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석면섬유 자동계수를 위한 고효율 현미경법의 영상처리 알고리즘 개선
Improvement of Image Processing Algorithm of High-Throughput Microscopy for Automated Counting of Asbestos Fibers 원문보기

한국가시화정보학회지= Journal of the Korean society of visualization, v.13 no.3, 2015년, pp.15 - 19  

조명옥 (국민대학교 기계공학과) ,  윤성희 (국민대학교 기계공학과) ,  한화택 (국민대학교 기계공학과) ,  김중경 (국민대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We developed a high-throughput microscopy (HTM) method which enabled us to replace a conventional phase contrast microscopy (PCM) method that has been used as a standard analytical method for airborne asbestos. We could obtain the concentration of airborne asbestos fibers under detection limit by au...

주제어

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문제 정의

  • gov/ij/) 을 사용한 기존 영상처리법에서 동일한 파라미터를 적용 하여 일괄 분석을 하였다. 그러나 본 연구에서는 영상의 밝기를 나타내는 계조치(gray level) 차이로 인한 오차를 줄이기 위해 각 영상의 밝기 차이를 보정하여 일정한 결과 값을 가질 수 있도록 영상처리법을 개선하였다. 먼저, 대표적인 석면시료 영상을 선정하여 Fig.
  • 그러나 석면 시료의 영상 분석에서 일부 저농도 현장시료의 경우는 일괄적으로 이진화 했을 때 영상의 밝기 차이로 인해 결과값에 많은 오류가 발생하였다. 본 논문에서는 HTM법의 영상처리 알고리즘에서 고정 파라미터를 적용했을 때 일부 시료에서 초과 계수되는 오류를 해결하고자 각 석면시료 영상의 특성을 고려한 가변 파라미터 영상처리법을 개발하였다. 또한 가변 파라미터를 적용하여 영상 처리한 개선된 HTM법과 PCM법의 분석결과를 비교 평가하였다.
  • 본 연구에서는 선행연구를 통해 개발한 영상 기반 석면 섬유 자동계수법인 HTM법에서 동일한 파라미터를 적용하여 일괄 분석할 때 영상의 밝기를 나타내는 계조치 차이로 인해 오차가 발생하였던 문제점을 해결하고자 각 영상의 밝기 차이를 보정하여 일정한 결과값을 가질 수 있도록 영상처리법의 알고리즘을 개선하였다. 기존 영상처리법과 개선된 영상처리법을 각각 적용하여 분석한 석면섬유 자동계수 결과를 비교하였으며 저농도의 실내 공기 시료에 대한 자동계수의 정확도를 높일 수 있음을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 선행연구를 통해 개발한 영상 기반 석면 섬유 자동계수법인 HTM법에서 동일한 파라미터를 적용하여 일괄 분석할 때 영상의 밝기를 나타내는 계조치 차이로 인해 오차가 발생하였던 문제점을 해결하고자 각 영상의 밝기 차이를 보정하여 일정한 결과값을 가질 수 있도록 영상처리법의 알고리즘을 개선하였다. 기존 영상처리법과 개선된 영상처리법을 각각 적용하여 분석한 석면섬유 자동계수 결과를 비교하였으며 저농도의 실내 공기 시료에 대한 자동계수의 정확도를 높일 수 있음을 확인하였다.
  • 영상 계조치의 최소값(Min)과 최대값(Max)을 재설정하기 위해서는 일반적으로 히스토그램 평준화(Histogram Equalization)를 사용하여 영상의 밝기 값을 균일하게 만들거나 색의 대비 차를 뚜렷하게 하여 영상을 개선하는 작업을 수행하는데, 본 연구에서는 배경과 물체의 대비가 매우 적은 석면시료 영상에 특화된 새로운 정규화 전처리법 (Normalization)을 제시하였다. 본 연구에서 제안한 영상 분석 전처리법에서는 각 영상의 배경 값을 정규화하여 각각의 영상이 갖는 배경의 명암 값의 차이를 상쇄할 수 있으므로 영상 분석시 일부 영상에서 나타나는 지나치게 밝아지거나 어두워지는 등의 분석 오류를 최소화 할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현행 공기중 석면의 검출 법은 무엇을 사용하는가? 이렇게 석면이 사회적 문제로 대두되고 법적 규제가 강화되고 있는 상황에서 석면검출의 효율을 높이는 원천기술의 개발이 필수적이다. 현행 공기중 석면의 검출 법으로는 위상차현미경법(phase contrast microscopy; PCM법)을 사용하고 있다(3) . 그러나 전 과정에 거쳐 수작 업이 필요하고 전문가의 판독을 요구하므로 시간이 많이 소요되며 검사자의 주관이 결과에 영향을 미치는 등의 문제점이 있고, 또한 건강에 매우 치명적일 수 있는 0.
위상차현미경법의 단점은 무엇이 있는가? 현행 공기중 석면의 검출 법으로는 위상차현미경법(phase contrast microscopy; PCM법)을 사용하고 있다(3) . 그러나 전 과정에 거쳐 수작 업이 필요하고 전문가의 판독을 요구하므로 시간이 많이 소요되며 검사자의 주관이 결과에 영향을 미치는 등의 문제점이 있고, 또한 건강에 매우 치명적일 수 있는 0.25 μm 미만의 섬유는 검출하기 힘든 단점이 있다(4) . 이러한 단점을 극복하고 객관적인 석면 분석 결과를 도출하기 위해 석면의 영상을 촬영하여 자동분석을 시도한 연구가 지속되 어왔다.
석면 분석을 위한 영상분석의 장점은 무엇인가? 이러한 단점을 극복하고 객관적인 석면 분석 결과를 도출하기 위해 석면의 영상을 촬영하여 자동분석을 시도한 연구가 지속되 어왔다. 영상분석의 경우 육안으로 구별이 힘든 가늘고 투명한 석면섬유를 색의 대비 효과를 통해 비교적 쉽게 검출할 수 있고 정확한 크기정보 파악이 가능하다는 장점이 있다(5) . 특히, 석면의 광학적 특성을 이용한 분산염색을 통해 석면 섬유의 위치 변화에 따른 색의 변화를 확인하여 석면의 여부를 가려내는 정성검사법 등의 연구가 활발히 이루 어졌다(6,7) .
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참고문헌 (13)

