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KR102654875B1 - 자외선 차단 물질을 검출하는 장치 및 이를 포함하는 모바일 디바이스 - Google Patents

자외선 차단 물질을 검출하는 장치 및 이를 포함하는 모바일 디바이스 Download PDF

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KR102654875B1
KR102654875B1 KR1020210186594A KR20210186594A KR102654875B1 KR 102654875 B1 KR102654875 B1 KR 102654875B1 KR 1020210186594 A KR1020210186594 A KR 1020210186594A KR 20210186594 A KR20210186594 A KR 20210186594A KR 102654875 B1 KR102654875 B1 KR 102654875B1
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Abstract

자외선 차단 물질을 검출하는 장치는 대상체로부터 검출광을 획득하는 광 수신부, 상기 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성하는 스펙트럼 신호 생성부 및 290 nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택하고, 상기 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 상기 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하는 프로세서를 포함한다.

Description

자외선 차단 물질을 검출하는 장치 및 이를 포함하는 모바일 디바이스 {Apparatus for detecting UV blocking material and mobile device including same}
본 개시는 자외선 차단 물질을 검출하는 장치 및 이를 포함하는 모바일 디바이스에 관한 것이다.
자외선(UltraViolet rays: UV)은 290 nm 내지 400nm 대역의 빛을 의미하며, 290nm 내지 320nm의 UVB(UltraViolet B) 및 320nm 내지 400nm의 UVA(UltraViolet A)를 포함한다.
이러한 자외선의 피부 침투로 인한 화상, DNA(DeoxyriboNucleic Acid) 변형 등을 방지하기 위하여 자외선 차단 물질이 사용된다. 자외선 차단 물질에 사용되는 화학물질들은 자외선을 반사, 산란 시키거나, 자외선을 흡수하여 자외선이 피부에 침투되는 것을 방지한다. 예를 들어, 자외선 차단 물질은 징크옥사이드(ZnO), 이산화 타이타늄(TiO2)과 같은 무기화학물질과 벤존(benzone)과 같은 유기화학물질을 포함한다.
자외선 차단 물질이 피부에 균일하게 도포되었는지 여부를 판단하기 위해서는 자외선 차단 물질의 반사 스펙트럼을 분석하는 방법이 사용된다. 자외선 차단 물질의 반사 스펙트럼을 분석하는 방법으로써 UV 광원을 피부에 조사하는 방법은 UV 광원을 인체에 직접 조사해야 하므로 부적절하다. 또한, 자외선 차단 물질의 반사 스펙트럼을 분석하는 방법으로써, UV에 색반응하는 물질을 추가하는 방법은 비실용적이다.
해결하고자 하는 과제는 자외선 차단 물질을 검출하는 장치 및 이를 포함하는 모바일 디바이스를 제공하는 데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며 이하의 실시예들로부터 또 따른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따르면, 자외선 차단 물질을 검출하는 장치는 대상체로부터 검출광을 획득하는 광 수신부, 상기 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성하는 스펙트럼 신호 생성부 및 290 nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택하고, 상기 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 상기 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하는 프로세서를 포함한다.
또한, 상기 스펙트럼 신호 생성부는 상기 검출광을 파장별로 필터링하는 분광 필터를 더 포함한다.
또한, 상기 분광 필터는 100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시킨다.
또한, 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장은 상기 기준 파장, 중심 파장 및 반치전폭에 기초하여 결정되고, 상기 분광 필터는 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장의 광을 통과시킨다.
또한, 상기 프로세서는 400nm을 상기 기준 파장으로 선택한다.
또한, 상기 프로세서는 상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출한다.
또한, 상기 프로세서는 상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 상기 대상체에 상기 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단한다.
또한, 상기 프로세서는 상기 제2 스펙트럼 신호를 이용하여 RGB 이미지를 생성한다.
또한, 자외선 차단 물질을 검출하는 장치는 상기 대상체를 향해 상기 검출광을 조사하는 광원을 더 포함한다.
또한, 자외선 차단 물질을 검출하는 장치는 초분광 이미지를 출력하는 출력부를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 스펙트럼 신호 및 상기 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하기 위한 상기 초분광 이미지를 생성하고, 상기 출력부를 제어하여 상기 초분광 이미지를 출력한다.
