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ORS의 존재는 일반적으로 인정되지만, 주로 유사점이 겹치기 때문에 ORS가 별개의 질환인지 아니면 다른 정신과적 질환의 일부 또는 증상에 불과한지에 대한 논란이 있다. 마찬가지로, 이 질환을 어떻게 분류해야 하는지에 대한 논란도 있다. ORS는 강박적이고 강박적인 특징을 가지므로 일부는 이를 강박 스펙트럼 장애의 한 유형으로 간주하고, 다른 일부는 강한 불안 요소 때문에 불안장애로 간주한다. 또한 신체이형장애의 한 유형으로 제안되거나, 단일 망상적 믿음을 포함하므로 일부는 ORS가 단일 증상성 건강염려증적 정신증(망상장애의 건강염려증적 유형, 단일 주제 망상 참조)이라고 제안한다.
세계보건기구의 ICD-10 개정판에는 ORS에 대한 특정 항목이 없으며, 용어를 사용하지도 않는다. 그러나 ICD-10의 "지속적인 망상 장애" 섹션에서는 영향을 받은 개인이 "다른 사람들이 자신에게서 냄새가 난다고 생각한다는 확신을 표현할 수 있다"고 명시되어 있다.
ORS는 미국정신의학협회의 정신질환 진단 및 통계 편람 어떤 판에서도 전용 항목으로 할당된 적이 없다. 제3판(DSM-III)에서는 ORS가 "비정형 신체형 장애" 아래에 언급되었다. 개정된 제3판(DSM-III-R)에서는 본문에서 ORS를 언급하며, "자신에게서 불쾌한 냄새가 난다는 확신은 가장 흔한 유형의 망상장애, 신체형이다"라고 명시하고 있다. 제4판(DSM-IV)에서는 ORS 용어를 사용하지 않지만, 다시 "망상장애, 신체형" 아래에 이러한 상태를 언급하며, "신체 망상은 여러 형태로 나타날 수 있다. 가장 흔한 것은 피부, 입, 직장 또는 질에서 불쾌한 냄새가 난다는 환자의 확신이다"라고 명시하고 있다. 제5판(DSM-5)에서는 ORS가 별개의 진단으로 나타나지 않지만, 대인 공포증 (対人恐怖症, "대인 상호작용 공포 장애")과 관련하여 언급된다. 대인 공포증의 변형인 슈보교후(shubo-kyofu, "기형적인 신체에 대한 공포")와 지코슈교후(jikoshu-kyofu, "불쾌한 체취에 대한 공포")는 300.3 (F42) "기타 특정 강박장애 및 관련 장애" 아래에 나열되어 있으며, 이는 자신의 신체 또는 그 기능이 다른 사람에게 불쾌감을 준다는 사람의 공포에 관한 것이다. 대인 공포증에는 네 가지 하위 유형이 있다. 이 개인들 중 17%는 "불쾌한 체취를 가지고 있다는 공포"를 가지고 있는데, 이를 지코슈교후(jikoshu-kyofu) 하위 유형이라고 한다. 대인 공포증은 동아시아(예: 일본과 한국)에만 국한된 문화 의존 증후군으로 묘사되었지만, 대인 공포증의 지코슈교후 변형은 ORS와 밀접하게 관련되어 있거나 동일하며, 그러한 상태가 다른 문화권에서도 발생한다고 제안되었다. 그러나 일부 서구 출처에서는 지코슈교후와 ORS가 문화적 차이, 즉 서구 문화는 주로 개인의 필요에 관심을 가지고 일본 문화는 주로 다수의 필요에 관심을 가진다는 점에서 구별된다고 말한다. 따라서 ORS는 주로 영향을 받은 개인의 당혹감에 초점을 맞추고, 지코슈교후는 다른 사람에게 당혹감을 유발할 것이라는 두려움에 초점을 맞춘다고 주장된다. 이 문서에서는 지코슈교후와 ORS를 하나의 상태로 간주한다.
ORS의 동의어로는 브로미드로시포비아, 후각 공포 증후군, 만성 후각 편집증 증후군, 자가 dysosomophobia, 브로모시스 망상, 냄새 환각 및 후각 망상 증후군 등이 있다. 정의상, 주관적인 입 냄새 불평(즉, 사람이 입 냄새를 호소하지만 임상적으로 냄새가 감지되지 않는 경우)을 지칭하기 위해 치과 문헌에서 제안된 많은 용어들은 ORS의 포괄적 범위 내에서 고려될 수 있다. 예를 들어, 할리토포비아, 비진성 입 냄새, 망상성 입 냄새, 가성 입 냄새, 상상성 입 냄새, 정신신체성 입 냄새, 그리고 자가 입 냄새 등이 있다.
ORS에 대한 진단 기준이 제안되었다.
ORS의 감별진단은 이 장애가 다른 질환과 특징을 공유하기 때문에 복잡할 수 있다. 결과적으로 ORS는 다른 의학적 또는 정신과적 질환으로 오진되거나 그 반대의 경우도 발생할 수 있다.
ORS의 전형적인 병력은 환자가 실제 냄새가 있다고 계속 믿는 동안 오랜 지연을 수반한다. 평균적으로 ORS 환자는 약 8년 동안 진단되지 않은 상태로 지낸다. 존재하지 않는 체취를 치료하기 위해 여러 비정신과 의학 전문가들을 반복적으로 방문하는 것("닥터 쇼핑")이 자주 보고된다. ORS 환자들은 피부과 의사, 위장병 전문의, 이비인후과 의사, 치과의사, 직장 항문과 의사, 및 산부인과 의사에게 내원할 수 있다. 임상적으로 감지 가능한 냄새가 없음에도 불구하고, 의사와 외과의사는 불필요한 검사(예: 위내시경) 및 흉부 교감신경절 절제술, 편도절제술 또는 기타 수술 절차를 포함한 치료를 시작할 수 있다. 이러한 치료는 일반적으로 냄새 증상에 대한 개인의 믿음에 장기적인 영향을 미치지 않는다. 비정신과 의사가 실제 냄새가 없다는 이유로 치료를 거부하고 환자를 심리학자나 정신과 의사에게 의뢰할 것을 제안하면, ORS 환자는 일반적으로 거부하고 대신 "더 나은" 의사나 치과의사를 찾는다.
반대로, 일부는 실제 냄새를 유발하는 의학적 상태가 때때로 ORS로 오진될 수 있다고 제안했다. 실제 냄새를 잠재적으로 유발하는 것으로 보고되는 다양한 의학적 상태가 많이 있으며, 이러한 상태는 일반적으로 입 냄새, 브로미드로시스 (체취) 등 냄새의 원인에 따라 고려된다. 이러한 상태는 ORS 진단이 내려지기 전에 제외된다. 입 냄새와 같은 증상은 간헐적일 수 있으므로 진찰 시 존재하지 않을 수 있어 오진으로 이어질 수 있다는 점이 인정된다. 실제 냄새 증상이 있는 개인은 ORS 환자와 유사한 사고방식과 행동을 보일 수 있다. 예를 들어, 한 이비인후과 연구원은 만성 편도염으로 인한 실제 입 냄새 환자에서 "구강 위생 문제에 대한 지속적인 집착, 구강 세정제, 사탕, 껌, 스프레이와 같은 미용 구취 제거 제품의 강박적인 사용, 다른 사람과의 밀접한 접촉 회피, 대화 중 고개 돌리기"와 같은 행동 문제를 "스컹크 증후군"으로 불리는 것의 일부로 언급했다. 또 다른 저자는 입 냄새에 대해 글을 쓰면서, 입 냄새를 호소하는 사람들은 일반적으로 세 가지 유형이 있다고 언급했다: 평균 이상의 냄새를 가진 사람, 평균 또는 평균에 가까운 냄새를 가졌지만 과민한 사람, 그리고 평균 이하 또는 냄새가 없지만 불쾌한 숨결을 가졌다고 믿는 사람. 따라서 실제 냄새를 호소하는 사람들의 경우, 고통과 걱정이 문제의 현실에 비해 과도할 수 있다. 실제 입 냄새는 개인과 친구, 친척, 파트너 및 동료 사이의 사회적 장벽으로 묘사되었으며, 자존감과 삶의 질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 유사한 심리사회적 문제는 실제 냄새 증상을 유발하는 다른 질환에서도 보고된다. 입 냄새에 대한 문헌에서는 오진의 위험을 줄이기 위해 여러 차례 상담하고, 보고된 증상의 실제 여부를 확인할 수 있는 믿을 만한 조언자를 상담에 동반하도록 요청하는 것을 자주 강조한다. ORS 환자는 객관적인 냄새가 없으므로 그러한 조언자를 제공할 수 없다.
