여기서는 약 30 fps의 비디오 스트리밍 속도에서 프레임 단위 모션 배율(마그니피케이션)을 적용할 수 있게 하는 영상 확대(image magnification)를 위한 새로운 접근법을 제안한다. 이 새로운 접근법은 기존의 위상 기반 확대(phase-based magnification; PBM)에서 이미지 파일 전체를 일괄(batch) 처리하는 대신 사용할 수 있다. 본 새로운 PBM 방식은 30 fps로 디스플레이에서 즉시 확대된 비디오 스트림을 보여줄 수 있으며, 진동 측정 및 확대된 영상을 동시에 관찰해야 하는 모니터링 작업에 유용하다. 비디오 스트리밍 속도의 확대를 달성하기 위해, 제안된 PBM은 프레임 단위 동작을 위해 시간 영역 컨볼루션을 시간 밴드패스 필터링에서 사용한 반면, 기존 PBM은 이미지 파일 전체에 한 번에 적용되는 주파수 영역 필터를 사용한다. 동일한 프레임 속도로 웹캠 스트리밍을 이용하여 캔틸레버의 진동을 모니터링하는 실험을 수행하였고, 비교를 위해 레이저 도플러 진동계(laser Doppler vibrometer)로 데이터를 동시에 수집하였다. 실험 결과, 제안된 PBM 접근법이 기존 확대 방식보다 더 효과적임이 확인되었으며, 진동 측정을 위한 시스템 성능 또한 분석되었다. 추가로, 캔틸레버의 진동 변위 데이터에서(확대된 이미지 프레임들로부터 즉시 수집된) 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 적절한 고유 직교 모드(proper orthogonal mode)를 찾을 수 있었다. 또한 공진 주파수에서의 여기(excitation)로부터 지배 모드(dominant mode)를 효과적으로 추출할 수 있었다. 확대 배율(factors) 때문에 제안된 방법에서의 진동 변위는 선형 회귀(linear regression)로 추정되었고, 추정된 변위의 정확도는 허용 오차 범위 내에 있었다. 제안된 PBM은 프레임 단위 동작이므로, 확대 처리가 진행되는 동안에도 확대 배율 파라미터를 즉시 조정할 수 있다. 더불어 제안된 PBM은 시간 FIR 필터 차수(order)에 해당하는 이미지 프레임 수에 대해 독립적으로 조절 가능하다.

여기서는 약 30 fps의 비디오 스트리밍 속도에서 프레임 단위 모션 배율(마그니피케이션)을 적용할 수 있게 하는 영상 확대(image magnification)를 위한 새로운 접근법을 제안한다. 이 새로운 접근법은 기존의 위상 기반 확대(phase-based magnification; PBM)에서 이미지 파일 전체를 일괄(batch) 처리하는 대신 사용할 수 있다. 본 새로운 PBM 방식은 30 fps로 디스플레이에서 즉시 확대된 비디오 스트림을 보여줄 수 있으며, 진동 측정 및 확대된 영상을 동시에 관찰해야 하는 모니터링 작업에 유용하다. 비디오 스트리밍 속도의 확대를 달성하기 위해, 제안된 PBM은 프레임 단위 동작을 위해 시간 영역 컨볼루션을 시간 밴드패스 필터링에서 사용한 반면, 기존 PBM은 이미지 파일 전체에 한 번에 적용되는 주파수 영역 필터를 사용한다. 동일한 프레임 속도로 웹캠 스트리밍을 이용하여 캔틸레버의 진동을 모니터링하는 실험을 수행하였고, 비교를 위해 레이저 도플러 진동계(laser Doppler vibrometer)로 데이터를 동시에 수집하였다. 실험 결과, 제안된 PBM 접근법이 기존 확대 방식보다 더 효과적임이 확인되었으며, 진동 측정을 위한 시스템 성능 또한 분석되었다. 추가로, 캔틸레버의 진동 변위 데이터에서(확대된 이미지 프레임들로부터 즉시 수집된) 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 적절한 고유 직교 모드(proper orthogonal mode)를 찾을 수 있었다. 또한 공진 주파수에서의 여기(excitation)로부터 지배 모드(dominant mode)를 효과적으로 추출할 수 있었다. 확대 배율(factors) 때문에 제안된 방법에서의 진동 변위는 선형 회귀(linear regression)로 추정되었고, 추정된 변위의 정확도는 허용 오차 범위 내에 있었다. 제안된 PBM은 프레임 단위 동작이므로, 확대 처리가 진행되는 동안에도 확대 배율 파라미터를 즉시 조정할 수 있다. 더불어 제안된 PBM은 시간 FIR 필터 차수(order)에 해당하는 이미지 프레임 수에 대해 독립적으로 조절 가능하다.

