기계학습 기반 기법을 이용한 보행 동작 예측과 보행 기반 개인 식별

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2018. 8. 박종우.This thesis is concerned with human gait motion learning and prediction, focusing on differences in gait motion between individuals to address the problems of personalized gait pattern prediction and gait based biometric identification. We first present an algorithm that predicts individual gait patterns from a human's anthropometric characteristics, e.g., age, height, weight, gender, and other related anthropometric data. We adopt the Gaussian process dynamical model~(GPDM) framework to address the high dimensionality of human gait motions, and to learn a common stochastic dynamics model for gaits. We also utilize Gaussian process regression~(GPR) to learn a mapping from the space of body features to the motion parameters in the GPDM framework. Using our framework, an entire cycle of individualized gait motions at arbitrary walking speeds can be predicted from body feature data. We also propose a gait-based identification algorithm based on deep neural networks. To allow for new subjects whose information is not included in the original database, we develop a novel autoencoder architecture that is designed to extract features efficiently from the measured gait motions. We use the reconstruction error of the trained autoencoder as a similarity measure between the learned motion and the input, for which user-specified thresholds can be used for the identification. Our proposed method is able to identify both subjects in the database as well as unknown subjects, only using the observed gait motion. Furthermore, it is possible to update the database incrementally for newly given gait motions. Finally, we propose an algorithm used to predict a subject's age, height, weight, and gender from the subject's gait motion. We construct a neural network architecture for this purpose by modifying the previous autoencoder structure used for the identification, and devise an efficient learning strategy utilizing transfer learning to reduce the prediction error. To validate proposed algorithms, we collect gait motions and anthropometric data from more than a hundred subjects. For our gait motion prediction algorithm, an individualized gait pattern is generated for observed anthropometric data and at arbitrary walking speeds. The algorithm also shows 30% less gait pattern prediction errors compared to a frame-by-frame statistical regression method. In the case of gait identification, our algorithm shows identification accuracy of 98.5-100%, outperforming the results reported in recent studies.1 Introduction 1 1.1 Research Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Contributions of This Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.1 Gait Pattern Prediction from Individual Physical Features . 7 1.2.2 Gait Pattern-Based Human Identification . . . . . . . . . . . 9 1.2.3 Gait Pattern-Based Physical Feature and Gender Prediction 10 1.3 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2 Preliminaries 13 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 Human Motion Modeling with Nonlinear Dimensionality Reduction 13 2.2.1 Principal Component Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.2 Geometrically-Inspired Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.3 Gaussian Process-Based Models . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3 Deep Neural Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3.1 Feedforward Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3.2 Autoencoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.3.3 Recurrent Neural Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.3.4 Optional Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3 Gait Pattern Prediction from Individual Physical Features 39 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.2.1 Acquisition and Preprocessing of Human Gait Motion . . . 43 3.2.2 Gaussian Process Learning of Gait Motion . . . . . . . . . . 45 3.2.3 Generation of Individualized Gait Motion . . . . . . . . . . . 50 3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.1 Determination of the Dimension of the Latent Space . . . . 52 3.3.2 Gait Patterns at Intermediate Walking Speed . . . . . . . . 53 3.3.3 Prediction of the Initial Poses . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.3.4 Generation of the Individualized Gait Pattern . . . . . . . . 56 3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4 Gait Pattern-Based Human Identification 63 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2.1 Gait Identification for Known Classes . . . . . . . . . . . . . 66 4.2.2 Gait Identification Including Unknown Classes . . . . . . . . 68 4.3 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3.1 Gait Identification with Known Subjects . . . . . . . . . . . 71 4.3.2 Gait Identification with Known and Unknown Subjects . . . 75 4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5 Gait Pattern-Based Physical Feature and Gender Prediction 81 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.2.1 Transfer Learning Scheme for Feature Estimation . . . . . . 83 5.2.2 Experiments and Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6 Conclusion 93 Bibliography 97 Abstract 115Docto

