KR20170009085A - 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치 - Google Patents

레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치가 개시된다. 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템은, 대상체에 대해 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역의 레이저광을 조사하는 레이저 광원부를 포함한다. 촬상부는 조사된 레이저광이 대상체로부터 산란되어 형성된 스펙클을 이미지 센서로 촬영하여 스펙클 영상을 얻도록 마련된다. 신호처리부에서는, 촬상부에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하며, 대상체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻는다.

Description

레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치{Imaging system and mentod of laser speckle contrast and apparatus employing the same}
레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치에 관한 것이다.
레이저 스펙클 대조도 이미징은 스펙클을 발생시킬 수 있는 레이저 광원을 이용하여 목적 물체의 미세한 변화 또는 유속을 측정하거나 이미징하는 기술이다. 레이저 스펙클 대조도 이미징 기술에는 주로 단일 파장으로 이루어진 광원을 이용하여 스펙클을 발생시키고, 이를 이미징하기 위해 하나의 스펙클 발생 광원과 하나의 스펙클 촬영 장치가 사용된다. 레이저 광원에 발생된 스펙클 영상이 시간에 따라 또는 공간에 따라 분포하는 정도를 고려하여 목적하는 위치의 유속을 기록하거나 이미징할 수 있다.
일반적인 레이저 스펙클 대조도 이미징 기술의 경우, 대상 물체의 광역적인 움직임을 가정하지 않기 때문에, 목적하는 대상 이외의 외부의 움직임이 철저히 배제된 상태에서 사용된다. 이러한 제한조건 때문에, 촬영하고자 하는 목적 혈관 또는 액체가 흐르는 지점이 외부의 영향에 의해 떨림, 움직임 등이 존재할 경우, 촬영된 대조도 정보에 잡음이 존재한다. 그러므로, 기존의 레이저 스펙클 대조도 이미징 기술은 마취되지 않은 동물이나 인체의 피부 촬영을 통한 혈류량 측정에 적용하기가 어렵다.
대상체의 움직임에서 비록된 잡음을 보상할 수 있는 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법을 제공한다.
레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템을 적용한 장치를 제공한다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템은, 대상체에 대해 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역의 레이저광을 조사하는 레이저 광원부와; 상기 조사된 레이저광이 대상체로부터 산란되어 형성된 스펙클을 이미지 센서로 촬영하여 스펙클 영상을 얻는 촬상부와; 상기 촬상부에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하며, 대상체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻도록 된 신호처리부;를 포함한다.
상기 대상체는 내측에 유체가 흐르는 유체관이 존재하며, 상기 레이저 광원부는, 상기 대상체의 표면을 투과하여 상기 유체에서 주로 산란되는 제1파장대역의 레이저광을 출사하는 제1레이저 광원과; 상기 대상체의 표면에서 주로 산란되는 제2파장대역의 레이저광을 출사하는 제2레이저 광원;을 포함하며, 상기 제1파장대역의 레이저광의 산란으로부터 제1스펙클 대조도 영상 및 상기 제2파장대역의 레이저광의 산란으로부터 얻어지는 제2스펙클 대조도 영상을 획득할 수 있다.
상기 제1스펙클 대조도 영상은 원하는 정보 획득용 스펙클 대조도 영상이고, 상기 제2스펙클 대조도 영상은 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상이며, 상기 제2스펙클 대조도 영상을 이용하여 대상체의 움직임에 의한 상기 제1스펙클 대조도 영상의 잡음을 보상하여, 유체량 변화를 나타내는 스펙클 대조도 영상을 얻도록 마련될 수 있다.
상기 대상체는 내측에 혈관이 존재하는 피검체로서, 상기 혈관에 흐르는 혈류 변화를 나타내는 스펙클 대조도 영상을 얻도록 마련될 수 있다.
상기 제1파장대역은 근적외선 파장대역, 상기 제2파장대역은 청색파장대역일 수 있다.
상기 제1파장대역은 근적외선 파장대역, 상기 제2파장대역은 청색파장대역일 수 있다.
상기 촬상부는, 각 파장대역에 대한 스펙클 영상을 얻을 수 있도록 마련될 수 있다.
상기 촬상부는, 각 파장대역에 대한 스펙클 영상을 얻도록 마련될 수 있다.
상기 신호처리부는, 대상체의 움직임에 의해 잡음을 보상하기 위한 잡음 보상 알고리즘을 포함할 수 있다.
상기 촬상부에서 촬영된 스펙클 영상으로부터, 원하는 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상을 얻으며, 상기 잡음 보상 알고리즘은, 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상 간의 상관 관계가 강하게 나타나는 구간에서 정보 획득용 스펙클 대조도 영상을 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상으로 보상할 수 있다.
상기 촬상부에서 촬영되는 스펙클의 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기보다 크도록 배율을 조절하는 이미징 렌즈 광학계;를 더 구비할 수 있다.
상기 이미징 렌즈 광학계의 배율 조정을 통해, 상기 촬영되는 스펙클 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기의 두배 정도가 되도록 조정할 수 있다.
실시예에 따른 장치는, 상기한 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템을 포함한다.
상기 장치는 모바일 기기를 포함하며, 상기 모바일 기기에 상기 레이저 광원부 및 촬상부가 탑재되고, 신호처리부가 내장될 수 있다.
상기 모바일 기기는, 이동 전화, 스마트 폰, 손목 시계형 장치, 태블릿, 개인 휴대 정보 단말기, 랩탑 컴퓨터, 머리 장착형 디스플레이, 휴대용 미디어 플레이어를 포함할 수 있다.