도로 포장 형태에 따른 타이어-도로 소음의 조사는 시간과 비용이 많이 든다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 인공신경망 모델을 적용하였다. 도로 포장 유형을 분류하기 위한 모델(예: 횡방향 턱(tined), 종방향 턱(tined), NGCS, DG, SMA)을 구현하고, 그 성능을 비교하였다. 입력 데이터는 타이어-도로 소음에서 추출한 특징과 도로 표면 이미지에서 추출한 특징을 결합하여 구성하였다. OBSI 측정 방법을 통해 수집한 타이어-도로 소음을 음압 수준, 음강도, 음질 지표에 대해 분석하였다. 도로 표면 이미지 데이터는 Hough 변환 및 히스토그램 of gradient(HOG)의 영상 특징 추출 알고리즘을 사용하여 분석하였다. 무작위 포레스트 모델에 각 특징을 입력하여 상위 10개의 중요 변수를 선택하였고, 각 특징에 대해 인공신경망 모델을 구축하였다. 음향 특징만 사용한 모델의 분류 정확도는 90.8 %였으며, 이미지 특징만 사용한 모델의 분류 정확도는 88.8 %였다. 음향과 이미지 특징을 모두 사용한 모델의 정확도는 97.3 %였다. 전반적인 분류 성능은 음향 및 이미지 특징을 함께 사용함으로써 향상되었다.

공기 및 액체 환경에서 탭핑 모드 원자힘현미경 마이크로캔틸레버의 양식(modal) 분해를 실험적으로 조사하여 이들의 복잡한 반응을 규명하고자 하였다. 실험에서는 유연한 마이크로캔틸레버와 평탄한 HOPG 시료를 사용하였다. 마이크로캔틸레버의 반응을 측정하여 적절한 고유 직교분해(proper orthogonal decomposition)와 매끄러운 고유 직교분해(smooth orthogonal decomposition) 방법을 이용해 선형화된 모드들과 직교 값들을 추출하였다. 또한 마이크로캔틸레버의 다중 모드 응답을 통해 탭핑 설정값(setpoint)과 유체역학적 감쇠력의 영향을 조사하였다. 그 결과, 탭핑 모드의 정상적인 작동 조건에서는 1번째 모드가 지배적임을 보였다. 그러나 더 낮은 설정값에서는 시료 위의 팁(tip) 근처에서 유연한 마이크로캔틸레버가 불확실한 양식 왜곡(modal distortion)을 보였다. 마이크로캔틸레버의 동역학적 탭핑 효과와 마이크로캔틸레버-액체 사이의 감쇠가 이들의 반응에 영향을 주었다.

환경 분쟁을 유발하는 여러 소음 중에서 건설 현장 소음이 특히 문제가 된다. 건설 현장 소음으로 인한 “성가심(annoyance) 모델”을 개발하기 위해 정신음향(psycho-acoustic) 실험을 사용하였다. 실험에는 건설 현장에서 기록한 4종의 소음을 사용하였다. 연속 소음 2종과 충격(impact) 소음 2종이 포함되었다. 일부 피험자를 모집하여 1차적으로 분류를 수행하였다. 피험자는 성별, 연령, 민감도, 질환 등 다양한 기준에 따라 분류되었으며, 그 결과를 비교하였다. 소음은 35–80dB (A)로 변환한 뒤 무작위로 재생하였다. 실험 중에는 각 소음에 대해 11점 척도로 성가심을 평가하였다. 성가심 모델 개발을 위해 청각 실험 외에도, 실험에 사용한 소리에 대한 물리적 분석을 수행하였다. 성가심 모델은 Leq, Lmax, 음질 지표(음량(loudness), 날카로움(sharpness), 거칠기(roughness), 음조(tonality)) 및 설문 점수를 사용하여 다중회귀분석으로 개발하였다. 또한 각 피험자 집단 간 성가심 모델에 차이가 있는지 확인하였다.