1930년대 중반 소련 강제노동수용소의 변화: 백해-발트해 산업단지의 수용소 신문에 드러난 수감자관(觀)의 변화를 중심으로

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 서양사학과, 2016. 2. 한정숙.본고는 1930년대 중반 소련의 강제노동수용소가 겪은 변화에 주목하고 그 변화의 성격을 규명하려는 시도이다. 소련의 강제노동수용소는 1930년에 출범한 굴라그(ГУЛаг) 산하의 구금기구로, 1930년대를 지나며 급격히 성장했다. 기존의 연구들은 스탈린 시대에 벌어진 대규모 정치적·사회적 탄압의 맥락 속에서 강제노동수용소를 조명하며, 수용소가 무엇보다도 억압기구 혹은 형벌기구의 기능을 했다고 강조했다. 그러나 이러한 관점은 소련의 산업화가 심화되던 1930년대 중반 강제노동수용소가 경험한 중요한 변화를 고려하지 않는 한계를 갖는다. 경제적 생산에 요구가 전사회적으로 증대하면서 수용소 또한 이전과는 질적으로 다른 규모의 생산 활동을 수행해야 했다는 것이 그 변화의 핵심이었다. 그리고 이러한 변화는 그간의 연구가 주목하지 않았던 수용소의 내부에서 두드러졌다. 이에 본고는 소련의 대표적인 강제노동수용소인 백해-발트해 산업단지에서 발간된 내부 신문들을 검토하며 1935-36년 수용소의 일상이 생산 활동을 중심으로 재편된 과정을 살핀다. 특히 수용소 신문이 수감자들을 생산성 증진에 매진하는 노동자로 그렸으며 이들의 수감생활을 일종의 공장생활로 묘사했다는 사실을 구체적으로 분석한다. 이는 당대의 수용소가 경제적 생산기구로 변모하고 있었음을 보여주는 중요한 단서이다. 1935년도에 발간된 수용소 신문은 수감자들에 대한 재교육을 도모한다는 이전 시기의 기조와 거리를 두며 수감자들의 생산 활동과 그들이 달성한 생산성을 핵심적인 주제로 다뤘다. 1935년 말에 시작된 스타하노프운동은 이러한 경향을 더욱 강화했다. 백해-발트해 산업단지는 스타하노프운동에 특화된 신문을 별도로 발간하며 수감자들의 생산성이 수용소의 경제적 역할과 밀접히 결부되어 있음을 강조했던 것이다. 수용소의 실상을 반영하는 대부분의 사료들에 대한 접근이 여전히 어려운 상황에서, 수용소 신문에 드러난 수용소 당국의 수감자관(觀)은 이전까지 간과되었던 1930년대 중엽 수용소의 변화를 이해할 수 있는 단초를 제공한다. 강제노동수용소는 억압기구와 형벌기구, 그리고 생산기구의 영역을 오가며 당대 소련 사회 전반의 변화에 발맞추어 독특한 입지를 구축했던 것이다. 특히 소련 경제의 번영기라고도 불렸던 1930년대 중반, 수감자들을 노동자로 바라보았던 수용소 내부의 담론은 소련 경제와 수용소가 맺고 있던 관계를 새로이 조명할 만한 실마리를 제공한다.This thesis examines the changing nature of Soviet incarceration in the mid-1930s, focusing on the White Sea-Baltic Combine, the corrective labor camp located in Karelia region. An apparatus of the GULag, the administrative agency of the incarceration system in Soviet Russia, corrective labor camps were the representative institution of detention. Historians studying Soviet mass incarceration have pointed out that these camps, which grew rapidly during the bleak years of Stalinist rule in 1930s, served as an instrument of oppression and punishment. Corrective labor camps, they claims, were repressive and corrective in nature. This widely accepted perspective, however, portrays the camps as monolithic, unchanging institutions. On the contrary, corrective labor camps evolved over time, particularly in the mid-1930s when they put emphasis more on labor and less on re-education. This new emphasis mirrored a greater socioeconomic change of the mid-1930s. An impulse for industrialization swept the whole country, and its impact was also felt strongly in corrective labor camps despite their marginality in Soviet Russia. In the camps, the industrial impulse was evident in inmates daily works, which demanded inmates to become agents of industrial productivity. To illuminate this change, this thesis scrutinizes the Gulag newspapers published in 1935 and 1936 at the White Sea-Baltic Combine, one of the earliest and best-known concentration camps in the Stalin era. The Gulag newspapers, circulated only within the camp, vividly illustrated inmates foremost as laborers. Articles, editorials, and reader letters written by both officials and inmates betrayed a perspective that highlighted the camp primarily as an economic institution striving for higher labor productivity. Refashioning the camp as a laboratory of productivity was primarily an internal change, but it also drew on resources from the Stakhanovite movement, a widespread social campaign on productivity in the mid-1930s. The Gulag newspapers often lauded the productive inmates as the Stakhanovites and reported in detail about the Stakhanovite movement. In this light, this thesis demonstrates the ways in which corrective labor camps evolved into a unique organization that prioritized prisoners productivity, not re-education.서론 1 Ⅰ. 백해운하의 건설과 인간개조론, 1931-33년 8 Ⅱ. 인간개조론의 퇴조와 생산성론의 대두, 1935년 13 1. ББК의 설립과 수용소 신문의 변화 13 2. 피교육자에서 노동자로 17 3. 수감자들의 교육자에서 당국의 노동자로 20 4. 재교육에서 생산성으로 22 Ⅲ. 스타하노프운동과 생산성론의 강화, 1936년 26 1. ББК의 스타하노프운동과 수용소 신문의 변화 26 2. 수감자-스타하노프노동자의 역할 29 3. 수감자-스타하노프노동자의 지위 32 결론 36 참고문헌 40 Abstract 50Maste

