Extended Depth of Focus (EDF) algorithms for extracting three-dimensional (3D) information from a set of optical image slices are studied by many researches recently. Due to the limited depth of focus of the microscope, only a small portion of the image slices are in focus. Most of the EDF algorithms try to find the in-focus area to generate a single focused image and a 3D depth image. Inherent to most image processing algorithms, the EDF algorithms need parameters to be properly initialized to perform successfully. In this paper, we select three popular transform-based EDF algorithms which are each based on pyramid, wavelet transform, and complex wavelet transform, and study the performance of the algorithms according to the initialization of its parameters. The parameters we considered consist of the number of levels used in the transform, the selection of the lowest level image, the window size used in high frequency filter, the noise reduction method, etc. Through extended simulation, we find a good relationship between the initialization of the parameters and the properties of both the texture and 3D ground truth images. Typically, we find that a proper initialization of the parameters improve the algorithm performance 3dB ~ 19dB over a default initialization in recovering the 3D information.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.3
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pp.219-229
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2018
This paper proposes Kalman Filter-based relative navigation algorithms for proximity tasks such as rendezvous/docking/cluster-operation of spacecraft using PSD Sensors and Infrared Beacon Modules. Numerical simulations are performed for comparative analysis of the performance of each relative-navigation technique. Based on the operation principle and optical modeling of the PSD Sensor and the Infrared Beacon Module used in the relative navigation algorithm, a measurement model for the Kalman filter is constructed. The Extended Kalman Filter(EKF) and the Unscented Kalman Filter(UKF) are used as probabilistic relative navigation based on measurement fusion to utilize kinematics and dynamics information on translational and rotation motions of satellites. Relative position and relative attitude estimation performance of two filters is compared. Especially, through the simulation of various scenarios, performance changes are also investigated depending on the number of PSD Sensors and IR Beacons in target and chaser satellites.
Yoon, Su-Jin;Hwang, Jeongwoo;Lee, Myeong-Ju;Kang, Sang-Woo;Kim, Jong-Su;Ku, Zahyun;Urbas, Augustine;Lee, Sang Jun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.296-296
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2014
We investigate experimentally and theoretically the splitting of surface plasmon (SP) resonance peaks under TE- and TM-polarized illumination. The SP structure at infrared wavelength is fabricated with a 2-dimensional square periodic array of circular holes penetrating through Au (gold) film. In brief, the processing steps to fabricate the SP structure are as follows. (i) A standard optical lithography was performed to produce to a periodic array of photoresist (PR) circular cylinders. (ii) After the PR pattern, e-beam evaporation was used to deposit a 50-nm thick layer of Au. (iii) A lift-off processing with acetone to remove the PR layer, leading to final structure (pitch, $p=2.2{\mu}m$; aperture size, $d=1.1{\mu}m$) as shown in Fig. 1(a). The transmission is measured using a Nicolet Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) at the incident angle from $0^{\circ}$ to $36^{\circ}$ with a step of $4^{\circ}$ both in TE and TM polarization. Measured first and second order SP resonances at interface between Au and GaAs exhibit the splitting into two branches under TM-polarized light as shown in Fig. 1(b). However, as the incidence angle under TE polarization is increased, the $1^{st}$ order SP resonance peak blue-shifts slightly while the splitting of $2^{nd}$ order SP resonance peak tends to be larger (not shown here). For the purpose of understanding our experimental results qualitatively, SP resonance peak wavelengths can be calculated from momentum matching condition (black circle depicted in Fig. 2(b)), $k_{sp}=k_{\parallel}{\pm}iG_x{\pm}jG_y$, where $k_{sp}$ is the SP wavevector, $k_{\parallel}$ is the in-plane component of incident light wavevector, i and j are SP coupling order, and G is the grating momentum wavevector. Moreover, for better understanding we performed 3D full field electromagnetic simulations of SP structure using a finite integration technique (CST Microwave Studio). Fig. 1(b) shows an excellent agreement between the experimental, calculated and CST-simulated splitting of SP resonance peaks with various incidence angles under TM-polarized illumination (TE results are not shown here). The simulated z-component electric field (Ez) distribution at incident angle, $4^{\circ}$ and $16^{\circ}$ under TM polarization and at the corresponding SP resonance wavelength is shown in Fig. 1(c). The analysis and comparison of theoretical results with experiment indicates a good agreement of the splitting behavior of the surface plasmon resonance modes at oblique incidence both in TE and TM polarization.
