Affordable camera reveals hidden details invisible to the naked eye 눈으로 볼 수 없는 것을 볼 수 있는 카메라(VIDEO)

"과일 속의 상태 여부 알 수 있어"

Compared to an image taken with a normal camera (left), HyperCam images (right) reveal detailed

vein and skin texture patterns that are unique to each individual. Credit: University of Washington

카메라로 손을 찍은 비교 사진. 카메라 사진은 정맥과 피부의 구조와 패턴을 확연히 알 수가 있다. 

출처 phys.org

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식료품점에서 복숭아, 토마토 또는 아보카도의 속에 있는 부분들이 썩기 시작했는지를 말하는 것은 어려운 일이다.  워싱턴대학교(University of Washington)와 MS 연구소가 개발하고 있는 저렴한 카메라 기술은 미래의 소비자들에게 과일 조각이 완전하게 익었는지 또는 냉장고에서 무엇이 썩고 있는지를 말해줄 수 있을 것이다.  컴퓨터 과학 및 전기공학과 엔지니어로 구성된 연구팀은 하이퍼캠(HyperCam)을 개발하였다. 이것은 저가의 하이퍼스펙트럴(hyperspectral) 카메라로서 보이는 것과 보이지 않는 근적외선을 모두 사용하며 표면의 아래를 보게 되며, 보이지 않는 자세한 것까지 캡처하게 된다. 이러한 종류의 카메라는 일반적으로 산업적인 애플리케이션에서 사용되고 있으며, 수천 달러에서 수십만 달러 정도의 가격에 이르고 있다.  UbiComp 2015 컨퍼런스에서 발표된 논문에서 이 연구팀은 800달러 정도의 가격을 가진 하드웨어 방법을 자세히 설명하였다. 이것이 모바일폰 카메라에 첨가된다면 50달러 정도라고 잠재적으로 예상되었다. 그들은 또한 지능형 소프트웨어를 개발하였는데, 이것은 하이퍼스펙트럴 카메라가 캡처하는 것과 눈을 가지고 볼 수 있는 것의 숨겨진 차이점을 쉽게 발견하게 되었다.  하이퍼캠이 사람의 손에 대한 영상을 캡처하게 되었을 때, 그들은 개인에게 특별한 미세한 정맥과 피부결 패턴을 밝히게 되었다. 그것은 같은 비디오 게임을 하는 두 명의 다른 사람을 구별하기 위해서 제스처 인식 및 생체인식 등과 같은 모든 것들을 파악하는데 도움이 될 것이다.  25명의 사용자들이 참여하여 생체인식 툴로서 하이퍼캠이 유용한지에 대한 사전 조사를 통해서, 이 시스템은 99%의 정확도를 가지고 사용자들의 손 영상을 구별할 수 있었다.  또 다른 테스트에서 연구팀은 또한 일주일 이상의 기간 동안에 딸기, 망고, 아보카도를 포함한 10가지의 다른 과일에 대한 하이퍼스펙트럴 영상을 얻게 되었다. 하이퍼캠 영상은 94%의 정확도를 가지고 과일에 대한 상대적인 숙성도를 예측할 수 있었다. 이것은 기존의 카메라가 62%를 가지고 있는 것과 비교하여 높은 정확도를 가지고 있는 것이다.  “이것이 아직 완성된 것은 아니지만, 이 하드웨어를 통한 방법은 모바일폰에 통합될 수 있다는 것을 상상할 수 있게 해주는 것”이라고 Shwetak Patel이 말했다. 그는 UW의 컴퓨터과학 및 공학과 교수로서 워싱턴연구재단(Washington Research Foundation)의 지원을 받고 있다.  “이러한 종류의 카메라를 가지고 식료품점에 가서 표면의 아래쪽 면을 보고 잘못된 내부가 있는지를 볼 수 있도록 함으로써 좋은 상품을 고르게 할 것이다. 이것은 마치 식품안전앱을 가지고 있는 것과 같은 것”이라고 Patel이 말했다.  하이퍼스펙트럴 영상은 현재 위성 영상, 에너지 모니터링에서부터 기초 시설과 식품 안전 조사에 이르기까지 모든 것에서 사용되고 있다. 그러나 이 기술의 높은 가격은 산업적 또는 상업적인 목적으로만 사용되도록 제한되고 있다. UW와 MS연구팀은 소비자들이 사용할 수 있는 비교적 간단하며, 적당한 하이퍼스펙트럴 카메라를 만들 수 있는지를 찾기 위해서 노력했다.  “기존의 시스템은 사용하기에 고가이며, 어려움이 있었기 때문에 우리는 저가의 하이퍼스펙트럴 카메라를 개발하려고 결정했다. 그리고 우리들이 사용할 수 있는지를 분석했다. 카메라를 개발한 뒤에 우리는 가정과 사무실에서 발견할 수 있는 모든 사물들에 이것을 설정하였고, 이것이 밝혀주는 모든 숨겨진 정보들에서 놀라게 되었다”고 이 프로젝트의 공동연구에 참여하고 있는 MS연구소의 Neel Joshi 연구원이 말했다.  기존의 카메라는 적색, 녹색 및 청색의 가시광선으로 분리되며, 이러한 색상의 서로 다른 조합을 사용하여 영상을 생성하게 된다. 그러나 전자기 스펙트럼에서 다른 파장을 사용하는 카메라는 눈에 보이지 않는 차이점을 드러낼 수 있다. 예를 들어, 근적외선 카메라는 농작물이 신선한지 또는 예술작품이 진품인지를 드러낼 수 있다. 열적외선 카메라는 창틈을 통해서 열이 새어나가는지 또는 전기회로에서 과부하되었는지를 시각화할 수 있다.  “눈으로 장면을 보거나 일반적인 카메라로 장면들을 보게 될 때, 당신은 색상을 보게 되는 것이다. 당신은 ‘이것은 한 벌의 파란색 바지네’라고 말할 수 있다. 그러나 하이퍼스펙트럴 카메라를 가지고 있다면, 어떤 것을 구성하고 있는 실제적인 재료를 볼 수 있게 되는 것이다. 그래서 파란색 데님과 파란색 면직물 사이의 차이점을 볼 수 있을 것”이라고 논문의 주저자인 Mayank Goel은 말했다. 그는 UW 컴퓨터과학 및 공학과 박사과정에 있으며, MS연구소에서 연구비를 받고 있다.  하이퍼캠은 전자기 스펙트럼에 대한 가시적이며 근적외선적인 부분을 사용하였기 때문에 17가지의 다른 파장을 가지고 장면을 투사하였으며, 각각에 대한 영상을 만들게 되었다.  하이퍼스펙트럴 영상에서 한 가지 도전은 수직적으로 만들어진 많은 프레임을 정렬하는 것이다. UW 소프트웨어는 영상을 분석하고 눈으로 볼 수 있는 것으로부터 가장 다른 것들 중 하나를 발견하게 되었다.  “이것은 다른 영상들을 모두 찾아내어 일반적인 카메라나 사람이 눈으로 볼 수 있는 것들을 비교하는 것이다. 그리고 어떤 장면이 가장 다르게 보여지는지를 알아내는 것”이라고 Goel이 말했다.  남아있는 한 가지 문제점은 이 기술이 밝은 빛에서 특히 잘 동작하지 않는 것이라고 Goel이 말했다. 다음 연구단계는 이러한 문제를 해결하고 모바일폰과 다른 기기들에 통합될 수 있도록 충분히 작은 카메라를 만드는 것이 될 것이라고 그가 말했다.  출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

