• Research Article

    Sea trial results of long range underwater acoustic communication based on frequency modulation in the East Sea

    동해에서 주파수 변조에 기반한 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과

    Joo-Hyoung Lee, Geun-Hyeok Lee, Ki-Man Kim, Wan-Jin Kim

    이주형, 이근혁, 김기만, 김완진

    In this paper, we present the sea trial results of long distance underwater acoustic communication in the East Sea, October 2018. One ...

    본 논문에서는 2018년 10월 동해에서 수행된 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과를 제시한다. 하나의 송신기와 16개의 수직 배열 수신기를 이용하여 수중음향통신 신호를 수집하였으며, 송신기와 ...

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    In this paper, we present the sea trial results of long distance underwater acoustic communication in the East Sea, October 2018. One transmitter and sixteen vertical array receivers were used to collect underwater acoustic communication signals, and the maximum distance between the transmitter and the receiver was 90 km. Information was transmitted by BFSK (Binary Frequency Shift Keying) and BCSK (Binary Chirp Shift Keying) method, which are typical digital frequency modulation techniques. Experimental results show that there is no error in all cases at the transmission distance of 60 km, and BFSK and BCSK have average uncoded bit error rate of 0.0197 and 0.0007 respectively without channel coding at 90 km transmission distance.


    본 논문에서는 2018년 10월 동해에서 수행된 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과를 제시한다. 하나의 송신기와 16개의 수직 배열 수신기를 이용하여 수중음향통신 신호를 수집하였으며, 송신기와 수신기 사이의 거리는 최대 90 km로 하였다. 대표적인 디지털 주파수 변조 기법에 해당하는 BFSK(Binary Frequency Shift Keying) 방식과 BCSK(Binary Chirp Shift Keying) 방식으로 정보를 전송하였다. 실험 결과 60 km 전송 거리에서는 모든 경우에서 오류가 나타나지 않았으며, 90 km 전송 거리에서는 채널 부호화 기법이 적용되지 않은 비부호화 비트 오류율에 있어서 BFSK와 BCSK 두 방식 각각 평균 0.0197과 0.0007을 나타내었다.

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    July 2019
  • Research Article

    A study on the estimation of wind noise level using the measured wind-speed data in the coastal area of the East Sea

    동해 연안에서 관측된 풍속자료를 이용한 바람소음준위 추정 연구

    Jisung Park, Donghyug Kang, Mira Kim, Sungho Cho

    박지성, 강돈혁, 김미라, 조성호

    Unlike ship noise that radiates from moving ships, wind noise is caused by breaking waves as a result of the interaction between ...

    항해하는 선박으로부터 방사되는 선박소음과 달리 바람소음은 바람과 해수면의 상호작용으로 생성된 쇄파에 의해 발생한다. 본 논문에서는 바람의 소음원을 쇄파로 인해 발생되는 기포운으로 설정하여 ...

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    Unlike ship noise that radiates from moving ships, wind noise is caused by breaking waves as a result of the interaction between the wind and the sea surface. In this paper, WNL (Wind Noise Level) was modeled by considering the noise source of the wind as the bubble cloud generated by the breaking waves. In the modeling, SL( Source Level) of the wind noise was calculated using the wind-speed data measured from the weather buoy operated in the coastal area of the East Sea. At the same time as observing the wind speed, NL (Noise Level) was continuously measured using a self-recording hydrophone deployed near the weather buoy. The modeled WNL according to the wind speed and the measured NL removing the shipping noise from the acoustic raw data were compared in the low-frequency band. The overall trends between the modeled WNL and the measured NL were similar to each other. Therefore, it was confirmed that it is possible to model the WNL in the shallow water considering the SL and distribution depth of bubble cloud caused by the wind.


