기하광학 관련 개념의 학습을 위한 광원의 개발과 활용

현동걸,채동현,신애경 한국초등과학교육학회 2019 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.76 No.-

기하광학 관련 개념에 대한 많은 연구결과는 학생들이 가지고 있는 빛과 상에 관련된 개념들이 다양한 오개념들을 포함한다는 것이며, 학생들을 지도하는 교사들 또한 학생들이 가지는 다양한 오개념들을 가지고 있다는 것이다. 이러한 문제에 대한 주된 원인들으로는 기하 광학적인 관점에서 물체에 대한 개념, 광선에 대한 개념과 광선 작도의 역할에 대한 이해, 눈의 기능과 역할에 대한 기학광학적의 관점에서의 이해, 스크린의 역할에 대한 이해 등이 부족하다는 것이다(Galili, 1996; 이재봉, 2004; Wyrembeck & Elmer, 2006; 이재봉, 2004; 권경필 등, 2006; Buty & Mortimer, 2008; 백성혜와 김영심, 2008; 백성혜와 정연경, 2009). 교사들과 학생들에게 어렵게 인식되고 있는 기하광학 개념의 올바른 이해를 위해서는 ‘모든 물체는 점광원의 집합체이다’라는 가장 기초가 되는 물체의 기하광학적 개념에 대한 이해가 무엇보다도 우선되어야 한다. 물체에 대한 기하광학적인 이해는 기하광학의 모든 개념들이 시발점이다. 이 연구는 물체에 대한 기하광학적 개념을 이해하고, 물체로부터 나오는 빛의 경로를 효율적으로 추론하기 위한 상과 광학 개념 사이 관계를 연결지을 수 있는 실험적인 근거를 제공할 수 있는 교수 전략에 필요한 광원을 개발하고 활용할 수 있는 자료를 제공한다.

기하광학 개념의 학습을 위한 광원의 개발과 활용

현동걸,김두철 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.1

기하광학 개념들은 매우 추상적이어서 실험적인 증거들을 바탕으로 귀납적으로 추론함에 의하여 이해할 수 있다. 그러나 기하광학 실험의 기존 체계에서는 실험적인 증거들을 찾기가 쉽지 않다. 이 연구에서 기하광학 개념들을 이해하는 데 필요한 실험적인 증거들을 제공할 수 있는 학습광원이 개발되었다. 학습광원은 1차 광원과 빛을 난반사시키거나 산란투과시키는 반투명막이 부착된 물체카드로 구성되며, 광원의 모양을 의도적으로 바꿀 수 있으며, 조작적으로 빛을 산란시키거나 산란 없이 빛을 방출시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한 이 연구에서 학습광원과 이미 개발된 투명스크린을 사용하여 물체의 인식, 상의 형성, 광선추적의 의미를 효율적으로 추론하고 이해하는데 실험적 증거들을 제공하는 여러 기하광학 실험들을 제안한다. The concepts of geometrical optics are so abstract that they can be understood by inferring them inductively based on experimental evidence. However, experimental evidence cannot be easily obtained by using exiting systems for geometrical optics experiments. A learning light source that offered experimental evidence in inferring the concepts of geometrical optics inductively was developed in this study. The learning light source is composed of the primary light source and an object card attached to a translucent membrane that reflects light irregularly or transmits light irregularly and has the characteristics of changing the shape intentionally, scattering light into all directions, or emitting light without scattering operationally. Also, some geometrical optics experiments that offer experimental evidence in inferring and understanding the cognition of object, the image formation, the meaning of light tracing, and so on efficiently are proposed in this study.

