• 한국지구과학회지
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• 제42권6호
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• pp.623-631
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• 2021

국내외 해상 위험·유해물질(HNS, Hazardous and Noxious Substances) 물동량 증가와 함께 HNS 유출 사고가 빈번히 발생하고 있다. HNS는 전 세계적으로 약 6,000여 종으로 대부분 유독한 성질을 가지므로 이러한 유출 사고 발생은 해양 생태계 파괴를 비롯하여 폭발 및 화재 등으로 인한 인명 및 재산피해를 유발한다. 따라서 해상 HNS 유출 사고를 대비하여 파장에 따른 HNS 분광 라이브러리 구축 및 탐지 알고리즘을 개발해야 한다. 본 연구에서는 프랑스 현지에서 지상 HNS 유출 실험을 진행하였다. 초분광센서 관측을 통해 파장에 따른 톨루엔 라이브러리 스펙트럼을 구축하였으며, 분광혼합 알고리즘을 활용하여 초분광 HNS를 탐지하였다. 전처리 과정으로 주성분 분석을 적용하여 노이즈 제거 및 차원 압축을 수행하였으며, N-FINDR 기법을 통해 영상을 대표하는 톨루엔과 해수의 엔드멤버 스펙트럼을 추출하였다. 스펙트럼 기반의 톨루엔 및 해수의 점유비율을 계산함으로써 모든 픽셀의 HNS 탐지 정확도를 확률로 제시하였다. 최대 탐지 정확도를 가지는 점유비율 선정을 위해 418.15 nm 파장의 복사도 영상과 비교하였으며, 그 결과 약 42%의 비율에서 99% 이상의 정확도를 나타내었다. 해상 HNS 유출은 높은 위험성으로 인해 사람이 쉽게 접근할 수 없는 한계를 지닌다. 본 HNS 실험과정 및 탐지 결과는 초분광 원격탐사에 기반한 HNS 오염 해역 추정에 도움이 될 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제41권4호
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• pp.267-272
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• 2008

현장에서의 토양 측정을 위해서는 전처리 과정이 짧을수록 유리하므로 최대한 처리를 하지 않은 토양 시료에 대해 질산태 질소의 측정과 그에 맞는 정량화 방법을 제안하였다. 건조 토양을 분광분석에 그대로 사용하는 경우 산란, 분산되는 빛의 양이 많고 노이즈도 증가하므로 Diffuse reflectance 모드 (Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy: DRIFTS)로 측정하였다. 토양 자체가 나타내는 분광 피크에 의해 질산염의 피크가 가려지는 간섭효과를 보완하기 위해 DRIFTS 스펙트럼에 1차 도함수를 적용하였으며, $1500-1200cm^{-1}$ 영역에서 질산염에 의한 신호의 향상이 확인되었고, 이를 이용해 다변량 회귀분석 모델 (PLSR)을 적용하여 정량화를 수행하였다. 1차 도함수를 이용한 분석모델에서도 각기 다른 종류의 토양을 적용하였을 때 결과치의 신뢰도가 감소하는 결과가 나타났다. 대표적인 토양으로 사질 (sand), 미사질 (sandy loam), 토탄질 (peat), 점토질 (clay) 토양에 대해 각각의 스펙트럼을 특성화하여 해당되는 정량모델을 적용하였다. 그 결과 다양한 종류의 토양에 대한 정량분석의 신뢰도가 향상되었다 ($R^2$>0.95, RPD>6.0). 스펙트럼의 신호처리와 토양 특성별 정량모델의 적용을 통해 현장 시료에 가까운 상태의 토양 질산염을 보다 빠르고 간단하게 평가할 수 있을 것으로 기대되며, 향후에 보다 다양한 조건의 토양에 대해 분광학적 분석을 수행하여 라이브러리가 구축된다면 이러한 기술의 확대 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• 지적과 국토정보
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• 제44권2호
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• pp.103-112
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• 2014

본 연구의 목적은 토지와 물이 포함된 지역에서 초분광 영상을 이용한 토지피복 분류 가능성을 제시하는데 있다. CASI-1500 항공 초분광 영상을 통해 취득한 초분광 영상에 대해 전처리 작업으로서 대기보정을 수행한 후, 대기보정 전 후에서 몇 개의 토지피복 클래스에 대해 대기보정 효과가 비교 분석되었다. 항공사진과 수치지형도와 같은 참조자료로 활용하여 초분광 영상에 의한 토지피복 분류결과를 분석한 결과, 최대우도법에서는 약 67.0%의 전체정확도를 나타내었으며, 최소거리법은 52.4%의 전체정확도를 보였다. 또한 도로, 밭, 비닐하우스에서는 토지피복 분류의 생산자 정확도가 높게 나타났으나, 하천, 산지, 초지지역에서는 매우 복잡한 객체로 구성되어 있기 때문에 토지피복 분류의 생산자 정확도가 낮게 나타났다. 따라서 향후에는 특정객체 분류를 위한 최적의 밴드선별과 객체 고유의 분광특성을 고려한 분광 라이브러리를 구축하는 연구가 필요하다.