    항해하는 선박으로부터 방사되는 선박소음과 달리 바람소음은 바람과 해수면의 상호작용으로 생성된 쇄파에 의해 발생한다. 본 논문에서는 바람의 소음원을 쇄파로 인해 발생되는 기포운으로 설정하여 바람소음준위를 모델링하였다. 모델링에서 바람소음의 음원준위는 동해 연안에서 운영되는 기상부이로부터 측정된 풍속 자료를 이용하여 계산하였다. 풍속을 측정함과 동시에 기상부이의 주변에 계류된 자가기록식 수중청음기를 이용하여 소음준위를 연속적으로 측정하였다. 측정된 수중소음에서 선박소음을 제거한 소음준위와 풍속에 따라 모델링된 바람소음준위를 저주파 대역에서 비교하였다. 모델링된 바람소음준위와 측정된 소음준위의 전반적인 경향이 서로 유사하였다. 이에 따라 바람에 의해 발생된 소음원인 기포운의 음원준위 및 분포 수심을 고려하여 천해역에서 바람소음준위를 모델링하는 것이 가능함을 확인하였다.

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    July 2019
  • Research Article

    Target motion analysis algorithm using an acoustic propagation model in the ocean environment of South Korea

    한국 해양환경에서 음파전달모델을 이용한 표적기동분석 알고리즘

    Ki Hoon Seo

    서기훈

    TMA (Target Motion Analysis) in passive sonar is generally conducted with the bearing only or the bearing frequency. In order to conduct ...

    수동소나에서의 표적기동분석은 방위 또는 방위-주파수와 같이 제한된 정보를 이용하여 수행된다. 표적기동분석을 빠르고 정확하게 수행하기 위해서는 정확한 표적기동 초기치의 추정이 필수적이다. 기존의 표적기동분석과 ...

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    TMA (Target Motion Analysis) in passive sonar is generally conducted with the bearing only or the bearing frequency. In order to conduct TMA fast and accurately, it is essential to estimate a initial target maneuver precisely. The accuracy of TMA can be improved by using SNR (Signal to Noise Ratio) information and acoustic propagation model additionally. This method assumes that the radiated noise level of the target is known, but the accuracy of TMA can be degraded due to a mismatch between the assumed radiated noise level and the actual radiated noise level. In this paper, TMA with the acoustic propagation model, bearing measurements, and SNR information is conducted in the ocean environment of South Korea (East Sea/ Yellow Sea/ South Sea). And the performance analysis of TMA for the mismatch in the radiated noise is presented.


    수동소나에서의 표적기동분석은 방위 또는 방위-주파수와 같이 제한된 정보를 이용하여 수행된다. 표적기동분석을 빠르고 정확하게 수행하기 위해서는 정확한 표적기동 초기치의 추정이 필수적이다. 기존의 표적기동분석과 달리 신호 대 잡음비 정보와 음파전달모델을 추가로 이용하면 표적기동분석의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이 방법은 표적의 방사소음수준은 알고 있다고 가정하지만 가정한 수준과 실제 수준간의 오차에 따라 표적기동분석의 정확도가 저하될 수 있다. 본 논문에서는 수동 소나로 탐지한 표적 방위정보, 탐지 신호 대 잡음비 정보 및 음파전달모델을 이용한 표적기동분석 알고리즘을 한국 해양환경(동해/서해/남해)에서 수행한다. 그리고 가정한 표적 방사소음수준과 실제 수준간의 차이에 따른 성능분석 결과를 제시한다.

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    July 2019
  • Research Article

    Measurement and evaluation of speech privacy in university office rooms

    대학 내 사무실의 스피치 프라이버시 측정 및 평가

    Jae-Seop Lim, Young-Ji Choi

    임재섭, 최영지

    The speech privacy of closed office rooms located in a university campus was measured and assessed in terms of SPC (Speech Privacy ...

    본 논문에서는 대학 내 밀폐형 사무실의 SPC(Speech Privacy Class) 값을 측정하고 평가하였다. 대학 캠퍼스 내 3곳의 건물에 위치한 5곳 대상공간에서 실간 ...