상기 장치는 의료 영상 기기일 수 있다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 방법은, 대상체에 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역의 레이저광을 조사하는 단계와; 상기 조사된 레이저광이 상기 대상체로부터 산란되어 형성된 스펙클을 이미지 센서로 촬영하여 스펙클 영상을 얻는 단계와; 상기 촬상부에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하는 단계와; 상기 대상체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻는 단계;를 포함한다.
상기 대상체는 내측에 혈관이 존재하는 피검체이고, 상기 피검체의 표면을 투과하여 상기 혈관에 흐르는 혈류에 의해 주로 산란되는 근적외선 파장대역의 레이저광과, 상기 피검체의 피부 표면에서 주로 산란되는 청색 파장대역의 레이저광을 피검체에 조사하여, 혈류 변화 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과, 피검체의 움직임에 의한 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상을 획득하고, 피검체의 움직임에 의한 잡음을 보상하기 위한 잡음 보상 알고리즘을 적용하여, 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상 간의 상관 관계가 강하게 나타나는 구간에서 정보 획득용 스펙클 대조도 영상을 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상으로 보상하도록 마련된다.
상기 이미지 센서로 촬영하여 얻어지는 스펙클의 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기보다 크도록 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영되는 스펙클 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기의 두배 정도가 되도록 조정할 수 있다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치에 따르면, 대상체에 대해 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역의 레이저광을 조사하는 각 파장대역의 레이저 스펙클 대조도 영상을 얻고, 대상체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도를 영상이나 수치량으로 얻을 수 있으므로, 단일의 레이저 광원을 사용하는 일반적인 레이저 스펙클 대조도 이미징이 대상체의 움직임에 의한 잡음에 취약한 단점을 보완할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템은 큰 연산 파워를 요구하지 않기 때문에, 모바일 기기 등을 사용한 생리신호 획득에 적용될 수 있다. 또한, 기존의 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템을 적용한 장치들에 쉽게 추가적으로 적용이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 2는 서로 다른 표면 투과율을 가지는 레이저광을 사용한 스펙클 대조도 잡음 보상 알고리즘의 실시예를 개략적으로 보여준다.
도 3은 도 1의 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템을 모바일 기기에 적용한 실시예로서, 스마트폰에 적용된 경우를 예를 들어 보여준다.
도 4는 근적외선 대역 레이저광을 이용하여 인체 혈류량 변화를 측정한 결과 그래프 및 영상을 보여준다.
도 5는 도 4의 결과를 얻기 위해 촬영에 사용된 손가락 위치를 보여준다.
도 6은 근적외선 및 청색의 이중 파장을 이용하여 기록한 시간에 따른 스펙클 대조도 정보 그래프로서, 혈류 움직임 상태를 다섯 구간으로 나누어 얻어진 것이다.
도 7은 도 6의 기록 정보에서, 외부 움직임이 있는 구간에서 근적외선 파장 대역에 대한 보상된 스펙클 대조도 그래프를 보여준다.
도 8은 도 6의 기록 정보에서, 스펙클 대조도간의 상관 관계를 보여주는 그래프이다. 상관 계수는 수학식 3을 이용하여 계산한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해서만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 "피검체"는 생체 상태를 측정하고자 하는 대상으로서, 사람 동물 등이다. 또한, "사용자"는 생체 신호를 측정하고자 하는 대상, 즉 피검체일 수도 있지만, 의료 전문가 등 생체 신호 처리 장치를 이용할 수 있는 사람으로서, 피검체보다 넓은 개념일 수 있다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템은 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수의 파장 대역의 레이저광을 대상체에 조사하여 스펙클을 발생시키기 위해, 적어도 2개 이상의 레이저 광원을 이용한다. 적어도 일 파장 대역의 레이저광에 대한 스펙클 영상은 원하는 정보를 얻기 위해 사용하며, 나머지 적어도 일 파장 대역의 레이저광에 대한 스펙클 영상은 원치 않은 움직임으로부터 발생하는 잡음을 없애기 위해 사용한다. 상기 대상체는 내측에 유체가 흐르는 유체관이 존재하는 대상일 수 있다. 예를 들어, 상기 대상체는 내부에 혈관이 존재하는 피검체일 수 있다. 상기 원하는 정보는 유체관에 흐르는 유체량 예를 들어, 혈관에 흐르는 혈류량 등의 생리 신호가 될 수 있으며, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템은 이를 비접촉식, 비침습적으로 촬영하여, 피검체의 움직임에 의한 잡음이 보상된 레이저 스펙클 대조도 영상을 획득하거나 수치량으로 출력하도록 마련될 수 있다. 즉, 대상체가 내측에 혈관이 존재하는 피검체인 경우, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템은 혈류량 등의 정보를 이미지 또는 수치량으로 획득할 수 있다. 이하에서는, 설명의 명확성을 위해 대상체가 내측에 혈관이 존재하는 피검체인 경우를 예를 들어 설명하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 대상체의 표면 투과도나 유체의 종류에 따라 적용되는 레이저광의 파장 대역이 달라질 수 있으며, 대상체의 움직임에 기인한 잡음을 보상하여 정확한 유체량 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 내측에 혈관이 존재하는 피검체의 움직임은 외부 움직임, 근육의 떨림 등에 의한 피부 표면의 움직임 등을 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)은, 대상체에 대해 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역 레이저광을 대상체에 조사하는 레이저 광원부(10)와, 촬상부(30)와, 신호처리부(50)를 포함한다.