렌즈 기능의 반거울을 이용한 3차원 디스플레이 시스템

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2012. 8. 이병호.본 논문에서는 새로운 광학 소자로써 렌즈 기능의 반거울을 제안하고, 이를 이용한 3차원 디스플레이 시스템들에 대하여 논한다. 렌즈 기능의 반거울은 반사형 광학 구조를 통해 렌즈의 광학적 기능을 구현하는 반거울이다. 광 결합기로써 렌즈 기능의 반거울은 see-through 이미징 특성을 가지며 광학 시스템의 정렬에 있어서 장점을 가진다. 본 논문은 렌즈 기능의 반거울을 실제로 구현할 수 있는 세 가지 공정 방법을 제안한다. 각각의 공정 방법은 서로 다른 장단점을 가지고 있기 때문에 응용처에 따라서 적절한 공정 방법을 택할 수 있도록 각 공정 방법에 의해 원형들을 제작하고 그 특성을 비교 및 분석한다. 본 논문에서는 두 가지 측면에서 렌즈 기능의 반거울의 유용성을 살펴본다. 첫째로 렌즈 기능의 반거울이라는 새로운 광학 소자의 도입을 통해서 새로운 개념의 3차원 디스플레이 시스템을 제안할 수 있는 기반을 제공한다는 측면, 두번째로는 기존의 3차원 디스플레이에 존재하였던 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 방법들을 제공한다는 측면을 살펴본다. 본 논문에서는 집적 영상 방법에 기반한 다양한 3차원 디스플레이들을 구현함으로써 이와 같은 연구를 수행한다. 먼저 렌즈 기능의 반거울의 도입으로 증강 현실에 적용 가능한 새로운 2가지의 3차원 디스플레이시스템을 제안할 수 있음을 제시한다. See-through 및 양방향 이미징 집적 영상 시스템은 어떠한 기계적 움직임 없이도 시스템 주변으로 무안경식 3차원 이미지를 보여줄 수 있는 새로운 개념으로써 제안된다. 이는 렌즈 기능의 반거울을 어레이로 이용하여 구현할 수 있으며, 이때 렌즈 기능의 반거울 어레이는 결국 오목 거울 어레이의 기능을 갖게 된다. 프로젝션형 집적 영상의 이미징 원리의 분석을 통해 10\%의 반사율을 갖는 렌즈 기능의 반거울을 사용하여 실세계에 3차원 영상을 자연스럽게 겹쳐 보여줄 수 있음을 보인다. 렌즈 기능의 반거울의 볼록 거울 방향에 집적 부유형 디스플레이의 원리를 적용하여 정확한 초점 조절을 유발할 수 있는 see-through head mounted display의 개념을 제시한다. 디스플레이 장치의 픽셀 크기가 집적 영상의 원거리 이미징을 제한하는 원인임을 밝히고, 볼록 거울의 사용이 어떠한 물리적 개선 없이 효과적으로 디스플레이 장치의 픽셀 크기를 줄여 결과적으로 집적 영상의 원거리 이미징이 가능토록 함을 보인다. 또한 렌즈 기능의 반거울은 기존의 집적 영상에 알려진 문제였던 2차원/3차원 변환 기능의 구현에도 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 프로젝션형 집적 영상의 경우, 기존의 방법들은 스크린 크기에 대응하는 크기의 능동 소자를 사용하여야 하기 때문에, 지금까지는 2차원/3차원 변환을 구현할 수 있는 적절한 방법이 존재하지 않았다. 반면 렌즈 기능의 반거울을 적용하면 2차원/3차원 변환 기능을 수동 소자를 이용하여 구현할 수 있는 방법을 제시할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 렌즈 기능의 반거울을 적용하여 2차원/3차원 변환 기능을 구현한 프로젝션형 집적 영상 시스템을 최초로 제안한다. 기존에는 focused mode의 집적 영상 구조에 대한 2차원/3차원 변환 기능을 구현하기 위한 연구가 다수 이루어져 왔으나 real/virtual mode 집적 영상에 대해서는 오직 한가지 방법만이 제안된 바 있다. 본 논문에서는 렌즈 기능의 반거울을 이용하여 real/virtual mode 집적 영상의 2차원/3차원 변환 기능을 구현하기 위한 새로운 방법을 제안한다. 제안된 시스템은 또한 넓은 시야각과 깊이감 향상을 위한 다층 중심 깊이 평면 생성에 있어 광경로 단축과 같은 여러 가지 장점들을 보여준다. 비록 본 논문에서는 렌즈 기능의 반거울의 유용성을 3차원 디스플레이 시스템에 한정하여 살펴보았으나, 그 외의 다양한 광학적 응용에 대해서도 렌즈 기능의 반거울이 유용하게 사용될 것으로 기대된다.This dissertation proposes a new optical component, the half mirror with lens function, and studies about its application to three-dimensional display systems. Half mirror with lens function is a half mirror which provides a lens function by the reflective optic implementation. As an optical combiner, the definition of half mirror with lens function touts the advantageous features of see-through imaging and easy alignment of the optical system. Three viable fabrication methods, each of which has its pros and cons, are proposed to realize the half mirror with lens function. And the comparison of the characteristics of prototypes implemented by the three methods is also given as a reference in determining which one will be the most appropriate for the given application. The usefulness of the half mirror with lens function is studied in two different aspects: one is the source of inspiration in retrieving new concept of the three-dimensional display systemthe other is providing a new way to resolve the existing problems of the conventional three-dimensional display system. The study is conducted by providing various types of three-dimensional display system based on the integral imaging principle. Two new types of three-dimensional display systems, which are inspired by adopting the half mirror with lens function, are presented considering the applications for the augmented reality. See-through and bidirectional integral imaging is a totally new concept that displays an autostereoscopic three-dimensional image, which is based on the integral imaging principle, around a see-through image without any mechanical motion. It is only realizable using the array of half mirrors with lens function which eventually has the surface structure of concave mirror array. Using the analysis of the imaging principle of the projection-type integral imaging, the half mirrors with lens function with 10\% of reflectance were implemented showing natural overlay of three-dimensional image onto the real world scene. See-through head mounted display, which can address a correct accommodation, is also presented with the convex side of the half mirror with lens function utilizing the principle of integral floating. The analysis is