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    The speech privacy of closed office rooms located in a university campus was measured and assessed in terms of SPC (Speech Privacy Class) values. The measurements of two quantities, the LD (Level Difference) between a source and a receiving room, and the background noise level (Lb) at the receiving room were carried out in 5 rooms located in 3 different buildings in the university campus. Each of the 5 rooms was adjacent to both offices and corridors through walls. The TL (Transmission Loss) between the source and the receiver room was also measured to compare the difference of two standard methods, ASTM E2836-10 and KS F 2809. The present results show that the speech privacy of the 5 office rooms is not met the requirement for a minimum SPC values of 70. A minimum LD value of 41 dB between the source and the receiver room should be achieved for having a SPC value of 70 when the mean measured value of Lb at the receiving room is 29.2 dB. That is, the TL(avg) value averaged over the octave bands from 160 Hz to 5000 Hz between the source and the receiver room should be or greater than 40 dB. The most important architectural factor influencing the LD value is the presence of openings, such as doors, and windows, on the adjacent walls between the source and receiving room. Therefore, if the opening of the adjacent wall is replaced by an opening with high sound insulation, the appropriate SPC value of the research and office rooms can be achieved.


    본 논문에서는 대학 내 밀폐형 사무실의 SPC(Speech Privacy Class) 값을 측정하고 평가하였다. 대학 캠퍼스 내 3곳의 건물에 위치한 5곳 대상공간에서 실간 음압레벨차이(Level Difference, LD)와 수음실의 암소음 레벨(Lb)을 각각 측정하였다. 5곳 대상공간은 모두 인접실과 복도가 인접해있다. SPC값을 도출하기 위해 필요한 LD값과 기존의 차음성능 측정방법인 투과손실(Transmission Loss, TL)을 함께 측정하여 비교하였다. 측정결과, 5곳 대상공간은 SPC 최소 기준치인 70을 만족하지 못하였다. 5곳 대상공간의 평균 Lb값은 29.2 dB이며 SPC 최소 기준치를 만족하기 위해서는 LD값이 41 dB 이상이어야 한다. SPC 최소 기준치를 만족하기 위해서 1/3옥타브밴드 160 Hz ~ 5000 Hz 주파수대역에서 평균 TL값은 40 dB 이상이 되도록 음향설계가 이루어져야 한다. LD값에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 음원실과 수음실 간 인접벽체의 개구부 유무이다. 따라서 인접벽체에 개구부가 존재할 경우 차음성능이 높은 재료로 개구부를 대체하여 적절한 SPC값을 만족할 수 있다.

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    July 2019
  • Research Article

    Speech enhancement system using the multi-band coherence function and spectral subtraction method

    다중 주파수 밴드 간섭함수와 스펙트럼 차감법을 이용한 음성 향상 시스템

    Inkyu Oh, Insung Lee

    오인규, 이인성

    This paper proposes a speech enhancement method through the process of combining the gain function with spectrum subtraction method in the two ...

    본 논문은 두 개의 마이크로폰 환경에서 다중 주파수 대역 이득함수와 주파수 차감법을 결합하여 배경잡음을 억제하는 방법을 제안하였다. 다중 주파수 대역 신호대잡음비 추정을 ...

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    This paper proposes a speech enhancement method through the process of combining the gain function with spectrum subtraction method in the two microphone array with close spacing. A speech enhancement method that uses a gain function estimated by the SNR (Signal-to Noise Ratio) based on the multi frequency band coherence function causes the performance degradation in high correlation between input noises of two channels. A new speech enhancement method is proposed where the weighted gain function is used by combining the gain function from the spectral subtraction. The performance evaluation of the proposed method was shown by comparison with PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) value which is an objective quality evaluation test provided by the ITU-T (International Telecommunications Union Telecommunication). In the PESQ tests, the maximum 0.217 of PESQ value is improved in the various background noise environments.


    본 논문은 두 개의 마이크로폰 환경에서 다중 주파수 대역 이득함수와 주파수 차감법을 결합하여 배경잡음을 억제하는 방법을 제안하였다. 다중 주파수 대역 신호대잡음비 추정을 통해 이득 함수를 얻는 음성 향상 방법은 두 채널 간 잡음신호의 상관성이 큰 경우 잡음 제거 성능이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 하나의 채널 에서 스펙트럼 차감법을 통해 얻은 이득함수와 간섭함수 기반의 신호대잡음비 추정을 통해서 얻은 이득함수를 결합하여 가중된 이득함수를 사용하는 음성 향상 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 ITU-T(International Telecommunications Union Telecommunication)의 객관적인 품질 평가 방법인 PESQ(Perceptual Evaluation of Speech Quality) 시험과 스펙트로그램을 사용하여 성능 평가 되어졌고 PESQ시험에서 최대 MOS 0.217의 음질 향상을 얻을 수 있었다.

