Asymetrically reweighted penalized least squares에서 최적의 평활화 매개변수를 위한 결정함수

박아론(Aa-Ron Park),박준규(Jun-Kyu Park),고대영(Dae-Young Ko),김순금(Sun-Geum Kim),백성준(Sung-June Baek) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.3

본 연구에서는 arPLS(asymmetrically reweighted penalized least squares) 방법에서 분광신호의 길이와 차수를 이용한 최적의 평활화 매개변수를 위한 결정함수를 제안한다. 분광신호의 기준선 보정은 분석 시스템의 성능을 좌우하는 매우 중요한 과정으로 많은 경우에 육안 검사로 매개변수를 선택하여 추정한다. 이 과정은 매우 주관적이고 특히 대량의 데이터인 경우 지루한 작업을 동반하므로 좋은 분석 결과를 보장하기 어렵다. 이러한 이유로 기준선 보정에서 최적의 매개변수를 결정하기 위한 객관적인 방법이 필요하다. 제안한 결정함수는 기준선 보정에 사용 가능한 매개변수 범위의 중앙값이 신호의 길이가 길어질수록 증가하고, 신호의 차수가 작아질수록 감소하는 관계를 정리하여 모델링하였다. 모의실험 데이터는 신호의 길이 7가지에 대해 조합한 분석신호 4가지와 선형 기준선과 2차, 3차, 4차 곡선 기준선을 각각 더하여 모두 112개를 생성하였다. 모의실험 데이터와 실제 라만 분광신호를 이용한 실험에서 제안한 결정함수의 평활화 매개변수가 기준선 보정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다. In this study, we present a decision function of optimal smoothing parameter for baseline correction using Asymmetrically reweighted penalized least squares (arPLS). Baseline correction is very important due to influence on performance of spectral analysis in application of spectroscopy. Baseline is often estimated by parameter selection using visual inspection on analyte spectrum. It is a highly subjective procedure and can be tedious work especially with a large number of data. For these reasons, an objective procedure is necessary to determine optimal parameter value for baseline correction. The proposed function is defined by modeling the median value of possible parameter range as the length and order of the background signal. The median value increases as the length of the signal increases and decreases as the degree of the signal increases. The simulated data produced a total of 112 signals combined for the 7 lengths of the signal, adding analytic signals and linear and quadratic, cubic and 4th order curve baseline respectively. According to the experimental results using simulated data with linear, quadratic, cubic and 4th order curved baseline, and real Raman spectra, we confirmed that the proposed function can be effectively applied to optimal parameter selection for baseline correction using arPLS.

혈소판 라만 스펙트럼에서 특이값 분해에 의한 기저 합성을 통한 알츠하이머병 검출

박아론(Park, Aa-Ron),백성준(Baek, Seong-Joon) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.5