다른 측면에 따르면, 모바일 디바이스는 본체 케이스, 상기 본체 케이스에 수용되는 초분광 이미지 센서 및 상기 초분광 이미지 센서를 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 초분광 이미지 센서는 대상체로부터 검출광을 획득하는 광 수신부, 상기 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성하는 스펙트럼 신호 생성부를 포함하고, 상기 프로세서는 290 nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택하고, 상기 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 상기 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출하는 프로세서를 포함한다.
또한, 상기 스펙트럼 신호 생성부는 상기 검출광을 파장별로 필터링하는 분광 필터를 더 포함한다.
또한, 상기 분광 필터는 100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시킨다.
또한, 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장은 상기 기준 파장, 중심 파장 및 반치전폭에 기초하여 결정되고, 상기 분광 필터는 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장의 광을 통과시킨다.
또한, 상기 프로세서는 400nm을 상기 기준 파장으로 선택한다.
또한, 상기 프로세서는 상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출한다.
또한, 상기 프로세서는 상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 상기 대상체에 상기 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단한다.
또한, 상기 프로세서는 상기 제2 스펙트럼 신호를 이용하여 RGB 이미지를 생성한다.
또한, 모바일 디바이스는 상기 대상체를 향해 상기 검출광을 조사하는 광원을 더 포함한다.
또한, 모바일 디바이스는 초분광 이미지를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 스펙트럼 신호 및 상기 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하기 위한 상기 초분광 이미지를 생성하고, 상기 디스플레이부를 제어하여 상기 초분광 이미지를 출력한다.
도 1은 일 실시예에 따른 자외선 차단 물질을 검출하는 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스펙트럼 신호 생성기의 개념도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 스펙트럼 신호 생성기의 개념도이다.
도 4는 자외선 차단 물질이 도포된 피부의 RGB 이미지 및 초분광 이미지를 나타내는 도면이다.
도 5는 유기화학물질 및 무기화학물질의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6은 자외선 차단 제품들의 반사스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은 자외선 차단 물질의 파장별 초분광 이미지를 나타내는 도면이다.
도 8은 자외선 차단 물질들의 파장별 스펙트럼 신호를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 자외선 차단 물질의 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10 내지 도 11은 일 실시예에 따른 자외선 차단 물질을 검출하는 모바일 디바이스를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 자외선 차단 물질을 검출하는 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 자외선 차단 물질을 검출하는 장치(10)는 광 수신부(100), 스펙트럼 신호 생성부(200), 출력부(300) 및 프로세서(500)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 장치(10)는 광원(400)을 더 포함할 수 있다.
광 수신부(100)는 대상체로부터 검출광을 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)이 방출한 광이 대상체에 의해 반사되고, 반사된 광이 광 수신부(100)에 수신될 때, 광 수신부(100)가 수신한 광을 의미할 수 있다. 다른 실시예에서, 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)이 방출한 광이 대상체에 의해 산란되고, 산란된 광이 광 수신부(100)에 수신될 때, 광 수신부(100)가 수신한 광을 의미할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)이 방출한 광을 대상체가 흡수하고, 광의 흡수로 인하여 대상체에서 방출되는 형광(fluorescence)을 의미할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 검출광은 라만 분광을 의미할 수도 있다. 다만, 본 개시의 검출광은 이에 제한되지 않고, 광 조사의 결과로써 광 수신부(100)가 검출한 광 모두를 의미할 수 있다.
스펙트럼 신호 생성부(200)는 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성할 수 있다. 스펙트럼 신호 생성부(200)는 검출광을 파장별로 분광하고, 분광된 검출광 각각에 대한 스펙트럼 신호를 생성할 수 있다.
프로세서(500)는 스펙트럼 신호 생성부(200)로부터 스펙트럼 신호를 수신할 수 있다. 프로세서(500)는 스펙트럼 신호에 기초하여 대상체의 초분광 이미지를 생성할 수 있다. 초분광 이미지는 대상체의 스펙트럼 분포의 조합을 의미할 수 있다.
출력부(300)는 초분광 이미지를 출력하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 프로세서(500)는 출력부(300)를 제어하여 초분광 이미지를 출력할 수 있다.
광원(400)은 대상체에 광을 조사할 수 있다. 광원(400)은 복수의 광원들을 포함하는 광원 어레이를 포함할 수 있다. 광원(400)은 대상체의 일부 또는 전부 영역에 광을 조사할 수 있다. 광원(400)이 대상체의 일부 영역에 광을 조사하는 경우, 광원(400)은 대상체의 검사 영역을 변경하면서 광을 조사할 수 있다.
