[논문]광학적 방법을 이용한 색 정보 검출

김지선; 정구인; 이태희; 최주현; 오한별; 김아희; 정현철; 전재훈

doi:10.5370/kiee.2015.64.1.159

광학적 방법을 이용한 색 정보 검출
Detection of Color Information Using Optical Method 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.64 no.1, 2015년, pp.159 - 164

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Color is distinguished due to the light in which natural light is reflected by object and made with combination of RGB(red, green, blue; three colors). This study proposes color analysis system with optical method to be used conveniently. Color information of sample is determined with the optical sensor. By using the CIE diagram in particular, it detects purity value and wavelength. The method to distinguish color is very economical, simple, and convenient. The result can be used to confirm accurate information of color for various applications.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 색을 CIE 색 공간으로 변환시킴으로서 색을 파장과 순도 값에 따라 색 공간에 나타내고 그에 따른 색 좌표 값과 파장과 순도 값을 검출 하는 방법을 연구하였다. 결과적으로 색의 추상적인 정보라는 한계를 정량적으로 극복함으로서, 다양한 분야에서 정확하고 효율적으로 색을 적용할 수 있도록 하고자 하였다. 또한 색의 정보를 정확히 판단하는 방법에 있어 본 연구는 경제성과 간편성을 위하여 소형의 Color Sensor와 LED를 이용하여 설계하였다.
색은 고유의 파장을 가지고 있지만 파장과 순도로 색을 나타낸 자료는 거의 존재하지 않는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 색을 CIE 색 공간으로 변환시킴으로서 색을 파장과 순도 값에 따라 색 공간에 나타내고 그에 따른 색 좌표 값과 파장과 순도 값을 검출 하는 방법을 연구하였다. 결과적으로 색의 추상적인 정보라는 한계를 정량적으로 극복함으로서, 다양한 분야에서 정확하고 효율적으로 색을 적용할 수 있도록 하고자 하였다.
본 연구에서는 색에 대한 정보를 객관적 수치로 제공함으로서 다양한 분야에서 색을 활용할 수 있도록 하였다. 특히 컬러 센서를 이용하여 지정한 색 샘플에서의 RGB 값을 얻고 이를 이용하여 CIE 색 공간에서의 색 좌표를 검출한 후 파장과 순도를 찾아내어 색의 정보를 정량화 하는 대에 목적이 있다. 이 연구는 기존의 연구들과 몇 가지 차별성을 두고 있다.

가설 설정

인간이 눈을 뜨고 있는 한 색채를 지각하며, 색은 인간의 의식과 무의식에 크게 작용하여 인간의 심리나 생리에 다양한 영향을 미치고 있다. 모든 색은 세 가지 색인 RGB(Red, Green, Blue)의 혼합으로 만들어진다. 색은 모든 사람의 눈, 즉 색채를 지각하는 감각기관이 다르기 때문에 같은 색을 보고 판단하더라도 개개인마다 다르게 색을 느끼게 된다[1-4].

제안 방법

결과적으로 색의 추상적인 정보라는 한계를 정량적으로 극복함으로서, 다양한 분야에서 정확하고 효율적으로 색을 적용할 수 있도록 하고자 하였다. 또한 색의 정보를 정확히 판단하는 방법에 있어 본 연구는 경제성과 간편성을 위하여 소형의 Color Sensor와 LED를 이용하여 설계하였다. 본 연구의 결과는 색의 미세한 차이까지 감지 할 수 있어 pH의 구별이나 시료의 색구별 또는 치아의 착색 정도를 판단하는 곳에 사용할 수 있고, 시약이나 색이 변화하는 화학 시험지 검사 등에도 사용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 색에 대한 정보를 객관적 수치로 제공함으로서 다양한 분야에서 색을 활용할 수 있도록 하였다. 특히 컬러 센서를 이용하여 지정한 색 샘플에서의 RGB 값을 얻고 이를 이용하여 CIE 색 공간에서의 색 좌표를 검출한 후 파장과 순도를 찾아내어 색의 정보를 정량화 하는 대에 목적이 있다.
연구에서는 RGB Filter를 포함하고 있는 Color Sensor를 이용하여 실험을 진행하고 색에 따른 색 좌표와 파장, 순도 값을 검출해내어 색의 정보를 알아내고자 하였다. 특히 RGB 값을 얻어 색 좌표로 변환하고 그에 따른 가시광선의 파장 값을 검출하는 것을 연구하였다.
센서를 통하여 얻은 RGB값은 HSV, Lab, CIE 등여러 색 공간으로의 변화가 가능하다. 연구에서는 여러 가지 색 공간 중 파장의 정보를 얻을 수 있는 CIE 색 공간을 선택하여색 좌표 변환을 통해 파장 값과 순도 값을 얻어내었다.

대상 데이터

그림 4는 컬러 센서를 이용하여 색 정보를 분석하기 위한 실험의 개략도이다. 광 다이오드 어레이 타입의 센서를 이용하여 110 가지 종류의 색이 다른 샘플로 실험을 진행 하였다. 센서와 샘플의 간격은 약 2 mm 로 고정 하였으며 센서의 Calibration은 I.