다양한 기질적 질환이 착후각(냄새 감각의 왜곡)을 유발할 수 있다. 또한 냄새와 맛은 밀접하게 연결된 감각이므로, 미각 장애(예: 미각장애 - 맛 기능 장애)가 냄새와 관련된 불평으로 나타날 수 있으며, 그 반대도 가능하다. 이들 질환은 총체적으로 화학감각 기능 장애라고 불리며, 다양하고 복잡하며, 사람이 존재하지 않는 냄새를 호소하게 할 수 있다. 그러나 ORS의 진단 기준은 이러한 원인을 배제하도록 요구한다. 여기에는 뇌의 우반구 병리, 약물 남용, 뇌의 동정맥 기형, 및 측두엽 뇌전증이 포함된다.
사회 공포증 (SAD)과 ORS는 일부 인구통계학적 및 임상적 유사성을 가지고 있다. 사회적 불안과 회피 행동이 주로 체취에 대한 걱정에 초점을 맞추는 경우, 회피성 인격장애 또는 SAD보다 ORS가 더 적절한 진단이다. 신체이형장애 (BDD)는 둘 다 주로 신체 증상에 초점을 맞추기 때문에 ORS와 가장 가까운 DSM-IV 진단으로 묘사되었다. 두 질환의 결정적인 차이점은 BDD의 집착은 신체 외모에 있으며 체취는 아니라는 점이다. 유사하게, 강박 행동이 다른 어떤 것보다 체취와 직접적이고 일관되게 관련되어 있는 경우, ORS는 시간이 지남에 따라 강박이 다르거나 여러 개인 강박장애보다 더 적절한 진단이다.
ORS는 조현병으로 오진될 수 있다. 조현병 환자의 약 13%는 후각 환각을 경험한다. 일반적으로 조현병 환각은 외부에서 강제로 주입된 것으로 인식되는 반면, ORS에서는 개인에게서 시작된 것으로 인식된다. 제안된 진단 기준은 불쾌한 체취와 후각 환각에 대한 지속적인 망상이 조현병 진단 기준에 기여하는 특징인 경우 조현병 진단으로 인해 ORS의 가능성이 부정된다는 것을 의미한다. 그러나 일부 보고된 ORS 사례는 동반 질환으로 제시되었다. 실제로 일부는 ORS가 시간이 지남에 따라 조현병으로 변형될 수 있다고 제안했지만, 다른 사람들은 이에 대한 증거가 거의 없다고 말한다. ORS 환자는 조현병 진단을 받을 다른 기준이 없다.
위에 언급된 일부 질환을 배제하는 데 도움이 되는 다양한 특수 검사가 필요할 수 있다고 제안되었다. 경우에 따라 신경영상, 갑상선 및 부신 호르몬 검사, 기체 크로마토그래피를 이용한 체액(예: 혈액) 분석이 포함될 수 있다.
합의된 치료 프로토콜은 없다. 보고된 대부분의 ORS 사례에서 시도된 치료는 항우울제였고, 이어서 항정신병제제와 다양한 심리요법이었다. ORS에서 이러한 치료법의 효능에 대한 데이터는 거의 없지만, 일부는 심리요법이 가장 높은 치료 반응률을 보이고, 항우울제가 항정신병제제보다 더 효과적이라고 제안한다(각각 반응률 78%, 55%, 33%). 한 검토에 따르면, 전반적인 개선을 보인 사례의 43%는 둘 이상의 치료 접근 방식이 필요했으며, 첫 번째로 투여된 치료가 어느 정도 개선을 가져온 경우는 31%에 불과했다.
ORS에 사용된 약물 치료법으로는 항우울제(예: 선택적 세로토닌 재흡수 억제제, 삼환계 항우울제, 모노아민 산화효소 억제제), 항정신병제제(예: 블로난세린, 리튬, 클로르프로마진), 및 벤조디아제핀이 있다. ORS에 가장 흔히 사용되는 치료법은 SSRI이다. 사용된 특정 항우울제로는 클로미프라민이 있다.
ORS에 사용된 심리요법으로는 인지 행동 치료, 안구 운동 민감 소실 및 재처리가 있다. 던(2015)은 OCD 접근 방식보다는 외상 모델 공식을 사용하여 성공적인 EMDR을 이용한 ORS 사례 연구 치료를 보고했다.
치료하지 않으면 ORS의 예후는 일반적으로 좋지 않다. 증상이 자연적으로 완화되기보다는 악화되면서 수년 또는 수십 년 동안 지속되는 만성적이다. 다른 정신과적 상태로의 전환은 드물지만, 드물게 ORS로 보이는 것이 나중에 조현병, 정신증, 조증, 또는 주요 우울 장애로 나타날 수 있다. 가장 중요한 위험은 자살이다.
치료를 받으면 예후가 더 좋다. 한 검토에서, 치료된 ORS 사례 중 다양한 결과가 보고된 비율이 평가되었다. 평균적으로 환자는 21개월(범위: 2주 ~ 10년) 동안 추적 관찰되었다. 치료를 통해 30%는 회복(즉, ORS 냄새 믿음 및 관계 사고를 더 이상 경험하지 않음)되었고, 37%는 개선되었으며, 33%는 상태가 악화(자살 포함)되거나 치료 전 상태와 변화가 없었다.
전 세계 여러 나라에서 사례가 보고되었다. 일반 인구에서 ORS의 유병률을 추정하기는 어렵다. 데이터가 제한적이고 신뢰할 수 없으며, 질환의 망상적 성격과 특징적인 비밀스러움 및 수치심 때문이다.
알 수 없는 이유로 남성이 여성보다 두 배 더 흔하게 영향을 받는 것으로 보인다. ORS 환자의 높은 비율이 실업 상태이며, 독신이고, 사회 활동이 활발하지 않다. 보고된 평균 연령은 약 20-21세이며, 한 보고서에서는 사례의 거의 60%가 20세 미만의 대상에서 발생했지만, 다른 검토에서는 남성(29세)과 여성(40세) 모두에서 더 높은 평균 연령을 보고했다.
신체 악취 오신 공포증이라는 용어는 1971년 윌리엄 프라이스-필립스(William Pryse-Phillips)가 처음 제안했다. 그 전에는 지금은 ORS로 여겨지는 것에 대한 출판된 설명이 1800년대 후반부터 나타났으며, 첫 번째는 1891년 포츠(Potts)였다. 종종 이 상태는 조현병과 같은 다른 상태로 잘못 설명되었다.
현대에는 상업적인 광고 압력으로 인해 입 냄새와 같은 문제에 대한 대중의 태도가 변했으며, 그 결과 더욱 부정적인 심리사회적 후유증을 가져왔다. 예를 들어, 미국에서는 한 여론조사에서 5,500만~7,500만 명의 시민이 사회적 만남에서 구취를 "주요 관심사"로 여긴다고 보고했다.
