차세대 초분광 영상 기술의 개발과 적용
지구 상에 존재하는 모든 물질들은 저마다 특정 파장의 빛을 흡수하는 성질을 갖고 있다. 암석, 흙, 식물, 바닷물 등 모든 물질이 마찬가지다. 심지어 외관상 비슷해 보이는 흙이라도 그 흙을 구성하는 성분들에 따라 흡수 특성은 제각각 다르다. 이러한 빛의 특성은 마치 우리 인체의 손가락 지문과 같아서 이를 분광 지문(Spectral Fingerprint)이라고 부른다. 즉 어떤 물질의 분광 지문을 알 수 있다면 그 물질이 어떤 물질인지 알 수 있다는 말인데 초분광(Hyper-Spectral)영상 카메라로 찍은 미지 물질의 영상 자료로 해당 물질의 빛의 흡수대역을 찾아서 일치하는 이미지를 확인하면 내가 찾은 물질이 무엇인지 파악이 가능하다는 것이다. 이러한 기술이 바로 초분광 영상 기술이 주는 매력 이다. 좀 더 풀어 말하면 초분광 영상 기술은 공간 정보에 분광 기술을 더하여 전자기파의 스펙 트럼 밴드에 따른 2차원적 영상 정보를 초분광 큐브 형태로 구성하여 대상체의 상태, 구성, 특징, 변이 등의 정보를 제공해 주는 기술이라 정의할 수 있다. 빛은 전기장과 자기장 이 진동하면서 만들어내는 일종의 전자기파이다. 전자기파는 파장이 아주 짧은 감마선(10-11~10-14 m)에서 부터 파장이 긴 라디오파(1mm~100km)에 이르기까지 매우 넓은 스펙트럼 대역을 갖고 있다. 그러나 우리 눈은 이중 가시광선(400~700nm) 영역 밖에 보지 못한다[그림 1]. 가시광선 영역 밖에는 엑스선(0.01~10nm), 적외선(0.75~1,000㎛), 자외선(100~400nm) 등 또 다른 전자기파 파장대역이 존재하지만 우리 눈은 이 파장대역의 빛은 직접 볼 수가 없다. 그러나 초분광 카메라 로 찍은 영상은 이 보이지 않는 빛의 영역까지 모두 찍어서 보여주는 것이 가능하다. 물론 현재 기술 수준으로 이러한 전자기파의 파장 대역을 모두 찍을 수 있는 것은 아니며 지금은 가시 광선 영역 을 중심으로 보통 근적외선 영역(0.75~3㎛)의 파장 대역을 찍는데 사용 용도에 따라 단파장 (1.4~3㎛), 중파장(3~8㎛), 장파장 적외선 영역(8~15㎛)으로 나누어 찍는다. 초분광 영상이란 말 그대로 빛의 스펙트럼 영역을 아주 잘게 나누어 대상 물체를 영상으로 시각화 한 것이다. 보통 우리가 보는 세상은 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)을 기본 3원색으로 하는 가시광선 영역이어서 디지털 카메라는 RGB 픽셀을 이용해 사진을 찍고 TV는 RGB 픽셀을 섞어 색을 영상화 한다. 그러나 초분 광 카메라는 가시광선 영역의 빛과 근적외선 영역의 빛을 파장에 따라 100개~ 600개 정도로 잘게 나누어 2차원 형태의 사진이 아닌 하이퍼 큐브라 불리는 흡사 사진첩과 같은 3차원 영상 자료를 제공한다. 본 보고에서는 이러한 초분광 영상 기술의 미래 기술개발과 적용분야를 예측해 보는데 있어 초분광 영상 이미지 시스템을 구성하는 핵심 요소기술과 기술적 분류 및 데이터 분석 기술을 알아 보고 초분광 영상기술의 적용 분야에 대해 간략하게 소개해 보고자 한다.