데이터처리

색 공간에서 채도가 낮은 색깔은 가운데 영역에 존재하며, 한가운데에는 백색 점이 있다. 본 논문에서는 RGB 값을 CIE 색 공간으로 변환시키기 위해 LabVIEW 프로그램을 이용해 RGB 값을 컬러 센서로 얻어 수식에 대입하여 색 공간상에서의 색 좌표 값을 얻었다. 그리고 좌표 값에서 스펙트럼 위치까지 직선 라인을 연결하여 이를 통해 최종적으로 색의 파장과 순도 값을 검출하고 수치적으로 나타내었다.

이론/모형

하지만 RGB 값과 웹 칼라 코드는 표현이 복잡하여 일반 사람들에게 쉽게 다가오지 않을 뿐더러, 이러한 색 정보와 색의 영상 이미지를 가지고 실생활에 적용하는 대에는 어려움이 있다. 둘째, 현재까지 진행된 연구들은 먼셀이나 NCS 등 비색법을 이용하여 색을 단순 비교하고 판단하였다. 본 논문에서는 앞선 연구들과 다르게 CIE diagram 상에 색을 표시했고, 파장과 순도 값으로 색의 정보를 나타내었다.

성능/효과

그러나 연구의 결과로 색 정보를 정량적으로 나타내었기 때문에, 색을 더욱 효율적으로 활용할 수있다는 점이 기존의 주관적인 색의 표현과는 차별화된다. 이 실험의 결과는 간단한 pH의 측정이나 용해 정도 판단 등에 적용하여 데이터를 얻어 색상을 분석할 수 있고 염료의 착색정도를 보다 객관적으로 판단할 수 있으며 실시간으로 RGB 비율을 확인할 수 있는 장점이 있다. 또한 일반 연구소뿐만 아닌 피부의 색소 침착도, 치아의 착색정도 등 의료 분야에서도 간편하게 사용될 수 있을 것이라고 판단된다.

후속연구

이 실험의 결과는 간단한 pH의 측정이나 용해 정도 판단 등에 적용하여 데이터를 얻어 색상을 분석할 수 있고 염료의 착색정도를 보다 객관적으로 판단할 수 있으며 실시간으로 RGB 비율을 확인할 수 있는 장점이 있다. 또한 일반 연구소뿐만 아닌 피부의 색소 침착도, 치아의 착색정도 등 의료 분야에서도 간편하게 사용될 수 있을 것이라고 판단된다.
또한 색의 정보를 정확히 판단하는 방법에 있어 본 연구는 경제성과 간편성을 위하여 소형의 Color Sensor와 LED를 이용하여 설계하였다. 본 연구의 결과는 색의 미세한 차이까지 감지 할 수 있어 pH의 구별이나 시료의 색구별 또는 치아의 착색 정도를 판단하는 곳에 사용할 수 있고, 시약이나 색이 변화하는 화학 시험지 검사 등에도 사용될 수 있을 것이다. 또한 색의 정보가 변화하는 어떠한 물질에도 적용할 수 있어 기존 분광계가 갖는 단점을 극복할 수 있는 장점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	측색에 있어 정량적 분석방법을 사용하는 이유는?	정성적 분석의 경우에는 색을 분석하는 방법이 주관적이어 색구별 능력에 개인차가 있고 주변 빛의 상태에 따라 색의 인식의 차이가 있기 때문에 오차를 초래할 수 있다. 이러한 시각적 오차가 없이 객관적으로 비교 분석하기 위해 기계로 색을 측정 하는 정량적 분석방법을 사용하고 있다. 정량적 분석 방법의 대표적인 예로 분광기(Spectroscope)를 사용한 방법이 있다.
	색의 정보를 정확히 판단하는 방법에 있어 경제성과 간편성을 위해 소형의 Color Sensor와 LED를 이용하여 설계한 연구 결과는 어디에 활용될 수 있는가?	또한 색의 정보를 정확히 판단하는 방법에 있어 본 연구는 경제성과 간편성을 위하여 소형의 Color Sensor와 LED를 이용하여 설계하였다. 본 연구의 결과는 색의 미세한 차이까지 감지 할 수 있어 pH의 구별이나 시료의 색구별 또는 치아의 착색 정도를 판단하는 곳에 사용할 수 있고, 시약이나 색이 변화하는 화학 시험지 검사 등에도 사용될 수 있을 것이다. 또한 색의 정보가 변화하는 어떠한 물질에도 적용 할 수 있어 기존 분광계가 갖는 단점을 극복할 수 있는 장점이 있다.
	CIE 색 공간이란 무엇인가?	그림 5는 CIE1931(Commission Internationale de l'Eclairage)색 공간을 나타내는 그림이다. CIE 색 공간은 인체의 색채 인지에 대한 연구를 바탕으로 수학적으로 정의 된 색 공간이다. CIE 1931은 RGB를 XYZ 라는 색 공간으로 바꾸어 주며 Y 값은 밝기 또는 조도의 값이 되도록 설계가 되어있다.

참고문헌 (12)

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Terman, Michael, and Jiuan Su Terman, "Light therapy for seasonal and nonseasonal depression: efficacy, protocol, safety and side effects," CNS spectrums, vol.10, no. 8, pp. 647-663, 2005.

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Terman, Michael, and Jiuan Su Terman, "Light therapy for seasonal and nonseasonal depression: efficacy, protocol, safety and side effects," CNS spectrums, vol. 10, no. 8, pp. 647-663, 2005.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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