MTF(modulation transfer function)는 광학 시스템의 성능을 평가하기 위하여 사용되는 중요한 파라미터 중 하나이다. 또한 열악한 우주 환경(방사능, 극한 열조건 및 전자기장 등), 대기 영향 및 시스템 성능의 저하 등으로 저하된 영상품질을 복원시켜주기 위한 파라미터로 사용될 수도 있다. 본 논문에서는 소형 지구관측위성인 DubaiSat-1이 발사된 후, 위성영상의 품질을 평가하기 위하여 MTF를 측정하였다. 일반적으로 MTF는 point source 혹은 knife-edge 방법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 측정되어왔다. 그러나 본 논문에서는 ISO에서 line source에 의한 MTF 측정을 표준화한 slanted-edge 방법을 이용하여 MTF를 측정하였다. Slanted-edge 방법은 전자 스틸 카메라(electronic still-picture camera)의 MTF를 측정하기 위한 ISO 12233 표준으로써, 라인스캐닝 망원경(line-scanning telescope)의 MTF를 추정하기 위하여 사용된 방법이다. 또한 PSF(point spread function) 기반으로 제작된 MTF 회선 커널(MTF convolution kernel)에 의한 MTF 보상(MTF compensation)과 영상의 노이즈 제거(image denoising)를 수행하여 영상의 품질 저하(degradation)를 완화시켰다.
칼날주사방법을 이용한 CCD의 MTF 측정장치를 제작하고 일차원 CCD의 MTF특성을 측정하였다. 주사방향에 수직인 직선과 칼날이 이루는 각도에 따른 CCD MTF 측정값의 변화는 $1^{\circ}$ 미만의 작은 각도변화에 의해서도 MTF값이 크게 변함을 알 수 있었으며 CCD의 MTF 측정값은 간섭필터와 텅스텐 필라멘트가 조합된 파장에 따라 다른 값을 나타내었다. 또한 광원의 색온도 변화에 의한 CCD의 MTF특성과 CCD 화소들의 균일성을 조사하였다.
X-선을 이용하여 의료영상을 생성하는 시스템은 X-선 발생장치, 피사체, 영상전달매체 등의 여러 가지 차이에 따라 영상의 질이 결정된다. 즉, X-선 발생에서 최종영상에 이르기까지 화질에 영향을 미치는 요소가 다양하다는 것이다. 따라서 임상에서 영상을 생성하는 사용자는 최종영상에서 계속적인 영상의 평가와 관찰이 필요하다. 의료영상을 평가하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 그 중 실질 또는 실효해상도를 측정하는 방법으로 MTF 측정방법이 적절하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 X-선 필름을 이용하여 MTF를 계산하는 방법을 탈피하고, 디지털 의료영상의 MTF를 측정할 수 있는 소프트웨어(Borland C++ builder 소프트웨어와 LEAD tools 소프트웨어를 이용한 프로그램)를 이용하여 X-선 장비의 노후화 정도에 따른 MTF 특성을 측정하였다. 측정결과, 사용연수와 사용횟수가 오래된 X-선 발생장치는 최신 장치에 비해 해상력(resolution)과 선예도(sharpness) 등의 화질이 저하되는 것을 MTF 그래프를 통해 확인할 수 있었다. 또한, 디지털 의료영상에서도 간단하고 쉽게MTF를 측정할 수 있는 방법을 얻을 수 있었다.
Presampled 변조전달함수(MTF) 측정에서 slant 표적각도 변화에 따라 MTF 결과의 차이가 있음을 확인하였고, 표적각도 변화에 대한 오차를 줄이기 위하여 획득한 edge spread function 그래프를 fitting하여 측정값의 오차를 줄일 수 있는 측정기법을 연구하였다. Presampled MTF 방법의 특성상 표적이 회전함에 따라 투영되는 공간주파수의 강도분포는 표적의 회전각도에 따라 변화하며, 이로 인하여 MTF 차이가 발생함을 확인하였다. 이 연구에서는 획득한 영상의 1개의 열에 대해서만 fitting을 한 후 MTF를 계산하였다. Fitting을 이용한 계산은 기존의 presampled MTF 방법과 비교하여 표적 회전에 따른 오차가 줄어듬을 확인하였다. 이 방법은 MTF를 이용한 자동 초점 등 다양한 각도의 표적에 응용이 가능할 것으로 기대된다.
후면투사방식의 CRT(Cathod Ray Tube) 고화질 텔레비젼용 광학엔진은 큰 화면과 굽은 필드 때문에 일반적인 전방검사 MTF(modulation transfer function)로는 측정이 어렵다. 이러한 광학엔진의 MTF를 측정하기 위하여 광학엔진이 놓인 물체면과 상분석기의 위치를 서로 바꾸는 후방검사 MTF방법을 제안하고 이에 따른 MTF 측정장비를 구성하였다. 이러한 CRT HDTV용 광학엔진을 위한 후방검사 MTF측정법은 작은 수치개구(NA), 낮은 분해능, 긴 초점심도들 때문에 정밀도가 낮아지는 전방검사 MTF 측정법보다 사용하기가 훨씬 더 좋으며, 정렬이 매우 용이하고 측정반복성이 매우 좋다. 이 방법으로 측정한 MTF값과 설계된 MTF를 비교함으로써 이 방법의 신뢰성을 확인하였다.
