이 있는 엘이디(111), 예를 들어 녹색 엘이디(111a)를 다른 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 조사하는 엘이디(111)보다 많은 개수로 구비하는 형태로 제공될 수 있다.
이처럼 구비되는 조명모듈(110a)은, 빛의 세기가 약한 특성이 있는 녹색 엘이디(111a) 등의 개수를 늘려 이로부터 조사되는 광의 세기를 증폭시킴으로써, 이를 이용하여 촬영되는 하이퍼스펙트럴 이미지의 SNR 특성을 더욱 향상시키도록 기여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법을 보여주는 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 생성단계에서의 이미지 처리 과정을 보여주는 흐름도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 생성단계에서 이루어지는 반복 촬영의 일례를 보여주는 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하기 위해, 먼저 단색 광을 피사체에 조사하고, 이를 복수회 촬영하여 이미지를 획득한다(S10).
이러한 이미지 획득단계에서는, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디(111)를 점등시켜 피사체를 촬영함으로써 하나의 피사체에 복수개의 이미지를 획득하게 된다.
이를 위해 조명모듈(110)은, 서로 다른 피크 파장을 가지는 복수개의 엘이디(111)를 각각 점등시킴으로써, 피사체에 각각 서로 다른 피크 파장을 가지는 광이 순차적으로 조사될 수 있도록 동작된다.
이와 같이 조명모듈(110)이 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 순차적으로 점등시키면, 촬영모듈(120)은 엘이디(111)의 점등이 변화될 때마다, 다시 말해 조명모듈(110)로부터 조사되는 광의 색상이 변화될 때마다 피사체를 촬영함으로써, 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득할 수 있다.
그리고 이와 같이 획득된 복수개의 이미지는 이미지 저장부(131)에 저장된다.
상기와 같이 이미지가 획득되면, 획득된 이미지의 픽셀 강도의 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성한다(S20).
이러한 이미지 생성단계는, 다음과 같은 과정을 통해 이루어질 수 있다.
먼저 서로 다른 피크 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 대상 이미지를 선별한다(S21).
상기와 같은 이미지 선별 작업은, 선별부(133)에 의해 이루어진다.
선별부(133)는, 서로 다른 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지를 대상 이미지로서 선별한다.
본 실시예에 따르면, 상기와 같은 선별부(133)에 의해 수행되는 대상 이미지 선별을 위한 사전 작업이, 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 실제 촬영 단계 이전에 수행될 수 있다.
즉 선별부(133)는, 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 실제 촬영 단계 이전에 촬영되어 획득된 복수개의 이미지들 중에서 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지가 어떤 색상의 광으로 촬영된 것인지를 미리 파악한다.
그런 다음, 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 실제 촬영 단계에서 선별부(133)는, 서로 다른 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 실제 촬영 단계 이전에 미리 파악된 해당 색상의 광으로 촬영된 이미지를 대상 이미지로서 선별할 수 있다.
이와 같이 대상 이미지가 선별되면, 대상 이미지의 SNR을 분석하여 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 횟수를 산출한다(S23).
즉 선별부(133)는, 선별된 대상 이미지가 어떠한 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광으로 촬영된 것인지를 파악하여 점등 대상이 되는 엘이디(111)를 특정하고, 점등 대상이 되는 엘이디(111)에서 조사되는 광으로 피사체를 더 촬영하는 횟수, 즉 반복 촬영 횟수를 산출한다.
그런 다음, 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하되, 앞서 선별부(133)를 통해 산출된 반복 촬영 횟수만큼 반복 촬영한다(S25).
이러한 반복 촬영은, 동작 제어부(135)의 조명모듈(110) 및 촬영모듈(120)에 대한 동작 제어를 통해 이루어질 수 있다.
즉 동작 제어부(135)는, 선별부(133)에서 대상 이미지가 선별된 경우, 이 대상 이미지를 촬영하는데 이용된 피크 파장의 광과 동일한 광으로 피사체를 필요한 횟수만큼 더 촬영하도록 조명모듈(110)과 촬영모듈(120)의 동작을 제어함으로써, 동일 피크 파장을 갖는 엘이디로 광을 조사하여 촬영된 이미지를 복수개 획득할 수 있도록 한다.