레이저 광원부(10)는, 피검체에 대해 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장 대역의 레이저광을 출사하도록 복수의 레이저 광원 예를 들어, 제1레이저 광원(11) 및 제2레이저 광원(13)을 포함할 수 있다. 여기서, 레이저 광원부(10)는 3개 이상의 레이저 광원을 구비할 수도 있다.
상기 제1레이저 광원(11)은, 상기 피검체의 표면을 투과하여 상기 혈관에 흐르는 혈류에 의해 주로 산란되는 제1파장대역 예컨대, 근적외선 파장대역의 레이저광을 출사하도록 마련될 수 있다. 상기 제2레이저 광원(13)은, 상기 피검체의 외표면 즉, 피부 표면에서 주로 산란되는 제2파장대역 예컨대, 청색 파장대역의 레이저광을 출사하도록 마련될 수 있다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)은 예를 들어, 근적외선 파장대역과 청색 파장대역에서, 피부 아래 물질들의 흡수율과 산란 계수가 다른 점을 이용한다. 피검체의 표피의 두께는 약 100μm인 반면, 파장이 약 450nm인 광은 약 50μm, 약 780nm인 광은 약 200μm의 투과 깊이를 가질 수 있다. 따라서, 약 780nm 파장 대역의 레이저광의 경우 혈액에서 흡수되지 않고 산란되어 높은 반사율을 나타낼 수 있다. 약 450nm 파장 대역의 레이저광은 상당부분 피부 표면에서 산란되어 반사될 수 있다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 위해, 제1파장대역의 레이저광으로 근적외선 파장대역 예컨대, 약 780nm 파장 대역의 레이저광을 이용하고, 제2파장대역의 레이저광으로 청색 파장대역 예컨대, 약 450nm 파장대역의 레이저광을 이용할 수 있다. 여기서, 약 780nm 파장 대역의 레이저광과 약 450nm 파장대역의 레이저광을 이용하는 경우는 예시적인 것으로, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 위해, 피부 투과도가 서로 다른 다양한 파장대역의 레이저 광이 적용될 수 있다.
상기 제1레이저 광원(11)으로부터의 근적외선 파장대역의 레이저광과 제2레이저 광원(13)으로부터의 청색 파장대역의 레이저광은 피검체의 동일 위치 또는 유사한 위치에 조사될 수 있다.
상기 촬상부(30)는, 조사된 레이저광이 상기 피검체로부터 산란되어 형성된 스펙클을 이미지 센서(35)로 촬영하여 스펙클 영상을 얻도록 마련된다. 상기 촬상부(30)는 각 파장대역에 대한 스펙클 영상을 얻을 수 있도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 촬상부(30)는 이미지 센서(35)로 촬영하여, 제1레이저 광원(11)으로부터 피검체에 조사된 근적외선 파장대역 레이저광의 산란에 의해 얻어진 제1스펙클 영상과, 제2레이저 광원(13)으로부터 피검체에 조사된 청색 파장대역 레이저광의 산란에 의해 얻어진 제2스펙클 영상을 획득할 수 있다. 근적외선 파장대역의 레이저광과 청색 파장대역의 레이저광을 적용할 때, 상기 이미지 센서(35)로는, 예를 들어, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 이미지를 얻을 수 있는 일반적인 칼라 이미지 센서를 사용할 수도 있다. 이때, 상기 칼라 이미지 센서에서 얻어진 적색 이미지가 제1스펙클 영상, 청색 이미지가 제2스펙클 영상에 해당할 수 있다. 여기서, 상기 이미지 센서(35)로는 다양한 형태가 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지 센서(35)는 단색 이미지 센서와, 그 전단에 제1파장대역 및 제2파장대역을 각각 투과시키는 필터 요소의 배열을 가지는 칼라 필터를 배치한 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 신호처리부(50)는, 촬상부(30)에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하도록 마련된다. 또한, 상기 신호처리부(50)는 피검체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻을 수 있도록 잡음 보상 알고리즘을 수행하도록 마련된다. 이를 위해, 상기 신호처리부(50)는 촬상부(30)에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하는 변환부(51)와, 잡음 보상 알고리즘을 이용하여 보상된 스펙클 대조도 영상을 산출하는 보상부(55)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 피검체의 움직임은 외부 움직임, 근육 떨림 등에 의한 피검체 피부 표면의 떨림 등을 포함할 수 있다.
상기 신호처리부(50)는, 상기 제1파장대역의 레이저광의 산란으로부터 얻어지는 스펙클 영상을 처리하여 제1스펙클 대조도 영상 및 상기 제2파장대역의 레이저광의 산란으로부터 얻어지는 스펙클 영상을 처리하여 제2스펙클 대조도 영상으로 변환한다. 이때, 상기 제1스펙클 대조도 영상은 원하는 정보 획득용 스펙클 대조도 영상이고, 상기 제2스펙클 대조도 영상은 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상일 수 있다. 상기 신호처리부(50)는, 상기 제2스펙클 대조도 영상을 이용하여 피검체의 움직임에 의한 제1스펙클 대조도 영상의 잡음을 보상하여, 생리 신호 예컨대, 혈류량 변화를 나타내는 스펙클 대조도 영상을 산출하거나, 이를 수치량으로 산출하도록 마련될 수 있다. 산출된 스펙클 대조도 영상이나 수치량은 표시부(60)에서 이미지로 보여질 수 있다.
상기 잡음 보상 알고리즘은, 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상 간의 상관 관계가 강하게 나타나는 구간에서 정보 획득용 스펙클 대조도 영상을 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상으로 보상하도록 마련될 수 있다. 신호처리부(50)에 적용되는 잡음 보상 알고리즘의 실시예에 대해서는 후술한다.