광원(400)은 적외선, 가시광선 및 자외선의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 이를 위하여, 광원(400)은 LED(Light Emitting diode)를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 스펙트럼 신호 생성기의 개념도이고, 도 3은 다른 실시예에 따른 스펙트럼 신호 생성기의 개념도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 스펙트럼 신호 생성부(200)는 렌즈(220), 분광 필터(230), 스펙트럼 신호 변환기(250)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 스펙트럼 신호 생성부(200)는 슬릿 요소(210) 및 집광 렌즈(240)를 더 포함할 수 있다.
슬릿 요소(210)는 검출광에서 검사에 필요한 부분을 추출하기 위해 사용될 수 있다. 검출광은 슬릿 요소(210)에 의해 발산할 수 있다.
렌즈(220)는 슬릿 요소(210)를 통과한 검출광을 수신할 수 있다. 렌즈(220)는 검출광이 평행광 또는 수렴광이 되도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(220)는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)일 수 있다. 콜리메이팅 렌즈는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
분광 필터(230)는 렌즈(220)로부터 제공되는 검출광을 분광시킬 수 있다. 분광 필터(230)는 도 2와 같이 기구적으로 형성될 수 있고, 도 3과 같이 전기적으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 2에서 분광 필터(230)는 프리즘일 수 있다.
분광 필터(230)는 서로 다른 파장 대역의 광들을 각각 통과 시킬 수 있다. 예를 들어, 분광 필터(230)는 100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 분광 필터(230)가 100nm 내지 840nm 파장의 광을 통과시키는 것은 100nm 내지 400nm의 파장을 이용하여 자외선 차단 물질의 검출을 위한 초분광 이미지를 생성함과 동시에 400nm 내지 840nm 파장을 이용하여 가시(visible) 이미지를 생성하기 위함이다.
분광 필터(230)는 렌즈(220)로부터 제공되는 검출광이 공간적으로 서로 상이한 파장들을 갖도록 필터링할 수 있다. 다시 말해, 분광 필터(230)의 서로 다른 영역들을 통과한 검출광의 부분들을 서로 다른 파장들을 가질 수 있다.
분광 필터(230)에 의해 분광된 검출광은 집광 렌즈(240)를 지나 스펙트럼 신호 변환기(250)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 집광 렌즈(240)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
스펙트럼 신호 변환기(250)는 검출광에 대한 스펙트럼 신호를 생성할 수 있다. 스펙트럼 신호 변환기(250)는 스펙트럼 신호를 프로세서(500)에 제공할 수 있다.
프로세서(500)는 스펙트럼 신호에 기초하여 대상체의 초분광 이미지를 생성할 수 있다. 대상체의 초분광 이미지는 대상체의 위치별 스펙트럼 분포 정보를 병합하여 생성될 수 있다. 다시 말해, 대상체의 초분광 이미지는 대상체의 위치별 스펙트럼 분포의 집합일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(500)는 각각의 서브 초분광 이미지에서 오프셋(offset)을 제거하고, 오프셋이 제거된 서브 초분광 이미지들을 합산(summation)함으로써, 대상체에 대한 초분광 이미지를 생성할 수 있다. 다만, 본 개시의 초분광 이미지의 생성 방법은 이에 제한되지 않고, 공지된 초분광 이미지 생성 방법이 사용될 수도 있다.
도 4는 자외선 차단 물질이 도포된 피부의 RGB 이미지 및 초분광 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4에는 자외선 차단 물질이 도포된 피부의 RGB 이미지(410, 430) 및 초분광 이미지(420, 440)가 도시되어 있다.
도 4에서와 같이, 자외선 차단 물질의 단위 면적당 농도가 기준 농도 보다 큰 경우에는, RGB 이미지(410)로도 자외선 차단 물질의 존재 여부를 용이하게 검출할 수 있으나, 자외선 차단 물질의 단위 면적당 농도가 기준 농도 보다 작은 경우에는, RGB 이미지(430)로는 자외선 차단 물질의 존재 여부를 용이하게 검출할 수 없다. 이에 반해, 초분광 이미지(440)를 이용하면 자외선 차단 물질의 단위 면적당 농도에 상관없이, 자외선 차단 물질의 도포 영역(441)을 용이하게 검출할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 장치(10)는 초분광 스펙트럼 정보를 이용하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
도 5는 유기화학물질 및 무기화학물질의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 자외선 차단 물질은 유기화학물질 및 무기화학물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 유기화학물질 및 무기화학물질은 외부 광원 및/또는 광원(400)에 포함된 자외선을 흡수함으로써, 자외선이 피부에 침투되는 것을 방지할 수 있다. 도 5에는 자외선 차단 물질에 사용되는 유기화학물질들의 흡수 스펙트럼 그래프(510) 및 무기화학물질들의 흡수 스펙트럼 그래프(520)가 도시되어 있다. 도 5에서 x축은 파장을 의미하고, y축은 흡광도(absorbance)를 의미한다.
