초분광 이미지를 이용한 콩 묘 염해 스트레스 유무 판별

강예성 ( Ye Seong Kang ),전새롬 ( Sae Rom Jun ),장시형 ( Si Hyeong Jang ),박준우 ( Jun Woo Park ),송혜영 ( Hye Young Song ),타파스쿠마 ( Tapash Kumar Sarkar ),유찬석 ( Seok Chan Ryu ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

이 연구는 콩 묘의 염해 스트레스 유무가 판별하기 위해 초분광 이미지 데이터로 Decision tree (DT)를 개발하여 유의한 분광 스펙트럼을 선정하고 그 분류 가능성을 평가하였다. 콩(Glycine max (L.) Merr.) 묘에 염수농도를 각각 0 (무처리구), 1, 2, 4 (처리구) dS/m로 처리하여 6일 동안 오전 9시 40분에 10분간 관수하였다. 염수농도를 달리한 콩 묘의 초분광 이미지(400-1000nm 파장대역, 519개 분광 스펙트럼)를 관수 후 4시간 뒤인 오후 1시 40분에 취득하였다. 초분광 이미지는 카메라 자체에서 발생할 수 있는 암 전류 노이즈를 보정하였고, 촬영 시마다 다른 광 조건으로 취득된 분광 스펙트럼의 반사값을 정규화하기 위해 18% white balance board를 이용하였다. 식생지수를 이용하여 초분광 이미지 내 콩 묘 캐노피 영역을 강조한 후 region of interest (ROI)하여 각 개체의 반사값을 추출하였다. 추출한 반사값을 1, 2, 3, 6일의 각 처리날짜와 전체 처리날짜 데이터로 나누어 무처리구와 처리구 사이에 DT(훈련자료: 30%, 검증자료: 70%)를 개발한 후 콩 묘 염해 스트레스 유무 판별에 유의한 분광 스펙트럼을 선정하고 overall accuracy (OA)와 kappa coefficient로 분류 정확도를 평가하였다. 1, 2, 6일에는 각각 535.52, 533.20, 540.15nm로 Green과 3일에는 705.79nm로 Red edge에 분광 스펙트럼이 선정되었고 그 분류 정확도 OA, kappa coefficient 모두 1로 완벽히 분류가 가능하였다. 전체 처리날짜데이터에서는 3일 결과와 동일하게 705.79 nm로 Red edge가 유의한 분광 스펙트럼으로 선정되었고 그 분류 정확도는 OA, kappa coefficient 모두 1로 완벽히 분류가 가능하였다. 추후 염해 스트레스 정량화 모델개발을 통해 구체적인 콩 묘의 염해 수준에 기초하여 염해 스트레스 유무 판별이 가능한 분광 스펙트럼선정 및 검증이 필요하다고 판단된다.

디지털 카메라를 이용한 학교용 분광기 제작 및 태양 스펙트럼 사진 분석에 관한 연구

서태오,류성룡 한국물리학회 2009 새물리 Vol.58 No.2

We made reflection-type and transmission-type CD-DVD spectrometers for school students and observed spectra from various light sources. A transmission-type CD spectrometer is more convenient for educational use. The use of the Compact Disk/Digital Video Disk (CD-DVD) spectrometer in class was educationally very effective for understanding the principle of the spectroscope and for investigating the spectra from various sources of light. A high-resolution spectrometer with a digital camera for measuring the solar spectrum was also constructed. The solar spectral image of the digital camera was processed with Photoshop, the PixMaker Pro, and the IRIS programs and was finally converted to the spectral profile with Visual spec. The absorption lines corresponding to the elements in the solar spectrum were also identified. Due to the characteristics of the IR cut-off filter of the digital camera, the spectrum was limited to the range between 420 nm and 670 nm. CD와 DVD를 반사형 회절격자로 사용하여 간단한 학생용 분광기를 제작하여 여러 가지 광원의 스펙트럼을 관측하고 고등학교에서 학생들의 물리교육에 사용하였다. 반사형 CD-DVD 분광기 외에도 CD와 DVD의 표면만을 분리하여 만든 투과형 회절격자를 만들어서 투과형 분광기도 제작하였다. 투과형은 반사형 보다 관측이 용이하고 사용이 편리하다. 또한 상업용 회절격자를 이용하여 분해능이 높은 태양 관측용 분광기를 만들었다. 고분해능 분광기에서 측정한 태양빛의 스펙트럼을 디지털 카메라로 기록하고 Visual Spec 프로그램을 이용하여 태양 스펙트럼의 흡수선을 관측하였다. 디지털 카메라의 필터 특성 때문에 420 nm - 670 nm 사이의 프라운호퍼선 스펙트럼들이 관측 되었다.