Numerical simulations were performed to evaluate the habitability of an operator for a cabinet fire in the main control room of a nuclear power plant presented in NUREG-1934. To this end, a Fire Dynamics Simulator (FDS), as a representative fire model, was used. As the criteria for determining the habitability of operator, toxic products, such as CO, were also considered, as well as radiative heat flux, upper layer temperature, smoke layer height, and optical density of smoke. As a result, the probabilities of exceeding the criteria for habitability were evaluated through the sensitivity analysis of the major input parameters and the uncertainty analysis of fire model for various fire scenarios, based on V&V (Verification and Validation). Sensitivity analyses of the maximum heat release rate, CO and soot yields, showed that the habitable time and the limit criterion, which determined the habitability, could be changed. The present methodology will be a realistic alternative to enhancing the reliability for a habitability evaluation in the main control room using uncertain information of cabinet fires.
A color filter was demonstrated incorporating a patterned metal grating in a quartz substrate. The filter is created in a metal layer perforated with a symmetric two-dimensional array of circular holes, with the pitch smaller than the wavelength of the visible light. A finite-difference time-domain simulation was performed to analyze the device by investigating the effect of structural parameters like the grating height, the period, the hole size, and the refractive index of the hole-filling material on its performance. The device performance was especially optimized by controlling the refractive index of the material comprising the holes of the grating. And two different devices were fabricated by means of the e-beam direct writing with the following design parameters: the grating height of 50 nm, the two pitches of 340 nm for the red color and 260 nm for the green color. For the prepared device with the period of 340 nm, the center wavelength was 680 nm and the peak transmission 57%. And for the other device with the pitch of 260 nm, the center wavelength was 550 nm and the peak transmission was 50%. The filling of the hole with a material whose refractive index is matched to that of the substrate has led to an increase of ${\sim}15%$ in the transmission efficiency.
A novel technology for CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexer) utilizing a PLC (Planar Lightwave Circuit)-AWG (Arrayed Waveguide Grating) fabrication process is proposed. BPM (Beam Propagation Method) Simulation results on the employed parabolic-horn-type input slab waveguide of AWG and the performance of the 20 nm-channel spacing CWDM with flattened passband are presented. Waveguides of $0.75{\triangle}%$ have been used in this experiment and the insertion loss at the peak wavelength is 3.5 dB for a Gaussian spectrum and is 4.8 dB for a flat-top spectrum. The bandwidth at 3 dB is better than 10 nm and 13 nm for Gaussian and flat-top spectra, respectively.
We discuss a modified numerical model based on the Monte Carlo radiative transfer (MCRT) method, i.e., the MCRT matrix method, for the analysis of atmospheric scattering effects in three-dimensional flash LIDAR systems. Based on the MCRT method, the radiative transfer function for a LIDAR signal is constructed in a form of a matrix, which corresponds to the characteristic response. Exploiting the superposition and convolution of the characteristic response matrices under the paraxial approximation, an extended computer simulation model of an overall flash LIDAR system is developed. The MCRT matrix method substantially reduces the number of tracking signals, which may grow excessively in the case of conventional Monte Carlo methods. Consequently, it can readily yield fast acquisition of the signal response under various scattering conditions and LIDAR-system configurations. Using the computational model based on the MCRT matrix method, we carry out numerical simulations of a three-dimensional flash LIDAR system operating under different atmospheric conditions, varying the scattering coefficient in terms of visible distance. We numerically analyze various phenomena caused by scattering effects in this system, such as degradation of the signal-to-noise ratio, glitches, and spatiotemporal spread and time delay of the LIDAR signals. The MCRT matrix method is expected to be very effective in analyzing a variety of LIDAR systems, including flash LIDAR systems for autonomous driving.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.32
no.2
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pp.163-171
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2014
Based on the GPS/IMU integration, the car navigation has unstable conditions as well as drastically reduces accuracies in urban region. Nowadays, many cars mounted the camera to record driving states. If the ground coordinates of street furniture are known, the position and attitude of camera can be determined through SPR(Single Photo Resection). Therefore, an estimated position and attitude from SPR can be applied measurements in Kalman filter for updating errors of navigation solutions from GPS/IMU integration. In this study, the GPS/IMU/SPR integration algorithm was developed in loosely coupled modes through extended Kalman filters. Also, in order to analyze performances of GPS/IMU/SPR, simulation tests were conducted in GPS signal reception environments and the GCPs (Ground Control Points) distributions. In fact, the position and attitude gathered from GPS/IMU/SPR integration are more precise than the position and attitude from GPS/IMU integration. When IPs (image points), corresponded to GCPs, were concentrated in the center of image, the position error in the optical axis respectively increased. To understand effects from SPR, we plan to carry additional test on the magnitude of GCP, IP and initial exterior orientation errors.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2000.02a