한편, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)은, 촬상부(30)에 촬영되는 스펙클이 의미 있는 크기가 되도록, 배율을 조절하는 이미징 렌즈 광학계(70)를 더 구비할 수 있다. 이미징 렌즈 광학계(70) 앞에는 에퍼쳐가 배치될 수 있다.
상기 이미징 렌즈 광학계(70)는 촬상부(30)에서 촬영되는 스펙클의 크기가 이미지 센서(35)의 픽셀 크기보다 크도록 배율을 조정할 수 있다. 예를 들어, 이미징 렌즈 광학계(70)는 촬영되는 스펙클 크기가 이미지 센서(35)의 픽셀 크기의 약 두배 또는 두배 보다 약간 크거나 작도록 배율이 조정될 수 있다. 여기서, 스펙클의 크기가 너무 클 경우 스펙클을 이용하여 분석할 수 있는 공간 해상도가 작아지므로, 공간 해상도 조건을 충족하는 범위내의 적정 스펙클 크기가 되도록 이미징 렌즈 광학계(70)로 조정할 수 있다.
예를 들어, 촬영되는 스펙클의 크기를 수학식 1을 이용하여 이미지 센서(35)의 픽셀 크기의 약 2배가 되도록 조절할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, ρspeckle 는 촬영될 때 스펙클 하나의 크기이며, λ는 촬영에 사용된 파장, M cam은 촬영에 사용된 촬영부의 배율, f/#는 촬영부의 F-값을 의미한다.
촬상부(30)에서 촬영된 스펙클 영상은 신호처리부(50)의 처리에 의해 다음 수학식 2를 통해 스펙클 대조도 영상으로 변환될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, K(x,y)는 구해진 스펙클 대조도, σN은 대조도를 구하기 위해 만들어진 N개의 요소들의 표준 편차, μN은 N개의 요소들의 평균을 의미한다. 각 요소들은 공간상에서 창(window) 형태로 선정될 수 있으며, 시간상에서 선정될 수도 있다. 예를 들어, σN은 대상 픽셀과 주변 N개의 픽셀들의 표준 편차일 수 있다. 또한, 예를 들어, μN은 대상 픽셀과 주변 N개의 픽셀들의 평균일 수 있다.
공간 도메인 상에서의 스펙클 대조도 추출은, 한번 촬영한 영상을 작은 윈도우로 나누어 스펙클 대조도를 추출하므로, 높은 시계열 해상도를 가지지만, 공간 해상도는 낮을 수 있다. 시간 도메인 상에서의 스펙클 대조도 추출은 시간에 따라 녹화된 스펙클 영상들의 같은 위치에 있는 픽셀들간의 스펙클 대조도를 추출하므로, 낮은 시계열 해상도를 나타내지만, 공간 해상도는 높게 된다. 시간 도메인 상에서의 스펙클 대조도 추출 방식은 공간 도메인 상에서의 스펙클 대조도 추출 방식에 비해 떨림 등의 노이즈 발생 조건에서 좋은 특성을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 표면에서의 투과도가 다른 두 파장대역의 스펙클 대조도를 통해 원하는 신호와 더불어 발생하는 잡음을 제거하는 잡음 보상 알고리즘을 사용할 수 있다. 해당 알고리즘은 촬영된 두 개 이상의 스페클 대조도 간의 상관 계수와 기준 스페클 대조도 값을 이용하여 구현될 수 있다. 수학식 3은 서로 다른 두 파장대역의 기록된 스페클 대조도 영상 간의 상관 계수 (sample correlation coefficient)를 구하기 위한 식이다. 수학식 3에서 K1은 특정 파장의 레이저 스페클 대조도 값을 의미하며, K2는 이와 다른 파장의 레이저 스페클 대조도 값을 의미한다.
Figure pat00003
제안된 알고리즘을 통해, 원하는 정보를 얻기 위해 사용된 파장 대역의 레이저 스페클 대조도가 기준 스페클 대조도보다 더 낮은 스페클 값을 기록할 경우, 외부로부터의 잡음 혹은 원하는 정보가 유입된 것으로 판단할 수 있다. 이때, 잡음을 보상하기 위해 사용된 레이저 스페클 대조도 정보와의 상관 관계가 높은 경우 외부로부터의 잡음이 우세한 것으로 판단하여, 예를 들면 수학식 4를 통해 기록된 스페클 대조도의 값을 보상할 수 있다. Kcom의 경우 보상된 스페클 대조도 값을, K1은 정보 기록에 사용된 레이저의 스페클 대조도 값을, 그리고 K2는 잡음 보상을 위해 사용된 레이저의 스페클 대조도 값을, β는 보상 계수 (compensation coefficient)를 의미한다.
Figure pat00004
만약 원하는 정보를 얻기 위해 사용된 파장 대역의 레이저 스페클 대조도가 기준 스페클 대조도보다 더 낮은 스페클 값을 기록하지만, 상관계수는 기준 상관계수보다 높지 않은 경우, 수학식 3을 통해 스페클을 보상하지 않을 수 있다. 수학식 3은 하나의 예시이며, 기준 상관계수 값을 정하는 것이 아니라, 상관계수 값에 따라 서로 다른 보상 계수로 보상하는 방식을 이용할 수도 있다. 이를 식으로 나타내면 수학식 5와 같다. 이 경우 보상 계수 β가 상관 계수 C의 함수로 존재할 수 있다.