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    July 2019
  • Research Article

    Performance analysis of automatic target tracking algorithms based on analysis of sea trial data in diver detection sonar

    수영자 탐지 소나에서의 해상실험 데이터 분석 기반 자동 표적 추적 알고리즘 성능 분석

    Hae-Ho Lee, Sung-Chur Kwon, Won-Tcheon Oh, Kee-Cheol Shin

    이해호, 권성철, 오원천, 신기철

    In this paper, we discussed automatic target tracking algorithms for diver detection sonar that observes penetration forces of coastal military installations and ...

    본 논문은 연안 군사시설 및 주요 기반시설에 대한 침투세력을 감시하는 수영자 탐지 소나에서의 자동 표적 추적 알고리즘을 다루었다. 이를 위해 수영자 탐지 ...

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    In this paper, we discussed automatic target tracking algorithms for diver detection sonar that observes penetration forces of coastal military installations and major infrastructures. First of all, we analyzed sea trial data in diver detection sonar and composed automatic target tracking algorithms based on track existence probability as track quality measure in clutter environment. In particular, these are presented track management algorithms which include track initiation, confirmation, termination, merging and target tracking algorithms which include single target tracking IPDAF (Integrated Probabilistic Data Association Filter) and multitarget tracking LMIPDAF (Linear Multi-target Integrated Probabilistic Data Association Filter). And we analyzed performances of automatic target tracking algorithms using sea trial data and monte carlo simulation data.


    본 논문은 연안 군사시설 및 주요 기반시설에 대한 침투세력을 감시하는 수영자 탐지 소나에서의 자동 표적 추적 알고리즘을 다루었다. 이를 위해 수영자 탐지 소나에서의 해상실험 데이터를 분석하였고, 클러터 환경에서 자동 표적 추적을 위한 트랙평가수단으로서 트랙존재확률 기반의 알고리즘을 적용하여 시스템을 구성하였다. 특히 트랙 초기화, 확정, 제거, 합병 등의 트랙관리 알고리즘과 단일표적추적 IPDAF(Integrated Probabilistic Data Association Filter), 다중표적추적 LMIPDAF(Linear Multi-target Integrated Probabilistic Data Association Filter) 등의 표적추적 알고리즘을 제시하였으며, 해상실험 데이터 및 몬테카를로 모의실험 데이터를 이용하여 성능을 분석하였다.

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    July 2019
  • Research Article

    Home monitoring system based on sound event detection for the hard-of-hearing

    청각장애인을 위한 사운드 이벤트 검출 기반 홈 모니터링 시스템

    Gee Yeun Kim, Seung-Su Shin, Hyoung-Gook Kim

    김지연, 신승수, 김형국

    In this paper, we propose a home monitoring system using sound event detection based on a bidirectional gated recurrent neural network for ...

    본 논문에서는 청각장애인을 위해 양방향 게이트 순환 신경망을 이용한 사운드 이벤트 검출 기반의 홈 모니터링 시스템을 제안한다. 제안된 시스템에서는 우선적으로 효과적인 사운드 ...

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    In this paper, we propose a home monitoring system using sound event detection based on a bidirectional gated recurrent neural network for the hard-of-hearing. First, in the proposed system, packet loss concealment is used to recover a lost signal captured through wireless sensor networks, and reliable channels are selected using multi-channel cross correlation coefficient for effective sound event detection. The detected sound event is converted into the text and haptic signal through a harmonic/percussive sound source separation method to be provided to hearing impaired people. Experimental results show that the performance of the proposed sound event detection method is superior to the conventional methods and the sound can be expressed into detailed haptic signal using the source separation.


