The Power of Hyperspectral Imaging
초분자광 이미징으로 Pika IIi의 넓어진 활용 범위
초분자광 이미징(Hyperspectral Imaging)은 다른 스펙트럼 영상(Spectral Imaging)처럼 전자기파 스펙트럼(Electromagnetic Spectrum : 전자기파를 파장의 길이에 따라 늘어놓은 띠)의 정보를 수집할 수 있다. 약 100개의 스펙트럼 띠를 기준으로 나뉘는 초분자광 이미징은 단지 세 가지 띠가 겹치는 표준 RGB 기술보다 몇 배나 높은 컬러 정보를 제공하고 있는 것이다. 이런 장점은 유사 색을 가진 물체를 구분할 때 확연히 드러난다.
기존 광물을 식별하는 광산 산업에서 주로 사용되던 초분자광 이미징은 이제 환경 방사능 감시분야, 제약업의 화학적 재료 안전등급을 매기기 위한 분류와 같은 테스트분야 등 안전에 직결된 분야에서도 속속들이 도입되고 있다.
What is Hyperspectral Imaging?
초분자광 이미징은 면단위 스캔을 통해 각 픽셀별로 화학적 정보를 취득할 수 있는 기술로 공간적인 분해 능력이 뛰어나기 때문에 비파괴 분석, 품질 검사, 식품, 제약 등 수많은 센싱 애플리케이션에 적용돼있다.
응용분야 활성화를 위해 개발된 Pika IIi
미국의 초분자광 이미징 전문업체 Resonon은 초분자광 시스템을 도입해 Point Grey Research의 Flea2 0.3MP 카메라를 이용한 Pika IIi를 개발했다.
산업 분류, 품질 관리, UAV(Unmann-ed Aerial Vehicle：무인비행기) 기반 원격 감지 등으로 응용분야를 활성화하기 위해 개발된 이 제품은 무인 비행기나 헬기 등에 장착해 사용할 수 있다. 항공 사진을 촬영하는 것은 시간과 비용이 많이 소비되는 일이다. 항공 시간과 연료, 이상적인 기상 조건 등을 고려해 재촬영 없이 성공할 수 있는 정확도 높은 기술이 필요하기 때문이다. Pika IIi는 이런 조건을 만족시킨 제품이라 할 수 있다.
빙하 연구와 식물 테스트에 적용
실제로 Pika IIi는 Greenland에서 빙하가 녹는 정도를 측정하는 곳과 Costa Rica에서 바나나와 커피 식물의 건강을 체크하는 곳에 사용됐다.
Greenland 프로젝트는 스펙트럼 이미지 데이터를 이용해 용해의 깊이를 측정하는 것이다. 용해 각 지점의 깊이를 측정해 전체 깊이와 공간 구조를 판단할 수 있다. 또한 시간이 지남에 따라 변화되는 용해의 양을 측정할 수 있으므로 얼음이 녹는 정도를 가늠할 수 있다.
Costa Rica 프로젝트는 식물의 종을 식별하고 바나나와 커피 식물의 건강을 체크하는 것이다. 그림 1을 참조하면 이 프로젝트에 Pika IIi가 도입돼 영역별로 잎의 건강 정도를 나타낸 것을 볼 수 있다.
초분자광 이미징은 기존 카메라보다 각 픽셀에 대해 훨씬 많은 스펙트럼 컬러 정보를 담아낼 수 있다. Raw 데이터 출력은 종종 Datacube와 같은 방법으로 시각화된다.
이를 통해 각 픽셀에 대한 자세한 스펙트럼 곡선 자체의 특정 색상(스펙트럼 밴드), 동등한 각각의 연속 이미지와 수백 장의 Stack을 볼 수 있다. Datacube의 한 예는 그림 2와 같이 한 공간에 두 개의 크기(x, y)와 파장을 보여준다. 그림 2에 표시된 세 밴드는 잎의 존재하지 않는 가상 이미지를 표현하는데 사용됐다.
Pika IIi와 카메라 디텍터 Flea2
Pika IIi는 400~900㎚ 범위에서 스캔이 가능한 Plug-and-Play 영상 분광계다. FireWire 800 인터페이스를 도입해 프레임 그래버가 필요 없고 2.8파운드의 적은 무게로 사용이 간편하다.
또한 Custom 렌즈와 함께 Flea2 카메라가 디텍터로 사용된다. 이미지 영역들을 최대 240개 대역의 스펙트럼으로 변환해 사용할 수 있으며 이 분산된 스펙트럼들은 Flea2 카메라에서 x축의 Spatial Image Data(공간 이미지 데이터)와 y축의 스펙트럼 데이터를 사용해 이미지로 변환할 수 있다. 이 시스템은 Frame 마다 좁은 이미지를 얻기 위해 항공기와 같이 한 방향(y축)으로 이동해야 하며 표면에 2D 데이터 전체와 함께 내부에 3D 데이터 큐브를 만들어 준다.
Resonon의 목표는 열악한 환경에서도 사용할 수 있는 경량의 이미지 분석기를 만드는 것이었다. 그 결과로 만들어진 Pika IIi는 16.7×63.5㎝의 작은 크기와 2.8파운드의 적은 무게로 개발됐고 빙하 연구와 식물 테스트 등의 까다로운 환경에 적용돼 도움을 주고 있다.
자료제공 | 싸이로드(www.cylod.co.kr)
