[Project_AF] 자동초점 현미경 개발기 (3) - 초점 확인방법

저번 도식화 글에서 항목 1번을 아마 그냥 넘어갔을겁니다. 

 

-카메라를 통해 모종의 방법으로 상의 초점이 맞는지를 확인한다.

이거요.

 

그래서.. 그.. 모종의 방법에는 어떤게 있을까요?

결과적으로 보자면 자동초점 현미경을 통해 볼거는 세포같은거란 말이죠.

1. 양파껍질세포 염색한거

네 위에 저런거요. 

저거를 잘 보면.. 세포사이의 경계와, 세포 내부쪽, 핵에 특징점이 나타납니다.

근데 저거는 초점이 잘 맞았을때 저렇게 보이는것이고 초점이 잘 안맞을경우..

2. 흐리뭉텅

이렇게 흐리뭉텅하게 보이겠죠. 근데 이정도만 해도 초점에 근접한 편이고..

초점에서 조금 더 어긋나면..

3. 그냥 아무것도안보임

그냥 이렇게... 누리끼리한 하얀색으로 보입니다. (누리끼리한건 현미경 자체 조명 영향임다)

 

네 그래서 제물대를 움직이면 3→2→1→2→3으로 진행될겁니다.

초점이 맞은정도를 특정한 값으로 나타낼수 있다면... 3은 값이 작고 1은 값이 크겠죠.

 

현미경의 제물대를 움직이고 제물대의 높이에 따른 초점이 맞은정도 그래프를 그린다면 이런식으로 나오겠죠.

뭐 대충 저런식으로...

 

근데 저건 어디까지나 이상적인 그래프 계형일테고.. 실제로는 중간에 봉우리가 매우 얇거나.. 이럴가능성이 큽니다.

더 심각할경우.. 봉우리가 여러개 보일수도;;;;

 

 

그래서... 저건 알겠는데 그 아까부터 계속 말하던 '초점이 맞은 정도를 수치화' 를 해야 저 그래프를 그리던가 말던가

할텐데 그 '초점이 맞은 정도를 수치화'하는걸 생각해 보죠.

 

다시 위에 그림(1,2,3)으로 돌아가보면.. 초점이 맞는다 = 선명하다 라고 볼수 있겠네요.

그럼 '초점이 맞은정도'라는걸 쓰기 귀찮음으로 선명도(=Definition)라고 표현할게요.

 

그래서 이 Definition 이라는걸 알아내야 합니다.

우리는 Definition 의 값을 이미지만을 가지고 계산해야 합니다.

그럼 보통 사람은 이 선명하다! 라는걸 어떻게 인지할까요?

 

선명하다 = 선이 뚜렷하다

라고 볼수 있겠죠? 

 

이 선 이라는거는 윤곽선 입니다. 그럼 결론적으로...

윤곽선이 잘 나타나면, 경계가 뚜렷할수록 Definition이 증가한다고 볼수 있겠군요!

 

자 그럼 이 경계라는놈을.. 한번 자세히 들여다봅시다!

이 사진을 일단 흑백으로 바꿔보죠. 경계를 보는데 색깔따윈 필요 없으니까요!

네 뭐 이럴겁니다. 여기서 한곳을 매우매우매우매우매우 확대해보죠!

네 이럴겁니다. 이게 이미지에서의 선을 확대하면 이런식이겠죠? (엑셀로 야매로 그린거니 양해 부탁드림다..)

위에 저건 이미지가 비교적 선명할때 저런 느낌일겁니다. 

흠... 이걸 대충 알기쉽게 하기위해.. 반띵해보죠

이렇게 선에 대해 수직으로 썰어서 단면도를 한번보죠. 

 

아 여기서 하나 짚고 넘어가자면.. 흑백이미지에서는 각 픽셀별로 '밝기'라는것이 지정되어있습니다.

완전히 검은곳은 0, 완전히 하얀곳은 255로 되어있죠. 

하지만 가독성을 위해서.. 검은색일수록 값을 높게해서 그래프로 표현하겠습니다.

그으래서.. 저 단면을 그어놓고 위치에 따른 밝기를 그래프로 그려보면..

선명도높음

네 이럴겁니다. 이건 초점이 잘맞은상태. 즉 선명도가 높은상태라고 볼 수 있죠.

이건 초점이 안맞은상태. 살짝 흐린상태라고 볼수있죠. 이경우에는 최댓값(검은정도)가 선명할때의 최댓값(검은정도)보다 낮고, 전체적으로 퍼진것을 볼수 있습니다. 이또한 적당히 썰어서 그래프로 그려보면...

선명도낮음

이런식으로.. 평퍼짐 합니다. 네 뭐...

그래서.. 이걸 가지고 어떻게 선명도를 측정할 수 있느냐.. 

대충 선명도높음그래프랑 비교해보자면... 한칸당 높이 밝기 변화의 차이가 보이네요.

두 그래프 모두 총 칸수는 9칸이기에.. 칸 사이는 8칸이네요.

 

선명도 높은 그래프의 평균 밝기변화량은 (0+0+1.5+1.5+1.5+0+0)/8으로서 0.75입니다.

선명도 낮은 그래프의 평균 밝기변화량은 (0+0.5+0.5+0.5+0.5+0.5+0.5+0)/8으로서 0.375입니다.

 

네. 선명도가 낮을수록! 그래프의 평균 밝기변화량이 감소했습니다!

네 이렇게 선명도를 구하면 되겠군요!

 

어.. 프로그램까지 한글에 다쓰기에는 너무 글이 길어지겠군요 ㅋㅋㅋㅋ (생각보다 개념설명이 오래걸렸..)

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