인간의 시각과 RGB 카메라의 한계
우리의 눈의 망막에서는
small, middle, large cone (원추세포)가
특정 파장의 빛에 민감하게
반응하여 색을 인식합니다.
Hyperspectral Imaging의 원리
우리가 흔히 사용하는 디지털 카메라는
인간의 시각 시스템을 모방하여
필터를 통하여 빛을 분리하고
감지하여 각 색상의 강도를 기록합니다.
즉, 세 가지 기본 색을
사용해 촬영 순간을 이미지로
재현하는 기술입니다.
이번 글의 주제인
Hyperspectral imaging은
물체나 장면을 다양한
파장대에서 촬영하여,
각 파장대의 정보를 포함하는
이미지를 생성하는 기술입니다.
이는 수십에서 수백 개 이상의
좁은 파장대로 나누어진
스펙트럼 정보를 수집하여,
물체의 세부적인 화학적,
물리적 특성을 분석하는 데
사용됩니다.
가시광선 영역을 넘어
다양한 파장대에의
SPD(Spectral power distribution)
를 얻어 디테일한 물성정보를
획득할 수 있습니다.
Hyperspectral imaging 은
spectroscopic 방법과 digital imaging 방법을
같이 사용하여 특정 파장마다
이미지를 촬영하여
동일 픽셀마다
Spectral power distribution 을
기록합니다.
RGB 사진으로 보거나,
단순히 우리 눈으로 봤을 때는
보이지 않는 차이를 볼 수 있습니다.
Hyperspectral Imaging의 활용 사례
비행기를 이용하여 농토를
Hyperspectral imaging 방법으로
촬영하여 어떤 물질로 구성되어
있는지 정보를 얻을 수도 있고,
지질학적 물질을 찾는데도 사용됩니다.
그리고 인공위성에서도 이용됩니다.
우리가 흔히 과학수사 드라마에서
볼 법한 여러가지 기술들도
Hyperspectral imaging 을 이용합니다.
실제로 촬영할 수 없는 공간에서의
주변 빛 환경을 Light stage로 구현하여
마치 해당 장소에 있는 듯한
얼굴의 빛 반사를 만드는
VFX (visual effect) 에서도 사용됩니다.
여러가지 전구(광원)이 가지는
스펙트럼이 다르다보니,
많이 활용할 수록 최대한
실제와 근사한 빛 반사를
만들어 낼 수 있습니다.
Long wave 영역에서 물체의 온도가
높아지면 촬영된 이미지의
픽셀 강도가 높아집니다.
이러한 특징을 이용하여
그림처럼 일반 사진에서는
보이지 않지만,
차가 있다는 것을
촬영할 수도 있습니다.
촬영 방법 요약 (필터 방식 vs 분산 방식)
이러한 Hyperspectral imaging 을
촬영하는 방법을 간략히 보자면
단순히 여러 필터를
돌려가며 동일한 장면을
여러 번 촬영하거나,
빛의 분산을 이용하여
촬영하여 얻을 수 있습니다.
실제로는
OKSI, Multiplexing, CTIS, CASSI 등
매우 복잡하고 다양한
전문적인 방법이 존재합니다.
| 항목 | 설명 |
|---|---|
| 정의 | 수십~수백 개 파장 대역의 스펙트럼 정보를 담는 영상 기술 |
| 인간 시각과 차이점 | RGB 3채널 vs 수십~수백 개의 파장 정보 |
| 활용 분야 | 농업, 위성탐사, 과학수사, VFX, 환경 모니터링 등 |
| 측정 방식 | 회전 필터, 프리즘 분산, CASSI, CTIS 등 |
| 장점 | 비가시광선 정보 확보, 화학적/물리적 특성 분석 가능 |
| 단점 | 데이터 용량 큼, 촬영 시스템 고가, 처리 복잡 |
그런 건 난 잘 모르겠고,
Hyperspectral Imaging은 RGB보다
수백 배 많은 파장 정보를
픽셀마다 담아
더 많은 것을 보는 기술
참고자료
