다중분광(Multi-Spectral) 및 초분광(Hyper-Spectral)영상

1. 다중분광 영상 및 초분광 영상

초분광 영상(hyperspectral imaging)과 다중분광 영상(multispectral imaging)은 지난 20년 동안 중요성과 유용성이 증가하고 있는 두 가지 유사 기술입니다. 두 용어는 종종 동일한 의미로 사용되지만, 사실은 각각 고유한 응용 분야가 있는 두 개의 서로 다른 고유한 영상화 방법입니다. 두 기술 모두 가시 스펙트럼(400~700nm)의 빛을 활용하는 기존의 머신 비전 영상화 방법에 비해 이점이 있습니다.

 

1) 멀티스펙트럴(Multispectral) - 다중 분광

다중분광은 몇 가지 특정 파장 대역을 선택해 데이터를 수집하는 형태. 일반적으로 가시광선이나 인간이 구별하기 어려운 파장을 중점적으로 다루는 특징이 있습니다. 주로 3~10개의 파장 대역을 사용하는데, 이를 통해 특정 응용 분야에서 필요한 정보를 얻을 수 있습니다.

멀티스펙트럴 카메라는 필요한 영역을 밴드(Band)로 나누어 기록합니다. 

5개의 밴드를 지원하는 멀티스펙트럴의 예시입니다. 가시영역 대인 RGB와 근적외선 대, 그리고 적외선 대를 포함하고 있습니다. 이때, 하나의 밴드는 대략 40~100nm의 폭을 담고 있으며 일반적으로 멀티스펙트럴은 3~10개의 밴드를 처리합니다.

2) 하이퍼스펙트럴(Hyperspectral) - 초분광

초분광은 매우 작은 파장 간격으로 많은 파장을 수집하는 것으로, 다양한 파장을 고해상도로 다루게 됩니다. 수백 개에서 수천 개에 이르는 파장을 포함할 수 있어, 물체의 세부적인 스펙트럼 특성을 높은 정밀도로 분석 가능합니다. 이는 특히 임상, 환경 연구, 군사 등의 분야에서 유용하게 활용됩니다.

멀티스펙트럴과 비교해 하이퍼스펙트럴은 수백 개에서 수천 개의 밴드를 갖고 있으며 하나의 밴드는 멀티스펙트럴과 비교해 훨씬 좁은 영역인 10~20nm의 폭을 가집니다.

 

3) 다중분광(Multispectral) VS 초분광(Hyperspectral)의 특징

두 기술은 작업마다 선호되는 도구가 다르므로, 각각의 장점을 제시합니다. 하이퍼스펙트럴은 연속 스펙트럼상의 미묘한 신호 차이에 민감한 응용 프로그램에 가장 적합합니다. 이러한 작은 신호는 더 큰 주파수 대역을 샘플링하는 시스템에서 놓칠 수 있기 때문입니다.

특성	다중분광 (Multi-Spectral)	초분광 (Hyper-Spectral)
데이터 처리	상대적으로 간단하고 효율적	복잡하며 높은 컴퓨팅 리소스 요구
정보 양 및 품질	제한된 파장 범위로 인해 세부 정보 부족	많은 수의 파장으로 세부하고 정확한 정보 획득
해상도	낮은 스펙트럼 해상도	고해상도로 각 파장에서 세부 정보 획득
비용	상대적으로 낮은 하드웨어 및 데이터 처리 비용	고해상도 센서 및 높은 처리 능력을 요구하여 비용이 높음
적용 분야	일반적인 모니터링 및 조사, 비용 효율적인 응용 분야	세부적이고 정확한 스펙트럼 정보가 필요한 응용 분야
스펙트럼 해상도	낮음	매우 높음
기술적 요구	상대적으로 낮은 기술적 요구	고급 하드웨어 및 데이터 처리 기술 요구

 

그러나 일부 시스템은 빛을 선택적으로 포착하기 위해 전자파 스펙트럼의 상당 부분을 차단해야 합니다.

 

다른 파장은 측정과 관측을 잠재적으로 망칠 수 있는 중요한 노이즈를 나타낼 수 있기 때문입니다. 또한, 데이터 큐브에 포함된 스펙트럼 정보가 적을 경우 이미지 캡처, 처리 및 분석이 더 빨리 수행될 수 있습니다. 이러한 경우, 멀티스펙트럴 방식이 적합합니다.

 

4) 다중분광(Multispectral) VS 초분광(Hyperspectral)의 활용

두 유형의 영상은 각자의 고유한 성질로 다양한 분야에서 활용되며, 환경 모니터링, 자원 탐사, 의료 분야 등에서의 응용이 크게 기대되고 있어.

① 다중분광 (Multi-Spectral) 영상의 활용

1. 농업 및 작물 관리: 식물 건강, 토양 조건, 작물 종류 등을 모니터링하여 농작물 생산성 향상.
2. 환경 모니터링: 자연 리소스, 수질, 지형 등을 평가하여 환경 변화를 추적하고 자연재해 예방.
3. 도시 계획 및 개발: 도시 지역의 토지 사용 및 변화를 추적하여 효과적인 도시 계획에 활용.

② 초분광 (Hyper-Spectral) 영상의 활용

1. 광물 탐사 및 광물 지질학: 지하 자원 탐사, 광물 성분 분석 등에 활용하여 광물 자원을 효율적으로 발견.
2. 환경 감지 및 오염 평가: 물체의 특정 파장 특성을 활용하여 환경 오염 및 변화를 감지하고 모니터링.
3. 생물 다양성 및 생태학 연구: 생물의 스펙트럼 특성을 분석하여 생태계 내의 다양성을 연구하고 보존에 활용.