측정, 통신, 광정보전달학 등의 분야에서 광 장치를 이용한 광소자의 역할이 점점 증대됨에 따라 이들을 특징 지을 명확한 근거가 필요하게 되었다. 특히 영상시스템에서 이러한 필요를 만족시켜줄 아주 기본적이고도 극히 중요한 측정 파라미터로서 MTF가 있다. 지난 수십년에 걸쳐서 레이저 간섭계, CCD카메라, 컴퓨터를 포함한 새로운 기기들이 등장하여 MTF를 측정하고 계산하는 데에 획기적인 변화를 초래하였다. 그런데 이 MTF를 계산하려면 지루하고도 더딘 과정을 거쳐야 한다. 따라서 우리는 여기서 심프슨 근사법을 이용하여 MTF를 간단히 계산하고 그래프로 구현할 수 있는 방법을 제시하였다. 이 방법은 근사법이긴 하나 정밀값과의 오차가 극히 적어서 실현하기에 매우 유익한 기법이다.
위성 영상의 Modulation Transfer Function(MTF) 성능은 위성 영상 활용에 있어서 매우 중요한 성능 지표 중 하나이다. 이러한 이유로 위성이 발사된 이후 초기 운영 단계에서 지상 관측 영상을 이용하여 성능을 확인한다. 그러나 지상 관측 영상을 이용한 MTF 성능 측정 방법은 날씨나 구름 등의 관측 조건에 많은 영향을 받는다. 이 논문에서는 위성 영상의 MTF 성능을 측정하는데 있어서 별을 사용하는 경우 필요한 시스템 요구사항과 위성 운영 개념을 도출하는 것을 내용으로 한다. 지상 관측용으로 설계된 위성을 이용한 별 관측 수행 가능성 분석과 별 관측 영상의 유효성 분석을 수행하였다. 이 논문에서 제시한 별 관측을 위한 위성 운영 방법은 저궤도 지구 관측 위성 영상의 MTF 성능 확인에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단한다.
본 연구에서는 방사선치료기용 CBCT의 영상과 같이 해상도가 낮은 경우에 적용할 수 있는 MTF (modulation transfer function) 평가 방법을 고안하였다. 본 연구에서는 두꺼운 알루미늄 판의 영상을 이용하여 중복 표본(oversampling) 방법과 두께 보정 방법을 적용하여 MTF를 결정하였다. 다양한 알루미늄 판의 두께(0.3~1.2 mm)에 대해 MTF를 분석하였으며 경사 영상과 평행 영상의 경우에 대해서도 비교하였다. 연구 결과 치료계획용 CT인 경우에 알루미늄의 두께가 0.8 mm 이하 일 경우 MTF 측정이 가능한 것으로 나타났다. 따라서 두꺼운 알루미늄 판과 두께 보정을 이용한 MTF 측정이 CT 영상에서 가능하였다.
엑스선 의료영상이 디지털 시스템으로 발전함에 따라 의료영상의 평가 방법 또한 디지털 시스템에 맞춰 새롭게 개선되었으며 그 중 MTF(Modulation Transfer Function) 측정법은 Fujita이론에 기초한 에지법으로 ISO에 규정되었다. 에지법의 기초인 Fujita이론은 MTF 측정을 위해 슬릿의 각도를 디지털 검출기의 픽셀 열에 대하여 $1^{\circ}{\sim}2^{\circ}$ 기울여 영상을 획득한 후 LSF를 합성하는 것으로 샘플링 간격은 각도에 따라 크게는 1/54배, 작게는 1/28배 감소하게 된다. 본 연구에서 사용된 장비는 Simens사의 MAMMOMAT Inspiration으로 비정질 셀레늄(amorphous selenium) 기반의 $0.085{\times}0.085mm^2$ 의 픽셀 사이즈를 갖는 검출기를 이용하여 presampling MTF를 측정하였다. 측정 방법은 Fujita의 슬릿법와 동일한 방법인 와이어법를 이용하였으며 측정된 영상에서 얻은 픽셀값을 이용하여 엑셀에서 이산 푸리에 변환을 시행하였다. 실험 결과 Fujita이론 대비 약 3배 이상의 샘플링 간격(sampling interval)의 경우 해상도 평가 지수인 10% MTF에서 약 85% 이하의 정확도를 보였으며 선예도 평가 지수인 50% MTF에서 약 93% 이하의 정확도를 나타내었다. 하지만 샘플링 간격이 Fujita 이론 대비 2배 정도 늘어난 경우는 50%와 10% MTF 모두 96% 이상의 정확도를 가진다는 것을 알 수 있었다.
각종 렌즈 및 카메라, 망원경, 현미경 등 다양한 광학계들이 설계 및 개발 되고 있는 시점에서 그 성능을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다. 광학계의 성능 평가를 위해서는 크게 정성적인 방법과 정량적인 방법으로 나눌 수 있는데, 정성적인 방법에 의한 평가는 분해능 표판이나 주기적인 격자의 상을 스크린 등에 결상시킨 후 사람의 눈을 통해서 한계 분해능을 평가하는 방법이다. 정량적인 방법에 의한 평가는 OTF(Optical Transfer Function)를 측정하거나 설계 자료를 통해 계산해 내는 것이다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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