도 5에 도시된 흡수 스펙트럼 그래프(510)는 옥시벤존(Oxybenzone)의 흡수 스펙트럼(511), 옥토크릴렌(Octocrylene)의 흡수 스펙트럼(512), 옥티노세이트(octinoxate)의 흡수 스펙트럼(513), 카페산(Caffeic acid)의 흡수 스펙트럼(514) 및 아보벤존(Avobenzone)의 흡수 스펙트럼(515)이다. 또한, 도 5에 도시된 흡수 스펙트럼 그래프(520)는 이산화 타이타늄(TiO2)의 흡수 스펙트럼(521), 산화 아연(ZnO)의 흡수 스펙트럼(525), 산화 아연(ZnO) 대비 이산화 타이타늄(ZnO-TiO2)의 비율이 1:9인 화합물의 흡수 스펙트럼(522), 산화 아연(ZnO) 대비 이산화 타이타늄(ZnO-TiO2)의 비율이 1:6인 화합물의 흡수 스펙트럼(523) 및 산화 아연(ZnO) 대비 이산화 타이타늄(ZnO-TiO2)의 비율이 1:3인 화합물의 흡수 스펙트럼(524)이다.
도 5에서와 같이, 자외선 차단 물질로 사용되는 유기화학물질 및 무기화학물질들 모두는 400nm 이하의 광을 흡수한다. 또한, 자외선 차단 물질의 흡수 스펙트럼은 400nm 파장 근방에서 급격하게 변화한다. 이에 따라, 본 개시의 장치(10)는 400nm 파장에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
도 6은 자외선 차단 제품들의 반사스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 자외선 차단 제품은 유기화학물질 및 무기화학물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자외선 차단 제품은 고체 또는 액체 형태의 선크림(suncream)일 수 있다.
외부 광원 및/또는 광원(400)으로부터 조사된 광의 일부 파장은 유기화학물질 및 무기화학물질에 의해 흡수, 산란 및 반사되고, 흡수, 산란 및 반사의 결과로써, 반사 스펙트럼이 생성될 수 있다.
한편, 반사 스펙트럼 신호의 세기는 외부 광원(예를 들어, 자연광)의 세기의 영향을 받을 수 있다. 본 개시의 장치(10)는 이러한 외부 광원의 세기에 의한 검출 결과의 오류를 제거하기 위하여, 기준 플레이트의 반사 스펙트럼 정보를 이용하여 반사 스펙트럼 신호들 각각을 정규화(normalization)할 수 있다.
일 실시예에서 기준 플레이트는 자외선 차단 물질이 도포되지 않은 평면 형상의 물체를 의미할 수 있다. 실시예에 따라, 기준 플레이트는 도 6의 자외선 차단 제품들 중 어느 하나가 도포된 평면 형상의 물체를 의미할 수도 있다. 기준 플레이트는 자외선 차단 제품들과 동일한 환경에 배치될 수 있다. 장치(10)는 기준 플레이트와 자외선 차단 물질을 동시에 촬영할 수 있다.
기준 플레이트의 반사 스펙트럼을 통하여, 외부 광원 및/또는 광원(400)의 스펙트럼 정보가 획득될 수 있다. 기준 플레이트는 자외선 차단 제품들과 동일한 환경에 배치되므로, 장치(10)는 기준 플레이트의 반사 스펙트럼 정보를 통하여 외부 광원 및/도는 광원(400)의 영향을 분석할 수 있다. 다시 말해, 장치(10)는 외부 광원 및/또는 광원(400)의 스펙트럼 정보를 이용하여 자외선 차단 제품들 각각의 반사 스펙트럼 신호를 정규화할 수 있다.
자외선 차단 제품들 각각의 반사 스펙트럼 신호는 기준 플레이트의 반사 스펙트럼 신호에 의해 정규화 될 수 있다. 일 실시예에서, 자외선 차단 제품들 각각의 반사 스펙트럼 신호를 기준 플레이트의 반사 스펙트럼 신호로 나눔으로써, 정규화된 반사 스펙트럼 신호가 획득될 수 있다. 다만, 본 개시의 정규화 방법은 이에 제한되지 않으며, 외부 광원에 의한 검출 결과의 오류를 제거하기위한 다양한 정규화 방법이 사용될 수 있다.