    본 논문에서는 청각장애인을 위해 양방향 게이트 순환 신경망을 이용한 사운드 이벤트 검출 기반의 홈 모니터링 시스템을 제안한다. 제안된 시스템에서는 우선적으로 효과적인 사운드 이벤트 검출을 위해 패킷손실 은닉을 이용하여 무선 센서 네트워크로 인해 손실된 신호를 복원하고, 멀티채널 상호 상관관계 계수를 이용하여 신뢰할 수 있는 채널을 선택한다. 선택된 채널의 사운드는 이벤트 검출을 위해 두 개의 오디오 채널을 사용하는 양방향 게이트 순환 신경망에 적용된다. 검출된 사운드 이벤트는 텍스트로 변환되며, 이와 함께 하모닉/퍼커시브 음원 분리 방식을 통해 햅틱 신호로 변환되어 청각장애인에게 제공된다. 실험결과는 제안한 사운드 검출기반의 성능이 기존 방식보다 더 우수하다는 것과 음원 분리 방식을 통해 사운드를 세밀한 햅틱 신호로 표현할 수 있음을 보인다.

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    July 2019
  • Research Article

    Estimating speech parameters for ultrasonic Doppler signal using LSTM recurrent neural networks

    LSTM 순환 신경망을 이용한 초음파 도플러 신호의 음성 패러미터 추정

    Hyeong-Kil Joo, Ki-Seung Lee

    주형길, 이기승

    In this paper, a method of estimating speech parameters for ultrasonic Doppler signals reflected from the articulatory muscles using LSTM (Long Short ...

    본 논문에서는 입 주변에 방사한 초음파 신호가 반사되어 돌아올 때 발생하는 초음파 도플러 신호를 LSTM (Long Short Term Memory) 순환 신경망 (Recurrent ...

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    In this paper, a method of estimating speech parameters for ultrasonic Doppler signals reflected from the articulatory muscles using LSTM (Long Short Term Memory) RNN (Recurrent Neural Networks) was introduced and compared with the method using MLP (Multi-Layer Perceptrons). LSTM RNN were used to estimate the Fourier transform coefficients of speech signals from the ultrasonic Doppler signals. The log energy value of the Mel frequency band and the Fourier transform coefficients, which were extracted respectively from the ultrasonic Doppler signal and the speech signal, were used as the input and reference for training LSTM RNN. The performance of LSTM RNN and MLP was evaluated and compared by experiments using test data, and the RMSE (Root Mean Squared Error) was used as a measure. The RMSE of each experiment was 0.5810 and 0.7380, respectively. The difference was about 0.1570, so that it confirmed that the performance of the method using the LSTM RNN was better.


    본 논문에서는 입 주변에 방사한 초음파 신호가 반사되어 돌아올 때 발생하는 초음파 도플러 신호를 LSTM (Long Short Term Memory) 순환 신경망 (Recurrent Neural Networks, RNN)을 이용해 음성 패러미터를 추정하는 방법을 소개하고 다층 퍼셉트론 (Multi-Layer Perceptrons, MLP) 신경망을 이용한 방법과 성능 비교를 하였다. 본 논문에서는 LSTM 순환 신경망을 이용해 초음파 도플러 신호로부터 음성 신호의 푸리에 변환 계수를 추정하였다. LSTM 순환 신경망을 학습하기 위한 입력 및 기준값으로 초음파 도플러 신호와 음성 신호로부터 각각 추출된 멜 주파수 대역별 에너지 로그값과 푸리에 변환 계수가 사용되었다. 테스트 데이터를 이용한 실험을 통해 LSTM 순환 신경망과 MLP의 성능을 평가, 비교하였고 척도로는 평균 제곱근 오차(Root Mean Squared Error, RMSE)가 사용되었다.각 실험의 RMSE는 각각 0.5810, 0.7380로 나타났다. 약 0.1570 차이로 LSTM 순환 신경망을 이용한 방법의 성능 우세한 것으로 확인되었다.

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    July 2019
  • Research Article

    A development of a multimodal patch-type probe for measuring blood flow and oxygen saturation in carotid artery

    경동맥 혈류 속도 및 산소 포화도 측정을 위한 다중모드 패치형 프로브 개발

    Sangyeon Youn, Kijoon Lee, Jae Gwan Kim, Jae Youn Hwang

    윤상연, 이기준, 김재관, 황재윤

    To protect the patient’s internal organs when a patient with cardiovascular disease occurs, it is important to reduce the elapsed time ...

    심혈관계 질환 환자가 발생 하였을 때, 환자의 뇌와 내부 장기를 보호하고 생존율을 높이기 위해서는 사건 발생 이후 신속하게 응급 의료 서비스를 제공하여 ...

