디지털 영상처리 사용 분야의 예(UV, 가시선/IR)

UV 대역 영상화

UV(자외선)의 응용은 산업용, 생물학, 현미경, 천체 관찰 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다. UV 광선은 현미경 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있는 것들 중 하나인 형광 현미경 검사에 사용된다. 형광은 UV 광선이 비춰지면 형석이 형광을 내는 것이 처음 관찰된 19세기 중반에 발견된 현상이다. 자외선 자체는 눈에 보이지 않으나, UV 방사의 광자가 형광 물질의 원자의 전자와 출동할 때, 광자가 전자를 더 높은 에너지 레벨로 올려 놓는다. 그 결과, 여기 상태(excited)의 전자는 더 낮은 레벨로 내려오면서, 에너지가 더 낮은 가시 광선 영역의 광자 형태로 빛을 발한다. 형광 현미경의 주요 임무는 여기 상태 빛을 이용해서 준비된 표본을 비추고, 훨씬 더 약한 방사 형광을 더 밝은 여기 빛과 분리하는 것이다. 그래서 방사 광만이 눈 또는 다른 검출기에 도달한다. 그 결과인 형광 영역은 검출을 가능하게 하기에 충분한 콘트라스트로 어두운 배경에서 빛난다. 비형광 물질 배경이 더 어두울수록 장비의 성능이 높아진다.

형광 현미경 검사는 자연적 형태(제 1 형광성)로든, 형광을 낼 수 있는 화학 물질로 처리(제 2 형광성)되었을 때이든, 형광을 내게 만들어질 수 있는 물질을 연구하기 위한 훌륭한 방법이다.

 

 

가시선 대역 및 IR 대역 영상화

EM 스펙트럼의 가시 대역이 우리의 모든 활동에서 가장 읷구함을 고려할 때, 이 대역에서의 영상화가 응용 범위 면에서 다른 모든 것들보다 훨씬 더 중요하다. 적외선 대역은 종종 가시 대역과 함께 사용된다. 그래서 이 절에서는 예시를 위해 가시 대역과 적외선 대역을 결합한다. 다음의 논의에서는 광 현미경법, 천문학, 원격 감지, 산업, 법 집행 등의 응용을 고려한다. 현미경법만으로도 그 응용 분야는 광범위하다.

가시 대역 처리의 또 다른 주요 분야는 원격 감지이며, 보통 스펙트럼의 가시 및 IR 영역의 몇 개의 대역을 포함한다. 인구 중심지의 영상은 정기적으로 인구 증가와 이동 패턴, 오염, 환경에 해로운 다른 요소들 등을 평가하는 데 사용된다. 가시 영상 특징과 적외선 영상 특징간의 차이가 이 영상들에서 매우 주목할 만하다. 날씨 관찰과 예측도 인공위성 다중 스펙트럼 영상화의 중요한 응용이다. 예를 들면, 서반구에서 발생했던 파괴적인 폭풍 중 하나인 Katrina 허리케인 영상이다. 이 영상은 NOAA(National Oceanographic and Atmospheric Administration) 윗어에 의해 가시 대역과 적외선 대역의 센서들로 촬영하였다. 이 영상에서 허리케인의 눈이 뚜렷이 확인된다.

2005. 8. 29 Katrina 허리케인의 위성 영상

 

또한 아래 그림은 IR 영상화의 응용을 보여준다. 이 영상은 전세계 야간 조명 데이터 집합의 일부로써, 전세계적 인류 정착지 정보를 제공한다. 이 영상화 시스템은 10.0~13.4 μm 대역에서 동작하며, 마을/유전 가스 불/화재 등을 포함해서 지구 표면에 존재하는 가시선-근적외선을 방출하는 미약한 소스들도 감지할 수 있는 독특한 능력을 갖고 있다. 영상 처리에 관한 정식 교육을 받지 않았더라도, 이 영상들을 이용해서 세계의 다양한 지역들에서 사요되는 전체 전기 에너지의 비율을 추정하는 프로그램을 작성하는것은 어렵지 않다.

미대륙의 IR 위성 영상(NOAA)

가시 광선 스펙트럼에서의 주요 영상화 분야는 자동화된 시각에 의한 제품 검사이다. 제품에 대한 전형적인 영상 처리 작업은 부품 누락 검사이다. 또한 대표적인 예로 지문 인식/지폐 진위 여부 분석 등이 있다. 이 분야에서의 디지털 영상 처리의 응용에는 자동 카운팅과 법 집행에서 지폐를 추적하고 식별하기 위한 일련 번호 판독이 있다.