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배경 잡음 제거 알고리즘을 적용한 3차원 광자 계수 집적 영상의 화질 향상
Visual quality enhancement of three-dimensional photon-counting integral imaging using background noise removal algorithm 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.7, 2016년, pp.1376 - 1382  

조기옥 (Department of Electrical, Electronic, and Control Engineering, IITC, Hankyong National University) ,  김영준 (Department of Electrical, Electronic, and Control Engineering, IITC, Hankyong National University) ,  김철수 (Department of Electric Energy and Computer Engineering, Geyongju University) ,  조명진 (Department of Electrical, Electronic, and Control Engineering, IITC, Hankyong National University)

초록
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본 논문에서는, 배경 잡음 제거 알고리즘을 적용하여 일반적인 3차원 광자 계수 집적 영상의 화질을 개선하는 방법을 설명한다. 광자 계수 영상법은 광자가 매우 희박한 환경에서 소수의 광자를 검출하여 영상을 시각화 하는 방법이다. 하지만, 배경에서 발생되는 광자의 수가 많을 때, 원하는 물체의 광자 검출은 매우 어렵다. 이로 인해, 복원된 영상의 화질이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 불필요한 배경 잡음을 제거하고 오로지 원하는 물체에서만 광자를 검출하는 새로운 광자 계수 영상법을 제안한다. 또한, 3차원 정보를 획득하기 위해 집적 영상을 사용한다. 제안된 알고리즘의 유용성을 증명하기 위하여 광학적 실험을 수행하고 성능 평가를 위해 평균 제곱 오류 값을 계산한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we present a visual quality enhancement technique for conventional three-dimensional (3D) photon counting integral imaging using background noise removal algorithm. Photon counting imaging can detect a few photons from desired objects and visualize them under severely photon-starved c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 실제 어두운 환경에서 3차원 광자 계수 영상을 획득하여, 배경에서 발생되는 잡음을 제거하고 영상의 화질을 향상시키는 기술에 대하여 설명하였다. 제안된 알고리즘으로 배경 잡음을 효과적으로 제거하고 광자 계수 영상의 화질을 개선하였음을 광학적 실험을 통하여 보였다.
  • 본 실험에서는 실제 어두운 환경을 설정하여 광량이 희박한 조건을 만들고 광학적 실험을 진행하였다. 실험을 위하여 DSLR 카메라를 사용하였으며, 고해상도의 요소 영상을 획득하기 위해 합성 조리개 집적 영상을 사용하여 10(H)×10(V)의 요소 영상을 획득하였다.
  • 기존의 광자 계수 영상법에서는 기록하고자 하는 장면의 모든 광자를 검출하기 때문에 상대적으로 물체에 대한 광자 검출이 희박할 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 본 논문에서는 불필요한 배경 잡음의 광량을 제거하고 오로지 물체에서만 광자를 검출하는 새로운 광자 계수 영상법을 제안한다. 배경 잡음을 제거하기 위해 우선 전체 영상에서 배경의 광량 분포를 분석하고, 문턱값 (Threshold)을 정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광자 계수 영상법의 문제점은 무엇인가? 광자 계수 영상법은 광자가 매우 희박한 환경에서 소수의 광자를 검출하여 영상을 시각화 하는 방법이다. 하지만, 배경에서 발생되는 광자의 수가 많을 때, 원하는 물체의 광자 검출은 매우 어렵다. 이로 인해, 복원된 영상의 화질이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 불필요한 배경 잡음을 제거하고 오로지 원하는 물체에서만 광자를 검출하는 새로운 광자 계수 영상법을 제안한다.
광자 계수 영상법이란? 본 논문에서는, 배경 잡음 제거 알고리즘을 적용하여 일반적인 3차원 광자 계수 집적 영상의 화질을 개선하는 방법을 설명한다. 광자 계수 영상법은 광자가 매우 희박한 환경에서 소수의 광자를 검출하여 영상을 시각화 하는 방법이다. 하지만, 배경에서 발생되는 광자의 수가 많을 때, 원하는 물체의 광자 검출은 매우 어렵다.
집적 영상의 장점은 무엇인가? 광자 계수 영상 에서 깊이 정보를 획득하기 위해서는 무안경식 3D 기록 방법의 하나인 집적 영상 (Integral Imaging)[12-16] 을 적용할 수 있다. 집적 영상은 완전시차 (Full parallax)와 연속적인 시점 (Continuos viewing point)을제공하는 장점을 가지고 있으며, 레이저와 같은 능동 광원 (Active light source)을 사용하지 않아서 구현이 간단하다. 하지만, 낮은 해상도와 좁은 시야각은 집적 영상의 단점이다.
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참고문헌 (17)

