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과학

스펙클

스펙클과학
영문명
Speckle
주요 원인
불규칙한 위상 성분들의 간섭
대비 지표
세기 표준편차 / 평균 세기
통계 조건
일반적인 레일리 스펙클과 맞춤형 무늬를 구별
스펙클은 위상이 불규칙한 여러 파동이 간섭해 만드는 알갱이 모양의 세기 무늬다. 결맞은 빛이 거친 표면이나 산란 매질과 상호작용할 때 나타날 수 있으며, 무늬 자체와 그 통계적 성질을 구별해 다룬다.

왜 밝고 어두운 알갱이가 생길까

관측 위치에 도착한 장의 상대 위상이 잘 맞으면 세기가 커지고 서로 상쇄되면 작아진다. 위치가 달라지면 상대 위상도 달라져 불규칙한 밝기 구조를 만든다. 단순히 표면의 작은 요철 모양을 일대일로 확대해서 보는 것과는 다르다. 파동의 중첩과 관측 광학계가 함께 무늬를 결정한다.

대비를 직접 계산하기

네 위치의 세기가 2,4,6,8이라고 하자. 평균은 5이고 1/N을 쓴 분산은 5이므로 대비는 √5/5≈0.447이다. 모든 세기를 두 배로 하면 평균과 표준편차가 함께 두 배가 되어 대비는 같다. 이 계산은 지표의 정의를 설명하는 것으로 네 표본만으로 어떤 통계 분포를 판정하지는 않는다.

지수 분포가 되는 조건

복소 장이 원형 가우스 통계를 따르는 통상적인 레일리 스펙클에서는 세기 분포가 음의 지수 형태이며 이상적 대비가 1이다. 그러나 모든 스펙클에 같은 분포를 강제할 수는 없다. 위상과 상관 구조를 설계해 다른 세기 분포를 만드는 연구도 있으므로 불규칙한 무늬라는 외관만으로 통계를 단정하지 않는다.

평균과 기록 조건

여러 무늬를 시간이나 공간에서 평균하면 기록된 대비가 달라질 수 있다. 검출기 화소가 알갱이를 어떻게 표본화하는지와 노출 중 무늬가 얼마나 바뀌는지도 구별한다. 스펙클은 영상에서 방해 요소가 되기도 하지만 조명과 측정의 신호로 이용할 수도 있다. 관측한 대비를 특정 물리량으로 바꾸려면 별도의 모형과 보정이 필요하다.

관련 문서

간섭 (파동) / 레이저 / 산란 / 표준편차 / 지수 분포 / 광학 현미경