given which demonstrates that the pixel pitch of the display device imposes the restriction to the imaging distance of the integrated image. The use of convex mirror effectively reduces the pixel pitch of the display device enabling the farther imaging of integrated image without physical improvement of the system. The half mirror with lens function can also be useful in resolving the long-known problem of integral imaging, implementation of three-dimensional/two-dimensional convertible feature. Especially, there was no adequate solution for the projection-type integral imaging because the conventional methods incorporate the active devices with the size comparable to the screen. The adoption of half mirror with lens function provides the way to implement three-dimensional/two-dimensional convertible feature with the passive optical component. The proposed system is the first proposal to the three-dimensional/two-dimensional convertible projection-type integral imaging. A number of methods have been investigated for the three-dimensional/two-dimensional convertible integral imaging of \textit{focused mode} configuration while only one method exists for the \textit{real/virtual mode} integral imaging. The half mirror with lens function provides the new method to realize the three-dimensional/ two-dimensional convertible feature for the \textit{real/virtual mode} integral imaging. The proposed system also touts various advantageous features such as the wider viewing angle and the shorter optical path difference in creating multiple central depth planes for the depth enhancement. Though the usefulness of the half mirror with lens function is investigated only focusing on the three-dimensional display, it is expected that the half mirror with lens function will also be useful for various optical applications.Abstract i Contents iv List of Figures vii List of Tables xiv Chapter 1 Introduction 1 1.1 Historical review of three-dimensional displays . . . . . . . . . . 1 1.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Scope and organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Chapter 2 New optical component: half mirror with lens function 12 2.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2 Fabrication methods of the half mirror with lens function . . . . 17 2.3 Characteristic of the half mirror with lens function . . . . . . . . 25 2.4 Summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Chapter 3 See-through three-dimensional displays using half mirror with lens function 35 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2 See-through and bi-directional integral imaging using an array of half mirror with lens function . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.2 Principle of the proposed scheme . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2.3 Implementation of the prototype . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2.4 Characteristic of the prototype . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.2.5 Experimental results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.3 See-through integral floating display system for augmented reality 62 3.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.3.2 Limitations on a long distance imaging by integral imaging 65 3.3.3 Integral floating display using a convex mirror . . . . . . 78 3.3.4 Experimental results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.4 Summary and conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Chapter 4 3D/2D convertible integral imaging systems using half mirror with lens function 89 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.2 3D/2D convertible projection-type integral imaging . . . . . . . . 95 4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2.2 Principle of the proposed scheme . . . . . . . . . . . . . . 96 4.2.3 Experimental results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 4.3 3D/2D convertible integral imaging using dual depth configuration106 4.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.3.2 Principle of the proposed scheme . . . . . . . . . . . . . . 108 4.3.3 Experimental results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 4.4 Summary and conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Chapter 5 Conclusion 119 Bibliography 122 Appendix 132 초록 133Docto