기하광학영역에서의 능동소나 표적신호합성

신기철,박재은,김재수,최상문,김우식 한국해양대학교 해양과학기술연구소 2001 硏究論文集 Vol.10 No.1

능동소나 시스템에서 표적신호의 근거리 정보가 중요해짐에 따라, 표적 음향산란 신호의 고유한특성을 분석하기 위해 실험적인 방법과 시뮬레이션 기법이 사용된다. 본 논문에서는 표적신호 합성을 위해 축소표적 반향실험을 수행하였고, 자료의 분석 결과 축소표적의 음향산란은 거울면 반사의 영향이 큰 것으로 분석되어, 표적신호 합성에서 기하광학이론을 응용하였다. 복잡한 형태의 표적을 여러 표본형상으로 분리하고, 각 표본형상의 기여도를 신호의 위상과 강도를 줌으로써 계산하였으며. 표적신호 합성모델의 검증을 위해 실제 축소표적 실험 결과와 비교하였다. 혁심용어: 기하광학이론. 음향산란, 거울면반사. 축소표적, 능동소나 투고분야: 수중음향 분야 (5.2) Since the near field iformation of target signal is important in the development and verification of active sonar system experimental method and simulation technique are widely used in order to analyze the detail characteristics of target scattered echoes. Therefore, in this paper, the scale target experiment is performed to develope and improve the target signal simulation model. Since the experimental results show that the specular reflection is the major component among scattering mechanisms, the target signal simulation model based on the Geometric Optics Theory (GOT) is developed. Complex target is separated into simple shapes, known as canonical shape. The contribution from individual canonical shapes are summed with proper phase and amplitude to produse the target strength of the whole complex body. Simulated target signal is compared with the experimental results fed discussed.

다양한 스테레오 촬영 기하에서의 위성 자세 및 위치 오차에 따른 표적 위치 추정

고보연,김인종,최동찬,한상설 한국항공우주학회 2023 韓國航空宇宙學會誌 Vol.51 No.2

위성 스테레오 광학영상은 상용은 물론 탄도탄 감시를 위한 군사 분야에도 유용하게 활용되고 있다. 광학영상을 이용하여 정밀한 스테레오 처리를 위해서는 촬영기하 분석, 카메라 내부 및 외부 카메라 보정, 에피폴라 정렬, 매칭 및 표적위치 추정기술 등에 대한 면밀한 연구가 필요하다. 본 논문은 표적위치 추정기술에 관한 것으로서 위성의 자세 및 위치오차가 표적 위치추정에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 표적위치 추정을 위해 MPI(mid point intersection) 기법을 적용하였으며 표적위치 추정오차에 대한 수학적 접근과 정량적 분석을 위해 행렬형태의 최소제곱 해를 수정 제안하였다. 이를 기반으로 위성의 자세 및 위치오차에 대해 표적위치 오차추정 식을 새롭게 유도하여 제안하였고, 이를 통해 표적위치 추정오차를 직접 계산할 수 있음을 확인하였다. 제안한 오차추정 식의 검증과 유용성은 다양한 조건에서의 시뮬레이션 결과로 확인하였다. 또한 제안한 오차추정 식을 통해 촬영기하 관련 여러 물리적인 특성을 쉽게 이해할 수 있었고, 복잡한 촬영 기하조건(수렴각, 이등분선 고도각, 비대칭각)에 대한 시뮬레이션도 간단하게 가능하다는 것을 확인하였다.

머신비전검사를 위한 기하학적 특징 기반 지능 패턴 정합

문순환,김경범,김태훈 한국콘텐츠학회 2006 한국콘텐츠학회논문지 Vol.6 No.6

This paper presents an intelligent pattern matching method that can be used to acquire the reliable calibration data for automatic PCB pattern inspection. The inaccurate calibration data is often acquired by geometric pattern variations and selecting an inappropriate model manual. It makes low the confidence of inspection and also the inspection processing time has been delayed. In this paper, the geometric features of PCB patterns are utilized to calculate the accurate calibration data. An appropriate model is selected automatically based on the geometric features, and then the calibration data to be invariant to the geometric variations(translation, rotation, scaling) is calculated. The method can save the inspection time unnecessary by eliminating the need for manual model selection. As the result, it makes a fast, accurate and reliable inspection of PCB patterns. 본 연구에서는 인쇄회로기판을 위한 자동 광학 검사시스템에서 핵심적인 기능인 보정데이타 산출을 위한 기하학적 특징 기반 방법을 제안하였다. 현재 적용되고 있는 자동 광학 검사 시스템에서는 보정데이타 산출을 위해 작업자가 직접 수작업으로 모델을 설정하고 있고, 검사영상에 기하학적인 변화가 있는 경우 비검사영역이 생기는 등 문제가 발생되고 있다. 이는 검사 작업의 신뢰성에 영향을 미치게 됨은 물론 검사 처리 시간을 지연시키는 요인이 된다. 제안된 방법은 주어진 PCB 영상으로부터 기하학적인 모양이 적합한 모델을 자동으로 선정할 수 있고, 기하학적인 모델 매칭 기법을 통해 신뢰성 있는 보정데이타를 산출할 수 있다. 제안된 방법의 사용으로 검사 시스템을 보다 편리하게 사용할 수 있고, 수작업에 의한 모델설정으로 발생되는 불필요한 시간을 절약할 수 있다. 또한, 기하학적인 변화량에 관계없이 보정데이타 산출이 가능하고, 잘못된 모델 선정 등 부정확한 보정데이터의 사용시 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 장점을 갖는다.