도 6에는 자외선 차단 제품들의 정규화된 반사 스펙트럼들(611 내지 615)이 도시되어 있다. 도 6에서 x축은 파장을 의미하고, y축은 기준 플레이트의 반사 스펙트럼 신호 대비 자외선 차단 제품의 반사 스펙트럼 신호의 비율을 의미한다. 이때, 비율은 신호의 세기 비율을 의미할 수 있다.
도 6에서와 같이, 자외선 차단 제품들의 반사 스펙트럼은 약 400nm에서 최소 값을 갖는다. 또한, 자외선 차단 제품들의 반사 스펙트럼은 약 400nm 파장 근방에서 급격하게 변화한다. 이에 따라, 본 개시의 장치(10)는 400nm 파장에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
도 7은 자외선 차단 물질의 파장별 초분광 이미지를 나타내는 도면이고, 도 8은 자외선 차단 물질들의 파장별 스펙트럼 신호를 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 도 7에서, 자외선 차단 물질들(811 내지 814))은 지지대(711)에 도포될 수 있다. 또한, 기준 플레이트(713)는 지지대(711)와 인접하게 배치될 수 있다. 일 실시예에서 기준 플레이트는 자외선 차단 물질이 도포되지 않은 평면 형상의 물체를 의미할 수 있다. 기준 플레이트의 색상은 자외선 차단 물질들(811 내지 814)의 색상과 동일 또는 유사할 수 있다.
장치(10)는 자외선 차단 물질들(811 내지 814)과 기준 플레이트(713)를 동시에 촬영할 수 있다. 장치(10)는 자외선 차단 물질들(811 내지 814)과 기준 플레이트(713)의 파장별 초분광 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 장치(10)는 자외선 차단 물질들(811 내지 814) 및 기준 플레이트(713)로부터 검출광을 획득하고, 검출광으로부터 380nm, 400nm, 430nm, 460nm, 495nm, 520nm, 540nm, 575nm, 630nm, 670nm, 690nm, 715nm, 735nm, 775nm 및 835nm 각각에 대한 초분광 이미지를 생성할 수 있다.
도 8에는 자외선 차단 물질들(811 내지 814)의 파장별 스펙트럼이 도시되어 있다. 또한, 자외선 차단 물질들(811 내지 814)의 파장별 스펙트럼 신호는 기준 플레이트(713)의 반사 스펙트럼 정보(815)에 따라 정규화되어 도시되어 있다. 도 8에서 x축은 파장을 의미하고, y축은 기준 플레이트(713)의 반사 스펙트럼 신호 대비 자외선 차단 물질들(811 내지 814)의 반사 스펙트럼 신호의 비율을 의미한다.
도 8에서와 같이, 자외선 차단 물질들(811 내지 814)의 반사 스펙트럼은 400nm 파장 근방에서 급격하게 변화한다. 다시 말해, 자외선 차단 물질들(811 내지 814)의 반사 스펙트럼은 400nm 근방에서 기울기가 가장 크다. 이에 따라, 본 개시의 장치(10)는 400nm 파장 근방에서, 반사 스펙트럼의 변화율에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
장치(10)는 기준 파장 보다 작은 제1 파장(r1)의 제1 스펙트럼 신호(816) 및 기준 파장 보다 큰 제2 파장(r2)의 제2 스펙트럼 신호(817)에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 파장은 400nm로 설정될 수 있다. 기준 파장을 400nm 보다 큰 파장으로 설정하지 않는 것은 400nm 보다 큰 파장은 가시광선 파장으로써, 자외선 차단 물질과 다른 물질 사이의 구별이 용이하지 않기 때문이다.