(The) Relationship between prehypertension, hypertension and self-recognized osteoarthritis in Korean adults : analysis of KNHANES III('05), IV-1('07) and IV-2('08)

역학건강증진학과/석사고혈압과 골관절염은 여러 가지 복합적인 원인에 의해 영향을 받는 다인자성 질환으로 공통적으로 나이와 성별, 비만이외에도 생활 습관 요인, 환경적 요인, 유전적 요인 등으로부터 복합적 영향을 받는다. 국내에서 혈압과 골관절염의 연관성에 대한 연구가 많지 않은 상황에서 이 연구는 국민건강영양조사 자료를 이용하여 한국인의 고혈압과 골관절염의 연관성을 찾아보고자 하는데 그 의의를 가진다. 본 연구는 국민건강영양조사 제 3기(2005년), 제4기 1차년도(2007년), 2차년도(2008년) 자료로 19세 이상 성인 중 혈압과 골관절염 유무가 모두 조사된 남자 6,441(42.0%)명, 여성 8,881(58.0%)로 구성된 13,522명의 자료를 SAS 9.2을 사용하여 빈도분석, 교차분석, 로지스틱 회귀분석을 시행하였다. 연구 대상자의 평균 연령은 48.47세(19~64세 79.8%, 65세 이상 20.5%)였고 평균 수축기혈압 117.46±17.62 mmHg, 평균 이완기 혈압 75.76±10.80 mmHg이었으며 고혈압 치료제 복용여부와 JNC-7기준으로 정상혈압 7,409명(48.4%), 전고혈압 3,815명(24.9%), 고혈압 4,098명(26.8%), 골관절염이 있는 사람은 2,209명(14.4%)였다. 전체 연구대상에서 혈압분류별 골관절염 유병율은 정상혈압은 8.3%, 전고혈압 14.4%, 고혈압 25.6%의 분포였다. 성, 나이, 교육수준, 수입수준, 현재 흡연유무, 비만을 보정한 다중로지스틱분석 결과는 성별 연령별로 상이하였다. 연구대상 전체에 대해서는 정상혈압 사람의 골관절염 유병율을 1로 하였을 때 혈압이 높은 군에서 골관절염이 있을 비차비가 높았고, 이는 통계적으로 유의하였다(전고혈압군 OR 1.22, 95% CI 1.04-1.42, p = 0.014; 고혈압군 OR 1.30, 95% CI 1.13-1.51, p<0.001). 이러한 결과는 여성 혹은 19~64세에서 유의하였다. 여성에서 정상혈압군에 비한 전고혈압군 및 고혈압군의 골관절염 위험은 각각 1.22배(p=0.033), 1.33배(p=0.001), 19~64세 군에서 정상혈압군에 비한 전고혈압군 및 고혈압군의 골관절염 위험은 각각 1.22배(p=0.037), 1.37배(P=0.001)였다. 19~64세 여성에서도 이러한 비차비 증가가 보였다(전고혈압군 OR 1.25, 95% CI 1.00-1.56, P=0.050; 고혈압군 OR 1.46, 95% CI 1.17-1.81, p<0.001). 그러나 이러한 혈압과 골관절염의 관련성은 남성 혹은 65세 이상 군에서는 유의하지 않았다. 이 연구는 대표성이 있는 자료인 국민건강영양조사 자료를 이용하여 한국성인의 고혈압과 골관절염 유병율의 연관성을 분석한 단면연구로서 여성 또는 19-64세 한국 성인에서 고혈압은 관련 요인의 영향을 배제한 후에도 본인 인지 골관절염과 유의한 관련성을 보였다. 다인성질환인 두 질병사이의 관계를 명확하게 규명하기 위하여 유전적, 환경적, 생활 습관적 변수 등을 포함한 심층적 연구가 진행되어야 할 것이다.ope