신체 악취 오신 공포증이라는 용어는 다음에서 유래한다:
안티몬화 인듐(Indium antimonide, InSb)은 인듐(In)과 안티모니(Sb) 원소로 만들어진 결정질 화합물이다. 이것은 열화상 카메라, FLIR 시스템, 적외선 유도 미사일 유도 시스템, 적외선천문학을 포함한 적외선 검출기에 사용되는 III-V족의 좁은 띠틈 반도체 물질이다. 안티몬화 인듐 검출기는 1에서 5 μm 사이의 적외선 파장에 민감하다.
안티몬화 인듐은 오래된 단일 검출기 기계식 스캔 열화상 시스템에서 매우 흔한 검출기였다. 또 다른 응용 분야는 강한 광 뎀버 효과 방출체로서 테라헤르츠파 소스로 사용되는 것이다.
이 금속간 화합물은 1951년 리우(Liu)와 페레티(Peretti)에 의해 처음 보고되었으며, 그들은 균일성 범위, 구조 유형 및 격자 상수를 제시했다. 안티몬화 인듐의 다결정 잉곳은 1952년 하인리히 벨커에 의해 제조되었지만, 오늘날의 반도체 기준으로는 순도가 높지 않았다. 벨커는 III-V족 화합물의 반도체 특성을 체계적으로 연구하는 데 관심을 가졌다. 그는 안티몬화 인듐가 작은 직접 띠틈과 매우 높은 전자 이동도를 가진다는 점에 주목했다. 안티몬화 인듐 결정은 적어도 1954년부터 액체 용융물에서 서서히 냉각하여 성장되었다.
2018년에 델프트 공과대학교의 연구팀은 안티몬화 인듐 나노선이 양자 컴퓨팅에 사용되는 마요라나 영 모드 준입자를 생성하는 데 잠재적인 응용 가능성을 보였다고 주장했다. 마이크로소프트는 이 연구를 더 발전시키기 위해 대학에 연구소를 열었지만, 델프트는 나중에 그 논문을 철회했다.
안티몬화 인듐은 어두운 회색의 은빛 금속 조각 또는 유리질 광택이 있는 분말 형태로 나타난다. 500°C 이상의 온도에 노출되면 녹아 분해되어 안티모니와 삼산화 안티모니 증기를 방출한다.
결정 구조는 0.648 nm의 격자 상수를 가진 섬아연석이다.
안티몬화 인듐은 300 K에서 0.17 eV, 80 K에서 0.23 eV의 띠틈을 갖는 좁은 직접 띠틈 반도체이다.
비도핑된 안티몬화 인듐은 탄소 나노튜브를 제외하고 알려진 어떤 반도체보다도 가장 큰 상온 전자 이동도인 78000 cm2/(V·s)를 가지며, 전자 표류 속도와 탄도 수송 길이(300 K에서 최대 0.7 μm)를 가진다.
안티몬화 인듐 광다이오드 검출기는 광전압 방식이며, 적외선 복사에 노출될 때 전류를 생성한다. 안티몬화 인듐의 내부 양자효율은 사실상 100%이지만, 특히 띠틈 근처의 광자에 대해서는 두께의 함수이다. 모든 좁은 띠틈 물질과 마찬가지로 안티몬화 인듐 검출기는 주기적인 재교정을 필요로 하여 영상 시스템의 복잡성을 증가시킨다. 이러한 추가된 복잡성은 극도의 감도가 필요한 경우, 예를 들어 장거리 군사 열화상 시스템에서 가치가 있다. 안티몬화 인듐 검출기는 또한 극저온(일반적으로 80 K)에서 작동해야 하므로 냉각이 필요하다. 대규모 배열(최대 2048×2048 화소)도 사용 가능하다. HgCdTe와 PtSi는 유사한 용도로 사용되는 물질이다.
알루미늄 안티몬화 인듐 층 사이에 끼워진 안티몬화 인듐 층은 양자 우물 역할을 할 수 있다. 그러한 이종구조에서 InSb/AlInSb는 최근 견고한 양자 홀 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이 접근 방식은 매우 빠른 트랜지스터를 만들기 위해 연구되고 있다. 1990년대 후반에는 안티몬화 인듐로 최대 85 GHz 주파수에서 작동하는 바이폴라 트랜지스터가 제작되었고, 최근에는 200 GHz 이상에서 작동하는 장효과 트랜지스터가 보고되었다(인텔/큐네티크). 일부 모델에서는 이 물질로 테라헤르츠 주파수를 달성할 수 있다고 제안한다. 안티몬화 인듐 반도체 장치는 0.5 V 미만의 전압에서도 작동할 수 있어 전력 요구 사항을 줄여준다.
성장 방법.
안티몬화 인듐은 액체 상태의 용융물을 응고시키거나(초크랄스키 공정), 에피택시얼하게 액상 에피택시, 열벽 에피택시 또는 분자선 에피택시로 성장시킬 수 있다. 또한 유기금속 화합물로부터 MOVPE를 통해 성장시킬 수 있다.
[[분류:인듐 화합물]]
[[분류:III-V 반도체]]
초분광 영상(hyperspectral imaging)은 전자기 스펙트럼 전반의 정보를 수집하고 처리한다. 초분광 영상의 목표는 사물, 재료 식별 또는 과정 탐지를 목적으로 장면 이미지의 각 화소에 대한 스펙트럼을 얻는 것이다. 스펙트럼 영상장치는 크게 세 가지 종류가 있다. 시간에 따라 이미지를 읽는 푸시 브룸 스캐너 및 관련 위스크 브룸 스캐너 (공간 스캐닝), 다른 파장에서 영역 이미지를 획득하는 대역 순차 스캐너 (스펙트럼 스캐닝), 그리고 스냅샷 초분광 영상장치가 있으며, 이는 고정 배열을 사용하여 즉시 이미지를 생성한다.
인간의 눈은 가시광선의 색을 주로 세 가지 대역으로 보지만 (긴 파장은 빨간색으로, 중간 파장은 녹색으로, 짧은 파장은 파란색으로 인식), 스펙트럼 영상은 스펙트럼을 훨씬 더 많은 대역으로 나눈다. 이미지를 대역으로 나누는 이 기술은 가시광선 외의 영역으로도 확장될 수 있다. 초분광 영상에서 기록된 스펙트럼은 미세한 파장 분해능을 가지며 넓은 파장 범위를 커버한다. 초분광 영상은 간격이 있는 스펙트럼 대역을 측정하는 다중 대역 영상과 달리 연속적인 스펙트럼 대역을 측정한다.
엔지니어들은 천문학, 농업, 분자 생물학, 생체 의료 영상, 지구 과학, 물리학 및 감시 분야에 적용하기 위해 초분광 센서와 처리 시스템을 구축한다. 초분광 센서는 전자기 스펙트럼의 넓은 부분을 사용하여 물체를 관찰한다. 특정 물체는 전자기 스펙트럼에서 고유한 "지문"을 남긴다. 스펙트럼 특징으로 알려진 이러한 "지문"은 스캔된 물체를 구성하는 재료를 식별할 수 있게 한다. 예를 들어, 기름에 대한 스펙트럼 특징은 지질학자들이 새로운 유전을 찾는 데 도움이 된다.
비유적으로 말하면, 초분광 센서는 일련의 "이미지"로 정보를 수집한다. 각 이미지는 스펙트럼 대역으로도 알려진 전자기 스펙트럼의 좁은 파장 범위를 나타낸다. 이러한 "이미지"는 처리 및 분석을 위한 3차원 (x, y, λ) 초분광 데이터 큐브를 형성하기 위해 결합되며, 여기서 x와 y는 장면의 두 공간 차원을 나타내고 λ는 스펙트럼 차원 (파장 범위를 포함)을 나타낸다.