Figure pat00005
도 2는 서로 다른 표면 투과율을 가지는 레이저광을 사용한 스펙클 대조도 잡음 보상 알고리즘의 실시예를 개략적으로 보여준다. 도 2에서 Cth와 Kth는 각각 기준 상관 계수와 기준 스펙클 대조도를 나타내며, 촬영 환경에 따라 결정될 수 있다.
도 2를 참조하면, 신호처리부(50)에서 얻어진 원하는 정보 획득용 레이저의 스페클 대조도 값 K1이 기준 스펙클 대조도 Kth 보다 작은지 여부를 판단한다(S100).
K1 값이 Kth 보다 큰 경우에는, K1 값을 보상된 스펙클 대조도 값 Kcom으로 적용할 수 있다(S400).
K1 값이 Kth 보다 작은 경우에는, 두 파장대역의 기록된 스페클 대조도 영상 간의 상관 계수 Ct가 기준 상관 계수 Cth보다 작은지 여부를 판단한다(S200).
Ct값이 Cth보다 큰 경우에는, K1 값을 보상된 스펙클 대조도 값 Kcom으로 적용할 수 있다(S400).
Ct값이 Cth보다 작은 경우에는, 수학식 4 또는 수학식 5에서와 같이 보상 계수를 사용하여, K1 값을 잡음 보상을 위해 사용된 레이저의 스펙클 대조도 값 K2으로 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 Kcom을 얻을 수 있다(S300). 도 2에서는 수학식 4를 적용하여 보상된 스펙클 대조도 Kcom을 얻는 경우를 예시적으로 보여주는데, 수학식 4 대신에 수학식 5를 적용할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)은, 단일의 레이저 광원을 사용하는 일반적인 레이저 스펙클 대조도 이미징이 피검체의 움직임에 의한 잡음에 취약한 단점을 보완할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)은 큰 연산 파워를 요구하지 않기 때문에, 모바일 기기 등을 사용한 생리신호 획득에 적용될 수 있다. 또한, 기존의 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 적용한 장치들에 쉽게 추가적으로 적용이 가능하다.
한편, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)에 있어서, 신호처리부(50)는, 촬상부(30)와 유선이나 블루투스 등의 무선 통신 방식을 통해 무선으로 연결될 수 있는 별도의 처리장치 예컨대, 컴퓨터 시스템에 마련되거나, 레이저 광원부(10) 및 촬상부(30)가 탑재되는 기기 예컨대, 모바일 기기 등에 마련될 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 포함하는 장치는, 레이저 광원부(10) 및 촬상부(30)가 탑재되고 신호처리부(50)가 내장되는 모바일 기기이거나, 상기 촬상부(30)와 무선 또는 유선으로 연결되는 의료 영상기기일 수 있다. 이때, 상기 모바일 기기는 이동 전화, 스마트 폰, 손목 시계형 장치, 태블릿, 개인 휴대 정보 단말기, 랩탑 컴퓨터, 머리 장착형 디스플레이, 휴대용 미디어 플레이어 등을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 모바일 기기(100)에 적용한 실시예로서, 스마트폰에 적용된 경우를 예를 들어 보여준다.
도 3을 참조하면, 모바일 기기(100)에 레이저 광원부(10)와 촬상부(30)가 탑재되며, 신호처리부(50)가 모바일 기기(100)에 내장될 수 있다. 또한, 신호처리부(50)에서 산출된 스펙클 대조도 영상(I)은 모바일 기기(100)의 디스플레이(110)를 통해 이미지로 표시될 수 있다.
실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)이 모바일 기기(100)에 적용되는 경우, 도 1에서의 표시부(60)는 모바일 기기의 디스플레이(110)에 해당할 수 있다.
이와 같이, 모바일 기기(100)에 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 적용함으로써, 생리 신호 예컨대, 혈류량 등을 비침습적, 비접촉식으로 측정할 수 있다.
이하에서는 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 이용하여, 외부 움직임에 의한 잡음이 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻는 원리에 대해 설명한다.
도 4는 근적외선 대역 레이저광을 이용하여 인체 혈류량 변화를 측정한 결과 그래프 및 영상을 보여준다. 도 5는 도 4의 결과를 얻기 위해 촬영에 사용된 손가락 위치를 보여준다.
도 4에서 (a) 부분의 그래프는 시간에 따른 스펙클 대조도 변화를 보여주는 것으로, 가운데 Release 축의 왼편은 혈류가 흐르지 않을 때를 나타내며, 오른쪽은 혈류가 흐를 때를 나타낸다. 도 4의 (b) 부분은 혈류가 흐르지 않을 때의 대조도 영상을 보여주며, 도 4의 (c) 부분은 혈류가 흐를 때 대조도 영상을 보여준다.
도 4의 측정은 다음의 실험 환경 하에서 이루어졌다. 레이저 노출 시간: 20ms, 레이저 다이오드: 30mW, 780nm, 이미징 렌즈 배율 0.35, F-값 16, 이미지 센서(35)(CCD): 1/3인치, 800x600. 2분간 혈압계를 이용하여 압박 후 이완하였으며, 레이저 스펙클 대조도 이미지를 시간적으로 10 프레임 정도를 사용하였다.
피가 통하지 않았을 때의 스펙클 대조도는 대략 0.31, 피가 통할 때의 스펙클 대조도는 대략 0.22fh, 대조도 차이(△K)가 약 29% 정도로 혈류가 흐를 때와 흐르지 않을 때 대조도의 유의미한 차이가 관측되었다.
도 6은 근적외선 및 청색의 이중 파장을 이용하여 기록한 시간에 따른 스펙클 대조도 정보 그래프로서, 혈류 움직임 상태를 다섯 구간으로 나누어 얻어진 것이다.