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    To protect the patient’s internal organs when a patient with cardiovascular disease occurs, it is important to reduce the elapsed time by providing emergency medical services. Decisions for conducting cardiopulmonary resuscitation are mainly made using the carotid palpation method, which directs the pulse of the carotid artery, which can diagnose the patient's condition according to one's own subject and cause cerebral blood flow to be blocked by excessive pressure in the carotid due to the weaken cardiopulmonary function. In this study, we developed a multimodal patch-type probe based on multi-channel ultrasound Doppler pairs and oxygen saturation measurement modules which can monitor cardiopulmonary functions. From the in-vivo experiments, the developed probe can be utilized as a novel tool that can increase the survival rate of cardiovascular disease patients by objectively monitoring the cardiopulmonary function of the patient quantitatively and promptly in an emergency situation.


    심혈관계 질환 환자가 발생 하였을 때, 환자의 뇌와 내부 장기를 보호하고 생존율을 높이기 위해서는 사건 발생 이후 신속하게 응급 의료 서비스를 제공하여 경과 시간을 줄이는 것이 가장 중요하다. 뿐만 아니라 심폐소생술의 실시를 위한 판단은 경동맥의 맥을 직접 짚는 ‘경동맥 촉진법’은 실시자의 주관적인 판단과 약해진 심혈관 기능에 따른 뇌혈류 차단을 할 수 있다. 본 연구는 개발된 다중 초음파 도플러 채널 쌍과 산소포화도 측정 모듈이 결합된 패치형 프로브를 이용하여 경동맥의 혈류 속도, 맥박, 산소포화도를 생체 내 실험을 통해 정성적으로 측정하였다. 따라서 본 시스템은 응급 상황에서 정량적이고 신속하게 환자의 심폐 기능을 모니터링 하여 심폐소생술 판단 여부를 객관적으로 제공하여 응급 상황 시 심혈관계 질환 환자의 생존률을 높일 수 있는 차세대 진단 기기로 활용 될 수 있다.

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    July 2019
  • Research Article

    Image enhancement in ultrasound passive cavitation imaging using centroid and flatness of received channel data

    수신 채널 신호의 무게중심과 평탄도를 이용한 초음파 수동 공동 영상의 화질 개선

    Mok Kun Jeong, Sung Jae Kwon, Min Joo Choi

    정목근, 권성재, 최민주

    Passive cavitation imaging method is used to observe the ultrasonic waves generated when a group of bubbles collapses. A problem with passive ...

    기포군이 파열하면서 발생하는 초음파를 관찰하기 위하여 수동 공동 영상법을 이용한다. 수동 공동 영상은 낮은 해상도와 큰 부엽이 문제이다. 수동 공동에서 발생하는 초음파 ...

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    Passive cavitation imaging method is used to observe the ultrasonic waves generated when a group of bubbles collapses. A problem with passive cavitation imaging is a low resolution and large side lobe levels. Since ultrasound signals generated by passive cavitation take the form of a pulse, the amplitude distribution of signals received across the receive channels varies depending on the direction of incidence. Both the centroid and flatness were calculated to determine weights at imaging points in order to discriminate between the main and side lobe signals from the signal amplitude distribution of the received channel data and to reduce the side lobe levels. The centroid quantifies how the channel data are distributed across the receive channel, and the flatness measures the variance of the channel data. We applied the centroid weight and the flatness to the passive cavitation image constructed using the delay-and-sum focusing and minimum variance beamforming methods to improve the image quality. Using computer simulation and experiment, we show that the application of weighting in delay-and-sum and minimum variance beamforming reduces side lobe levels.