분광복사계를 활용한 식생특성 분석

박진기 ( Jin-ki Park ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

빛의 파장은 자외선, 가시광선, 적외선 등 폭 넓은 파장으로 구성되어 있으며, 각종 특성 및 효과는 크게 달라진다. 따라서 빛을 이용한 기술은 각 파장마다의 특성, 효과 (분광특성; Spectral Characteristics)의 측정이 매우 중요하다. 분광특성이란 지구의 모든 물체는 각기 다른 성질과 상태에 따라 전자파에너지를 흡수, 반사 또는 투과하는 성질을 의미한다. 이 성질은 물질 고유의 전자파에너지에 대한 파장 특성을 말한다. 따라서 분광특성은 재료 및 물질의 구성성분, 구조, 기하하적 위치 등에 의해 서로 다른 특성을 나타낸다. 일반적으로 식생은 적색파장에 비해 근적외 파장에서 강하게 반사하고, 암반, 나지 및 수역은 적색파장과 근적외 파장에서 거의 같은 반사특성을 보인다. 원격탐사분야에서는 실험실이나 야외에서 다양한 지표물의 파장 특성을 측정하고 검증하기 위하여 분광복사계(Spectro-radiometer)를 사용하고 있다. 현장 분광특성 측정은 광범위한 파장대를 활용하여 물질의 기초자료 수집 및 라이브러리 구축, 위성 센서의 설계, 모니터링 하는 대상체에 적합한 정보추정 및 파장대 추출 등에 활용할 수 있다. 또한 현장 분광특성측정은 위성(항공)영상과 달리 대기의 영향이 거의 없기 때문에 영상의 검·보정을 위해서도 필요한 요소이다. 본 연구에서는 휴대용 UV-VIS-NIR Spectro-radiometer (PSR-2500, 측정 파장영역: 350∼2,500nm, 측정간격: 1.0∼6.3nm)를 사용하여 식생의 분광특성을 분석하였다. 전자파에너지는 계절별, 시간대별 태양복사에너지에 의해 달라지기 때문에 99%의 반사특성을 갖는 표준 백색판(BaSO4)을 이용하여 태양복사에너지의 변화에서 발생할 수 있는 오차를 최소화 하였다. 측정 대상은 아스팔트, 콘크리트, 나지, 벼, 대파, 잔디, 배추, 무의 8개이다. 측정 시기는 2014년 9월에 실시하였다. 대상체별 현장 분광특성은 1차 도함수 및 적분 해석을 통해 분석하였다. 그 결과 식생은 녹색파장인 500∼600nm에서 반사율 변화가 있었으며, 근적외 파장인 750∼1,000nm에서 비식생과 다른 특징을 보였다. 1차 도함수 분석 결과 Red-edge 파장인 680∼740nm에서 가장 큰 변동 특징을 보였다. 특히 분광반사는 식생 활력도가 높을수록 1차 도함수의 평균, 표준편차, 분산 등 통계량을 높게 하였다. 이러한 특징은 적분해석에서도 식생과 비식생의 차이가 뚜렷하였다. 식생의 활력이 높은 작물일수록 적분 값도 높은 경향을 보여 식생이 가지고 있는 반사특성을 잘 표현해 주었다. 본 연구에서는 현장 분광특성 측정을 통해 식생 특성을 분석하였으며, 이를 활용하여 농업분야 및 작물생육 상태 관련 원격탐사 센서의 기초 자료로 활용이 가능할 것이다.

