보안 및 구조를 위한 피부 탐지 기술

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-16

컬러 영상 기반의 시스템은 공중 수색 및 구조 작업에서 사람들의 위치를 찾는 데 매우 우수하지만, 실제 인간 피부와 비슷한 색깔을 가진 개체 사이를 식별하는 데는 부족하다. 이를 해결하기 위하여, 미국 공군 기술 연구소(Air Force Institute of Technology, AFIT)의 연구진이 멜라닌이나 헤모글로린, 그리고 물과 같은 인간 피부의 특징을 좀 더 잘 묘사하는 스펙트럼 흡수 특성을 사용하는 새로운 2차원 특징 공간을 개발했다. 스펙트럼 영상 시스템은 기존 카메라보다 픽셀 당 더 많은 정보를 제공하는 디제털 영상을 산출하기 위하여, 전체 전자기 스펙트럼으로부터 나오는 정보를 사용하여 생성된다. 스펙트럼 영상 시스템의 특징 공간은 계수적으로 개체의 특징을 표현하는 벡터(vectors)이다. 이 피부 탐지기의 접근 방법에 관한 상세한 설명은 광학 협회에서 출간하는 Applied Optics에 자세히 게재되었다. 이들 연구에서, AFIT 연구진은 피부 색인을 사용하여, 인간 조직의 구체적인 구성 요소에 특징을 맞추는 특징 공간을 사용한다. 그들은 피부의 물이나 멜라닌의 존재가 근적외선 영역 내 두 개의 다른 파장에서 어떻게 드러나는지를 연구했다. 이러한 변화는 초분광(hyperspectral) 기반의 연구나 구조 시스템보다 전체 비용을 크게 절감한다. “이 연구는 물리학 및 통계적 패턴 인식 간의 갈림길을 표현한다”고 미국 오하이오주 공군 기술 연구소 전기 및 컴퓨터 공학부 조교수인 Michael J. Mendenhall이 말했다. “이 시스템의 특징은 피부의 스펙트럼 형상 뒤에 숨겨진 물리적 이해에 기반하여 설계되었다. 그러나 문제의 패턴 인식 부분을 좀 더 효과적으로 만들기 위하여, 특징을 피부와 비-피부 화소로 분리하는 방법을 사용했다. “거짓 경보원에 관한 스펙트럼 속성을 충분히 탐색한 후에, 우리는 어두운 피부의 멜라닌과 밝은 피부의 산소 헤모글로빈으로 말미암아, 피부가 녹색보다는 빨간색에 더 가깝다는 단순한 관찰에 도달하였다. 많은 거짓 정보는 이와 반대하는 것이었다”고 Mendenhall이 말했다. 현재의 많은 영상 인식 프로그램은 초분광 영상 시스템(hyperspectral imaging systems)을 적용하며, 이는 전자기 스펙트럼의 특정 “지문(fingerprints)”을 탐색함으로써, 연구진이 외계행성이나 유정, 또는 인간 피부와 같은 광범위한 개체를 연구할 수 있도록 한다. 그러나 이에 관련한 영상 획득이나 후-처리는 일반적으로 탐색이나 구조 작업을 하기에는 너무 느리다. 또한, 특정 공중 기지의 요구나 고비용(대략 $700,000)의 수집 및 관리는 현재 초분광 시스템을 탐색이나 구조 작업에서 분리하는 원인이 되고 있다. Mendenhall과 그의 동료는 피부 탐지나 거짓 경보 억제 특징 공간 등을 사용하여, 3차원 프레이밍 카메라를 사용하는 특수 용도의 광학 시스템을 설계했다. 그들의 최초 회로 시스템은 약 12"x12"x6"이다. 연구진의 피부 탐지 장비가 생중계 프레임률이 가능한 저렴한 기술로 구현될 수 있기 때문에, 이것의 총 비용은 약 $100,000 정도이다. Mendenhall과 그의 동료는 피부와 머리카락을 혼합한 픽셀을 특성화하기 위하여, 머리카락의 산란 특성을 조사하는 추후 연구를 계획하고 있다. 그들은 또한 피부의 스펙트럼이나 거울과 같은 빛 반사 문제를 해결하기 위하여, 이 시스템의 비율을 향상시키는 연구를 수행할 것이다. (그림) 미국 공군 기술 연구소의 피부 탐지 연구는 보안 및 수색, 구조 작업을 지원하는 핵심 요소이다. airforce.jpg http://phys.org/news/2015-12-human-skin-technology.html