    기포군이 파열하면서 발생하는 초음파를 관찰하기 위하여 수동 공동 영상법을 이용한다. 수동 공동 영상은 낮은 해상도와 큰 부엽이 문제이다. 수동 공동에서 발생하는 초음파 신호는 펄스 형태를 가지므로, 수신 어레이에 수신된 신호는 입사 방향에 따라서 트랜스듀서 배열 소자에 나타나는 신호의 크기 분포가 달라진다. 영상점에서 수신된 채널 데이터 신호의 크기 분포로부터 주엽과 부엽 신호의 유무를 판단하고 부엽을 줄이기 위하여 무게중심과 평탄도를 계산하여 영상점에서 가중값을 정의하였다. 무게중심은 수신 채널에서 신호의 분포가 집중된 위치를 수치화하며 평탄도는 채널 신호의 분산을 측정한다. 지연 후 더해주는 집속 방식과 최소 분산 빔포밍을 사용하여 구현된 수동 공동 영상에서 무게중심과 평탄도를 이용한 가중값을 적용하여 영상의 화질 개선에 적용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실험에서 지연 후 더해주는 방법과 최소 분산 빔포밍 방법에 가중값을 적용하여 영상에서 부엽이 줄어듦을 확인하였다. 고출력 초음파를 이용한 수조 실험에서도 부엽이 나타나는 영역이 줄어들어 수동 공동의 변별력이 증가함을 확인하였다

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    July 2019
  • Research Article

    Waveform characteristics of ultrasonic wave generated from CNT/PDMS composite

    CNT/PDMS 복합체로부터 방사된 초음파의 파형 특성

    Gisuk Kim, Moojoon Kim, Kanglyeol Ha, Jooho Lee, Dong-Guk Paeng, Min Joo Choi

    김기석, 김무준, 하강렬, 이주호, 팽동국, 최민주

    When a laser pulse is irradiated on a CNT (Carbon Nanotube) and PDMS (Poly dimethylsiloxane) composite coated on a transparent PMMA (Poly ...

    투명한 PMMA (Poly methyl methacrylate) 기판 위에 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)와 PDMS (Poly dimethylsiloxane)를 코팅한 복합체에 레이저 펄스를 조사하면 열탄성효과에 ...

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    When a laser pulse is irradiated on a CNT (Carbon Nanotube) and PDMS (Poly dimethylsiloxane) composite coated on a transparent PMMA (Poly methyl methacrylate) substrate, a strong ultrasonic wave is generated due to the thermoelastic effect. In this paper, the thermoacoustic theory related to the wave generation by the CNT/PDMS composite was established. The waveforms of ultrasonic waves when a laser pulse having a Gaussian waveform is irradiated on the composite with a thickness of 20 μm were numerically simulated. From the results, it was confirmed that ultrasonic shock waves can be generated from the CNT/PDMS composite and the waveforms are changed little even if the physical properties of the composite are changed by ±20 %. It was found that the peak positive and negative pressures increase as the thermal expansion coefficient increases, or as density, heat capacity and sound speed decreased. However, those changes were not so sensitive with thermal conductivity. In addition, the physical properties of the CNT/PDMS composite fabricated in this study were estimated from the comparison of the measurement and simulation results.


    투명한 PMMA (Poly methyl methacrylate) 기판 위에 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)와 PDMS (Poly dimethylsiloxane)를 코팅한 복합체에 레이저 펄스를 조사하면 열탄성효과에 의해 수중에 강한 초음파가 발생한다. 본 논문에서는 그 초음파 발생과 관련한 열음향 이론을 정립하고, 가우시안 파형을 갖는 레이저 펄스를 두께가 20 μm인 CNT/PDMS 복합체에 조사했을 때 어떤 파형의 초음파가 발생하는지를 시뮬레이션을 통해 파악하였다. 그 결과로부터 CNT/PDMS 복합체에서는 충격 초음파가 발생하며, 그 파의 형상은 복합체의 각종 물성 값이 ±20 % 변하여도 크게 변하지 않는 것을 확인하였다. 그러나 정(+), 부(-)의 피크 값은 열팽창계수가 증가하거나 밀도, 열용량, 음속이 감소하면 증가하며, 열전도도에 대해서는 민감하게 변하지 않음을 알았다. 나아가, 직접 제작한 CNT/PDMS 복합체에서 방사되는 초음파의 측정 결과와 시뮬레이션 결과의 비교로부터 그 물성 값을 추정할 수 있었다.