본 논문에서는 특이값 분해(SVD: singular value decomposition)에 의한 기저 스펙트럼의 합성을 통해 혈소판 라만 스펙트럼에서 알츠하이머병(AD: Alzheimer's disease)을 검출하는 방법을 제안하였다. AD가 유도된 형질 전환 실험용 쥐의 혈소판에서 측정한 라만 스펙트럼은 가산 잡음과 배경 잡음의 제거와 정규화로 구성된 전처리 과정을 수행한다. 각 데이터 행렬의 열벡터는 AD와 정상(NR: normal)의 라만 스펙트럼으로 구성한다. 이 데이터 행렬을 SVD로 분해한 다음 각 행렬의 열벡터 12개를 AD와 NR의 기저 스펙트럼으로 결정한다. 분류 과정은 각 클래스의 기저 스펙트럼을 선형 합성한 스펙트럼과 분류 스펙트럼의 평균제곱근오차(root mean square error)가 최소인 클래스를 선택하는 것으로 완료된다. 278개의 혈소판 라만 스펙트럼을 사용한 실험에 따르면 제안한 방법의 평균 분류율은 약 97.6%로 주성분 분석(principle components analysis)으로 추출한 특징에 MLP(multi-layer perceptron)를 이용한 경우보 다 약 6.1% 정도의 우수한 성능을 보였다. 이 결과에서 SVD에 의한 기저 스펙트럼이 혈소판 라만 스펙트럼에서 AD 의 검출에 적합하게 사용될 수 있음을 확인하였다. In this paper, we proposed a method to screening of Alzheimer's disease (AD) from Raman spectra of platelet with synthesis of basis spectra using singular value decomposition (SVD). Raman spectra of platelet from AD transgenic mice are preprocessed with denoising, removal background and normalization method. The column vectors of each data matrix consist of Raman spectrum of AD and normal (NR). The matrix is factorized using SVD algorithm and then the basis spectra of AD and NR are determined by 12 column vectors of each matrix. The classification process is completed by select the class that minimized the root-mean-square error between the validation spectrum and the linear synthesized spectrum of the basis spectra. According to the experiments involving 278 Raman spectra, the proposed method gave about 97.6% classification rate, which is better performance about 6.1% than multi-layer perceptron (MLP) with extracted features using principle components analysis (PCA). The results show that the basis spectra using SVD is well suited for the diagnosis of AD by Raman spectra from platelet.

피부암 라만 스펙트럼에서 정규화 방식 적용을 통한 분류기 성능 개선

박아론 ( Aa Ron Park ),백성준 ( Seong Joon Baek ) 전남대학교 전자통신기술연구소 2007 전자통신기술논문지 Vol.10 No.1

본 연구에서는 효과적인 기저 세포암 공초점 라만 스펙트럼의 분류를 위해 MNMX (minmax), STD (Standard Deviation), SUM (Summation) 방식으로 정규화하고 MAP (Maximum a posteriori Probability) 방법을 이용하여 분류 결과를 비교하였다. 또한 스펙트럼을 클리핑한 경우에도 같은 방식으로 비교하였다. 클리핑을 적용하지 않은 경우 STD 방식이 평균 분류율 95.5%, 클리핑을 적용한 경우 MNMX 방식이 평균 분류율 96.1%로 가장 좋은 결과를 보였다. Raman spectroscopy is known to have strong potention for providing noninvasive dermatological of skin cancers. In this study, for effective detection of basal cell carcinoma (BCC) based on confocal Raman spectra, we have conducted experiments using normalization method. For normalization, we first apply MNMX (minmax), STD (standard deviation) and SUM (summation) techniques. Using MAP (Maximum a posterior probability), we compare the performances of the three techniques for original and clipping data. With clipping data, the performance of MNMX seemed to be best.

고장력 철근이 적용된 철근콘크리트 보-기둥 접합부 파괴모드에 대한 실험적 연구

김대훈,박아론,이기학,Kim, Dae-Hoon,Park, Aa-Ron,Lee, Kihak 한국공간구조학회 2016 한국공간구조학회지 Vol.16 No.2

Behavior of RC(Reinforced-concrete) beam-column connections has been subjected to the earthquake loading has been determined by shear and attachment mechanism. However, since the shear and attachment are very fragile for cycle loadings. Through occurring plastic hinges at the beam, the column and the connection should remain elastic condition and the beam should dissipate the energy from the earthquake. This study was investigate on the seismic performance of 6 RC beam - column connections built with the high strength reinforcements (700MPa) based on design and detailing requirements in the ACI 318-05 Provision and KCI-07 appendix II. This is aimed to evaluate the effect of the high-strength reinforcements as used the beam-column connection members. The main comparisons were the seismic performance of the connections affect the seismic performance in terms of strength, stiffness and ductility, joint shear stress-strain. A total of 6 beam-column specimens were built with a 1/2 scale and subjected to the cyclic loadings. Main design considerations were the area of the longitudinal reinforcements of the beam and details of the beam-column joint designed based on the seismic code. Cyclic test results are given and recommendations for the usage of high strength reinforcements for the seismic design is provided.