기술적으로 말하면, 센서가 초분광 큐브를 샘플링하는 네 가지 방법이 있다: 공간 스캐닝, 스펙트럼 스캐닝, 스냅샷 이미징, 그리고 공간-스펙트럼 스캐닝.
초분광 큐브는 NASA의 공중 가시/적외선 영상 분광기 (AVIRIS)와 같은 공중 센서 또는 NASA의 EO-1 위성과 같은 위성에서 초분광 장비인 하이페리온으로 생성된다. 그러나 많은 개발 및 검증 연구에서는 휴대용 센서가 사용된다.
이러한 센서의 정밀도는 일반적으로 스펙트럼 분해능으로 측정되며, 이는 캡처되는 스펙트럼 각 대역의 너비이다. 스캐너가 상당히 좁은 주파수 대역을 많이 감지하면, 몇 개의 화소로만 캡처되더라도 물체를 식별할 수 있다. 그러나 공간 해상도는 스펙트럼 분해능 외에 다른 요소이다. 화소가 너무 크면 여러 물체가 같은 화소에 캡처되어 식별하기 어려워진다. 화소가 너무 작으면 각 센서 셀에 캡처되는 강도가 낮아지고, 감소된 신호 대 잡음비는 측정된 특징의 신뢰도를 떨어뜨린다.
초분광 이미지의 획득 및 처리는 영상 분광학 또는 초분광 큐브와 관련하여 3D 분광학이라고도 한다.
스캐닝 기술.
초분광 큐브의 3차원 (x, y, λ) 데이터셋을 획득하는 기본적인 네 가지 기술이 있다. 각 기술은 상황에 따라 장점과 단점이 있으므로, 기술 선택은 특정 응용 분야에 따라 달라진다.
공간 스캐닝.
공간 스캐닝에서 각 2차원 (2D) 센서 출력은 완전한 슬릿 스펙트럼 (x, λ)을 나타낸다. 공간 스캐닝을 위한 초분광 영상 (HSI) 장치는 장면의 스트립을 슬릿에 투영하고 프리즘 또는 회절 격자로 슬릿 이미지를 분산시켜 슬릿 스펙트럼을 얻는다. 이러한 시스템은 이미지를 라인별로 분석해야 하는 단점 ( 푸시 브룸 스캐너 사용)과 광학 경로에 일부 기계 부품이 통합되어 있다는 단점이 있다. 이러한 라인 스캔 카메라를 사용하면 플랫폼 이동 또는 스캐닝을 통해 공간 차원을 수집한다. 이를 위해서는 이미지를 '재구성'하기 위해 안정화된 마운트 또는 정확한 포인팅 정보가 필요하다. 그럼에도 불구하고 라인 스캔 시스템은 모바일 플랫폼을 사용하는 것이 합리적인 원격탐사에서 특히 흔하다. 라인 스캔 시스템은 컨베이어 벨트에서 움직이는 재료를 스캔하는 데도 사용된다. 라인 스캐닝의 특수한 경우는 점 스캐닝 ( 위스크 브룸 스캐너 사용)으로, 슬릿 대신 점 모양의 조리개가 사용되고 센서는 본질적으로 2D가 아닌 1차원이다.
스펙트럼 스캐닝.
스펙트럼 스캐닝에서 각 2D 센서 출력은 장면의 단색 (즉, 단일 파장), 공간 (x, y)-맵을 나타낸다. 스펙트럼 스캐닝을 위한 HSI 장치는 일반적으로 광학 대역 통과 필터 (조정 가능 또는 고정)를 기반으로 한다. 플랫폼이 정지된 상태에서 필터를 하나씩 교체하여 장면을 스펙트럼으로 스캔한다. 이러한 "정지" 파장 스캐닝 시스템에서는 장면 내에서 움직임이 있을 경우 스펙트럼 번짐이 발생하여 스펙트럼 상관/탐지를 무효화할 수 있다. 그럼에도 불구하고 스펙트럼 대역을 선택하고 장면의 두 공간 차원을 직접적으로 표현할 수 있다는 장점이 있다. 비행기와 같은 움직이는 플랫폼에서 영상 시스템이 사용되는 경우, 다른 파장에서 획득된 이미지는 장면의 다른 영역에 해당한다. 각 이미지의 공간 특징은 화소들을 재정렬하는 데 사용될 수 있다.
비스캐닝.
비스캐닝에서 단일 2D 센서 출력은 모든 공간 (x, y) 및 스펙트럼 (λ) 데이터를 포함한다. 비스캐닝용 HSI 장치는 스캐닝 없이 한 번에 전체 데이터큐브를 생성한다. 비유적으로 말하면, 단일 스냅샷은 데이터큐브의 원근 투영을 나타내며, 이를 통해 3차원 구조를 재구성할 수 있다. 이러한 스냅샷 초분광 영상 시스템의 가장 두드러진 이점은 스냅샷의 장점 (더 높은 광 처리량)과 짧은 획득 시간이다. 컴퓨터 단층 촬영 영상 분광계 (CTIS), 광섬유 재형성 영상 분광법 (FRIS), 렌즈 배열을 사용한 적분장 분광법 (IFS-L), 다중 조리개 적분장 분광계 (Hyperpixel Array), 이미지 슬라이싱 미러를 사용한 적분장 분광법 (IFS-S), 이미지 복제 영상 분광법 (IRIS), 필터 스택 스펙트럼 분해 (FSSD), 코딩된 조리개 스냅샷 스펙트럼 영상 (CASSI), 이미지 매핑 분광법 (IMS), 그리고 다중 스펙트럼 사냑 간섭계 (MSI)를 포함한 여러 시스템이 설계되었다. 그러나 계산 노력과 제조 비용이 높다. 비스캐닝 초분광 장비의 계산 요구 사항과 잠재적인 높은 비용을 줄이기 위한 노력으로, 다변량 광학 컴퓨팅을 기반으로 한 시제품 장치들이 시연되었다. 이 장치들은 다변량 광학 요소 스펙트럼 계산 엔진 또는 공간 광 변조기 스펙트럼 계산 엔진을 기반으로 한다. 이러한 플랫폼에서는 이미징 전에 광학 영역에서 화학 정보를 계산하여 화학 이미지가 추가 컴퓨팅 없이 기존 카메라 시스템에 의존한다. 이러한 시스템의 단점으로는 스펙트럼 정보가 전혀 획득되지 않고 화학 정보만 획득되므로 사후 처리 또는 재분석이 불가능하다는 점이다.
공간-스펙트럼 스캐닝.
공간-스펙트럼 스캐닝에서 각 2D 센서 출력은 파장 코딩된 ("무지개색", λ = λ(y)), 공간 (x, y)-맵을 나타낸다. 2014년에 소개된 이 기술의 시제품은 기본적인 슬릿 분광기 (슬릿 + 분산 요소) 뒤에 특정 비제로 거리에 카메라가 위치한다. 고급 공간-스펙트럼 스캐닝 시스템은 공간 스캐닝 시스템 앞에 분산 요소를 배치하여 얻을 수 있다. 스캐닝은 전체 시스템을 장면에 상대적으로 이동하거나, 카메라만 이동하거나, 슬릿만 이동하여 달성할 수 있다. 공간-스펙트럼 스캐닝은 공간 및 스펙트럼 스캐닝의 일부 장점을 통합하여 일부 단점을 완화한다.
초분광과 다중 스펙트럼 영상의 구분.