PO-GO 연계기법을 이용한 RCS 해석코드 개발

장민욱(Min-Uk Jang),명노신(Rho-Shin Myong),장인모(In-Mo Jang),이동호(Dong-Ho Lee) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.11

효율적인 RCS 감소 연구를 위해 고주파수 근사 기법을 연계한 혼합기법 기반의 RCS 예측 코드를 개발하였다. 연계기법으로 전자기파 산란에 관한 고주파 기법인 물리광학법(Physical Optics)과 기하광학법(Geometrical Optics)을 이용하였다. RCS 산란 메커니즘의 하나인 Cavity Return 효과를 확인하기 위해 Inlet 영역은 기하광학법을 적용하였고, 그 외 영역은 물리광학법을 적용하였다. 예측코드의 정확성을 검증하기 위하여 구의 이론해와 예측결과를 비교하였고, Cavity가 존재하는 Sphere에 대한 Full Wave 해석해와 결과값을 비교하였다. 마지막으로 비행체 형상에 대한 RCS 해석문제에 적용하여 개발 코드의 유용성을 확인하였다. A hybrid method based on high-frequency asymptotic optics was developed in order to predict the RCS of flying vehicles for RCS reduction studies. In cavity return, the rays are assumed to bounce from the inlet cavity based on the laws of geometrical optics and to exit the cavity via the aperture. In other parts of a flying vehicle, the physical optics method is applied to compute the back-scattered field from the solid surface. The hybrid method was validated by considering simple models of sphere and sphere with cavity. In addition, RCS analysis of a flying vehicle was conducted using the new hybrid electromagnetic scattering method based on physical optics and geometrical optics theories.

가우스 괄호법을 이용한 무한 물점을 갖는 복잡한 줌 렌즈의 수치해석적인 근축광선 줌 궤적 추적법

유남준,김원섭,조재흥,류재명,이해진,강건모,Yoo, Nam-Jun,Kim, Won-Seob,Jo, Jae-Heung,Ryu, Jae-Myung,Lee, Hae-Jin,Kang, Geon-Mo 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.6

가우스 괄호법을 이용하여 카메라 렌즈와 같이 무한 물점을 대상으로 하는 모든 복잡한 줌 렌즈에서 사용가능한 근축광선 줌 궤적 추적식을 이론적으로 유도하였다. 그리고 이를 Visual Basic으로 프로그램화하여 수치해석적으로 줌 궤적을 구하였다. 이 방법은 근축광선 추적식을 가우스 괄호법에 적용시켰기 때문에 다양한 줌 형태에 따른 구속조건의 공식을 매우 간편하고 알기 쉽게 단순화시켜준다. 이 결과 이 식의 해는 모든 종류의 줌 렌즈에서 줌 궤적에 대한 초기설계에 유연하면서 통합적으로 적용할 수 있다. 이 식의 유용성을 증명하기 위하여 4군과 5군의 매우 복잡한 줌 렌즈계의 줌 궤적을 다양한 보간법으로 빠르게 산출해 낼 수 있음을 보였다. We theoretically derive the set of utilizable paraxial zoom locus equations for all complicated zoom lens systems with infinite object distance, such as a camera zoom lens, by using the Gaussian bracket method and the matrix representation of paraxial ray tracing. And we make the zoom locus program according to these equations in Visual Basic. Since we have applied the paraxial ray tracing equations into Gaussian bracket representation, the resultant program systematically simplifies various constraints of the zoom loci of various N group types. Consequently, the solutions of this method can be consistently used in all types of zoom lens in the step of initial design about zoom loci. Finally, in order to verify the usefulness of this method, we show that one example among 4 groups and that among 5 groups, which are very complex zoom lens systems, can be rapidly and with versatility traced through various interpolations by using this program.