실시간 광선로망 감시를 위한 Noisy OTDR 신호 분석 방법

고대영(Koh, Daeyoung),백성준(Baek, Seong-Joon),박아론(Park, Aa-Ron),김진봉(Kim, Jin-Bong),나용수(Nah, Yong-Su) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.4

본 논문에서는 OTDR 신호에 대한 새로운 이벤트 분석방법을 제안하였다. OTDR 신호는 고주파 잡음을 효율적으로 제거하기 위해 해밍 필터를 거친 다음, 이벤트 검출을 위해 미분 필터를 통과시킨다. 종단을 전·후로 신호레벨이 현저하게 차이가 나는 점을 이용하여 OTDR 신호의 종단 위치를 찾고, 이 범위 내에서 미분 필터를 통과한 신호의 극대점을 조사하여 피크영역을 검출한다. 검출된 피크 영역에서 잡음 정보와 피크 임계값을 이용하여 피크의 진위를 판단한 다음 이를 이용하여 이벤트 정보를 구성한다. 마지막으로 종단 위치 이후에서는 가입자 피크를 검사하여 가입자 이벤트 정보를 구한다. 시뮬레이 션 결과를 광선로 구성과 비교한 결과 제안된 방법은 이벤트 발생지점을 17m 이내로 검출하였다. JDSU 장비의 경우, 이벤트 발생지점이 25m 이내, 가입자 사이 간격은 5m 이내로 검출하였고, RadianTech 장비의 경우에는 이벤트 발생 지점이 19m 이내, 가입자 사이의 간격은 5m 이내로 검출하였다. 이러한 결과는 본 논문에서 제안한 신호 분석방법이 광선로망 감시 시스 템 운용에 충분히 활용 가능하다는 것을 보여준다고 할 수 있다. This paper, proposes a new analysis method for the event detection of an OTDR signal. An OTDR signal was passed through the Hamming filter to remove the high frequency noise included in the signal. The signal was then passed consecutively through a differential filter to detect the events of interest. The terminal position was determined using the fact that there is a large gap between the signal and the trailing noise power beyond the terminal. This study examined the local maxima of the signal up to the terminal position and determined the peak regions. The real events were determined from the peak regions using noise information and peak threshold. Finally, the user events were found by inspecting the user peaks beyond the terminal position. The events of the OTDR signal without users are located at less than 17m compared to the optical fiber link setup. The events of the JDSU device are located less than 25m and their users are less than 5m. For the RadianTech device, the events are detected at less than 19m and the users are found in 5m. The results suggest that the proposed method is sufficiently applicable to an optical fiber link monitoring system.

논문 : UMP 테스트와 가우시안 기반 음성검출기

장근원 ( Keun Won Jang ),장준혁 ( Joon Hyuk Chang ),유홍연 ( Hong Yeon Yu ),박아론 ( Aa Ron Park ),민소희 ( So Hee Min ),김동국 ( Dong Kook Kim ) 전남대학교 전자통신기술연구소 2006 전자통신기술논문지 Vol.9 No.1

본 논문에서는 가우시안(Gaussian) 분포를 기반으로 하고 uniformly most powerful (UMP) 테스트를 이용하여 새로운 음성검출기법을 제안한다. 새로운 음성검출기법의 결정규칙은 UMP 테스트를 통해 얻은 식으로 유도하였다. UMP 테스트를 이용하면, 입력음성에 대한 절대값의 확률 분포를 Rayleigh 분포 형태로 얻을 수 있으며, 이 분포에 따라 최종적으로 음성검출을 하게 된다. 기존의 방식에서 필요한 a priori signal-to-noise ratio (SNR) 값을 구하지 않고도 음성 유무를 판단할 수 있다는 장점이 있다. 실제로 다양한 음성검출에 대한 성능 평가결과, 제안된 기법이 기존 방식에 비해 우수한 성능을 나타내었다. This paper presents a new VAD method based on Gaussian distribution and using uniformly most power (UMP) test. We propose a new method for the decision rule based on LRT which is derived from the UMP test. This method requires the Rayleigh distribution for the magnitude of the noisy spectral component. This proposed VAD algorithm is more effective than the traditional scheme in the various VAD performance test.