도 6에서 (a) 구간은 혈류도 외부 움직임도 없는 상태, (b) 구간은 혈류는 없으나 외부 움직임이 있는 상태, (c) 구간은 압박을 막 해제한 상태, (d) 구간은 혈류는 있으나 외부 움직임은 없는 상태, (e) 구간은 혈류도 있고 외부 움직임도 있는 상태이다.
도 6의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 근적외선 파장 대역의 레이저광에 대한 스펙클 대조도는, 외부 움직임에 의해 대조도가 감소하고, 혈류량에 의해서도 대조도가 감소하며, 이에 따라 피부 표면의 움직임과 혈류량 모두에 대한 정보를 가지고 있음을 알 수 있다.
반면에, 도 6의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 청색 파장 대역의 레이저광에 대한 스펙클 대조도는, 혈류량에 의한 영향은 거의 없고 외부 움직임에 대한 영향이 지배적임을 알 수 있다.
따라서, 청색 파장 대역의 레이저 광에 대한 스펙클 대조도를 이용하여, 근적외선 파장 대역의 레이저광에 대한 스펙클 대조도를 보상하면, 외부 움직임에 의한 잡음이 보상된 스펙클 대조도를 얻을 수 있다.
혈류가 있거나 외부 움직임의 영향으로 근적외선 대역의 스펙클 대조도 값이 낮아지는데, 혈류에 의해서는 두 스펙클 대조도의 상관 정도가 작고, 외부 움직임에 의해서는 두 스펙클 대조도의 상관 정도가 큼을 알 수 있다. 즉, 상관계수의 값이 낮은 경우에는 스펙클 대조도가 혈류에 의해 영향을 받으며, 상관계수의 값이 높은 경우에는 외부 움직임에 의한 영향을 받음을 알 수 있다.
따라서, 기준 스펙클 값(Kth ), 기준 상관계수(Cth ), 보상 계수(β)를 정하고, 이를 통해 근적외선 파장 대역에 대한 스펙클 대조도를 보상하면, 외부 움직임이 강하게 존재할 경우에도 대조도 정보를 통해 혈류량을 정확히 파악할 수 있다.
도 7은 도 6의 기록 정보에서, 외부 움직임이 있는 구간에서 근적외선 파장 대역에 대한 보상된 스펙클 대조도 그래프를 보여준다. 도 7에서 상단의 그래프는 보상전 근적외선 파장 대역에 대한 스펙클 대조도 그래프, 하단의 그래프는 외부 움직임이 있는 구간(도 7에서 보상 구간으로 표시됨)에서 보상이 이루어진 스펙클 대조도 그래프이다. 도 7의 보상된 스펙클 대조도는, 기준 스펙클 값(Kth ) 약 0.13, 기준 상관계수(Cth ) 약 0.8, 보상 계수(β) 약 0.8의 보상 조건에서 얻은 결과이다.
도 8은 도 6의 기록 정보에서, 스펙클 대조도간의 상관 관계를 보여주는 그래프이다. 상관 계수는 수학식 3을 이용하여 계산한 것이다. 도 8의 그래프는, 각 파장 대역의 대조도 정보 간의 연관성을 알아보기 위해, 상관분석을 진행한 것으로, 60프레임씩 윈도우를 시간에 따라 만들어 대조도 간의 상관 계수의 샘플을 구한 것이다.
도 8을 참조하면, 외부 움직임이 있어 근적외선 대역의 스펙클 대조도가 감소하는 (A) 구간에서 상관 관계가 강하게 나타나고, 외부 움직임은 없고 혈류에 의해 근적외선 대역의 스펙클 대조도가 감소하는 (B) 구간에서 상관 관계가 작음을 알 수 있다. 따라서, 청색 대역의 레이저에 대한 스펙클 대조도는 표면의 움직임에 대한 정보만 가지고 있으며, 상관 계수를 통해 혈류의 영향과 움직임의 영향을 구분할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 실시예에 따른 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템(1)을 적용하면, 예를 들어, 사람의 신체가 외부 조건, 근육의 떨림 등의 외부 움직임에 의해 지속적으로 노이즈를 생성하는 경우에도, 외부 움직임에 의한 잡음을 보상하여, 혈류에 대한 우수한 스펙클 대조도 영상을 얻을 수 있다.