단분자 유기태양전지 광활성층의 박막 구조와 태양전지 성능의 상관관계 연구

Doctor유기태양전지는 광활성층에 유기반도체를 도입하여 비교적 가볍고 유연하며, 용액 공정을 통한 쉬운 제작과정, 낮은 제조 단가로 인해 신재생에너지 소자로 주목을 받고 있다. 유기태양전지의 광활성층은 일반적으로 전자주개(electron donor)와 전자받개(electron acceptor) 물질이 혼합된 벌크 이종접합(bulk heterojunction, BHJ) 구조를 갖는다. 높은 광전 변환 효율을 얻기 위해서는 확장된 공액길이, 넓은 광흡수 영역, 적절한 에너지 준위, 높은 전하 이동도 특성을 갖는 전자주개, 전자받개 재료의 개발과, 효율적인 전하 교환을 가능하게 하는 넓은 전자주개/전자받개 계면, 빠른 전하 이동을 가능하게 하는 높은 결정성을 가진 벌크 이종접합 모폴로지가 요구된다. 전자주개 또는 전자받개의 분자구조는 물질의 특성과 모폴로지에 모두 영향을 미치므로 효율적인 분자구조를 디자인하고 분자구조와 모폴로지, 태양전지 소자 성능 사이의 상관관계를 조사하는 것이 매우 중요하다. 최근에는 단분자 유기반도체 재료가 유기태양전지의 성능 향상을 주도하고 있는데, 단분자 유기반도체는 합성과 정제 과정이 용이하며 분자량이 일정하여 분자 구조와 물성의 조절이 용이하다는 장점을 가지며, 이러한 장점은 우수한 생산 재현성과 소자 성능의 재현성을 구현함으로써 향후 유기태양전지의 상용화에도 유리하다. 본 연구에서는 단분자 유기반도체를 광활성층에 도입한 유기태양전지에서 유기반도체의 분자구조가 모폴로지와 소자 특성에 미치는 영향에 대해 논의하였다. 1장에서는, 본 연구에 대한 논의에 앞서 유기태양전지의 구조와 구동 원리, 분자 구조가 광활성층의 모폴로지와 소자 특성에 미치는 영향, 모폴로지를 조절하기 위한 방법을 소개하였다. 2장에서는 아센(acene) 기반의 신규 단분자 전자주개를 도입한 단분자 태양전지에 대해 논의하였다. 아센의 공액 길이에 따른 영향을 조사하기 위하여 각각 페닐(phenyl), 나프탈렌(naphthalene), 안트라센(anthracene)을 코어로 갖도록 디자인된 단분자 전자주개는 풀러렌계 전자받개와 우수한 혼화성(miscibility)를 보였으며, 소량의 용매 첨가제인 1,8-diiodooctane을 첨가하였을 때 결정성이 크게 증가되어 높은 충진율(fill factor, FF)과 광전 변환 효율을 나타내었다. 3장에서는 나프탈렌 다이이미드(naphthalene diimide, NDI) 기반의 신규 단분자 전자받개와 DTS-F 단분자 전자주개를 이용한 전단분자 유기태양전지(all-small-molecule solar cell)에 대해 논의하였다. 본 연구에서는 NDI dimer 사이에 서로 다른 π-공액 링커(π-conjugated linker)를 도입하여 단분자의 공액 길이와 기하구조를 조절하고, 모폴로지와 소자 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 각각 thiophene(T), bithiophene(BT), thiophene−vinylene−thiophene(TVT) 링커를 가진 NDICN-T, NDICN-BT, NDICN-TVT 단분자는 DTS-F 단분자 전자주개와의 벌크 이종접합 박막에서 다른 애그리게이션 특성과 결정성을 보였고, 이로 인해 태양전지 소자의 전하 거동에서 큰 차이를 보였다. 스침각 입사 광각 x-선 산란(grazing incidence wide-angle x-ray scattering, GIWAXS) 실험으로 결정성을 분석 했을 때, TVT 링커를 갖는 NDICN-TVT 단분자는 단일 박막에서와 DTS-F와의 혼합 박막에서 모두 높은 결정성을 유지하는 것이 확인되었고, 단일 박막에서와 혼합 박막에서의 전하 이동도를 측정함으로써 NDICN-TVT의 높은 결정성이 유기태양전지 소자 안에서의 효율적인 전하 이동에 기여하여 높은 성능을 보인 것을 확인하였다. 반면 DTS-F와 높은 혼화성을 보인 NDICN-BT는 혼합 박막에서 결정 구조 형성이 어려워 낮은 효율을 나타내었다. 4장에서는 DTBDT 기반의 신규 전자주개와 O-IDTBR 전자받개를 도입한 전단분자 유기태양전지에서의 모폴로지와 전하거동을 분석한 연구에 대해 논의하였다. 광활성층 박막에서의 단분자 유기반도체의 분자 간 상호작용과 결정구조가 소자 특성에 미치는 영향에 대해 조사하기 위해 DTBDT 기반 단분자의 곁사슬을 조절하였고, 전단분자 유기태양전지의 특성을 이해하기 위해 기존에 널리 사용되어온 풀러렌계 전자받개를 사용한 소자와 비교하였다. 이를 통해 DTBDT 기반 전자주개를 도입한 전단분자 유기태양전지의 광활성층에서 100 nm 이상의 큰 전자주개 또는 전자받개 도메인이 형성되어 엑시톤이 전자주개와 전자받개의 계면까지 확산하지 못하는 것이 비교적 낮은 효율의 원인임을 확인하였다. 