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    July 2019
  • Research Article

    Haptic recognition of the palm using ultrasound radiation force and its application

    초음파 방사힘을 이용한 손바닥의 촉각 인식과 응용

    Sun Ae Kim, Tae Yang Kim, Yeol Eum Lee, Soo Yeon Lee, Mok Kun Jeong, Sung Jae Kwon

    김선애, 김태양, 이열음, 이수연, 정목근, 권성재

    A high-intensity ultrasound wave generates acoustic streaming and acoustic radiation forces when propagating through a medium. An acoustic radiation force generated in ...

    고출력의 초음파는 매질을 진행하면 음향 흐름과 음향 방사힘을 만들어낸다. 공기를 매질로 하는 3차원 공간상에 음향 방사힘을 발생시키면 입체적인 촉감을 형성할 수 있으므로 ...

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    A high-intensity ultrasound wave generates acoustic streaming and acoustic radiation forces when propagating through a medium. An acoustic radiation force generated in a three-dimensional space can produce a solid tactile sensation, delivering spatial information directly to the human skin. We placed 154 ultrasound transmit elements with a frequency of 40 kHz on a concave circular dish, and generated an acoustic radiation force at the focal point by transmitting the ultrasound wave. To feel the tactile sensation better, the transmit elements were excited by sine waves whose amplitude was modulated by a 60 Hz square wave. As an application of ultrasonic tactile sensing, a region where tactile sense is formed in the air is used as an indicator for the position of the hand. We confirmed the utility of ultrasonic tactile feedback by implementing a system that provides the number of fingers to a machine by receiving the shape of the hand at the focal point where the tactile sense is detected.


    고출력의 초음파는 매질을 진행하면 음향 흐름과 음향 방사힘을 만들어낸다. 공기를 매질로 하는 3차원 공간상에 음향 방사힘을 발생시키면 입체적인 촉감을 형성할 수 있으므로 공간적인 정보를 직접 피부에 촉각으로 전달할 수 있다. 본 논문은 40 kHz의 작은 초음파 송신자 154개를 묶어 오목한 형태로 배열시켜서 초음파를 송신하여 집속 초점에서 음향 방사힘을 발생시켰다. 초음파 음장의 초점의 근처에서 음향 방사힘에 의한 촉각을 확인하였다. 촉각 감도를 올리기 위하여 송신 초음파를 60 Hz의 구형파로 진폭 변조를 하였다. 초음파 촉각의 응용으로 음향 방사힘이 형성되는 허공에 촉각이 감지되는 영역을 형성시켜서, 손의 위치를 지정하는 지시자로 사용하였다. 촉각이 감지되는 초점 위치에 있는 손의 모양을 영상 입력으로 받아서 손가락의 개수를 기계에 피드백하는 시스템을 구현함으로써 초음파를 이용한 촉각의 유용성을 확인하였다.

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    July 2019
  • Research Article

    Clinically translatable photoacoustic imaging of cancer diagnosis

    임상적용이 가능한 광음향 암 진단 기술

    Mi-Ji Kim, Yeon-Seong Park, Changhan Yoon

    김미지, 박연성, 윤창한

    Photoacoustic imaging is a hybrid real-time imaging technique that combines high optical contrast and ultrasonic resolution. It has primarily been utilized in ...

    광음향 영상 기술은 광학영상 및 초음파영상 기법을 융합한 영상 기술로 높은 공간 해상도 및 대조도의 영상을 실시간으로 제공이 가능하다. 광음향 영상은 전임상 ...

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    Photoacoustic imaging is a hybrid real-time imaging technique that combines high optical contrast and ultrasonic resolution. It has primarily been utilized in pre-clinical research and has evolved into clinical practice. In this paper, we review photoacosutic imaging for detection of primary canccer and metastatis and its limitation in translation from pre-clinical to clinical application.


    광음향 영상 기술은 광학영상 및 초음파영상 기법을 융합한 영상 기술로 높은 공간 해상도 및 대조도의 영상을 실시간으로 제공이 가능하다. 광음향 영상은 전임상 연구에서 많은 연구가 진행되었으며 최근 광음향 영상의 임상적응용을 위한 연구에 많은 노력을 기울이고 있다. 본 논문은 광음향 영상을 이용한 원발 종양 및 전이 진단 기술 연구 현황에 대해 소개하고 임상적용을 위한 문제점에 대해서 알아보도록 한다.

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    July 2019