이를 위해 동작 제어부(135)는, 점등 대상 엘이디 관련 정보를 이용하여 대상 이미지를 촬영하는데 이용된 엘이디(111)가 점등되도록 조명모듈(110)의 동작을 제어하는 한편, 이와 같이 점등되는 엘이디(111)에서 조사되는 광으로 피사체를 더 촬영하도록 촬영모듈(120)의 동작을 제어하되, 반복 촬영 횟수에 관한 정보를 이용하여 산출된 반복 횟수만큼 피사체에 대한 촬영이 이루어지도록 제어한다.
상기와 같은 반복촬영단계에서 진행되는 복수회의 반복 촬영은, 설정된 시간동안 설정된 횟수만큼 피사체를 촬영하여 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 형태로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 반복촬영단계에서 진행되는 복수회의 반복 촬영은, 각 촬영이 시간 간격을 두고 이루어지도록 불연속적으로 진행되는 형태로 이루어질 수 있다.
일례로서, 상기 반복촬영단계에서 진행되는 각각의 촬영(a)은, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디(111)를 점등시켜 피사체를 촬영하는 복수회의 촬영(b,c,d,e,f,g) 사이에 배치되도록 이루어질 수 있다(도 6 참조).
즉 점등 대상 엘이디, 예를 들어 녹색 엘이디(111a)의 점등이 시간 간격을 두고 불연속적으로 이루어지도록 함으로써, 녹색 엘이디(111a)의 발열을 억제하여 녹색 엘이디(111a)의 발열로 인해 녹색 엘이디(111a)에서 조사되는 빛의 세기가 감소되는 것을 방지하고, 이로써 녹색 엘이디(111a)를 이용하여 촬영되는 이미지의 SNR 특성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 반복촬영단계를 거쳐 대상 이미지와 동일한 피크 파장을 가지는 엘이디(111)로 광을 조사하여 촬영된 이미지가 복수개 획득되면, 상기 반복촬영단계에서 촬영된 복수개의 이미지를 상기 이미지 획득단계에서 획득되어 이미지 저장부(131)에 저장되어 있던 이미지에 중첩하여 이미지의 픽셀 강도를 증가시킴으로써, 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성한다(S27).
상기 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지의 생성은, 이미지 생성부(137)에 의해 이루어질 수 있다.
이미지 생성부(137)는, 상기 이미지 획득단계에서 획득되어 이미지 저장부(131)에 저장되어 있던 복수개의 이미지를 병합하여 생성된 이미지에, 대상 이미지와 동일한 피크 파장을 가지는 엘이디, 예를 들어 녹색 엘이디(111a)를 이용하여 촬영된 복수개의 이미지를 중첩함으로써, 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성한다.
즉 이미지 생성부(137)는, SNR이 작은 이미지, 즉 대상 이미지에 대응되는 이미지를 복수개 중첩하여 해당 대상 이미지가 표현하고 있던 영역의 SNR을 키움으로써, 얻고자 하는 최종적인 하이퍼스펙트럴 이미지의 이미지의 픽셀 강도를 증가시킬 수 있다.
이는, 하나의 피사체를 대상으로 동일 피크 파장을 가지는 광으로 복수회 반복 촬영되는 조건으로 획득된 각각의 이미지에서, 노이즈에 해당되는 부분은 각각의 이미지마다 다른 형태로 나타나는 반면, 시그널에 해당되는 부분은 각각의 이미지에서 동일한 형태로 나타나게 되는 것을 이용한 것이다.
즉 대상 이미지에 대응되는 이미지를 복수개 중첩하게 되면, 중첩된 이미지 상에서 노이즈에 해당되는 부분의 픽셀의 강도 증가는 미미한 수준에 그치고, 시그널에 해당되는 부분의 픽셀 강도 증가만이 두드러지게 나타나게 되는 것이다.
바람직하게는, 이미지 획득단계 및 반복촬영단계에서의 촬영이 이루어지기 전, 이미지의 좌표 기준점을 표시하기 위한 표시물을 피사체의 주변에 배치하는 과정을 추가시킬 수 있다.
이와 같이 표시물이 피사체의 주변에 배치되면, 이미지 생성부(137)는 피사체와 함께 촬영된 표시물에 의해 표시된 이미지의 좌표 기준점을 기준으로 복수개의 이미지를 정렬하며 중첩할 수 있다.
이로써 이미지 생성부(137)는, 중첩 대상이 되는 복수개의 이미지를 각각의 이미지의 시그널에 해당되는 부분의 위치가 일치되도록 복수개의 이미지를 정렬하며 중첩함으로써, 보정 작업의 결과로 생성되는 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지의 품질을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 실시예의 하이퍼스펙트럴 이미지 장치 및 그 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법에 따르면, 빛의 세기가 약한 엘이디의 SNR 특성을 향상시킬 수 있으며, 향상된 품질의 하이퍼스펙트럴 이미지를 제공할 수 있다.