또한 전단분자 유기태양전지의 광활성층에서 전자주개와 전자받개의 상분리 정도를 조절하는 것이 핵심 과제임을 확인하였다.Organic photovoltaics (OPVs) have been motivated for producing clean and sustainable energy. They can be light in weight, flexible, semitransparent, and cost-effective; and can be fabricated in large area by solution processing. The compatibility with other electronic devices and low fabrication cost of OPVs have encouraged research on OPVs including material syntheses and device engineering. The development of diverse donor and acceptor materials has led to drastic increases in power conversion efficiencies (PCEs); and advances in material design are expected to lead to further improvements. Since the molecular structure strongly influences the bulk heterojunction (BHJ) morphology in active layers, material designs and systematic studies of the relationship between molecular structures and morphologies are exceedingly important. In this study, OPVs incorporating small molecules and their structure-property relationships are discussed. Small molecules have well-defined chemical structures and low batch-to-batch variations; and are free from molecular weight distribution, and chain-end defects. The fewer and simpler synthetic steps of small molecules compared to those of polymers allow diverse material design, and systematic study of structure-property relationships. In chapter 1, the basics and operation physics of OPVs are introduced. The effects of material structures and morphology on OPV characteristics, are also discussed. In chapter 2, OPVs incorporating acene-based small-molecule donors are discussed. A series of new acene-based small molecules are designed; and their photovoltaic characteristics and BHJ morphologies are investigated. Three small-molecule donors, Ph-TTR, Na-TTR, and An-TTR, have phenyl, naphthalene, and anthracene moieties as conjugated cores, respectively. The donors have excellent miscibility with PC71BM acceptor, and the use of 1,8-diiodooctane (DIO) additive gave remarkable increase in crystallinity, thereby increasing PCEs in OPVs. Na-TTR showed the most suitable energy levels and the favorable active layer morphology with high crystallinity, so the Na-WR:PC71BM device exhibited the highest PCE of 6.27% without pre- or post-treatment. In chapter 3, all-small-molecule OPVs with new NDI-based small-molecule acceptors are discussed. A series of NDI-based small molecules was synthesized as nonfullerene acceptors. Three NDI-based small molecules, NDICN-T, NDICN-BT, and NDICN-TVT, were designed with distinct linkers between two NDI units to modulate the conjugation length and geometric structures of the NDI dimers. The photovoltaic devices prepared with NDICN-TVT gave the highest PCE of 3.01%, whereas the DTS-F:NDICN-T and DTS-F:NDICN-BT devices provided PCEs of 1.81% and 0.13%, respectively. Studies of the charge generation properties, charge