원근법의 변화와 고전 광학이론

류전희(Ryu Jeon-Hee) 대한건축학회 2009 대한건축학회논문집 Vol.25 No.2

It is essential to understand medieval and Renaissance theories of vision, we must begin by glancing at the Greek background. Gothic Architecture, was fundamentally a constructive practice, operating through very secretive traditions and geometric rules that could be applied directly on site. During the 15th century, architecture considered as a liberal arts and architectural ideas were conceived as geometric lineamenti, two dimensional, orthogonal drawings. Following the discovery of artificial perspective method by Brunelleschi and its codification by Alberti in his Della Pittura, early Renaissance architects experimented with this new technique in various ways. The fundamental difference between the natural perspective and artificial perspective lies the exact measurement and true scaling that required by linear perspective completely transformed the communication of information in the sciences and technical arts through pictorial illustration. Evidence in collections of drawings, paintings and buildings during Renaissance shows the use of sectional perspective drawings supplanted the standard orthogonal section as the conventional means of depicting buildings. This transformation marks the beginning of a practice that is a new mathematical and geometric rationalization of the image that radically departed from classical theories of vision.

사각면 코너 큐브 재귀 반사체의 반사출력광 특성 및 응용

정용범,김영훈,오범환,Jeong, Yong-Beom,Kim, Young-Hoon,O, Beom-Hoan 한국광학회 2015 한국광학회지 Vol.26 No.1

재귀 반사체(Retro Reflector)는 그 반사특성을 살려 베네치안 블라인드 슬랏, 디스플레이, 그리고 교통 안전 분야 등에서 활용 영역이 넓어져 가고 있다. 재귀 반사율 분포를 조절할 수 있는 코너 큐브 재귀 반사체를 정의하고, 입사각도에 따라 그 재귀반사광의 특성을 분석하여 교통 안전 분야에 적용하고자 하였다. 특성 분석 결과를 용이하게 파악할 수 있도록 시각화한 특성 도표를 고안하였으며, 이를 이용하여 다양한 교통 안전 분야의 재귀 반사 시트를 정량적으로 설계할 수 있음을 보였다. The applications for retro-reflectors, with their unique reflection characteristics, have been expanding, to include venetian blind slats, displays, traffic safety mark, etc. We propose expandable structures of inclined corner cube retro-reflectors and analyze their corresponding reflection characteristics. Various traffic safety structures with retro-reflectors may be designed more quantitatively using the chart of characteristics we have presented.

디지털 카메라용 줌렌즈에서 대칭성 오차요인에 의한 상면 변화의 보정과 이에 따른 불량률 예측

류재명,강건모,이해진,이혁기,조재흥,Ryu, Jae-Myung,Kang, Geon-Mo,Lee, Hae-Jin,Lee, Hyuck-Ki,Jo, Jae-Heung 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.5

In the zoom lens of digital still cameras with the variation of the image plane generated by various symmetric error factors such as curvature, thickness and refractive index error of each lens surface about the optic axis, we induce a theoretical condition to fix constantly the image plane by translating the compensator group of the zoom lens by using the Gaussian bracket. We confirm the validity of this condition by using three examples of general zoom lens types with 3, 4, and 5 groups, respectively. When these error factors are randomly changed within the range of tolerance according to the Monte Carlo method, we verify that the distributions of the degree of moving of the compensator are normal distributions at three zoom lens types. From capability analysis using these results, we theoretically propose the method estimating the standard deviation, that is, sigma-level, as a function of the maximum movement of the compensator. 곡률, 두께, 굴절률 오차와 같은 광축대칭 오차요인들 때문에 상면이 이동하는 디지털 카메라용 줌렌즈 광학계에서 보상자를 이동시켜서 상면을 고정시키는 조건을 가우스 괄호법을 이용하여 유도하였다. 그리고 줌렌즈 광학계의 일반적인 세 가지 형태(3군, 4군, 5군 줌렌즈)를 사용하여 이 조건의 타당성을 검증하였다. 이러한 줌렌즈 형태에서 각 면의 곡률, 두께, 굴절률 등을 공차 내에서 Monte Carlo 방법에 따라 임의로 변화시켰을 때, 보상자의 이동량의 분포가 정규분포를 이루는 것을 확인하였다. 그리고 이로부터 공정능력을 계산하여 보상자의 최대 이동량에서 이에 따른 불량률을 이론적으로 예측하는 방법을 제시하였다.