레이저응용중 산업적으로 가장 활발한 분야는 가공과 광계측이다. 레이저 가공과 관련하여 광섬유 전송특성으로 각광 받고 있는 Nd:YAG 레이저의 산업적 활용에 대하여 논하며 특히, 최근에 개발된 kW 급 Nd:YAG 레이저의 산업적활용면에서 괄목할 만한 성과를 이룬 원자령분야에서의 보수용접과 과련 용접장치 개발 및 용접특성 연구에 대하여 기술하며 산업분야에서 중요한 안루미늄의 레이저용접 추세 및 전망에 대하여 기술하였다. 또한, 광계측중 산업적으로 가장 활발히 활용되는 삼각측량과 간섭계를 이용한 비파괴검사에 대하여 적용사례 중심으로 논의하였다.
자연 하천에서의 부유사 농도 계측은 주로 재래식 채집방식을 활용한 직접계측 방식에 의존하여 비용과 시간이 많이 소요되며 점 계측 방식으로 고해상도의 시공간 자료를 측정하기엔 한계가 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 위성영상과 드론을 활용하여 촬영된 다분광 혹은 초분광 영상을 통해 고해상도의 부유사 농도 시공간분포를 측정하는 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 다른 하천 물리량 계측에 비해 부유사 계측 연구는 하천에 따라 부유사가 비균질적으로 분포하여 원격탐사를 통해 정확하고 전역적인 농도 분포를 재현하기는 어려운 실정이다. 이러한 부유사의 비균질성은 부유사의 입도분포, 광물특성, 침강성 등이 하천에서 다양하게 분포하기 때문이며 이로 인해 부유사는 지역별로 다양한 분광특성을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 영향을 고려한 전역적인 부유사 농도 예측 모형을 개발하기 위해 실내 실험을 통해 부유사 특성별 고유 분광 라이브러리를 구축하고 실규모 수로에서 다양한 부유사 조건에 대한 초분광 스펙트럼과 부유사 농도를 측정하는 실험을 수행하였다. 실제 부유사 농도는 광학 기반 센서인 LISST-200X와 샘플링을 통한 실험실 분석을 통해 계측되었으며, 초분광 스펙트럼 자료는 초분광 카메라를 통해 촬영한 영상에서 부유사 계측 지점에 대한 픽셀의 스펙트럼을 추출하여 구축하였다. 이렇게 생성된 자료들의 분광 다양성을 주성분 분석(Principle Component Analysis; PCA)를 통해 분석하였으며, 부유사의 입도 분포, 부유사 종류, 수온 등과의 상관관계를 통해 분광 특성과 가장 상관관계가 높은 물리적 인자를 규명하였다. 더불어 구축된 자료를 바탕으로 기계학습 기반 주요 특징 선택 알고리즘인 재귀적 특징 제거법 (Recursive Feature Elimination)과 기계학습기반 회귀 모형인 Support Vector Regression을 결합하여 초분광 영상 기반 부유사 농도 예측 모형을 개발하였으며, 이 결과를 원격탐사 계측 연구에서 일반적으로 사용되어 오던 최적 밴드비 분석 (Optimal Band Ratio Analysis; OBRA) 방법으로 도출된 회귀식과 비교하였다. 그 결과, 기존의 OBRA 기반 방법은 비선형성을 증가시켜도 좁은 영역의 파장대만을 고려하는 한계점으로 인해 부유사의 다양한 분광 특성을 반영하지 못하였으며, 본 연구에서 제시한 기계학습 기반 예측 모형은 420 nm~1000 nm에 걸쳐 폭 넓은 파장대를 고려함과 동시에 높은 정확도를 산출하였다. 최종적으로 개발된 모형을 적용해 다양한 유사 조건에 대한 부유사 시공간 분포를 매핑한 결과, 시공간적으로 고해상도의 부유사 농도 분포를 산출하는 것으로 밝혀졌다.