transfer dynamics, and charge transport properties for understanding the structure-property relationships revealed that DTS-F:NDICN-TVT blend films with well-developed domains and well-ordered crystalline structures performed well, whereas an excessive miscibility between DTS-F and NDICN-BT disrupted the crystallinity of the materials and yielded a poor device performance. In chapter 4, all-small-molecule OPVs with new DTBDT-based donors are realized. To investigate the influence of donor molecule crystallinity on photovoltaic performance in all-small-molecule solar cells, two DTBDT-based small molecules, DTBDT-Rho and DTBDT-S-Rho with different side chains, are designed. The photovoltaic properties of solar cells made of these DTBDT-based donor molecules are systemically studied with the fullerene acceptor PC71BM and the nonfullerene acceptor O-IDTBR to study the aggregation behavior and crystallinity of the donor molecules in both blends. This study reveals that exciton decay loss driven by large-scale phase separation of the DTBDT molecules to be a crucial factor limiting photocurrent generation in the all-small-molecule solar cells incorporating O-IDTBR. These results indicate the modulation of phase separation to be important for improving the photovoltaic performances of all-small-molecule blends. In addition, the enhanced molecular aggregation of DTBDT-S-Rho with the alkylthio side chain leads to higher degrees of phase separation and unfavorable charge transfer, while the enhanced molecular aggregation improves the crystallinity of DTBDT-S-Rho and results in its increased hole mobility

Schematic studies on the structural properties and charge carrier dynamics of all small molecule ternary solar cells

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The Importance of Polymer Molecular Weights and Processing Solvents in PBDTTT-C:PCBM Bulk Heterojunction Solar Cells: Their Effects on the Nanomorphology and device performance

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Thermally stable dibenzo[def, mno]chrysene-based polymer solar cells: Effect of temperature on the nanoscale morphology and device performances

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The Importance of Polymer Molecular Weight and Processing Solvent in PBDTTT-C:PCBM Bulk Heterojunction Solar Cells: Their Effects on the Nanoscale Morphology and Photovoltaic Performance

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Transparent Al2O3/HfO2 Thin Film Encapsulation Grown by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition

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