선형혼합분광분석(LSU, Linear Spectral Unmixing) 모델은 위성 영상의 한 화소 값이 공간 내에 포함된 다양한 지표 대상물의 반사에너지가 혼합된 결과로 나타난다는 가정을 통해 화소이하(Sub-Pixel) 단위의 영상 분석을 수행하는 알고리즘의 한 형태이다. 분석의 결과는 한 화소에 존재하는 순수 대상물(Endmember)의 비율로 나타나며, 최소제곱법을 이용하여 결과를 도출하는 것이 일반적인 방법으로 알려져 있다. 하지만, 최소제곱법을 이용한 선형혼합분광분석모델은 기본적인 가정을 만족시키지 못하며, Endmember를 사용자가 임의로 지정해야 하기 때문에 영상 분석에 많은 어려움이 있다. 이런 단점을 극복하기 위해 무감독으로 추출된 Endmember를 이용한 제약선형분광혼합분석(Constrained Linear Spectral Unmixing) 모델을 본 연구를 통해 제안하고자 한다. 결과를 통해, 무감독 제약선형분광혼합분석 모델은 선형분광혼합분석 모델에 비해 각각의 Endmember에 대하여 제약조건을 만족하는 점유비율(Abundance) 정보를 제공하였으나, 비슷한 Endmember를 중복 추출할 수 있는 가능성도 지니고 있음을 확인할 수 있었다.
광반사 변조 분광법에서 측정된 결과를 해석하기 위하여 전산모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 광반사 변조 분광 특성해석에 필요한 인자들을 사용자가 손쉽게 바꿀 수 있으며, 그 값에 따른 결과를 실제 측정 결과와 동시에 확인할 수 있도록 구현하였다. 광반사 변조 분광법에서 얻어지는 결과는 밴드갭 주변에서 변조되어 나타나는 TDFF(Third Derivative Function Form)와 밴드갭보다 높은 에너지에서 나타나는 표면 및 계면에서의 전기장에 기인한 FKO(Franz-Keldysh Oscillation)신호가 혼합하여 나타난다. 전산모사 프로그램을 통하여, 실제로 단일층으로 형성된 GaSb Epi 층에서 나타나는 광변조 특성에 대하여 해석하였으며, 광변조 분석에 특화되어 매우 유용한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, FFT (Fast Fourier Transform) 해석 Tool을 추가하여 FKO의 주파수 특성분석을 보다 용이하게 하였다.
혈당의 비침습적인 측정의 필요성은 잦은 채혈로 인한 감염의 우려, 필요할 때마다 채혈의 고통 없이 혈당을 측정할 수 있다는 장점 때문에 지난 20여 년 동안 활발히 연구되어 왔다. 근적외선 및 원적외선 흡수분광법, 라만분광법, Polarization rotation 또는 Stimulated Raman 측정법, 온도측정법, 통계적 분석법, 전처리연구 등 많은 분야에서 접근하고 있지만 아직까지는 in vivo 측정에 성공하고 있지 못하고 있다 [1]. (중략)
빛은 피부에서 개개인마다 상이한 반사, 흡수 및 산란 등의 광학적 거동을 보여준다. 특히, 피부에서 빛의 반사는 분광반사율이라는 물리량 측정을 통해 개인의 피부 밝기지표로 널리 활용되어 왔다. 따라서 피부에서 빛의 반사 거동 연구는 개인 맞춤형 화장품, 특히 메이크업 제품 개발에 있어 좀 더 효율적인 처방 개선에 기여하거나 새로운 평가법에 활용될 수 있다. 본 연구에서는 Kubelka-Munk 모델을 이용하여 개인의 피부 특성에 따른 빛의 분광반사율 거동에 대해 다각적인 분석을 수행하였다. 또한, 상기 모델과 기존에 알려진 문헌 정보를 이용하여 개인의 피부 분광반사율에 영향을 줄 수 있는 피부 두께 및 헤모글로빈 등의 다양한 파라미터들에 대한 기여도 분석을 수행하였다. 이를 통해, 일반적인 여성의 피부에서의 분광반사율 이론치를 계산하였고, 분광반사율 실측을 통해 이론치와 실측치 간의 유사성을 확인하였다. Kubelka-Munk 모델을 이용한 피부 분광반사율 연구는 향후 새로운 개인 맞춤형 메이크업 화장품 개발에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 분광 반사 측정용으로 개조된 metalorganic chemical vapor deposition를 이용하여 GaN의 성장을 반응기 내부에서 실시간으로 관찰하였다. 분광 반사법에서는 190~861 nm의 p-편광된 빛을 시편에 $75^{\circ}$로 입사시킨 후 뒤 GaN 박막으로부터 반사되어 나오는 빛을 분석한다. 관찰된 반사 스펙트럼은 다중반사로 인하여 간섭현상도 함께 보여주고 있는데, 이때 위아래로 진동하는 폭은 박막의 결정성이 나쁘면 줄어들었고, 이는 박막 내부에 존재하는 많은 결함에 의해 입사된 빛이 산란되거나 흡수되어 전체적으로 반사강도가 크게 감소하였기 때문으로 판단된다. 또한 가장 강한 보강간섭을 나타내는 파장을 선택하여 $NH_3$의 공급여부에 따른 강도변화를 실시간을 관찰하였는데, 10초 차단한 경우에는 큰 변화는 없었지만, 30초 이상인 경우에는 뚜렷한 강도 증가가 관찰되었고, 계속 차단하였을 때도 높아진 강도로 계속 유지되었다. 이러한 현상은 $NH_3$를 공급했을 때 표면은 N로 덮여 있었지만, $NH_3$ 공급을 차단하면 GaN의 높은 질소평형증기압으로 인하여 표면의 질소가 탈착되어 표면은 금속성의 Ga으로 덮인 상태로 바뀌었기 때문에 반사강도가 약간 상승한 것으로 보인다.