특이값 분해를 이용한 라만 스펙트럼 고속 탐색 알고리즘

서유경(Seo, Yu-Gyeong),백성준(Baek, Seong-Joon),고대영(Koh, Daeyoung),박준규(Park, Jun-Qyu),박아론(Park, Aa-Ron) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.12

본 논문에서는 라만 스펙트럼의 고속 탐색을 위해 특이값 분해(SVD, Singular Value Decomposition)를 이용한 새로운 탐색 알고리즘들을 제안한다. 제안 알고리즘에서는 SVD를 통해 얻은 특이벡터를 중요도에 따라 선별하여 실험에 사용함으 로써 계산량 단축을 도모한다. 파일럿 테스트(Pilot test)를 수행하여 일부 데이터들을 미리 탐색 대상에서 제외시키고 부분탐 색법(PDS, Partial Distance Search)을 적용하여 탐색을 수행함으로써 큰 폭으로 계산량을 감소시킨다. 실험에 사용한 데이터 베이스는 총 14,032종의 화학 물질 라만 스펙트럼으로 구성하였으며, 기존의 탐색 방법인 전체탐색법(Full Search), PDS와 평균피라미드탐색법(MPS, Mean Pyramid Search)를 1차원공간상의 신호에 적용하기 적절하게 변형한 1DMPS에 PDS를 적용 한 실험(1DMPS+PDS), 데이터의 분산을 내림차순 정렬하여 !DMPS와 PDS를 적용한 실험(1DMPS Sort with Variance+PDS), 데이터의 250차원 성분만 SVD 변환하여 PDS를 적용한 실험(250SVD+PDS), 그리고 제안 알고리즘 PSP(Partial SVD with PDS)와 PSSP(Partial SVD with Sorted Pilot test)을 적용한 실험을 비교 분석하였다. 각 알고리즘의 성능은 곱셈 및 덧셈의 연산량 비교를 통해 이루어졌는데, 실험 결과에 따르면 250SVD+PDS에 비해 제안알고리즘 PSP는 15.7%, PSSP에서는 64.8% 의 계산량 감소를 확인하였다. In this paper, we propose new search algorithms using SVD(Singular Value Decomposition) for fast search of Raman spectrum. In the proposed algorithms, small number of the eigen vectors obtained by SVD are chosen in accordance with their respective significance to achieve computation reduction. By introducing pilot test, we exclude large number of data from search and then, we apply partial distance search(PDS) for further computation reduction. We prepared 14,032 kinds of chemical Raman spectrum as the library for comparisons. Experiments were carried out with 7 methods, that is Full Search, PDS, 1DMPS modified MPS for applying to 1-dimensional space data with PDS(1DMPS+PDS), 1DMPS with PDS by using descending sorted variance of data(1DMPS Sort with Variance+PDS), 250-dimensional components of the SVD with PDS(250SVD+PDS) and proposed algorithms, PSP and PSSP. For exact comparison of computations, we compared the number of multiplications and additions required for each method. According to the experiments, PSSP algorithm shows 64.8% computation reduction when compared with 250SVD+PDS while PSP shows 157% computation reduction.