하천 수심 계측은 수심을 사람이 직접 계측하거나 초음파 기반 유속계 (ADCP) 등 최신 계측기기를 이용하여 간접적으로 계측을 실시하고 있다. 하지만 사람이 직접 하천에서 수심을 측정하는 것은 위험이 동반되고, 수심자료의 측정오차가 크게 발생한다. 따라서 수심측정에서 직접 측정 방식의 한계를 극복하기 위해, 초분광 영상의 반사도와 수심이 높은 상관관계를 보이는 것을 활용하여, 초분광 영상 기반 수심 산정 기법을 개발하였다. 초분광 영상 기반 수심 산정 기법은 복수의 파장이 존재하는 초분광영상으로부터 두 개의 파장대의 밴드를 추출하여 모든 경우의 수에 대해 밴드비를 산정한 후, 실측수심과 밴드비 간의 회귀분석을 실시하여 상관계수가 가장 높은 회귀식을 찾아내는 방식이 최적 밴드비 분석법에 기반한다. 최적 밴드비 분석법을 통해 획득된 높은 상관성의 밴드비-수심 관계식을 이용하여 수심을 추정할 수 있다. 이러한 방법은 직접 수심 측정 방식에 비해, 높은 해상도와 밀도, 양질의 데이터를 수집할 수 있는 장점이 있다. 과거 연구에 따르면 저수심부에서의 높은 정확도의 수심추정 결과를 보였지만, 고수심부에서는 실측수심과의 오차도 높아지는 등 정확성이 떨어지는 경향을 보인다. 따라서 본 연구에서는 보다 효율적인 수심계측을 할 수 있도록 최적 밴드비 분석법을 활용한 수심추정에서 신뢰성 있는 수심의 범위를 파악할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 대상지역으로 낙동강 본류와 황강 지류 합류부로 선정하였고, 초음파 기반 유속계(ADCP)와 드론을 활용하여 실측수심과 초분광 영상을 취득하였다. 민감도 분석을 위한 수심자료를 0.5m 단위로 분할하였으며, 구간별로 최적 밴드비 분석을 실시하였다. 그 결과, 구간별로 산정된 상관계수와 평균제곱근오차 (RMSE)를 통해 정확도가 높은 구간을 구별할 수 있었다. 또한 해당 구간을 초과하는 수심은 초분광 영상을 통해 추정이 어려운 것으로 판단되며, 분석한 구간까지를 최대 추정 가능 수심으로 정의하였다. 마지막으로 검증을 위해 최대추정가능수심으로 판단된 구간까지의 데이터만 활용하여 최적 밴드비 분석법을 적용하여 상관계수나 평균제곱근오차 결과의 개선여부 확인을 통해, 본 연구에서 제시한 방법이 정확한 최대추정가능수심 구간을 산정할 수 있는지 확인하였다.
Opto-electronics의 의학에의 응용: 전자공학과 광학의 결합산물인 광전자공학긔 의학응용은 진단,치료에 새로운 경지를 열어주게 되었다. 계측진단은 검체에 적용하는 것과 생체에 적용하는 것으로 분류되어진다. 검체에 적용하는 것은 주로 INVITRO 계측으로 생화학분석, 전기영동, 자동혈구계수등이다. 생체에 적용하는 INVIVO 계측은 관찰, 계측용의 내구경과 비관혈계측으로 분광분석, 산소포화도등의 광의 투과율계측, 적외.마이크로파 .thermography와 같은 방사계측, 발색량계측 등이 이에 속한다. 또한 광전자공학을 응용하여 병원애 전송네트워크구성, 광통신등도 최근의 활용과제중의 하나다. 특히 광전자공학의 응용중에서 가장 관심의 대상이 되는것은 치료에의 응용이다. 그러므로 여기서는 이들 응용중에서 가장 유용성이 있는 적외선 thermography와 Laser의 응용에 대해 간단히 기술하기로 한다.
오늘날 삼차원 영상인식에 대한 산업적 수요는 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 대응하여 다양한 광계측 원리들이 개발되어 시험되고 있다. 모아레 기법도 삼차원 영상인식을 위해 많은 발전을 거듭하고 있으며 현재 시도되는 다른 광계측 방법들에 대해 다양한 기술적 경쟁력을 갖고 있다. 본 기술소개에서는 삼차원 영상인식을 위해 최근 국내외에서 활발히 진행되고 있는 모아레 기법의 현재의 연구 현황 및 앞으로의 발전 전망에 대해 정리하였다.
광섬유와 micro변형기를 이용하여 다점 압력 계측 system을 구성하여 실험을 행하였다. 그 결과 pulse generator와 analog switch를 이용함으로써 100ns의 광 pulse를 쉽게 얻을 수 있었으며, 또한 3개의 광 pulse를 analog switch를 이용하여 쉽게 분리할 수 있었다. 한편 변형기에 가한 힘과 광 손실간의 상관관계를 이론치와 비교하여 조사한 결과 힘과 광손실간의 상관관계는 이론치와 실험치가 유사한 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 터널구조물의 안전상태를 평가하기 위하여 터널라이닝에 광변위센서 계측시스템을 적용하였다. 먼저 터널 라이닝 모델실험을 실시하여 광변위 계측시스템의 신뢰성을 검증하였고, 터널 현장적용을 통하여 계측시스템의 적용성을 검토하였다. 본 계측시스템은 터널구조물의 상시적인 안전관리측면에서 효과적이라 할 수 있으며, 계측결과의 평가와 정밀안전진단에의 활용에 대한 연구가 필요하다.
최근 산업계 기술 동향은 첨단화, 고정도화 그리고 초소형화하고 있으며, 초정밀 가공 기술(nano technology)의 발전에 따른 고정밀의 계측기술이 요구되고 있는 실정이며, 기계구조 재료가 다양한 조건 하에서 사용되어지고 있다. 이에 따라 새로운 정밀계측기술 또한 급속히 발전하고 있으며, 특히 비접촉 정밀 계측 분야에서는 레이저(laser)를 이용한 광계측 방법이 선호되고 있다. 레이저를 이용한 비접촉 계측방법은 기계구조물의 미소하중, 미소균열검출, 미소변형계측, 정밀계측 등의 분야에 장점을 가지고 있어 관심이 높아지고 있다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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