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pp.186-186
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2000
After LeComber et al. reported the first amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) TFT, many laboratories started the development of an active matrix LCDs using a-Si:H TFTs formed on glass substrate. With increasing the display area and pixel density of TFT-LCD, however, high mobility TFTs are required for pixel driver of TF-LCD in order to shorten the charging time of the pixel electrodes. The most important of these drawbacks is a-Si's electron mobiliy, which is the speed at which electrons can move through each transistor. The problem of low carier mobility for the a-Si:H TFTs can be overcome by introducing polycrystalline silicon (poly-Si) thin film instead of a-Si:H as a semiconductor layer of TFTs. Therefore, poly-Si has gained increasing interest and has been investigated by many researchers. Recnetly, fabrication of such poly-Si TFT-LCD panels with VGA pixel size and monolithic drivers has been reported, . Especially, fabricating poly-Si TFTs at a temperature mach lower than the strain point of glass is needed in order to have high mobility TFTs on large-size glass substrate, and the monolithic drivers will reduce the cost of TFT-LCDs. The conventional methods to fabricate poly-Si films are low pressure chemical vapor deposition (LPCVD0 as well as solid phase crystallization (SPC), pulsed rapid thermal annealing(PRTA), and eximer laser annealing (ELA). However, these methods have some disadvantages such as high deposition temperature over $600^{\circ}C$, small grain size (<50nm), poor crystallinity, and high grain boundary states. Therefore the low temperature and large area processes using a cheap glass substrate are impossible because of high temperature process. In this study, therefore, we have deposited poly-Si thin films on si(100) and glass substrates at growth temperature of below 40$0^{\circ}C$ using newly developed high rate magnetron sputtering method. To improve the sputtering yield and the growth rate, a high power (10~30 W/cm2) sputtering source with unbalanced magnetron and Si ion extraction grid was designed and constructed based on the results of computer simulation. The maximum deposition rate could be reached to be 0.35$\mu$m/min due to a high ion bombardment. This is 5 times higher than that of conventional sputtering method, and the sputtering yield was also increased up to 80%. The best film was obtained on Si(100) using Si ion extraction grid under 9.0$\times$10-3Torr of working pressure and 11 W/cm2 of the target power density. The electron mobility of the poly-si film grown on Si(100) at 40$0^{\circ}C$ with ion extraction grid shows 96 cm2/V sec. During sputtering, moreover, the characteristics of si source were also analyzed with in situ Langmuir probe method and optical emission spectroscopy.
Yoo, Su Woong;Park, Hee-Jin;Oh, Gyungseok;Hwang, Soonjoo;Yun, Misun;Wang, Taejun;Seo, Young-Seok;Min, Jung-Joon;Kim, Ki Hean;Kim, Eung-Sam;Kim, Young L.;Chung, Euiheon
Current Optics and Photonics
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v.1
no.1
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pp.51-59
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2017
In addition to its typical use for skin rejuvenation, fractional laser irradiation of early cancerous lesions may reduce the risk of tumor development as a byproduct of wound healing in the stroma after the controlled injury. While fractional ablative lasers are commonly used for cosmetic/aesthetic purposes (e.g., photorejuvenation, hair removal, and scar reduction), we propose a novel use of such laser treatments as a stromal treatment to delay tumorigenesis and suppress carcinogenesis. In this study, we found that non-ablative fractional laser (NAFL) irradiation may have a possible suppressive effect on early tumor growth in syngeneic mouse tumor models. We included two syngeneic mouse tumor models in irradiation groups and control groups. In the irradiation group, a thulium fiber based NAFL at 1927 nm was used to irradiate the skin area including the tumor injection region with 70 mJ/spot, while no laser irradiation was applied to the control group. Numerical simulation with the same experimental condition showed that thermal damage was confined only to the irradiation spots, sparing the adjacent tissue area. The irradiation groups of both tumor models showed smaller tumor volumes than the control group at an early tumor growth stage. We also detected elevated inflammatory cytokine levels a day after the NAFL irradiation. NAFL treatment of the stromal tissue could potentially be an alternative anticancer therapeutic modality for early tumorigenesis in a minimally invasive manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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