초분광 영상은 일반적으로 스펙트럼 영상 또는 스펙트럼 분석이라고 불리는 기술의 한 종류이다. "초분광 영상"이라는 용어는 1980년대 중반 NASA의 공중 영상 분광계 (AIS)와 AVIRIS 개발에서 유래되었다. NASA는 "초분광 영상"보다 더 이전 용어인 "영상 분광학"을 선호하지만, 후자의 용어가 과학 및 비과학 분야에서 더 널리 사용되고 있다. 동료 심사를 거친 서한에서 전문가들은 "영상 분광학" 또는 "스펙트럼 영상"이라는 용어를 사용하고 "하이퍼-", "슈퍼-", "울트라-"와 같은 과장된 접두사를 피하여 논의에서 오칭을 방지할 것을 권장한다.
초분광 영상은 다중 스펙트럼 영상과 관련이 있다. 하이퍼-와 다중 대역 사이의 구분은 때때로 임의의 "대역 수" 또는 측정 유형에 근거하여 잘못 이루어진다. 초분광 영상 (HSI)은 연속적이고 인접한 파장 범위 (예: 1nm 간격으로 400 - 1100nm)를 사용하는 반면, 다중 대역 영상 (MSI)은 선택된 위치에서 대상 파장의 부분 집합 (예: 20nm 간격으로 400 - 1100nm)을 사용한다.
다중 대역 영상은 개별적이고 다소 좁은 대역의 여러 이미지를 다룬다. "개별적이고 다소 좁다"는 것이 가시광선 파장 영역의 다중 스펙트럼 영상을 컬러 사진술과 구별하는 특징이다. 다중 스펙트럼 센서는 가시광선부터 장파 적외선까지의 스펙트럼을 커버하는 많은 대역을 가질 수 있다. 다중 스펙트럼 이미지는 물체의 "스펙트럼"을 생성하지 않는다. 랜드샛은 다중 스펙트럼 영상의 대표적인 실제 사례이다.
초분광은 연속적인 스펙트럼 범위에서 좁은 스펙트럼 대역을 영상화하여 장면의 모든 화소의 스펙트럼을 생성한다. 20개의 대역만 가진 센서도 500nm에서 700nm까지의 범위를 각 10nm 너비의 20개 대역으로 커버한다면 초분광으로 간주될 수 있으며, 가시광선, 근적외선, 단파 적외선, 중파 적외선 및 장파 적외선을 커버하는 20개의 개별 대역을 가진 센서는 다중 스펙트럼으로 간주될 것이다.
초분광은 매우 미세한 스펙트럼 해상도를 가진 간섭계 유형의 영상 센서를 위해 예약될 수 있다. 이러한 센서는 종종 (반드시 그런 것은 아니지만) 몇 화소에 불과한 낮은 공간 해상도를 가지며, 이는 높은 데이터 전송 속도에 의해 부과되는 제약이다.
초분광 원격탐사는 다양한 응용 분야에서 사용된다. 원래 광업 및 지질학을 위해 개발되었지만 (초분광 영상이 다양한 광물을 식별하는 능력은 광석 및 석유를 찾는 데 사용될 수 있는 광업 및 석유 산업에 이상적이다), 이제는 생태학 및 감시와 같은 광범위한 분야뿐만 아니라 아르키메데스 팔림프세스트 영상과 같은 역사적 필사본 연구에도 확산되었다. 이 기술은 대중에게 지속적으로 더 많이 제공되고 있다. NASA와 미국 지질조사국과 같은 기관들은 다양한 광물과 그 스펙트럼 특징에 대한 목록을 가지고 있으며, 연구자들이 쉽게 이용할 수 있도록 온라인에 게시했다. 더 작은 규모에서 NIR 초분광 영상은 최적의 투여량과 균일한 코팅의 품질 관리를 위해 개별 씨앗에 대한 살충제 적용을 신속하게 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
초분광 이미지 획득 비용은 특정 작물 및 특정 기후에서 일반적으로 높지만, 작물 개발 및 건강 모니터링을 위한 초분광 원격탐사 사용은 증가하고 있다. 호주에서는 영상 분광기를 사용하여 포도 품종을 감지하고 질병 발생에 대한 조기 경보 시스템을 개발하기 위한 연구가 진행 중이다. 또한, 초분광 데이터를 사용하여 식물의 화학적 조성을 감지하기 위한 연구가 진행 중이며, 이는 관개 시스템에서 밀의 영양분 및 수분 상태를 감지하는 데 사용될 수 있다. 더 작은 규모에서 NIR 초분광 영상은 최적의 투여량과 균일한 코팅의 품질 관리를 위해 개별 씨앗에 대한 살충제 적용을 신속하게 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
농업의 또 다른 응용 분야는 소해면상뇌병증 또는 광우병을 피하기 위해 복합 사료에 동물성 단백질을 검출하는 것이다. 검출 참조 방법인 (고전 현미경학)에 대한 대체 도구를 제안하기 위해 다양한 연구가 수행되었다. 첫 번째 대안 중 하나는 현미경학과 NIR의 장점을 결합한 근적외선 현미경 (NIR)이다. 2004년에 이 문제를 초분광 영상과 관련시킨 첫 번째 연구가 발표되었다. 복합 사료 준비에 일반적으로 사용되는 다양한 성분을 대표하는 초분광 라이브러리가 구축되었다. 이 라이브러리는 화학측정 도구와 함께 사용하여 사료의 동물성 성분 검출 및 정량을 위한 NIR 초분광 영상 방법의 검출 한계, 특이성 및 재현성을 조사하는 데 사용될 수 있다.
HSI 카메라는 또한 식물의 중금속 스트레스를 감지하는 데 사용될 수 있으며, 수확 후 습식 화학 방법보다 더 빠르고 조기에 대안을 제공한다.
동물학.
초분광 영상은 동물학에서도 사용된다. 이는 색상의 공간 분포와 스펙트럼의 근적외선 및 SWIR 범위로의 확장을 조사하는 데 사용된다. 예를 들어 일부 열대 개구리와 특정 잎에 앉아 사는 곤충과 같은 일부 동물은 근적외선에서 높은 반사율을 보인다.
폐기물 분류 및 재활용.
초분광 영상은 재료의 화학적 구성에 대한 정보를 제공할 수 있으므로 폐기물 분류 및 재활용에 유용하다. 이는 다른 직물을 가진 물질을 구별하고 천연, 동물성 및 합성 섬유를 식별하는 데 적용되었다. HSI 카메라는 머신 비전 시스템과 통합될 수 있으며, 간소화된 플랫폼을 통해 최종 고객이 새로운 폐기물 분류 응용 프로그램 및 기타 분류/식별 응용 프로그램을 만들 수 있도록 한다. 기계 학습과 초분광 카메라 시스템은 2020년 기준으로 매우 표준화되지 않은 플라스틱 제품 및 포장 폐기물을 자동으로 분리하기 위해 PET 및 PP와 같은 12가지 다른 유형의 플라스틱을 구별할 수 있다.
안과 진료.
몬트리올 대학교의 연구원들은 포톤 등 (Photon etc.)과 옵티나 진단 (Optina Diagnostics)과 협력하여 눈에 손상이 발생하기 전에 망막병증 및 황반 부종 진단에 초분광 사진 촬영 사용을 테스트하고 있다. 대사 초분광 카메라는 망막의 산소 소비량 감소를 감지하여 잠재적인 질병을 나타낸다. 그러면 안과의사는 주사를 통해 망막을 치료하여 잠재적인 손상을 예방할 수 있다.
식품 가공 산업에서 초분광 영상은 지능형 소프트웨어와 결합하여 디지털 분류기 ( 광학 분류기라고도 함)가 기존 카메라 및 레이저 분류기로는 보이지 않는 결함 및 이물질 (FM)을 식별하고 제거할 수 있도록 한다. 결함 및 FM 제거 정확도를 향상시킴으로써 식품 가공업자의 목표는 제품 품질을 향상시키고 수율을 높이는 것이다.