1...스펙클 대조도 이미징 시스템 10...광원부
11...제1레이저 광원 13...제2레이저 광원
30...촬상부 35...이미지 센서
50...신호처리부 51...변환부
55...보상부 70...이미징 렌즈 광학계

Claims (20)

  1. 대상체에 대해 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역의 레이저광을 조사하는 레이저 광원부와;
    상기 조사된 레이저광이 대상체로부터 산란되어 형성된 스펙클을 이미지 센서로 촬영하여 스펙클 영상을 얻는 촬상부와;
    상기 촬상부에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하며, 대상체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻도록 된 신호처리부;를 포함하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대상체는 내측에 유체가 흐르는 유체관이 존재하며,
    상기 레이저 광원부는,
    상기 대상체의 표면을 투과하여 상기 유체에서 주로 산란되는 제1파장대역의 레이저광을 출사하는 제1레이저 광원과;
    상기 대상체의 표면에서 주로 산란되는 제2파장대역의 레이저광을 출사하는 제2레이저 광원;을 포함하며,
    상기 제1파장대역의 레이저광의 산란으로부터 제1스펙클 대조도 영상 및 상기 제2파장대역의 레이저광의 산란으로부터 얻어지는 제2스펙클 대조도 영상을 획득하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1스펙클 대조도 영상은 원하는 정보 획득용 스펙클 대조도 영상이고, 상기 제2스펙클 대조도 영상은 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상이며,
    상기 제2스펙클 대조도 영상을 이용하여 대상체의 움직임에 의한 상기 제1스펙클 대조도 영상의 잡음을 보상하여, 유체량 변화를 나타내는 스펙클 대조도 영상을 얻도록 마련된 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 대상체는 내측에 혈관이 존재하는 피검체로서, 상기 혈관에 흐르는 혈류 변화를 나타내는 스펙클 대조도 영상을 얻도록 된 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1파장대역은 근적외선 파장대역, 상기 제2파장대역은 청색파장대역인 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1파장대역은 근적외선 파장대역, 상기 제2파장대역은 청색파장대역인 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 촬상부는, 각 파장대역에 대한 스펙클 영상을 얻을 수 있도록 마련된 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 촬상부는, 각 파장대역에 대한 스펙클 영상을 얻도록 마련된 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는, 대상체의 움직임에 의해 잡음을 보상하기 위한 잡음 보상 알고리즘을 포함하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 촬상부에서 촬영된 스펙클 영상으로부터, 원하는 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상을 얻으며,
    상기 잡음 보상 알고리즘은,
    정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상 간의 상관 관계가 강하게 나타나는 구간에서 정보 획득용 스펙클 대조도 영상을 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상으로 보상하는 스펙클 대조도 이미징 시스템
  11. 제1항에 있어서, 상기 촬상부에서 촬영되는 스펙클의 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기보다 크도록 배율을 조절하는 이미징 렌즈 광학계;를 더 구비하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이미징 렌즈 광학계의 배율 조정을 통해, 상기 촬영되는 스펙클 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기의 두배 정도가 되도록 조정하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템.
  13. 청구항 1항 내지 12항의 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템을 포함하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 장치는 모바일 기기를 포함하며,
    상기 모바일 기기에 상기 레이저 광원부 및 촬상부가 탑재되고, 신호처리부가 내장된 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 모바일 기기는, 이동 전화, 스마트 폰, 손목 시계형 장치, 태블릿, 개인 휴대 정보 단말기, 랩탑 컴퓨터, 머리 장착형 디스플레이, 휴대용 미디어 플레이어를 포함하는 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 장치는 의료 영상 기기인 장치.
  17. 대상체에 서로 다른 표면 투과도를 가지는 복수 파장대역의 레이저광을 조사하는 단계와;
    상기 조사된 레이저광이 상기 대상체로부터 산란되어 형성된 스펙클을 이미지 센서로 촬영하여 스펙클 영상을 얻는 단계와;
    상기 촬상부에서 얻어진 스펙클 영상을 스펙클 대조도 영상으로 변환하는 단계와;
    상기 대상체의 움직임에 의한 변화를 보상하여, 보상된 스펙클 대조도 영상을 얻는 단계;를 포함하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 대상체는 내측에 혈관이 존재하는 피검체이고,
    상기 피검체의 표면을 투과하여 상기 혈관에 흐르는 혈류에 의해 주로 산란되는 근적외선 파장대역의 레이저광과, 상기 피검체의 피부 표면에서 주로 산란되는 청색 파장대역의 레이저광을 피검체에 조사하여, 혈류 변화 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과, 피검체의 움직임에 의한 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상을 획득하고,
    피검체의 움직임에 의한 잡음을 보상하기 위한 잡음 보상 알고리즘을 적용하여, 정보 획득용 스펙클 대조도 영상과 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상 간의 상관 관계가 강하게 나타나는 구간에서 정보 획득용 스펙클 대조도 영상을 잡음 보상용 스펙클 대조도 영상으로 보상하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 이미지 센서로 촬영하여 얻어지는 스펙클의 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기보다 크도록 조절하는 단계;를 더 포함하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 촬영되는 스펙클 크기가 상기 이미지 센서의 픽셀 크기의 두배 정도가 되도록 조정하는 레이저 스펙클 대조도 이미징 방법.