또한 본 실시예의 하이퍼스펙트럴 이미지 장치 및 그 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법에 따르면, 엘이디의 발열을 억제하여 엘이디의 발열로 인해 엘이디에서 조사되는 빛의 세기가 감소되는 것을 방지하고, 이로써 빛의 세기가 약한 엘이디를 이용하여 촬영되는 하이퍼스펙트럴 이미지의 SNR 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 하이퍼스펙트럴 이미지 장치 105 : 하우징
110 : 조명모듈 111 : 엘이디
111a : 녹색 엘이디 120 : 촬영모듈
130 : 이미지처리모듈 131 : 이미지 저장부
133 : 선별부 135 : 동작 제어부
137 : 이미지 생성부

Claims (14)

  1. 서로 다른 피크 파장을 가지는 복수개의 엘이디를 구비하여 피사체에 광을 조사하는 조명모듈;
    피사체에서 반사된 광을 측정하여 피사체의 이미지를 획득하는 촬영모듈; 및
    상기 촬영모듈에 의해 획득된 이미지의 픽셀 강도를 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지처리모듈을 포함하고,
    상기 이미지처리모듈은,
    상기 촬영모듈에 의해 획득된 이미지를 저장하는 이미지 저장부; 및
    상기 이미지 저장부에 저장된 복수개의 이미지를 중첩하여 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중첩하는 복수개의 이미지는, 동일 피크 파장을 가지는 엘이디로 광을 조사하여 촬영된 이미지인 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동일 피크 파장은 녹색 파장 대역인 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명모듈은, 녹색 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 조사하는 녹색 엘이디를 구비하고;
    상기 녹색 엘이디는, 다른 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 조사하는 엘이디보다 많은 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명모듈은 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 순차적으로 점등시키고;
    상기 촬영모듈은, 상기 엘이디의 점등이 변화될 때마다 피사체를 촬영함으로써 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이미지처리모듈은, 서로 다른 피크 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 이미지를 선별하는 선별부를 더 포함하고;
    상기 촬영모듈은, 상기 선별부에서 선별된 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 장치.
  7. 단색 광을 피사체에 조사하고 이를 복수회 촬영하여 이미지를 획득하는 이미지 획득단계; 및
    획득된 이미지의 픽셀 강도를 증가시켜 보정된 하이퍼스펙트럴 이미지를 생성하는 이미지 생성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이미지 획득단계는, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 점등시켜 피사체를 촬영함으로써 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이미지 생성단계는,
    서로 다른 피크 파장의 광에 의해 촬영된 복수개의 이미지 중 SNR이 다른 이미지보다 작은 대상 이미지를 선별하는 이미지 선별단계;
    상기 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 반복촬영단계; 및
    상기 반복촬영단계에서 촬영된 복수개의 이미지를 상기 이미지 획득단계에서 획득된 이미지에 중첩하여 이미지의 픽셀 강도를 증가시키는 이미지 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반복촬영단계는,
    설정된 시간동안 설정된 횟수만큼 피사체를 촬영하여 하나의 피사체에 대해 복수개의 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 생성단계는, 상기 대상 이미지의 SMR을 분석하여 상기 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 더 촬영하는 횟수를 산출하는 촬영횟수산출단계를 더 포함하고;
    상기 반복촬영단계는, 상기 촬영횟수산출단계에서 산출된 촬영 횟수에 따라 피사체를 더 촬영하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 반복촬영단계는, 상기 대상 이미지를 촬영한 피크 파장의 광으로 피사체를 복수회 촬영하고;
    상기 반복촬영단계에서 이루어지는 복수회의 촬영은, 각 촬영이 시간 간격을 두고 이루어지도록 불연속적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반복촬영단계에서 진행되는 각각의 촬영은, 서로 다른 피크 파장을 가지는 광을 조사하는 엘이디를 점등시켜 피사체를 촬영하는 복수회의 촬영 사이에 배치되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
  14. 제9항에 있어서,
    이미지의 좌표 기준점을 표시하기 위한 표시물을 배치하는 단계를 더 포함하고;
    상기 이미지 보정단계는, 피사체와 함께 촬영된 표시물에 의해 표시된 이미지의 좌표 기준점을 기준으로 복수개의 이미지를 정렬하며 중첩하는 것을 특징으로 하는 하이퍼스펙트럴 이미지 처리방법.
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