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설진 유효 분석을 위한 혀의 기하정보 추출 방법
Extraction Method of Geometry Information for Effective Analysis in Tongue Diagnosis 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.11 no.12, 2011년, pp.522 - 532  

은성종 (경원대학교 전자계산학과) ,  김재승 (경원대학교 전자계산학과) ,  김근호 (한국한의학연구원 체질생물학의공학연구센터) ,  황보택근 (경원대학교 인터랙티브미디어학과)

초록
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한의학에서 혀의 상태는 인체의 건강 상태를 진단하는 중요한 지표로 활용된다. 이러한 혀의 상태를 진단하는 설진은 편리할 뿐 아니라 비침습적이므로, 한의학에서 널리 활용되고 있다. 그러나 설진은 객관화와 표준화라는 관점에서 문제가 있으며, 한의사의 의사결정에 도움을 줄 수 있는 도구도 부족한 실정이다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 설진 유효 분석을 위한 혀의 기하정보를 자동으로 계산하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 개선된 스네이크(Snake) 방법을 통해 혀를 검출하고 컨벡스 헐(Convex Hull)과 인페인팅 방법을 이용하여 객관적인 기하 정보를 추출하였다. 제안 알고리즘의 성능평가로 치흔의 경우 7.2%, 균열의 경우 8.5%의 영역 차이 비율로 안정적인 결과가 도출되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In Oriental medicine, the status of a tongue is the important indicator to diagnose the condition of internal organs in a body. A tongue diagnosis is not only convenient but also non-invasive, and therefore widely used in Oriental medicine. But tongue diagnosis has some problems that should be objec...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 먼저 전처리 과정에선 2단계인 영역 분할 단계의 기준 정보가 되는 초기 혀 영역을 검출하고자 한다. 우선 효율적인 연산 처리를 위해 입력 영상을 640X480의 해상도로 부 표본화(Sub-sampling)한다.
  • AHE(Adaptive Histogram Equalization)[9] 방법에 한계값(Clip limit)으로 히스토그램을 제한하는 개념을 추가한 방법으로, 한계값은 각각의 서브블록에서 히스토그램이 어느 한 영역의 명암도에 집중되었을 경우 그 양을 제한하여 변환 함수를 통한 영상의 과도한 밝기 변화가 생기는 것을 막는다. 본 논문에선 명암 대비 효과는 주되 과도한 대비로 인한 정보 손실을 줄이고자 CLAHE 방법을 사용하여, 혀 검출에 있어 적합한 명암 대비 개선작업을 수행하고자 하였다. 다음 [그림 4]는 일반적인 평활화 방법과 본 논문에서 사용한 CLAHE 방법과의 결과 차이를 나타낸다.
  • 본 논문은 혀의 기하학적 정보를 자동으로 추출하여, 전문의가 환자의 설진 진단을 하는데 있어 보조적인 수단이 되고자 한다. 우선 혀의 기하정보 추출을 위해 안면 영상을 획득하고, 안면 영상에서 그리디 스네이크(Greedy Snake) 방법을 응용하여 혀 영역을 검출한다.
  • 본 연구에서는 설진의 유효 분석을 위해 혀의 기하정보를 자동으로 추출하는 방법을 제안하였다. 그리디 스네이크 방법을 응용하여 혀 영역을 검출하고자 하였고, 검출된 혀 영역을 기반으로 컨벡스 헐과 인페인팅 방법을 통해 치흔과 균열 정보를 객관적으로 산출하였다.
  • 향후 연구로 이러한 1단계 혀 영역 검출 정확도가 기하정보 추출 전체에 영향을 미치게 되는 만큼, 해당 부분의 정확도를 높이는 연구를 추가적으로 수행할 예정이다. 이러한 연구를 통해 우리는 더욱 정확하고 보다 효율적인 설진 보조 시스템을 구성해가고자 한다.
  • 개선된 스네이크 방법은 곡률 정보 기반의 그리디 스네이크 방법을 적용하였고, 치흔은 컨벡스헐 결과와의 차 영상, 균열은 인페인팅 결과와의 차 영상을 통해 측정되어 진다. 이렇게 본 논문은 혀의 기하정보 측정을 위해 치흔과 균열 정보를 이용하였고, 이러한 과정을 통해 도출된 결과가 한의 전문의의 설진 진단에 있어 객관적인 지표로 활용되고자 하였다.
  • 본 논문의 실험을 위해 혀를 포함한 다수의 안면 영상을 획득하였고, 해당 영상들을 5년 이상의 경력을 가진 한의 전문의에 의해 치흔 영상과 균열 영상으로 분류하였다. 제안 방법에 대한 성능평가로 전문의의 수작업에 의한 기준 영상과 비교 분석하여 정량적인 수치로 정확도를 평가하고자 하였다. 이를 위해 기준 영상과 제안 방법의 영역 차이 비율을 계산하였으며, 이는 다음 식 (15)에 의해 처리되어 진다.
  • 기하정보 측정의 첫 번째로 치흔의 측정은 컨벡스 헐 (Convex Hull)[13] 영상과의 차를 이용한 방법을 사용하였다. 치흔 영상의 혀 검출결과 경계선은 오목한 특성을 가지고 있어, 이러한 오목한 정도를 측정하기 위해 최소 볼록 다각형인 컨벡스 헐을 생성하여 치흔의 정도를 측정하고자 하였다. 다음 [그림 10]은 치흔 영역의 검출과정을 나타낸다
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
한의학에서의 주요 진찰법 네 가지는? 한의학에서의 주요 진찰법은 크게 망(望), 문(聞), 문 (問), 절(切)의 네가지가 있다. 이중 망진에서 특히 중요한 것 중 하나는 설진(舌診)으로 설질(舌質)과 설태(舌苔)의 변화를 관찰하여 질병을 진찰하는 방법이다.
획득된 설진 영상을 기반으로 기하정보 추출을 위한 3단계 처리단계는 무엇인가? 획득된 설진 영상을 기반으로 기하정보 추출을 위해 크게 3단계로 처리되어 진다. 첫번째로 입력 영상의 개선으로 초기 혀 영역을 검출하는 전처리 단계, 두 번째로 설진 유효 영역을 검출을 위한 영역 분할 단계, 세번째로 검출된 혀 영역을 기반으로 치흔과 균열을 계산 하는 기하정보 추출 단계로 처리되어 진다. 이는 [그림 2]의 전체 알고리즘 흐름도에 나타난다
설진이란 무엇인가? 한의학에서의 주요 진찰법은 크게 망(望), 문(聞), 문 (問), 절(切)의 네가지가 있다. 이중 망진에서 특히 중요한 것 중 하나는 설진(舌診)으로 설질(舌質)과 설태(舌苔)의 변화를 관찰하여 질병을 진찰하는 방법이다. 한의학에서 혀는 인체의 생리적, 임상적인 상태를 반영하는 기관으로 사람의 건강 상태를 진단하는 중요한 지표로 사용되고 있다[1].
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참고문헌 (14)