[VIDEO]

http://phys.org/news/2015-10-camera-reveals-hidden-invisible-naked.html

In this time-lapse video, HyperCam is able to penetrate the tough skin of an avocado to show how it ripens over a week. The changes are not evident in the images taken by a normal RGB camera. Credit: University of Washington

Peering into a grocery store bin, it's hard to tell if a peach or tomato or avocado is starting to go bad underneath its skin

But an affordable camera technology being developed by the University of Washington and Microsoft Research might enable consumers of the future to tell which piece of fruit is perfectly ripe or what's rotting in the fridge.

The team of computer science and electrical engineers developed HyperCam, a lower-cost hyperspectral camera that uses both visible and invisible near-infrared light to "see" beneath surfaces and capture unseen details. This type of camera is typically used in industrial applications and can cost between several thousand to tens of thousands of dollars.

In a paper presented at the UbiComp 2015 conference, the team detailed a hardware solution that costs roughly $800, or potentially as little as $50 to add to a mobile phone camera. They also developed intelligent software that easily finds "hidden" differences between what the hyperspectral camera captures and what can be seen with the naked eye.

When HyperCam captured images of a person's hand, for instance, they revealed detailed vein and skin texture patterns that are unique to that individual. That can aid in everything from gesture recognition to biometrics to distinguishing between two different people playing the same video game.

As a preliminary investigation of HyperCam's utility as a biometric tool, in a test of 25 different users, the system was able differentiate between hand images of users with 99 percent accuracy.

In another test, the team also took hyperspectral images of 10 different fruits, from strawberries to mangoes to avocados, over the course of a week. The HyperCam images predicted the relative ripeness of the fruits with 94 percent accuracy, compared with only 62 percent for a typical camera.

"It's not there yet, but the way this hardware was built you can probably imagine putting it in a mobile phone," said Shwetak Patel, Washington Research Foundation Endowed Professor of Computer Science & Engineering and Electrical Engineering at the UW.

"With this kind of camera, you could go to the grocery store and know what produce to pick by looking underneath the skin and seeing if there's anything wrong inside. It's like having a food safety app in your pocket," Patel said.

 

http://phys.org/news/2015-10-camera-reveals-hidden-invisible-naked.html

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