  1. S. Yeom, B. Javidi, C. W. Lee, and E. Watson, "Photon-counting passive 3D image sensing for reconstruction and recognition of partially occluded objects," Optics Express vol. 15, no. 24, pp. 16189-16195, November 2007. 

  2. I. Moon and B. Javidi, "Three-dimensional recognition of photon-starved events using computational integral imaging and statistical sampling," Optics Letters, vol. 34, no. 6, pp. 731-733, March 2009. 

  3. B. Tavakoli, B. Javidi, and E. Watson, "Three dimensional visualization by photon counting computational Integral Imaging," Optics Express, vol. 16, no. 7, pp. 4426-4436, March 2008. 

  4. J. Jung, M. Cho, D. K. Dey, and B. Javidi, "Three-dimensional photon counting integral imaging using Bayesian estimation," Optics Letters, vol. 35, no. 11, pp. 1825-1827, June 2010. 

  5. E. Perez, M. Cho, and B. Javidi, "Information authentication using photon-counting double-random-phase encrypted images," Optics Letters, vol. 36, no. 1, pp. 22-24, January 2011. 

  6. M. Cho, A. Mahalanobis, and B. Javidi, "3D passive photon counting automatic target recognition using advanced correlation filters," Optics Letters, vol. 36, no. 6, pp. 861-863, March 2011. 

  7. M. Cho and B. Javidi, "Three-dimensional photon counting integral imaging using moving array lens technique," Optics Letters, vol. 37, no. 9, pp. 1487-1489, May 2012. 

  8. M. Cho and B. Javidi, "Three-dimensional photon counting axially distributed image sensing," IEEE/OSA Journal of Display Technology, vol. 9, no. 1, pp. 56-62, January 2013. 

  9. M. Cho and B. Javidi, "Three-dimensional photon counting double-random-phase encryption," Optics Letters, vol. 38, no. 17, pp. 3198-3201, September 2013. 

  10. M. Cho, "Three-dimensional color photon counting microscopy using Bayesian estimation with adaptive priori information," Chinese Optics Letters, vol. 13, no. 7, pp. 070301-1-070310-4, July 2015. 

  11. J. Y. Jang and M. Cho, "Image visualization of photon counting confocal microscopy using statistical estimation," Optik, vol. 127, no. 2, pp. 844-847, January 2016. 

  12. G. Lippmann, "La photograhie integrale", C. R. Acad. Sci. vol. 146, pp. 446-451, March 1908. 

  13. J. S. Jang and B. Javidi, "Three-dimensional synthetic aperture integral imaging," Optics Letters, vol. 27, no. 13, pp. 1144-1146, July 2002. 

  14. S. H. Hong, J. S. Jang, and B. Javidi, "Three-dimensional volumetric object reconstruction using computational integral imaging," Optics Express, vol. 12, no. 3, pp. 483-491, February 2004. 

  15. M. Cho, M. Daneshpanah, I. Moon, and B. Javidi, "Three-Dimensional Optical Sensing and Visualization Using Integral Imaging," Proc. IEEE, vol. 99, no. 4, pp. 556-575, April 2011. 

  16. J. S. Jang and B. Javidi, "Three-dimensional integral imaging of micro-objects," Optics Letters, vol. 29, no. 11, pp. 1230-1232, June 2004. 

  17. J. W. Goodman, Statistical Optics, Rosewood Drive, MA: JOHN WILLEY & SONS, INC., 1985. 

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