  1. C. C. Chiu, "A novel approach based on computerized image analysis for traditional Chinese medical diagnosis of the tongue," Computer Methods and Programs in Biomedicine, Vol.61, pp.77-89, 2000. 

  2. W. Li, C. Zhou, and Z. Zhang, "The segmentation of the body of tongue based on the improved snake algorithm in traditional Chinese medicine," in Proc. the 5th world congress on intelligent control and automation, pp.15-19, 2004. 

  3. R. Zabih and V. Kolmogorov, "Spatially coherent clustering using graph cuts," in Proc. Computer Vision and Pattern Recognition, Vol.2, pp.437-444, 2004. 

  4. C. Rother, V. Kolmogorov, and A. Blake, "GrabCut: interactive foreground extraction using iterated graph cuts," ACM Trans. Graphics, Vol.23, No.3, pp.309-314, 2004. 

  5. M. Kass, "Andrew Witkin, Demetri Terzopoulos Active Contour Models," International Journal of Computer Vision, Vol.1, pp.321-331, 1988 

  6. Eddie Y.-K. NG, Y. Chen, Segmentation of Breast Thermogram: "Improved Boundary Detection with Modified snake Algorithm," Journal of Mechanics in Medicine and Biology, Vol.6, No.2, pp.123-136, 2006. 

  7. D. J. Kang, In So Kweon, "A fast and stable snake algorithm for medical images," Pattern Recognition Letters, Vol.20, Issue10, p.1069, 1999. 

  8. S. M. Pizer, R. E. Johnston, J. P. Ericksen, B. C. Yankaskas, and K. E. Muller, "Contrast-limited adaptive histogram equalization: speed and effectiveness," Visualization in Biomedical Computing, pp.337-345, 1990. 

  9. P. S. Heckbert, Graphics Gems IV, Academic Press Professional Inc., pp.474-485, 1994. 

  10. N. Otsu, "A Thresholding Selection Method from Gray-scale Histogram," In IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Vol.9, No.1, pp.62-66, 1979. 

  11. D. Williams and M. Shah, "A fast algorithm for active contours and curvature estimation, Computer Vision, Graphics," and Image Processing: Image Understanding, Vol.55, pp.14-25, 1992. 

  12. T. M. Murphy, M. Math, Leif H. Finkel, "Curvature Covariation as a Factor in Perceptual Salience," International IEEE EMBS CNECI, pp.16-19, 2003. 

  13. Longin Jan Latecki and Rolf Lakamper, "Convexity Rule for Shape Decomposition Based on Discrete Contour Evolution," Computer Vision and Image Understanding, Vol.73, No.3, pp.441-454, 1999. 

  14. M. Elad a, J.-L. Starck b, P. Querreb, and D. L. Donoho, "Simultaneous cartoon and texture image inpainting using morphological component analysis (MCA)," Appl. Comput. Harmon. Anal, Vol.19, pp.340-358, 2005. 

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