장치(10)는 제1 스펙트럼 신호(816) 대비 제2 스펙트럼 신호(817)의 변화율에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다. 제1 스펙트럼 신호(816) 대비 제2 스펙트럼 신호(817)의 변화율은 단위 파장당 스펙트럼 신호의 변화율을 의미할 수 있다. 이때, 단위 파장은 제2 파장(r2)과 제1 파장(r1)의 차이를 의미할 수 있다. 다시 말해, 장치(10)는 제1 스펙트럼 신호(816)와 제2 스펙트럼 신호(817) 사이의 기울기에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
장치(10)는 제1 스펙트럼 신호 대비 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 대상체에 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단할 수 있다. 예를 들어, 반사 스펙트럼이 정규화된 경우, 기준 변화율은 0.002(1/nm)로 설정될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 실시예에 따라, 장치(10)는 스펙트럼 신호의 세기에 따라 자외선 차단 물질의 농도를 판단할 수도 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 자외선 차단 물질의 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9를 참조하면, S910 단계에서, 광 수신부(100)는 대상체로부터 검출광을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)이 방출한 광이 대상체에 의해 반사되고, 반사된 광이 광 수신부(100)에 수신될 때, 광 수신부(100)가 수신한 광을 의미할 수 있다. 다른 실시예에서, 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)이 방출한 광이 대상체에 의해 산란되고, 산란된 광이 광 수신부(100)에 수신될 때, 광 수신부(100)가 수신한 광을 의미할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)이 방출한 광을 대상체가 흡수하고, 광의 흡수로 인하여 대상체에서 방출되는 형광(fluorescence)을 의미할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 검출광은 라만 분광을 의미할 수도 있다. 다만, 본 개시의 검출광은 이에 제한되지 않고, 광 조사의 결과로써 광 수신부(100)가 검출한 광 모두를 의미할 수 있다.
S920 단계에서, 스펙트럼 신호 생성부(200)는 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성할 수 있다.
스펙트럼 신호 생성부(200)는 검출광을 파장별로 분광하고, 분광된 검출광 각각에 대한 스펙트럼 신호를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 스펙트럼 신호 생성부(200)는 분광 필터(230)를 포함할 수 있다. 분광 필터(230)는 서로 다른 파장 대역의 광들을 각각 통과 시킬 수 있다. 예를 들어, 분광 필터(230)는 100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 분광 필터(230)가 100nm 내지 840nm 파장의 광을 통과시키는 것은 100nm 내지 400nm의 파장을 이용하여 자외선 차단 물질의 검출을 위한 초분광 이미지를 생성함과 동시에 400nm 내지 840nm 파장을 이용하여 가시(visible) 이미지를 생성하기 위함이다.
S930 단계에서, 프로세서(500)는 290nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택할 수 있다.
자외선 차단 물질의 반사 스펙트럼은 자외선 파장의 경계에서 급격하게 변하므로, 프로세서(500)는 290nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 파장은 400nm로 설정될 수 있다. 기준 파장을 400nm 보다 큰 파장으로 설정하지 않는 것은 400nm 보다 큰 파장은 가시광선 파장으로써, 자외선 차단 물질과 다른 물질 사이의 구별이 용이하지 않기 때문이다.
S940 단계에서, 프로세서(500)는 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
제1 파장 및 제2 파장은 기준 파장, 중심 파장 및 반치전폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)에 의해 결정될 수 있다. 제1 중심 파장 및 제1 반치전폭/2의 차이가 기준 파장 보다 작은 파장이 제1 파장으로 선택될 수 있다. 또한, 제2 중심 파장 및 제2 반치전폭/2의 합이 기준 파장 보다 큰 파장이 제2 파장으로 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 반치전폭은 제2 반치전폭과 동일할 수 있다. 제1 파장 및 제2 파장을 반치전폭이 아닌 반치전폭/2를 고려하여 설정함에 따라, 보다 정확하게 제1 스펙트럼 신호 및 제2 스펙트럼 신호를 추출할 수 있다. 한편, 제2 스펙트럼 신호는 가시 이미지 생성에 사용될 수 있다. 프로세서(500)는 제2 스펙트럼 신호를 이용하여 RGB 이미지를 생성할 수 있다.
프로세서(500)는 제1 스펙트럼 신호 대비 제2 스펙트럼 신호의 변화율에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다. 다시 말해, 프로세서(500)는 제1 스펙트럼 신호와 제2 스펙트럼 신호 사이의 기울기에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
프로세서(500)는 제1 스펙트럼 신호 대비 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 대상체에 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(500)는 스펙트럼 신호의 세기에 따라 자외선 차단 물질의 농도를 판단할 수도 있다.
도 10 내지 도 11은 일 실시예에 따른 자외선 차단 물질을 검출하는 모바일 디바이스를 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 11에 도시된 모바일 디바이스(1000)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 10 내지 도 11에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 모바일 디바이스(1000)에 더 포함될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
도 10 내지 도 11을 참조하면, 모바일 디바이스(1000)는 스마트폰일 수 있다. 모바일 디바이스(1000)는 전면 및 후면을 갖는 본체 케이스(1011)를 포함하며, 모바일 디바이스(1000)의 전면에는 디스플레이부(1012)가 제공될 수 있다.