• 자원리싸이클링
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• 제27권1호
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• pp.84-91
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• 2018

본 연구에서는 레이저유도 플라즈마 분광법(Laser induced breakdown spectroscopy, LIBS) 기반의 금속 종류별 스펙트럼 데이터를 이용하여 연성정보(soft information)를 추정하고 최빈 클래스로 분류하는(most probable classification) 금속 분류 방법을 제안한다. 폐금속 자원과 같이 사전 정보가 없는 금속을 분류하는 경우 몇 가지 핵심 구성성분에 대한 정량 분석을 통해서 클래스를 추정하는 방법이 효율적이다. 이에 따라 부분 집합 기반의 부분최소제곱회귀법(Partial Least Square Regression, PLSR)을 이용하여 LIBS 검출 스펙트럼으로부터 각 성분의 농도를 독립적으로 신뢰성 있게 추정하고, 인증 표준물질(CRM) 등 알려진 모집합의 농도정보에 기반하여 최고 확률을 갖도록 분류하는 기술을 제안한다. 샘플 스펙트럼들의 다변량 분석을 통해서 여러 성분의 추정 농도를 다변량 정규 분포를 갖는 것으로 가정하고 통합(Joint) 추정 연성정보를 구할 수 있으며, 이를 활용한 최빈 확률 검출이나 추가적인 사전 정보의 결합 등을 통해서 분류 성능을 향상시킬 수 있다. 제안된 기술의 평가를 위해서 9가지 종류의 CRM 금속시료의 LIBS 스펙트럼 데이터를 사용하며, 부분 집합 기반의 PLSR 농도 추정 기술을 기반으로 단변량 혹은 다변량 정규 분포 연성 정보추정을 통해 미지 금속의 검출과 연성 정보의 검출 등을 테스트 하였다. 또한 방사형 차트(Radar chart)를 이용하여 추정된 농도와 획득한 연성정보를 효과적으로 시각화함으로써 기존 라이브러리에 포함된 부분 집합의 금속과 비교하여 해당 금속과의 유사성을 그래프를 통해 추정할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.32-39
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• 2018

라만 스펙트럼은 측정 장비 및 환경 조건에 따라 동일한 물질이라도 스펙트럼의 강도 차이를 보인다. 이는 라만 분광의 패턴 인식적인 접근에 제약을 주기 때문에 장비간의 호환성 및 라만 데이터베이스의 재사용을 위해 반드시 해결해야 하는 문제다. 이를 위해 이전의 주요 연구들에서는 측정 장비 간에 전달 함수를 가정하고 이를 구한 후 직접적인 스펙트럼의 교정을 수행하였다. 하지만 이 방식은 강도 왜곡을 발생시키는 다른 조건들에 대해서는 대처 할 수 없는 방법이다. 따라서 본 논문에서는 다양한 측정 조건에 보다 유연하게 대응 할 수 있는 선형 강도 교정을 이용한 분류 방법을 제안하였다. 제안한 방법의 성능 평가를 위해 실험에서는 14033종의 화학 물질에서 측정된 라만 라이브러리를 실험물질에 대한 판별 지표로 사용하였으며, 3개의 라만 분광기로부터 측정된 10종의 화학 물질 라만 스펙트럼을 실험 데이터로 사용하였다. 실험결과에 따르면 제안한 방법을 사용하였을 때 강도 왜곡된 스펙트럼에 대해 100%의 판별 성능을 보였으며, 판별된 스펙트럼에 대해서도 이전보다 높은 상관점수를 보여 사용자가 화학 물질을 판별하는 데 유용한 도구로 사용될 수 있음을 확인하였다.

• 보존과학회지
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• 제36권2호
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• pp.73-81
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• 2020

초분광 이미지 분석은 석조문화재 손상지도 제작 시 화학적·생물학적 오염의 정량적인 면적산출이 어려운 단점을 보완하기 위해 제안되었다. 이 연구에서는 다양한 표면오염물이 나타나는 경주굴불사지 석조사면불상을 대상으로 초분광 이미지 분석을 수행하였다. 이때 화학적·생물학적 오염은 색상과 형태에 따라 10가지 범주로 구분하였고 범주의 참조 이미지 제작법을 제시하였다. 또한 오염물을 분류하기 위해 SAM 알고리듬을 사용하고 관심영역을 사용한 분류방법(Method A)과 영상에서 추출한 분광정보를 라이브러리로 구축하여 분류하는 방법(Method B)을 적용하였다. 분류된 이미지를 참조 이미지와 비교한 결과, 정확도는 분류 방법에 따라 52.07%와 63.61%, Kappa 지수는 0.43과 0.55로 산출되었고, 분류시 오분류 화소는 동일한 계열의 오염에 분포하는 경향을 보인다.