디지털 분류기에 초분광 영상을 적용하면 완전 생산량으로 인라인에서 비파괴적이고 100% 검사를 달성한다. 분류기 소프트웨어는 수집된 초분광 이미지를 사용자 정의 합격/불합격 임계값과 비교하고, 배출 시스템은 결함 및 이물질을 자동으로 제거한다.
초분광 센서 기반 식품 분류기의 최근 상업적 채택은 견과류 산업에서 가장 발전되어 있으며, 설치된 시스템은 호두, 피칸, 아몬드, 피스타치오, 땅콩 및 기타 견과류에서 돌, 껍질 및 기타 이물질 (FM) 및 외부 식물성 물질 (EVM)의 제거를 극대화한다. 여기서 향상된 제품 품질, 낮은 오분류율 및 높은 유입 결함 부하를 처리할 수 있는 능력은 종종 기술 비용을 정당화한다.
초분광 분류기의 상업적 채택은 감자 가공 산업에서도 빠르게 발전하고 있으며, 이 기술은 여러 미해결 제품 품질 문제를 해결할 것을 약속한다. 초분광 영상을 사용하여 감자 가공업자를 괴롭히는 "설탕 끝" 결함, "속이 비는 현상" 및 "일반적인 더댕이병"을 감지하기 위한 연구가 진행 중이다.
시추 코어와 같은 지질 샘플은 초분광 영상을 사용하여 상업적 관심이 있는 거의 모든 광물에 대해 신속하게 매핑될 수 있다. SWIR 및 LWIR 스펙트럼 영상의 융합은 장석, 실리카, 방해석, 석류석, 감람석 그룹의 광물 감지에 표준적으로 사용되는데, 이들 광물은 LWIR 영역에서 가장 뚜렷하고 강력한 스펙트럼 특징을 가지기 때문이다.
광물에 대한 초분광 원격탐사는 잘 개발되어 있다. 많은 광물은 공중 이미지에서 식별될 수 있으며, 금과 다이아몬드와 같은 귀중한 광물의 존재와의 관계는 잘 이해되어 있다. 현재 진행 중인 연구는 파이프라인 및 천연 유정의 기름 및 가스 누출과 식물 및 스펙트럼 특징에 미치는 영향 간의 관계를 이해하는 데 초점을 맞추고 있다. 최근 연구에는 Werff와 Noomen의 박사 학위 논문이 포함된다.
초분광 감시는 감시 목적으로 초분광 스캐닝 기술을 구현하는 것이다. 초분광 영상은 군사 기관이 공중 감시를 피하기 위해 사용하는 대응책 때문에 군사 감시에 특히 유용하다. 초분광 감시를 추진하는 아이디어는 초분광 스캐닝이 빛 스펙트럼의 매우 넓은 부분에서 정보를 추출하여 특정 물체가 스캔되는 많은 대역 중 적어도 몇 개에서 고유한 스펙트럼 특징을 가져야 한다는 것이다. 초분광 영상은 얼굴 인식 목적으로도 사용될 가능성을 보여주었다. 초분광 영상을 사용하는 얼굴 인식 알고리즘은 기존 영상을 사용하는 알고리즘보다 더 나은 성능을 보이는 것으로 나타났다.
전통적으로 상업적으로 이용 가능한 열적외선 초분광 영상 시스템은 액체 질소 또는 헬륨 냉각이 필요하여 대부분의 감시 응용 분야에는 비실용적이었다. 2010년, Specim은 태양이나 달과 같은 외부 광원 없이 실외 감시 및 UAV 응용 분야에 사용될 수 있는 열적외선 초분광 카메라를 도입했다.
천문학에서 초분광 영상은 공간적으로 해상도 있는 스펙트럼 이미지를 결정하는 데 사용된다. 스펙트럼은 중요한 진단 정보이므로 각 화소에 대한 스펙트럼을 가지면 더 많은 과학적 사례를 해결할 수 있다. 천문학에서는 이 기술을 일반적으로 적분장 분광학이라고 부르며, 이 기술의 예로는 VLT의 FLAMES 및 SINFONI가 있다. 찬드라 엑스선 천문대의 고급 CCD 영상 분광기는 이 기술을 사용한다.
화학 영상.
군인들은 다양한 화학적 위험에 노출될 수 있다. 이러한 위협은 대부분 보이지 않지만 초분광 영상 기술로 감지할 수 있다. 2005년에 출시된 Telops Hyper-Cam은 최대 5km 거리에서 이를 시연했다.
잉크젯 인쇄 분석.
가시 근적외선(VNIR) 스펙트럼 범위의 초분광 영상은 육안으로 유사하게 보이는 염료 기반 및 안료 기반 잉크젯 인쇄물을 효과적으로 구별할 수 있다. 연구에 따르면 이 두 가지 잉크 유형은 특히 근적외선 대역(800-1000 nm)에서 현저히 다른 스펙트럼 특성을 나타내며, 염료 기반 잉크는 안료 기반 잉크에 비해 훨씬 높은 반사율을 보인다. 이러한 차이는 검은색 잉크에서 특히 두드러지는데, 안료 기반 잉크는 전체 VNIR 스펙트럼에 걸쳐 낮은 반사율을 유지하는 반면, 염료 기반 잉크는 NIR 범위에서 반사율이 급격히 증가한다. 따라서 초분광 기술은 인쇄 위조 감지, 보존 품질 인쇄물 검증, 그리고 잠재적으로 문서 작성에 사용된 특정 프린터 유형 식별에 실용적인 응용을 제공할 수 있다.
대부분의 국가는 석탄 및 석유 화력 발전소, 도시 및 유해 폐기물 소각로, 시멘트 공장 및 기타 여러 유형의 산업원에서 발생하는 배출물을 지속적으로 모니터링해야 한다. 이 모니터링은 일반적으로 추출 샘플링 시스템과 적외선 분광학 기술을 결합하여 수행된다. 최근 수행된 일부 원격 측정은 대기 질을 평가할 수 있었지만, 불확실성이 낮은 측정을 허용하는 원격 독립적인 방법은 많지 않다.
토목 공학.
최근 연구에 따르면 초분광 영상은 포장도로의 균열 발생을 감지하는 데 유용할 수 있으며, 이는 가시 스펙트럼 카메라로 찍은 이미지에서는 감지하기 어렵다.
생체 의료 영상.
초분광 영상은 암을 감지하고, 신경을 식별하고, 멍을 분석하는 데도 사용되었다.
자율 주행 차량.
초분광 영상은 최근 자율 주행 및 첨단 운전자 보조 시스템에 사용하기 위해 연구되었다. 기존 RGB 카메라에 비해 보행자 분리 및 객체 분류를 개선하는 데 사용될 수 있으며, 노면의 물 또는 눈과 같은 도로 조건을 구별하는 데 도움이 될 수 있다.
초분광 영상의 주요 장점은 각 지점에서 전체 스펙트럼이 획득되므로 작업자가 샘플에 대한 사전 지식이 필요 없고, 후처리 과정을 통해 데이터셋에서 사용 가능한 모든 정보를 추출할 수 있다는 점이다. 초분광 영상은 또한 인근 영역의 서로 다른 스펙트럼 간의 공간적 관계를 활용하여 이미지의 보다 정확한 분할 및 분류를 위한 보다 정교한 스펙트럼-공간 모델을 만들 수 있다.
주요 단점은 비용과 복잡성이다. 초분광 데이터를 분석하려면 빠른 컴퓨터, 민감한 감지기, 대용량 데이터 저장 용량이 필요하다. 압축되지 않은 초분광 큐브는 수백 메가바이트를 초과할 수 있는 크고 다차원적인 데이터셋이기 때문에 상당한 데이터 저장 용량이 필수적이다. 이러한 모든 요소는 초분광 데이터를 획득하고 처리하는 비용을 크게 증가시킨다. 또한 연구자들이 직면해야 했던 난관 중 하나는 초분광 위성이 데이터를 스스로 분류하고 가장 중요한 이미지("필터링된" 이미지)만 전송하도록 프로그래밍하는 방법을 찾는 것이었는데, 이는 많은 양의 데이터를 전송하고 저장하는 것이 어렵고 비용이 많이 들 수 있기 때문이다. 비교적 새로운 분석 기술로서 초분광 영상의 잠재력은 아직 완전히 실현되지 않았다.