소형망원경과 회절격자를 이용한 별의 실시간 스펙트럼 관측

류성룡 한국물리학회 2015 새물리 Vol.65 No.3

Stellar spectra of bright stars have been observed by using a small telescope and a grating. An astronomical video Charge coupled device (CCD) camera or digital single-lens reflex (DSLR) camera was used to obtain the stars’ spectra. RSpec software was used to perform real time spectroscopy with a video file from the CCD camera. Drift star spectra were also taken to maximize the signalto- noise ratio. Several different cameras were tested. The monochrome CCD camera seemed to cover the widest range of spectra. A filter-modified DSLR showed spectral coverage similar to that of an ordinary DSLR. The advantage of real-time spectroscopy is the observation of stellar spectra in real time. The spectrum could be optimized while observing spectrum in field. This kind of real-time star spectroscopy will have a better education effect in school. 중·고등학교에 널리 보급되어 있는 소형망원경과 회절격자를 이용한 간이용 분광기로 별의 스펙트럼을 관찰하였다. 검출기로는 동영상을 촬영하는 소형 CCD 카메라나 디지털카메라를 사용하였다. 기록한 영상의 스펙트럼 분석은 동영상의 실시간 스펙트럼 분석이 가능한 소프트웨어 (RSpec)를 사용하였다. 사전 테스트와 눈금조정을 위하여 실험실에서 수은등, 나트륨등 등의 스펙트럼을 분석하고 밤에는 밝은 몇몇 별의 스펙트럼을 관측하였다. 이러한 동영상을 이용한 촬영의 장점은 정확한 가대의 극축 조정이 중요하지 않고 가이드가 되지 않는 저렴한 가대로도 스펙트럼 분석이 가능하여 학교 현장에서 교육용으로 활용이 용이하다는 것이다. 또한 실시간 스펙트럼 분석으로 즉시 스펙트럼을 볼 수가 있어 교육 효과를 배가 시킬 수 있다.

Theoretical Calculation on Alpha Track Density by Using an Electrostatic Ion Spectrometer

Yoon, Suk-Chul,Ha,Chung-Woo 대한방사선 방어학회 1993 방사선방어학회지 Vol.18 No.1

알파비적밀도의 이론계산방법을 개발하기 위하여 정전기방법을 이용한 분광계를 특별히 설계 제작하였다. 이 정전기분광계를 사용하여 라돈의 첫째딸핵종인 Po-218의 이온에 대해 0.07~5.0㎠/Vㆍsec 범위의 이동도스펙트럼을 측정하였다. 이측정은 실리카겔, 활성탄, 분자 구조의 시브필터를 통과한 탈입자가스를 사용하는 라돈쳄버내에서 수행되었다. 제작된 정전기분광계를 사용하여 챔버내에서 새로 생성된 Po-218 이온의 이동도는 1.92㎠/Vㆍs인것으로 측정되었다. 알파비적밀도의 이론적계산방법에 의해 얻어진 결과를 측정에 의해 얻어진 결과와 비교하였으며 측정된 스펙트럼에 관계된 불확실도를 분석하였다. 이론계산방법에 의해 얻어진 알파비적밀도와 측정된 값과의 차이에 대한 이유는 이론계산방법에서 이온의 라돈쳄버에서의 벽제거효과를 고려하지 않았기 때문인 것으로 밝혀졌다. To develop a technique of theoretical alpha track density calculation for comparison with measured track density, an electrostatic ion spectrometer was specially designed and fabricated. The mobility spectrum of first radon daughter(Po-218) in the range of 0.07~5.0㎠/Vㆍs from the radon chamber was measured using the electrostatic ion spectrometer. Measurement was taken in a radon chamber operated using dry particle free air passed through silica gel, activated charcoal and molecular sieve filters. The mobility of a new-born Po-218 ion measured by the electrostatic ion spectrometer was determined to be 1.92 ㎠/Vㆍs. A comparison of the theoretical and measured alpha track densities was completed and uncertainties concerning the shape of the spectrum were analyzed. It was found that the discrepancies in track densities are primarily due to the neglect of wall loss of ions in the theoretical track density calculation.