액체 환경에서 탭핑 모드 원자힘현미경(microcantilever) 마이크로캔틸레버의 모달 분해(modal decomposition)를 실험적으로 연구하였다. 서로 다른 길이와 강성을 갖는 마이크로캔틸레버와 탄성률이 서로 다른 두 가지 시료 표면을 실험에 사용하였다. 마이크로캔틸레버의 응답 모드는 고유직교분해(proper orthogonal decomposition)를 통해 고유직교 모드(proper orthogonal modes)로 추출하였다. 매끈한 고유직교분해(smooth orthogonal decomposition)를 사용하여 공진 주파수를 직접 추정하였다. 탭핑 세트포인트(tapping setpoint)와 시험 대상 시료의 탄성률이, 고유직교 모드, 고유직교 값(proper orthogonal values), 매끈한 고유직교 모드(smooth orthogonal modes) 및 매끈한 고유직교 값(smooth orthogonal values)을 이용한 다중 모드 응답 측면에서 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. 시험 대상 마이크로캔틸레버의 강성에 상관없이 정상 작동 조건에서 탭핑 모드 원자힘현미경에서는 첫 번째 모드가 지배적이었다. 그러나 더 낮은 탭핑 세트포인트에서는 유연한 마이크로캔틸레버가 단단한 시료를 탭핑할 때 팁(tip) 근처에서 모달 왜곡과 잡음을 보였다. 또한 더 낮은 탭핑 세트포인트에서는 단단한 마이크로캔틸레버가 연한 시료에서 더 높은 모드 효과를 나타내었다. 따라서 탭핑 모드 원자힘현미경의 모달 분해는 액체 환경에서 시료의 특성을 추정하는 데 사용할 수 있다.

원자현미경(AFM)은 마이크로캔틸레버 끝단의 팁이 시료에 다가갈 때 발생하는 팁과 시료 표면 사이의 상호작용을 이용하여 시료의 다양한 특성들을 찾아내는 매우 유용한 도구이다. 본 논문에서는 이러한 AFM 마이크로캔틸레버의 팁과 시료 사이의 상호작용력을 비선형 스프링을 이용하여 동일한 강성을 갖는 요소로 모델링 하였고 유한요소법을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 시뮬레이션 결과를 적합직교분해법을 이용하여 분석함으로써 AFM 마이크로캔틸레버의 복잡한 동적 특성을 파악하였으며 이를 같은 방법으로 분석한 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 팁과 시료 사이의 상호작용력을 효과적으로 모델링 할 수 있는 방법을 제시하였으며 이러한 상호작용력으로 인해 고차모드의 영향이 증가함을 확인하였다.

액체 환경에서 탭핑 모드 원자힘현미경 마이크로캔틸레버의 모달 분해를 실험적으로 연구하였다. 서로 다른 길이와 강성을 갖는 마이크로캔틸레버, 그리고 탄성률이 서로 다른 두 시료 표면을 실험에 사용하였다. 마이크로캔틸레버의 응답 모드는 고유직교분해를 통해 고유직교 모드(proper orthogonal modes)로 추출하였다. 매끄러운 고유직교분해(smooth orthogonal decomposition)를 사용하여 공진 주파수를 직접 추정하였다. 탭핑 설정값과 시험 시료의 탄성률이, 고유직교 모드, 고유직교 값(proper orthogonal values), 매끄러운 고유직교 모드(smooth orthogonal modes), 매끄러운 고유직교 값(smooth orthogonal values)을 기준으로 한 다중 모드 응답 측면에서 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. 시험한 마이크로캔틸레버의 강성이 어떠하든, 정상 작동 조건에서 탭핑 모드 원자힘현미경에서는 첫 번째 모드가 지배적이었다. 그러나 더 낮은 탭핑 설정값에서는, 연성 마이크로캔틸레버가 단단한 시료를 탭할 때 팁 근처에서 모드 왜곡과 잡음을 보였다. 경성 마이크로캔틸레버는 낮은 탭핑 설정값에서 연성(부드러운) 시료에 대해 더 높은 모드 영향을 나타냈다. 따라서 탭핑 모드 원자힘현미경의 모달 분해는 액체 환경에서 시료의 특성을 추정하는 데 활용될 수 있다.