[[분류:재료과학]]
[[분류:감시]]
[[분류:영상]]
[[분류:군용 전자장비]]
[[분류:적외선 영상]]
[[분류:원격탐사]]
열전퇴(thermopile) 또는 열전대열은 열에너지를 전력량으로 변환하는 장치이다. 일반적으로 직렬로, 덜 일반적으로는 병렬로 연결된 여러 열전대로 구성된다. 이러한 장치는 열전 효과, 즉 서로 다른 금속(열전대)이 온도 차이에 노출될 때 전압을 생성하는 원리에 따라 작동한다.
열전대는 접점부터 열전대 출력 전압이 측정되는 지점까지의 온도 차이를 측정하여 작동한다. 하나 이상의 금속으로 폐회로가 구성되고 접점과 한 금속에서 다른 금속으로의 전환 지점 사이에 온도 차이가 있으면, 뜨거운 접점과 차가운 접점 사이의 전위 차이로 인해 전류가 생성된다. 열전퇴는 일반적으로 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결된 여러 열전대로 구성되며, 접점은 두 등온 영역 사이에 분포한다. 각 열전대는 뜨거운 접점과 차가운 접점 사이의 온도 차이에 비례하는 작은 전압을 생성한다. 많은 열전대를 연결하면 전압이 합산되어 온도 기울기와 접점 수에 비례하는 출력을 얻을 수 있다. 수동 작동 덕분에 열전퇴는 비접촉식 적외선 온도계, 에너지 수확 및 공정 모니터링 애플리케이션에 널리 사용된다.
열전퇴는 절대 온도에 반응하지 않고, 국부적인 온도 차이나 온도 기울기에 비례하는 출력 전압을 생성한다. 전압과 전력량은 매우 작으며, 이러한 목적을 위해 특별히 설계된 제어 장치를 사용하여 밀리와트 및 밀리볼트 단위로 측정된다.
열전퇴는 의료 전문가가 체온을 측정하기 위해 널리 사용하는 적외선 온도계와 같은 온도 측정 장치의 일부로 온도에 반응하여 출력을 제공하는 데 사용되거나, 센서의 밀봉된 공동 내부의 온도 프로파일을 측정하기 위한 열 가속도계에 사용된다. 또한 열유속 센서, 피르헬리오미터 및 가스 버너 안전 제어에도 사용된다. 열전퇴의 출력은 일반적으로 수십 또는 수백 밀리볼트 범위이다. 신호 레벨을 높이는 것 외에도 장치는 공간적 온도 평균을 제공하는 데 사용될 수 있다.
열전퇴는 또한 전기 부품, 태양풍, 방사성 물질, 레이저 복사 또는 연소열에서 전기 에너지를 생성하는 데 사용된다. 이 과정은 또한 펠티에 효과의 한 예인데, 뜨거운 접점에서 차가운 접점으로 열을 전달하기 때문이다.
또한 열전퇴 센서라고 불리는 전력계도 있는데, 이는 광학 또는 레이저 전력이 열로 변환되고 그 결과로 증가하는 온도가 열전퇴에 의해 측정되는 원리를 기반으로 한다.
학교 바우처, 스쿨 바우처(school voucher) 또는 교육 바우처는 선택된 학교 학생들을 위한 정부 지원금 증명서이다. 지원금은 일반적으로 특정 연도, 학기 또는 학기에 해당한다. 관할 구역에 따라 바우처는 홈스쿨링 비용이나 전적으로 사립학교, 차터 스쿨 또는 국공립학교에 사용될 수 있다.
밀턴 프리드먼은 1950년대에 현대적인 바우처의 경제적 개념을 주장하며, 사립학교 간의 자유 시장 경쟁이 학교를 개선하고 비용을 절감하며 공립학교보다 우수한 교육 결과를 가져올 것이라고 말했다. 프리드리히 하이에크를 포함한 학교 바우처 지지자들은 바우처 시스템이 소비자 주권을 제공하여 학교 성과와 책임성을 높인다고 주장한다. 그러나 프리드먼의 주장은 학생들 간의 우수 학생 선별, 복권식 바우처 배정 시스템의 무작위성, 일부 학생들이 덜 선호되는 학교에 다녀야 하는 본질적인 불평등, 그리고 공공 교육에서 공공 자금을 전환하는 것을 조장한다는 비판을 받았다.
학교 바우처의 실증적 효과에 대한 연구는 엇갈린 결과를 낳았다. 한편으로, 일부 연구는 인구통계학적 요인을 조정한 후 사립학교와 공립학교가 비슷한 성과를 보였고, 바우처 프로그램이 분리를 조장할 수 있다고 밝혔다. 다른 연구들은 증가된 경쟁이 실제로 전반적으로 더 나은 교육 결과를 가져오고 인종적 및 사회경제적 분열을 실제로 감소시킨다고 보여준다.
학교 바우처는 주로 학생들이 사립학교, 차터 스쿨, 그리고 국공립학교에 다닐 수 있도록 배포된다. 교육 보조금은 또한 정부가 만든 은행 계좌 형태를 취할 수 있으며, 이 자금은 교육 목적으로만 사용되고, 교육 세액 공제 형태로도 제공된다.
교육에 대한 정부 개입은 일반적으로 두 가지 형태를 취한다. 첫 번째 접근 방식은 광범위하며, 차터 스쿨, 마그넷 스쿨, 또는 영리 학교의 설립과 경쟁 증진을 포함한다. 두 번째 접근 방식은 개인에게 초점을 맞추며, 개인에게 보조금이나 대출을 제공하는 것을 포함한다.
밀턴 프리드먼은 1950년대에 현대적인 바우처의 경제적 개념을 주장하며, 사립학교 간의 자유 시장 경쟁이 학교를 개선하고 비용을 절감하며 공립학교보다 우수한 교육 결과를 가져올 것이라고 말했다. 또한 프리드리히 하이에크를 포함한 프리드먼 이론의 지지자들은 바우처 시스템이 소비자 주권을 제공하여 학교 성과와 책임성을 높인다고 주장한다. 학교 바우처의 자유 시장 이론은 대학 간의 경쟁과 대학생을 위한 정부 지원 또는 장학금 제공에 비유되었는데, 이는 고등 교육의 연구 및 교육에 긍정적인 영향을 미쳤다고 주장할 수 있다. 프리드먼 이론의 주요 지지자로는 프리드먼의 비정부 조직인 EdChoice와 서덜랜드 연구소가 있다.
바우처를 지지하는 프리드먼의 주장은 1980년 그의 10부작 텔레비전 시리즈 선택할 자유와 그 동반 서적의 출판으로 추가적인 주목을 받았다. 프리드먼의 주장은 사립학교의 가격이 교사 및 행정의 차이로 인해 경쟁적이라기보다는 부유하거나 다른 방식으로 유리한 배경을 가진 학생들만을 선별하는 우수 학생 선별 접근 방식 때문이라는 암묵적 가정에 대해 비판을 받았다.
대조적으로, 미국의 전미교육협회는 복권식 바우처 배정 시스템의 무작위성, 일부 학생들이 덜 선호되고 덜 경쟁적인 학교에 다녀야 하는 본질적인 불평등, 그리고 공공 교육에서 공공 자금을 전환하여 공립학교 기준을 약화시킬 수 있다는 점을 비판했다.