뇌의 양성자 핵자기공명 분광학을 위한 정량화 방법 개발

강해진 한국의학물리학회 2001 의학물리 Vol.12 No.1

핵자기공명분광학(NMR Spectroscopy)을 이용해서 우리는 생물체의 조직안에 있는 각종 대사물질들을 측정할 수 있게 되었으며, 이것은 또 지금까지 알려진 여러 방법 중에서 생물체내의 신진대사 물질이나 생화학적인 변화를 비침습적(noninvasive)으로 알아낼 수 있는 유일한 방법에 속한다. 양성자 핵자기공명분광학은 최근들어 사람이나 흑은 동물뇌의 생화학적인 특성을 연구하는데 많이 사용되어오고 있다. 핵자기공명영상은 주로 물분자에 있는 양성자의 밀도와 그들의 이완현상(relaxation phenomena)을 측정하여 영상화하지만 핵자기공명분광학은 생체조직내의 신진대사에 관한 생화학적인 정보를 제공한다. 많은 경우에 있어서 핵자기공명분광학은 CT나 MRI 영상에서는 발견할 수 없는 정보를 제공함으로써 특정질병의 진단에 사용될 수 있으며, 따라서 환자들의 질병상태를 효과적으로 진단하는데 쓰여질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 사람의 뇌에서 수소 핵자기공명분광학을 이용하여 대사물질들의 농도를 정량화하는 방법을 시도하였다. 이를 위해 펀텀을 이용하여 대사물질들 각각의 스팩트럼을 구했고, 성인 남녀 16명을 대상으로 insula gray matter 부위의 대사물질들의 농도를 측정하였다. 그리고 이 값들은 다른 연구자들에 의해 밝혀진 값들과 매우 근사한 값을 제공하였다. NMR spectroscopy enables us to measure the molar concentration of the metabolites in the organisms, and this technique is the only method to measure the concentration non-invasively. The proton NMR spectroscopy has been used to study the biochemical changes in human as well as in animal brain. MRI uses the proton densities and its relaxation times for reconstructing images, but MRS gives the biochemical changes inside the body. NMR spectroscopy could provide the information which MRI and CT could not, and this makes NMR spectroscopy more useful in diagnosing diseases. This study was tried to develop the quantitation of the molar concentration of the metabolites in the brain using the proton MR spectroscopy. The spectra of each metabolites was obtained, and the proton MR spectra was obtained from the insula gray matter areas of the 16 volunteers. And this spectra was analyzed to estimated the molar concentrations of the metabolites in the region. The results showed the very similar to those of the others.

초분광 원격탐사 기반 항공관측 및 현장자료를 활용한 선박탐지

박재진,오상우,Pierre-Yves Foucher,장재철,이문진,박경애,김태성,강원수 한국지구과학회 2017 한국지구과학회지 Vol.38 No.7

Maritime accidents around the Korean Peninsula are increasing, and the ship detection research using remote sensing data is consequently becoming increasingly important. This study presented a new ship detection algorithm using hyperspectral images that provide the spectral information of several hundred channels in the ship detection field, which depends on high resolution optical imagery. We applied a spectral matching algorithm between the reflection spectrum of the ship deck obtained from two field observations and the ship and seawater spectrum of the hyperspectral sensor of an airborne visible/infrared imaging spectrometer. A total of five detection algorithms were used, namely spectral distance similarity (SDS), spectral correlation similarity (SCS), spectral similarity value (SSV), spectral angle mapper (SAM), and spectral information divergence (SID). SDS showed an error in the detection of seawater inside the ship, and SAM showed a clear classification result with a difference between ship and seawater of approximately 1.8 times. Additionally, the present study classified the vessels included in hyperspectral images by presenting the adaptive thresholds of each technique. As a result, SAM and SID showed superior ship detection abilities compared to those of other detection algorithms. 한반도 주변 해상사고가 증가함에 따라 원격탐사 자료를 활용한 선박탐지 연구의 중요성이 점점 더 강조되고있다. 이 연구는 고해상도 광학영상에 의존하는 기존 선박탐지 분야에 수백 개 채널의 분광정보를 포함하는 초분광영상을 활용하여 새로운 선박탐지 알고리즘 제시하였다. 두 차례의 현장관측을 통해 측정한 선박 선체의 반사 스펙트럼과 AVIRIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer) 초분광센서 영상의 선박 및 해수 반사 스펙트럼 간의 분광정합 기법을 적용하였다. 총 다섯 개의 탐지 알고리즘 spectral distance similarity (SDS), spectral correlation similarity (SCS), spectral similarity value (SSV), spectral angle mapper (SAM), spectral information divergence (SID)를 사용하였다. SDS는 선박 일부가 해수로 탐지되는 오차를 나타내었고, SAM은 선박과 해수 사이에 약 1.8배의 차이를 나타내어 명확한 분류 결과를 보여주었다. 이와 더불어 본 연구에서는 각 기법의 최적 임계값을 제시하여 초분광 영상에 포함되어 있는 선박을 분류하였으며 그 결과 SAM, SID가 다른 탐지 알고리즘에 비해 우수한 선박탐지 능력을 보여주었다.