계층 클러스터 트리 기반 라만 스펙트럼 식별 고속 검색 알고리즘

김순금(Sun-Keum Kim),고대영(Dae-Young Ko),박준규(Jun-Kyu Park),박아론(Aa-Ron Park),백성준(Sung-June Baek) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.3

최근에 원 거리에서 폭발 물질의 감지를 위해 라만 분광 기기의 관심이 점차 증가하고 있다. 더불어 측정된 화학물질에 대한 라만 스펙트럼을 대용량 데이터베이스의 알려진 라만 스펙트라와 비교하여 식별할 수 있는 고속 검색 방법에 대한 요구도 커지고 있다. 지금까지 가장 간단하고 널리 사용되는 방법은 주어진 스펙트럼과 데이터베이스 스펙트라 사이의 유클리드 거리를 계산하고 비교하는 방법이다. 하지만 고차원 데이터의 속성으로 검색의 문제는 그리 간단하지 않다. 가장 큰 문제점중의 하나는 검색 방법에 있어서 연산량이 많아 계산 시간이 너무 오래 걸린다는 것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 우리는 정렬된 분산에 따른 MPS Sort+PDS 방법을 제안하였다. 이 방법은 벡터의 두 개의 주요한 특징으로 평균과 분산을 사용하여 후보가 될 수 없는 많은 코드워드를 계산하지 않으므로 연산량을 줄이고 계산 시간을 줄여준다. 본 논문에 서 우리는 기존의 방법보다 더욱 더 향상된 2가지 새로운 방법의 고속 검색 알고리즘을 제안한다. PCA+PDS 방법은 전체 데이터를 사용하는 거리 계산과 똑같은 결과를 가지면서 PCA 변환을 통해 데이터의 차수를 감소시켜 계산량을 줄여준다. Hierarchical Cluster Tree 알고리즘은 PCA 변환된 스펙트라 데이터를 사용하여 이진 계층 클러스터 트리를 만든다. 그런 후 입력 스펙트럼과 가장 가까운 클러스터부터 검색을 시작하여 후보가 될 수 없는 많은 스펙트라를 계산하지 않으므로 연산량을 줄이고 계산 시간을 줄여준다. 실험은 정렬된 분산에 따른 MPS Sort+PDS와 비교하여 PCA+PDS는 60.06%의 성능 향상을 보였다. Hierarchical Cluster Tree는 PCA+PDS와 비교하여 17.74%의 성능향상을 보였다. 실험결과는 제안된 알고리즘이 고속검색에 적합함을 확인시켜 준다. Raman spectroscopy has been receiving increased attention as a standoff explosive detection technique. In addition, there is a growing need for a fast search method that can identify raman spectrum for measured chemical substances compared to known raman spectra in large database. By far the most simple and widely used method is to calculate and compare the Euclidean distance between the given spectrum and the spectra in a database. But it is non-trivial problem because of the inherent high dimensionality of the data. One of the most serious problems is the high computational complexity of searching for the closet spectra. To overcome this problem, we presented the MPS Sort with Sorted Variance+PDS method for the fast algorithm to search for the closet spectra in the last paper. The proposed algorithm uses two significant features of a vector, mean values and variance, to reject many unlikely spectra and save a great deal of computation time. In this paper, we present two new methods for the fast algorithm to search for the closet spectra. the PCA+PDS algorithm reduces the amount of computation by reducing the dimension of the data through PCA transformation with the same result as the distance calculation using the whole data. the Hierarchical Cluster Tree algorithm makes a binary hierarchical tree using PCA transformed spectra data. then it start searching from the clusters closest to the input spectrum and do not calculate many spectra that can not be candidates, which save a great deal of computation time. As the Experiment results, PCA+PDS shows about 60.06% performance improvement for the MPS Sort with Sorted Variance+PDS. also, Hierarchical Tree shows about 17.74% performance improvement for the PCA+PDS. The results obtained confirm the effectiveness of the proposed algorithm.

물고기 로봇을 위한 USN 기반 초음파 측위 시스템

신대정 ( Dae Jung Shin ),나승유 ( Seung You Na ),김진영 ( Jin Young Kim ),박아론 ( Aa Ron Park ) 한국센서학회 2008 센서학회지 Vol.17 No.1