미국경제학회 소속 210명의 경제학자를 대상으로 한 무작위 설문조사에 따르면, 3분의 2 이상이 정부 운영 학교나 사립 학교에서 사용할 수 있는 교육 바우처를 부모에게 제공하는 것을 지지하며, 특히 저소득 학생이나 성과가 낮은 학교의 학생들에게 그렇다고 답했다.
정부는 인간 자본 축적, 사회적 가치 및 규범 촉진, 그리고 범죄 감소 및 경제발전과 같은 긍정적인 외부 효과를 포함하여 국공립학교 교육에 개입하고 개선하기 위한 여러 인센티브를 가지고 있다. 가정은 교육 및 사적 소비에 얼마나 지출할지를 결정하는 소비 선택을 직면하며, 해당하는 무차별 곡선은 개인이 얼마나 많은 교육을 소비하고 얼마나 많은 사적 소비를 소비할지를 나타낸다. 따라서 바우처는 일반적으로 두 가지 광범위한 경제적 이유로 도입된다: 소비자 선택을 가능하게 하고, 학교 간 시장 경쟁을 증가시키기 위해서이다.
실증적 효과.
연구 결과는 엇갈렸다. 학교 바우처에 대한 경제 문헌을 2017년에 검토한 결과 "현재까지의 증거는 바우처를 광범위하게 채택하도록 권장하기에 충분하지 않지만, 여러 긍정적인 발견은 지속적인 탐색을 지지한다"는 결론을 내렸다. 2006년 미국 교육부 보고서를 포함한 일부 연구는 인구통계학적 요인을 조정한 후 사립학교와 공립학교가 비슷한 성과를 보였다고 결론 내렸다. 동시에 2021년 메타분석은 "사립학교 바우처의 긍정적인 학업 성과 영향에 대한 중간 정도의 증거가 있으며, 프로그램 및 결과 연도에 걸쳐 상당한 효과 이질성이 있다"고 밝히며 "바우처 개입이 학업 성과에 대한 영향이 없더라도 비용 효율적일 수 있다"는 증거를 제시했다.
다른 연구들은 바우처 프로그램이 분리를 조장하고 납세자 자금에 대한 책임이 부족할 수 있다고 시사한다. 그럼에도 불구하고, 다른 연구는 특정 상황에서 학교 선택의 증가를 통해 소득 및 인종 분리를 간접적으로 줄일 수 있음을 보여주었다. 또한 사립학교 바우처가 낮은 등록률로 인한 공립학교 비용 저축을 통해 전체 예산을 상쇄할 수 있다. 공공 부문에서의 일자리 손실은 사립 부문의 일자리 수요 증가로 상쇄될 수도 있다.
압둘카디롤루 외(2018)의 연구에 따르면, 사립학교 바우처 복권에 당첨된 불우한 학생들은 바우처를 받지 못한 불우한 학생들보다 교육 결과가 더 좋지 않았다.
콜롬비아의 PACES 바우처 프로그램에 대한 연구에 따르면 이 프로그램은 사립학교 등록률과 학업 성과를 증가시켰다. 3년 후, 복권 당첨자들은 사립학교에 다닐 가능성이 15%포인트 더 높았고, 평균적으로 0.1년 더 많은 학업을 마쳤으며, 8학년을 마칠 가능성이 10%포인트 더 높았다. 바우처 수혜자들의 시험 점수는 비수혜자들보다 0.2 표준 편차 높았으며, 여학생보다 남학생의 수학 성적에서 더 강한 효과를 보였다. 이 프로그램은 중도 탈락률에 유의미한 영향을 미치지 않았지만, 복권 당첨자들 사이에서 청소년 고용 감소와 조기 결혼 또는 동거 가능성 감소와 관련이 있었다.
2004년 연구에 따르면 독립 학교와의 경쟁이 공립 학교의 성과를 향상시켰다. 그러나 스웨덴의 PISA 순위는 2000년대에 하락했는데, 일부에서는 이를 바우처 시스템과 무관한 요인 때문이라고 본다. 2015년 연구에 따르면 독립 학교 학생 비율이 높을수록 주로 경쟁 증가로 인해 교육 결과가 향상되는 것과 상관관계가 있었다. 수잔 비보르그에 따르면, 1992년 스웨덴에서 도입된 바우처 시스템은 "특히 취약 지역 학교와 관련하여 사회적 및 인종적 분리를 심화시켰다".
맨해튼 정책 연구소의 2003년 연구는 바우처 학생을 수용할 자격이 있는 사립학교 근처에 위치한 공립학교가, 자격이 없는 사립학교 근처에 위치한 유사한 학교보다 학업 시험 점수를 포함하여 훨씬 더 많은 개선을 이루었다고 결론 내렸다. 캐롤라인 혹스비는 밀워키의 바우처 효과와 애리조나 및 미시간의 차터 스쿨이 인근 공립학교에 미치는 영향을 연구하여, 경쟁에 직면한 공립학교가 그러한 경쟁에 직면하지 않은 학교보다 더 큰 시험 점수 향상을 이루었으며, 조사된 바우처 지역에서는 소위 크림 스키밍 효과가 존재하지 않았음을 발견했다.
CATO 연구소의 피닉스, 로스앤젤레스, D.C., 시카고, 뉴욕시, 휴스턴의 공립 및 사립학교 학생당 지출 연구에 따르면 공립학교는 추정되는 중간 규모의 사립학교보다 93% 더 많은 비용을 지출하는 것으로 나타났다.
종교 및 비종교 사립 기관 모두에 바우처를 지원하는 밀워키의 학부모 선택 프로그램에 대한 2013년 연구는 바우처 사용이 학생이 고등학교를 졸업하고, 대학에 진학하고, 대학에 머무를 가능성을 높인다고 가정했다. 전미경제연구소가 발표한 2015년 논문은 루이지애나의 바우처 프로그램 참여가 "학업 성취도를 상당히 감소시킨다"고 밝혔는데, 이는 프로그램에 참여하는 사립학교의 낮은 질을 반영하는 것일 수 있다. 플로리다의 학교 바우처 경쟁 효과에 대한 2014년 분석은 경쟁이 심화되면 일반 공립학교의 성과가 향상됨을 시사한다.
역사적으로 볼 때, 바우처 프로그램이 미국인의 분리를 심화시키는 데 사용되었다는 자료가 있다. 또한 뉴욕시 학교 선택 장학금 프로그램과 같은 바우처 프로그램의 효과가 학생 성취도 향상에 미미하다는 일부 자료가 나타났다.
프랑스가 프로이센-프랑스 전쟁 (1870–1871)에서 패배했을 때, 많은 이들은 그 원인을 열등한 군사 교육 시스템 탓으로 돌렸다. 이 패배 이후, 프랑스 의회는 학생들이 최고의 학교를 찾을 수 있도록 하여 학교를 개선할 수 있기를 바라는 바우처를 제안했다. 이 제안은 프랑스인들이 종교 교육에 보조금을 지급하는 것을 꺼려했기 때문에 결코 진행되지 않았다. 실패에도 불구하고, 이 제안은 많은 현대 국가에서 제안되거나 사용되는 바우처 시스템과 매우 유사하다.
미국에서 가장 오래된 현존하는 학교 바우처 프로그램은 버몬트와 메인의 타운 학비 프로그램으로, 각각 1869년과 1873년에 시작되었다. 이 주들의 일부 마을에는 지역 고등학교나 초등학교가 없기 때문에, 바우처는 이 마을의 학생들이 다른 마을의 공립학교나 세속 사립학교에 다닐 수 있도록 제공한다.
교육 바우처 시스템은 1917년 네덜란드에 도입되었다. , 학생의 70% 이상이 사립이면서도 공공 자금 지원을 받는 학교에 다니는데, 대부분 교파별로 나뉘어 있다.