멀티스펙트럴 이미징 시스템(Multi-Spectral Imaging System)

 

멀티스펙트럴 이미지 시스템은 현재 사용되고 있는 단채널 혹은 3채널을 확장한 개념으로 입력장치에 적절한 필터를 추가하여 필터 수와 동일한 수의 입력값을 획득할 수 있는 장치이다. 멀티 스펙트럴 이미지 시스템은 기존에 정보량의 부족으로 인해 힘들던 광원의 정보와 카메라의 스펙트럴 특성화 및 물체의 본연의 색인 분광 반사율 등을 많은 정보를 이용함으로써 보다 정확한 추정을 가능하게 하는 장점이 있다. [1~3]

 


그림 1. 멀티스펙트럴 이미지 시스템의 예

 

실제 멀티스펙트럴 카메라는 단일 CCD 카메라에 다양한 필터를 구성함으로써 구성된다. 아래 그림은 20개의 채널을 포함하는 필터셋을 이용하여 멀티스펙트럴 카메라를 제작한 것이다.

  

그림 2. 20 채널을 이용한 멀티스펙트럴 카메라

멀티스펙트럴 카메라에서 사용되는 20가지의 채널은 다음과 같다. 연구된 바에 의하면 각 채널별로 동일 간격으로 균등하게 분포되었을 때 가장 색을 잘 표현할 수 있다고 보고되었다. 따라서 위 조건을 만족시키도록 실제 필터를 주문 제작하였다.

 

(a)                                       (b)

그림 3. CCD와 채널들의 파장에 대한 함수 (a) 20 채널 필터 (b) CCD 카메라

 

멀티스펙트럴 영상의 획득과정을 통해 얻은 카메라의 응답을 통해서 물체의 분광반사율을 추정하는 실험을 하고자 한다. 실험 데이터를 얻는 과정과 그 결과를 평가하는 전체적인 흐름은 다음과 같다. [4]

 그림 4. 멀티스펙트럴 카메라를 이용한 물체의 분광반사율을 추정하는 전체 흐름도

 

다수의 필터를 사용하고 필터들의 조합이 중첩이 되지 않을 때 멀티 스펙트럴 영상은 분광 반사율 측정과 같은 용도로 사용된다. 따라서 본 연구실에서는 맥베스 차트에 대해서 영상을 획득하고, 이를 이용하여 분광 반사율에 관한 함수를 구하였다. 필터는 15nm 간격으로 각각 최대값을 가지는 동일 범위의 필터를 사용하였으며, 획득된 영상은 다음 그림과 같다.

 



그림 5. 멀티스펙트럴 카메라를 이용한 물체의 분광반사율을 추정하는 전체 흐름도

 

위에서 획득된 멀티 스펙트럴 영상을 각 필터에 대해서 정규화 하면 파장에 대한 물체의 분광 반사율 값을 획득할 수 있다. 붉은 점선이 물체의 분광 반사율이고, 이를 멀티 스펙트럴 카메라를 이용하여 획득한 값이 푸른 점선이다. 파장에 따라 전체적으로 물체의 분광 반사율이 잘 나타남을 알 수 있다.

 


그림 6. 멀티 스펙트럴 영상을 이용하여 획득한 분광 반사율

 

[1]H. Haneishi, T. Hasegawa, N. Tsumura, and Y. Miyake, “Design of color filters for record-ing artworks,” IS&T 50th Annual conference, pp.369-372, 1997.

[2]Y. Miyake and Y. Yokoyama, “Obtaining and reproduction of accurate color images based on human perception,“ Proc. SPIE 3300, pp. 190-197, 1998.

[3]J. Cohen, “Dependency of the spectral reflect-ance curves of the Munsell color chips,” Psy-chon. Sci., 1, pp.369-370, 1964.

[4]Jon Y.Hardeberg, Acquisition and reproduction of color images, Parkland, Dissertation.com, 2001.