KR1020150100515A 2015-07-15 2015-07-15 레이저 스펙클 대조도 이미징 시스템 및 방법, 이를 적용한 장치 KR102491850B1 (ko)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180123867A (ko) * 2017-05-10 2018-11-20 한국전자통신연구원 대역확산 기법을 이용한 바이오 광학 신호 처리 장치 및 그 방법
KR20180136663A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 스펙클 저감기를 구비하는 다파장 레이저 영상 수집 장치 및 이의 영상 수집 방법
KR20180136661A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 다중-노출 레이저 스펙클 영상 수집 장치 및 이의 보정 방법
KR20180136664A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 다중-노출 레이저 스펙클 영상 수집 장치
KR20220137089A (ko) 2020-06-05 2022-10-11 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 윤활제 밀봉구조, 파동기어장치 및 액추에이터

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102299361B1 (ko) * 2014-09-03 2021-09-07 삼성전자주식회사 혈압을 모니터링하는 장치 및 방법, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스
WO2016061041A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-21 East Carolina University Methods, systems and computer program products for determining hemodynamic status parameters using signals derived from multispectral blood flow and perfusion imaging
US11553844B2 (en) * 2014-10-14 2023-01-17 East Carolina University Methods, systems and computer program products for calculating MetaKG signals for regions having multiple sets of optical characteristics
EP3188651A4 (en) 2014-10-14 2018-07-04 East Carolina University Methods, systems and computer program products for visualizing anatomical structures and blood flow and perfusion physiology using imaging techniques
KR102411658B1 (ko) 2015-01-15 2022-06-21 삼성전자주식회사 생체 정보 검출 장치
KR102384225B1 (ko) 2015-03-06 2022-04-07 삼성전자주식회사 혈압 측정 장치 및 방법
KR102434701B1 (ko) 2015-09-01 2022-08-22 삼성전자주식회사 생체 정보 획득 장치 및 생체 정보 획득 방법과 생체 정보 검사 장치
KR102655671B1 (ko) 2016-10-12 2024-04-05 삼성전자주식회사 생체정보 추정 장치 및 방법
JP7024261B2 (ja) * 2017-08-31 2022-02-24 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 光学測定装置及び光学測定プログラム
WO2020045014A1 (ja) * 2018-08-28 2020-03-05 ソニー株式会社 医療システム、情報処理装置及び情報処理方法
EP3626160A1 (en) 2018-09-24 2020-03-25 Dianova A/S A handheld imaging element with a movement sensor
CN110599524B (zh) * 2019-07-31 2022-07-29 华中科技大学苏州脑空间信息研究院 调焦成像子系统、激光散斑血流成像系统和方法
EP3836154A1 (en) 2019-12-13 2021-06-16 Morten Bo Søndergaard Svendsen A method and an apparatus for imaging curved surfaces
EP3839883A1 (en) 2019-12-18 2021-06-23 Morten Bo Søndergaard Svendsen A method and a system for obtaining image data of an object
CN115379791A (zh) * 2020-02-14 2022-11-22 艾科缇弗外科公司 用于处理激光散斑信号的系统和方法
WO2022076122A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 East Carolina University Methods, systems and computer program products for calculating metakg signals for regions having multiple sets of optical characteristics
CN113129232B (zh) * 2021-04-15 2023-05-26 中山大学 一种基于深度卷积生成对抗网络的弱光散斑成像恢复方法
CN113762253B (zh) * 2021-08-24 2022-08-26 合肥的卢深视科技有限公司 散斑的提取方法、装置、电子设备及存储介质
WO2023201578A1 (zh) * 2022-04-20 2023-10-26 深圳大学 单目激光散斑投影系统的外参数标定方法和装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1324051A1 (en) * 2001-12-26 2003-07-02 Kevin R. Forrester Motion measuring device
US20050143662A1 (en) * 2000-05-03 2005-06-30 Rocky Mountain Biosystems, Inc. Optical imaging of subsurface anatomical structures and biomolecules
KR20090031846A (ko) * 2005-12-20 2009-03-30 사이프레스 세미컨덕터 코포레이션 스펙클 네비게이션 시스템
US20100168585A1 (en) * 2006-02-22 2010-07-01 Kyushu Institute Of Technology Personal authentication method and personal authentication device utilizing finger-tip blood flow measurement by laser light
US20120162438A1 (en) * 2009-09-04 2012-06-28 The John Hopkins University Multimodal laser speckle imaging
US20150043770A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 Nicholas Yen-Cherng Chen Speckle sensing for motion tracking

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009008745A2 (en) 2007-07-06 2009-01-15 Industrial Research Limited Laser speckle imaging systems and methods
KR101599077B1 (ko) 2007-08-14 2016-03-14 미베니온 게엠베하 류마티스 관절염 등의 염증성 질환의 진단 또는 진단 준비 및/또는 치료 모니터링 장치 및 절차
US8585206B2 (en) 2010-06-29 2013-11-19 Corning Incorporated Methods for operating scanning laser projectors to reduce speckle and image flicker
US9848787B2 (en) 2012-02-07 2017-12-26 Laser Associated Sciences, Inc. Perfusion assessment using transmission laser speckle imaging
US20160157736A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Yu- Chih Huang System and Methods for Assessment of Relative Fluid Flow Using Laser Speckle Imaging
US9931040B2 (en) * 2015-01-14 2018-04-03 Verily Life Sciences Llc Applications of hyperspectral laser speckle imaging
US10058256B2 (en) * 2015-03-20 2018-08-28 East Carolina University Multi-spectral laser imaging (MSLI) methods and systems for blood flow and perfusion imaging and quantification

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050143662A1 (en) * 2000-05-03 2005-06-30 Rocky Mountain Biosystems, Inc. Optical imaging of subsurface anatomical structures and biomolecules
EP1324051A1 (en) * 2001-12-26 2003-07-02 Kevin R. Forrester Motion measuring device
KR20090031846A (ko) * 2005-12-20 2009-03-30 사이프레스 세미컨덕터 코포레이션 스펙클 네비게이션 시스템
US20100168585A1 (en) * 2006-02-22 2010-07-01 Kyushu Institute Of Technology Personal authentication method and personal authentication device utilizing finger-tip blood flow measurement by laser light
US20120162438A1 (en) * 2009-09-04 2012-06-28 The John Hopkins University Multimodal laser speckle imaging
US20150043770A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 Nicholas Yen-Cherng Chen Speckle sensing for motion tracking

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180123867A (ko) * 2017-05-10 2018-11-20 한국전자통신연구원 대역확산 기법을 이용한 바이오 광학 신호 처리 장치 및 그 방법
KR20180136663A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 스펙클 저감기를 구비하는 다파장 레이저 영상 수집 장치 및 이의 영상 수집 방법
KR20180136661A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 다중-노출 레이저 스펙클 영상 수집 장치 및 이의 보정 방법
KR20180136664A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 다중-노출 레이저 스펙클 영상 수집 장치
KR20220137089A (ko) 2020-06-05 2022-10-11 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 윤활제 밀봉구조, 파동기어장치 및 액추에이터

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