자외선 차단 물질을 검출하는 장치(10)는 모바일 디바이스(1000)에 구현될 수 있으며, 광 수신부(100)는 도 10과 같이, 모바일 디바이스(1000)의 전면에 구현되거나 도 11과 같이, 모바일 디바이스(1000)의 후면에 구현될 수 있다. 장치(10)가 모바일 디바이스(1000)의 후면에 배치되는 경우, 기존 카메라 시스템을 이용 또는 변형시켜 장치(10)를 구현할 수 있다.
장치(10)가 광원(400)을 포함하는 경우, LED 어레이가 모바일 디바이스(1000)의 전면 또는 후면에 배치될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 모바일 디바이스(1000)는 대상체로부터 검출광을 획득할 수 있다. 검출광은 외부 광원 및/또는 광원(400)의 조사 결과로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 대상체는 사람의 얼굴일 수 있다.
모바일 디바이스(1000)는 대상체에서 관심 영역(Region Of Interest: ROI)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 관심 영역은 사람의 얼굴 중 일부 영역(1211, 1212)일 수 있다.
모바일 디바이스(1000)는 검출광에 대한 파장별 스펙트럼 신호를 생성할 수 있다. 이를 위하여 모바일 디바이스(1000)는 분광 필터(230)를 포함할 수 있다. 분광 필터(230)는 서로 다른 파장 대역의 광들을 각각 통과 시킬 수 있다. 예를 들어, 분광 필터(230)는 100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 분광 필터(230)가 100nm 내지 840nm 파장의 광을 통과시키는 것은 100nm 내지 400nm의 파장을 이용하여 자외선 차단 물질의 검출을 위한 초분광 이미지를 생성함과 동시에 400nm 내지 840nm 파장을 이용하여 가시(visible) 이미지를 생성하기 위함이다.
모바일 디바이스(1000)는 290nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택할 수 있다. 기준 파장은 400nm로 설정될 수 있다.
모바일 디바이스(1000)는 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
제1 파장 및 제2 파장은 기준 파장, 중심 파장 및 반치전폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)에 의해 결정될 수 있다. 제1 중심 파장 및 제1 반치전폭/2의 차이가 기준 파장 보다 작은 파장이 제1 파장으로 선택될 수 있다. 또한, 제2 중심 파장 및 제2 반치전폭/2의 합이 기준 파장 보다 큰 파장이 제2 파장으로 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 반치전폭은 제2 반치전폭과 동일할 수 있다. 제1 파장 및 제2 파장을 반치전폭이 아닌 반치전폭/2를 고려하여 설정함에 따라, 보다 정확하게 제1 스펙트럼 신호 및 제2 스펙트럼 신호를 추출할 수 있다. 한편, 제2 스펙트럼 신호는 가시 이미지 생성에 사용될 수 있다. 모바일 디바이스(1000)는 제2 스펙트럼 신호를 이용하여 RGB 이미지를 생성할 수 있다.
모바일 디바이스(1000)는 제1 스펙트럼 신호 대비 제2 스펙트럼 신호의 변화율에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다. 다시 말해, 모바일 디바이스(1000)는 제1 스펙트럼 신호와 제2 스펙트럼 신호 사이의 기울기에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
모바일 디바이스(1000)는 제1 스펙트럼 신호 대비 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 대상체에 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단할 수 있다. 실시예에 따라, 모바일 디바이스(1000)는 스펙트럼 신호의 세기에 따라 자외선 차단 물질의 농도를 판단할 수도 있다.
모바일 디바이스(1000)는 자외선 차단 물질의 존재 여부 및 농도 정보를 디스플레이부(1012)를 통해 출력할 수 있다. 사용자는 자외선 차단 물질의 존재 여부 및 농도 정보에 기초하여 자외선 차단 물질을 균일하게 도포할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 모바일 디바이스의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12를 참조하면, S1310 단계에서, 모바일 디바이스(1000)는 초분광 이미지에서 관심 영역을 설정할 수 있다. 예를 들어, 관심 영역은 사람의 얼굴 중 일부 영역일 수 있다.
S1320 단계에서, 모바일 디바이스(1000)는 관심 영역에서 채널간 스펙트럼 신호 차이를 계산할 수 있다. 이때, 채널은 파장별 스펙트럼 신호를 의미할 수 있다. 모바일 디바이스(1000)는 채널간 스펙트럼 신호의 차이에 기초하여 자외선 차단 물질의 존재 여부 및 농도를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 모바일 디바이스(1000)는 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출할 수 있다.