  1. Kim, H. R., Ahn, Y. S. and Jung, S. H., 2009, "Epidemiologic Characteristics of Malignant Mesothelioma in Korea", JKMA, Vol. 52, No. 5, pp. 449-455. 

  2. Jeong, J.-I., 2011, "Harmfulness in Asbestos and Review from Comparison Method for Securing National Health Right", J. Kor. Soc. Law & Medicine, Vol. 12, No. 1, pp.69-98. 

  3. Asbestos and Other Fibers by PCM: Method 7400. In NIOSH Manual of Analytical Methods (NMAM), 4th ed.; DHHS (NIOSH) Publication: Cincinnati, OH, USA, 1994. 

  4. Dement, J. M. and Wallingford, K. M., 1990, "Comparison of phase contrast and electron microscopic methods for evaluation of occupational asbestos exposures", Appl. Occup. Environ. Hyg., Vol. 5, pp.242-247. 

  5. Kawabata, K., Komori, Y., Mishima, T. and Asama, H., 2009, "An Asbestos Fiber Detection Technique Utilizing Image Processing Based on Dispersion Color", Particulate Science and Technology, Vol. 27, pp.177-192. 

  6. Moriguchi, Y., Hotta, K. and Takahashi, H., 2009, "Asbestos Detection from Microscope Images Using Support Vector Random Field of Local Color Features". LNCS, Vol. 5507, pp.344-352. 

  7. Nomoto, A., Hotta, K. and Takahashi, H., 2009, "An Asbestos Counting Method from Microscope Images of Building Materials Using Summation Kernel of Color and Shape". LNCS, Vol. 5507, pp.671-678. 

  8. Kuroda, A., Nishimura, T., Ishida, T., Hirota, R. and Nomura, K., 2008, "Detection of Chrysotile Asbestos by Using a Chrysotile-binding Protein", Biotechnol. Bioeng, Vol. 99, pp.285-289. 

  9. Ishida, T., Alexandrov, M., Nishimura, T., Minakawa, K., Chihirota, R., Sekiguchi, K., Kohyama, N. and Kuroda, A., 2010, "Selective Detection of Airborne Asbestos Fibers Using Protein-based Fluorescent Probes", Environ. Sci. Technol., Vol. 44, pp.755-759. 

  10. Cho, M. O., Yoon, S., Han, H. and Kim, J. K., 2010, "Development of High-throughput Microscopy (HTM) for Automatic Counting of Asbestos Fibers", J. Kor. Soc. Indoor Environment, Vol. 7, No. 4, pp. 235-242. 

  11. Cho, M. O., Yoon, S., Han, H. and Kim, J. K., 2011, "Automated Counting of Airborne Asbestos Fibers by a High-Throughput Microscopy (HTM) Method", Sensors, Vol. 11, pp.7231-7242. 

  12. Cho, M. O., Chang, H. M., Lee, D., Yu, Y. G., Han, H. and Kim, J. K., 2013, "Selective Detection and Automated Counting of Fluorescently-Labeled Chrysotile Asbestos Using a Dual-Mode High-Throughput Microscopy (DM-HTM) Method", Sensors, Vol. 13, pp.5686-5699. 

  13. Yoon, S. H., Jeon, B. H., Choi, H.-C., Han, H. and Kim, J. K., 2011, "A Study on Applicability of High-Throughput Microscopy (HTM)-Based Automated Asbestos Counter for Measurement of Airborne Asbestos Fiber Concentration", J. Kor. Soc. Indoor Environment, Vol. 8, No. 4, pp.321-329. 

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