스마트폰 물 탁도 측정에 3D프린팅 케이스를 쓰는 이유와 기기 변경 결과
안녕하세요. 3D프린팅·CNC·다양한 소재 전문 플랫폼 기업 아이컨택입니다.
물속 표적이 사진에서 얼마나 선명하게 보이는지로 탁도를 가늠할 수 있을까. 스마트폰 영상으로 탁도를 측정한 동료 심사 전 사전 공개 논문에서 연구진은 3D프린팅 케이스로 촬영 조건을 맞췄다. 개발용 휴대전화에서는 기준 측정값을 가까이 따랐지만, 다른 휴대전화의 높은 탁도 사진에서는 값을 낮게 읽었다.
AI 개념 이미지: 3D프린팅 케이스 안에서 스마트폰이 물속 표적을 촬영하는 모습을 나타낸다. 실제 연구 장비를 촬영한 사진은 아니다.
물속 표적의 흐림이 측정 단서가 된다
탁도는 물속에 떠 있는 입자와 콜로이드 물질이 빛을 흩뜨리거나 흡수해 투명도를 낮추는 정도다. 연구진은 내부 조명을 고정하고 물속의 대비가 큰 표적을 촬영했다. 표적이 흐려지거나 왜곡된 영상과 탁도계의 측정값을 연결해 사진에서 탁도를 추정했다.
사진에는 물뿐 아니라 빛의 방향, 촬영 각도와 거리, 노출, 카메라 센서의 반응도 담긴다. 그래서 이 방식에서 케이스가 맡는 역할은 빛이 지나는 길과 휴대전화·시료의 위치 관계를 일정하게 두는 것이다.
촬영에는 지름 약 9 cm, 높이 약 8.5 cm인 원통형 3D프린팅 폴리머 용기를 썼다. 연구진은 용기를 대략 절반까지 채워 액체 깊이를 약 4.25 cm로 맞췄다. 깊이는 매번 부피로 확인한 값이 아니라 근삿값이다.
분유 시료로 얻은 오차는 얼마였나
연구진은 분유로 탁도가 다른 실험실 시료를 만들었다. 기준값은 물속 입자가 흩뜨린 빛을 읽는 Hanna Instruments HI98703-02 휴대용 탁도계로 측정했고, NTU라는 단위로 기록했다. 사진으로 얻은 값이 무엇에 가까워야 하는지 정한 셈이다.
기준값을 잰 뒤 남은 시료는 촬영 용기에 옮겨 약 2분간 그대로 두었다. 액체의 움직임이 사진마다 만드는 변동을 줄이기 위한 절차였다.
개발용 삼성 휴대전화 자료에는 기준 탁도 0.16~50.2 NTU의 실제 시료 162개가 들어갔다. 연구진은 같은 시료가 학습과 시험에 함께 쓰이지 않도록 나눠 평가했다. 이 조건에서 평균 절대 오차는 1.208 NTU였다. 사진의 예측값이 기준값에서 평균적으로 그만큼 벗어났다는 뜻이다.
휴대전화를 바꾸자 드러난 차이
모델을 다시 학습시키지 않고 두 번째 스마트폰의 대응 사진 103장에 적용하자, 10 NTU 미만의 예측 오차는 개발용 휴대전화와 비슷했다. 그보다 탁도가 높은 구간에서는 값을 점점 낮게 추정했다. 케이스가 촬영 위치를 고정해도 두 휴대전화의 영상 반응까지 같게 만들지는 못한 것이다.
이 평가는 실험 회차나 시료 원액의 준비 과정 전체를 떼어 내 시험한 결과는 아니다. 자연수 시료에서의 성능도 추가 검증이 필요하다. 연구진은 이 시스템을 실험실·규제 측정의 대체 수단보다 선별 검사와 판단 보조 도구로 설명한다.
간이 수질 선별 장치를 설계한다면 아이컨택은 케이스와 함께 사용할 휴대전화도 측정 조건으로 보아야 한다고 판단한다. 기기를 바꾼 뒤 높은 탁도에서 나타난 과소 추정을 고려하면, 실제 쓸 휴대전화의 결과를 기준 장비와 대조하는 일이 설계에 포함된다.
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