모바일 디바이스(1000)는 제1 스펙트럼 신호 대비 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 대상체에 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단할 수 있다.
S1330 단계에서, 모바일 디바이스(1000)는 자외선 차단 물질의 존재 여부 및 농도 정보를 디스플레이부(1012)를 통해 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 모바일 디바이스(1000)는 자외선 차단 물질의 존재 여부 및 농도 정보를 RGB 이미지에 표시할 수 있다. 다른 실시예에서, 모바일 디바이스(1000)는 대상체에 대한 초분광 이미지를 출력함으로써, 자외선 차단 물질의 존재 여부 및 농도 정보를 표시할 수도 있다.
한편, 상술한 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 실시예들에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 실시예가 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 실시예에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 장치
100: 광수신부
200: 스펙트럼 신호 생성부
300: 출력부
400: 광원
500: 프로세서

Claims (20)

  1. 자외선 차단 물질을 검출하는 장치에 있어서,
    대상체로부터 검출광을 획득하는 광 수신부;
    상기 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성하는 스펙트럼 신호 생성부; 및
    290 nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택하고, 상기 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 상기 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 제1 파장 및 상기 제2 파장은 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 각각의 중심 파장 및 반치전폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)/2 사이의 합 또는 차이와 상기 기준 파장의 비교 결과에 의해 결정되되, 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 각각의 반치전폭/2는 서로 동일한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼 신호 생성부는
    상기 검출광을 파장별로 필터링하는 분광 필터;를 더 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분광 필터는
    100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시키는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분광 필터는
    상기 제1 파장 및 상기 제2 파장의 광을 통과시키는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    400nm을 상기 기준 파장으로 선택하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 상기 대상체에 상기 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제2 스펙트럼 신호를 이용하여 RGB 이미지를 생성하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대상체를 향해 상기 검출광을 조사하는 광원;을 더 포함하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    초분광 이미지를 출력하는 출력부;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스펙트럼 신호 및 상기 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하기 위한 상기 초분광 이미지를 생성하고, 상기 출력부를 제어하여 상기 초분광 이미지를 출력하는 장치.
  11. 모바일 디바이스에 있어서,
    본체 케이스;
    상기 본체 케이스에 수용되는 초분광 이미지 센서; 및
    상기 초분광 이미지 센서를 제어하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 초분광 이미지 센서는
    대상체로부터 검출광을 획득하는 광 수신부;
    상기 검출광에 대한 스펙트럼 신호들을 생성하는 스펙트럼 신호 생성부;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    290 nm 내지 400nm 범위에서 기준 파장을 선택하고, 상기 기준 파장 보다 작은 제1 파장의 제1 스펙트럼 신호 및 상기 기준 파장 보다 큰 제2 파장의 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 자외선 차단 물질을 검출하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 제1 파장 및 상기 제2 파장은 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 각각의 중심 파장 및 반치전폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)/2 사이의 합 또는 차이와 상기 기준 파장의 비교 결과에 의해 결정되되, 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장 각각의 반치전폭/2는 서로 동일한 모바일 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스펙트럼 신호 생성부는
    상기 검출광을 파장별로 필터링하는 분광 필터;를 더 포함하는 모바일 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분광 필터는
    100nm 내지 840nm 범위에서 선택된 파장의 광을 통과시키는 모바일 디바이스.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 분광 필터는
    상기 제1 파장 및 상기 제2 파장의 광을 통과시키는 모바일 디바이스.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    400nm을 상기 기준 파장으로 선택하는 모바일 디바이스.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하는 모바일 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스펙트럼 신호 대비 상기 제2 스펙트럼 신호의 변화율이 기 설정된 기준 변화율 보다 큰 경우, 상기 대상체에 상기 자외선 차단 물질이 존재한다고 판단하는 모바일 디바이스.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제2 스펙트럼 신호를 이용하여 RGB 이미지를 생성하는 모바일 디바이스.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 대상체를 향해 상기 검출광을 조사하는 광원;을 더 포함하는 모바일 디바이스.
  20. 제11항에 있어서,
    초분광 이미지를 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스펙트럼 신호 및 상기 제2 스펙트럼 신호에 기초하여 상기 자외선 차단 물질을 검출하기 위한 상기 초분광 이미지를 생성하고, 상기 디스플레이부를 제어하여 상기 초분광 이미지를 출력하는 모바일 디바이스.
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