스펙트럼 전처리와 합성곱 신경망(CNN) 모델 기반 과수재배포장의 토양유기탄소 함량 예측

이재은 ( Jae-eun Lee ),김민지 ( Min-jee Kim ),양재의 ( Jae E Yang ),모창연 ( Changyeun Mo ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

토양유기탄소(SOC)는 질소, 인, 황 등의 영양소를 공급하기 때문에 토양 비옥도 및 작물 생산성 유지하기 위한 중요한 수단 중 하나이다. 토양유기탄소 함량은 기후 조건, 토지 사용 방법, 농업 시스템 및 농업 활동 등에 따라 변화하기 때문에 토양 내 유기탄소 함량을 적절하게 유지하기 위해서는 유기탄소 함량을 예측할 필요가 있다. 본 연구에서는 토양유기탄소함량을 비파괴적으로 측정하기 위해 근적외선 분광기술을 이용한 딥러닝 모델을 개발하였다. 실험에 사용된 토양 시료는 토성이 서로 다른 과수 재배 포장 418 지역에서 수집하였다. 토양 시료들의 스펙트럼은 USB4000 Fiber Optic Spectrometer (Ocean Optics, Inc., USA)을 사용하여 가시광-근적외선 영역인 500 nm-1100 nm에서 측정하였다. 토양 시료당 3회 반복 측정하여 1,254개의 스펙트럼을 획득하였다. 예측 성능을 향상시키기 위해 스펙트럼 전처리들을 적용한 합성곱 신경망(Convolution Neural Network; CNN) 모델 개발하였다. 스펙트럼 전처리 방법으로 평활화, 1차 미분, 2차 미분, 정규화, SNV 등을 적용하다. 작물별 토양유기탄소 예측 CNN 모델을 개발하고 결정계수(R2)와 평균 제곱근 오차(RMSE)를 사용하여 성능을 평가하였다. 그 결과, 작물 재배 포장별 유기탄소 예측 모델이 우수한 성능을 보였다. 근적외선 분광 기반 딥러닝 기술은 추후 작물 재배포장의 토양 관리에 활용될 것으로 기대된다.

He-Ne 레이저를 기준광원으로 활용한 분광사진 분석 방법의 개발

전부경,전영석 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.10

분광기에 의한 빛의 스펙트럼을 정량적으로 분석하는 새로운 방안을개발하였다. 이 방법에서는 측정 대상 광선과 레이저 광선이 함께Grating에 의해 회절되도록 함으로써 회절된 레이저 광선에 의한 spot을파장 측정의 기준으로 잡을 수 있도록 하였다. 스펙트럼 분석은 먼저스펙트럼 사진을 찍은 다음, 컴퓨터 프로그램을 통해 밝기를 구하는방식으로 실시하였는데, 나트륨, 아르곤, 수소 광원에 대한 시험 분석결과 오차율이 3% 이내로 매우 정확한 결과를 얻었다. 특히 새로운방법은 대조스펙트럼 등을 사용할 필요없이 한 번의 사진촬영으로도원하는 결과를 쉽게 얻을 수 있으며 실험장치를 저렴하고 간단하게구성할 수 있다는 장점이 있기 때문에 빛과 색깔에 대한 개념 및 빛과물질의 상호작용 등의 학습에 매우 유용하게 활용할 수 있을 것으로기대된다. In this study, we developed a new method to analyze a spectrum quantitatively. In this way a beam of laser is used to be diffracted by the grating in the spectrometer with the light to be analyzed, so that the spot of the diffracted beam can be used as a reference for the wavelength measurement. We first took a photo of the spectrum and then acquired a graph of intensity vs. wavelength by a computer program. Each test using sodium, argon, and hydrogen discharge tube showed a very precise result within the measurement uncertainty of 3%. Especially, the new method does not have to use another light source as a reference, so it does not need multiple spectrum pictures. This is expected to be used in various experiments about fundamental conception of light and colour or interaction between light and matter.

결정질과 비정질 PV모듈의 자연광 스펙트럼에 따른 Isc의 변화

공지현(Kong Ji-Hyun),지양근(Ji Yang-Geun),강기환(Kang Gi-Hwan),유권종(Yu Gwon-Jong),안형근(Ahn Hyung-Geun),한득영(Han Deuk-Young) 한국태양에너지학회 2009 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11월

In this paper, we analyze the Transition of Isc by natural solar spectrum of c-Si and a-Si PV module. Commonly, performance of photovoltaic (PV) module is estimated under the standard test condition (STC). That is, solar irradiance 1㎾/㎡, solar spectrum distribution: AM1ㆍ5G, module temperature 25 ℃ This means it rarely meets actual outdoor conditions. The solar spectrum always changes. So it is rare to fit the standard solar spectrum AM1ㆍ5G defined in ASTM G173-03 or IEC 60904-3. Thus spectral response of PV module is different depending on the material. so we estimated the variation of Isc at every minutes by comparing c-Si PV module with a-si PV module for outdoor conditions.