중저해상도 광학영상의 순간시야각(instantaneous filed of view -IFOV)에 포함되는 공간에는 반사특성이 상이한 두 개 이상의 지표물이 존재하는 경우가 대부분이다. 영상분류와 같은 기존의 영상처리기법에서는 하나의 화소가 단일의 지표물을 대표한다는 가정에서 접근하였으나, 최근 화소의 혼합정도를 세분하는 분광혼합분석(spectral mixture analysis)기법이 개발되고 있다. 분광혼합분석법을 이용하여 혼합된 화소에 포함된 지표물을 분해(unmixing) 하고 그 효과를 분석하고자 하여 경기도 광릉국립수목원의 시험림 지역을 대상으로 Landsat-7 ETM+영상을 이용하여 선형혼합 모델을 적용하였고, 그 결과 각각의 화소를 6개의 End-member의 혼합비로 구분하였다. Endmember의 비율을 나타낸 영상을 분석하여 점유비율에 따른 활엽수와 침엽수의 구분을 할 수 있었고, 각 임상별의 특징도 얻을 수 있었다. 특히 침엽수의 경우 그림자의 효과가 높다는 특성도 파악 할 수 있었다. 분광혼합분석법은 기존의 전통 분류방법과는 달리 다양한 산림의 정보를 추출해 낼 수 있다.
분광타원법을 이용하여 PDP용 ITO박막의 광학상수 및 패턴을 분석하였다. ITO 박막의 광물성은 로렌쯔 진동자 모델을 사용하고 ITO의 패턴에 의한 효과는 전체빔이 ITO와 유리기층을 덮는 면적비 가중치를 가진 반사율 평균방법으로 반영시켰다. PDP 다층박막을 구성하고 있는 유리기층 위의 ITO박막 패턴이 타원데이터에 미치는 영향을 분석하여 ITO가 패턴에서 차지하는 면적비를 결정하였다. 측정된 분광타원데이터에 최적맞춤한 ITO의 상대면적값이 예측값과 보이는 차이를 검토함으로써 분광타원법을 사용한 ITO패턴분석의 한계와 이를 극복하는 방법을 제시하였다.
이 연구의 목적은 식품성분의 분석을 위한 신속간편법으로 근적외선 반사 분광분석을 이용함에 있어 흡광도에 영향을 미치는 시료의 물리적, 화학적 요인을 규명하고자 한다. 온도를 달리한 정육시료를 근적외선 파장 범위인 $1100{\sim}2500\;nm$에서 흡광도를 측정한 결과 온도가 상승함에 따라 흡광도가 대체로 증가하였다. 시료의 세절시간이 길어질수록 흡광도는 감소하였다. 정육, 육단백질, 지방 및 수분의 근적외선 스펙트럼에서 나타난 흡수띠는 분자내의 C-H, N-H, O-H 및 C=O 결합의 overtone과 combination 진동에 의한 것으로 확인되었다. 정육 구성성분 중 육단백질의 흡광도가 가장 낮았으며 지방은 1700 nm와 2300 nm 부근에서 특징적인 ${\cdot}CH_2{\cdot}$ 흡수띠를 보였고 1450 nm와 1930 nm에서 물분자에 의한 강한 흡수띠가 나타났다. 결과적으로 정육의 근적외선 스펙트럼의 흡광도는 함유된 수분과 지방에 의한 영향을 많이 받는 것으로 사료된다.
국내 민수용으로 유통되고 있는 20여종의 무반사 안경렌즈들을 선정하여 광학적 특성을 분석하였다. 분광광도계를 사용하여 측정한 반사특성과 투과특성을 렌즈의 굴절력, 각 무반사층들 및 렌즈기층에 의한 영향과 연결시켜 분석하였다. 흡수단 근방에서의 겉보기 흡수스펙트럼은 기층물질에 따라 결정되며 400-700nm의 파장대역에서 대부분의 시료들의 겉보기 흡수스펙트럼과 반사스펙트럼은 강한 양의 상관관계를 보여준다. 예외적으로 기층에 의한 흡수가 큰 렌즈들은 상관관계가 약해지며 이와 같은 기층에 의한 흡수는 무반사 특성에 부정적인 효과를 가진다. 또한 국내에서 제작되는 $SiO_2/TiO_2/SiO_2/ZrO_2/Cr$ 다층박막층을 c-Si 기층위에 성장시키면서 각 단계별로 ex-situ 분광타원해석법으로 분석하여 $TiO_2$ 박막과 $ZrO_2$ 박막의 조밀도가 80% 정도에 불과하며 박막이 두꺼원 짐에 따라 박막에 수직한 방향으로 균일하지 않음을 확인하였다. 마지막으로 실시간, in-suti 측정을 바탕으로하여 엄밀한 사양이 요구되는 다층박막, 초격자박막 등을 재현성있게 성장시킬 수 있는 가능성에 대해 토의하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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