KR100240599B1 - 저광도의 물체를 영상화 하는 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

저광도에서 물체의 영상화 장치 및 방법이 제공되었다. 본 발명에 따른 본 장치는 발광 광학부(2)를 갖춘 펄스 광원(1), 동기화 장치(3), 조절 장치(4), 수광 대물 렌즈(6)를 갖춘 광학 영상 수신기(5), 대물 렌즈 조절 장치(7)를 구비한다. 본 장치는 관찰하고자 하는 영역의 자연광의 이용 뿐만 아니라 관측하고자 하는 영역 내에 위치한 독립의 개개 물체를 분리하기 위해 추가적인 조명을 사용하여 다양한 거리에 위치한 물체의 균일한 휘도의 영상을 제공한다.

Description

저광도의 물체를 영상화하는 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치

저광도에서 물체의 영상을 얻기 위한 유럽 공보 제 03,263,735호의 개시 내용은 관측하고자하는 물체를 펄스 광원으로 조사(照射)하여 포착하는 방식으로 공지되었다. 물체의 반사광은 광학 영상 수신기로 수신된다. 영상 수신기의 조절 셔터의 작동은 펄스 광의 발광(潑光)으로 동기화된다. 이 방식을 실현하는 장치는 전송을 위한 펄스 광원, 조절 셔터를 갖춘 광학 영상 수신기로 구성된다. 펄스 광의 발광 순간과 셔터 개방 순간 사이에 발생하는 지연을 조절함으로서 관심 영역 내에 존재하는 물체에 대한 영상을 얻을 수 있다.

단일 광원 및 단일 카메라를 사용하는 공지 방법 및 장치의 단점은 협소한 가시 영역에 존재하는 물체만의 영상을 획득할 수 있다는 데에 있다. 가시 영역을 확장하는 하나의 방법은 추가적인 비디오 신호의 개괄과 더불어동시 작동 광원(펄스) 또는 카메라(각각의 광원 또는 카메라는 고유 범위에서 작동함.)의 수를 증가시키는 것이지만 이런 방식의 장치는 매우 성가시게 되거나 광원의 전력을 완전히 이용하지 않는다(참조: 유럽 공보 제 0,468,175 호). 이런 문제와 별도로, 이런 방식의 장치는 물체에 대한 추가적인 정보를 획득할 수 있는 자연 (환경의) 광을 사용하지 않는다.

본 발명과 가장 유사한 장치 및 방법은 영국 특허 제 2,212,689 호에 개시된 장치와 방법이다. 이 방법에 따르면 물체(들)는 펄스 광원 및 추가적인 일정 광원에 의해 조사된다. 물체의 반사광은 광학 영상 수신기로 수신되며, 조절 게이트(gate)의 작동은 펄스 광의 발광으로 동기화된다. 저광도에서 물체의 영상화 장치는 광학 펄스 광의 발광으로 동기화된다. 저광도에서 물체의 영상화 장치는 광학 결합 장치와 추가적인 일정 광원을 갖춘 펄스 광원 및 이득의 조절이 가능한 광학 영상 검출기 및 평균 영상 휘도의 자동 조절을 위한 수단과 그 입력측이 동기화 장치의 출력측의 하나와 연결되며 다른 출력측이 펄스 광원의 입력측에 연결되는 조절장치를 구비한다.

본 발명은 상술한 단점을 극복한다. 물체에 대한 추가 정보는 자연(환경의) 광 또는 관찰할 배경의 추가적인 조명을 사용해서 획득된다. 그렇게 함으로서 장치로 부터의 다양한 거리에 위치되며 일정한 광원에 의해 조명된 물체의 휘도는 서로 다르게 되며, 다수 물체가 존재할 때 배경에서 물체의 전경 영상이 가려지게 된다. 동일한 효과가 혼탁 매체(안개나 눈 또는 연기 등) 내에서 작동할 때도 일어난다.

본 발명은 광학 계기와 연관되며, 특히 광학 레이더 장치(optical radar apparatus)에 관한 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 장치를 나타내는 블럭 다이아그램.

제2도는 동기화 장치 및 광학 영상 수신기의 조절 장치의 블럭 다이아그램.

제3도는 광학 영상 수신기 및 대물 렌즈 조절 장치의 블럭 다이아그램.

제4도는 저광도에서 물체 영상화 장치의 동작 타이밍 다이아그램.

[발명의 요약]

본 발명은 가장 유사한 유사물의 상기 언급된 단점을 극복하고 자체 휘도로 최관심사 영역 내의 물체를 분리시킬 수 있는 능력을 제공하는 자연(환경의) 광 및 추가적인 광원을 모두 사용하는 장치의 시야 내에 위치한 다양한 물체의 균일한 휘도의 물체 영상을 제공한다.

감소된 광도 조건에서 다양한 거리에 놓인 물체의 영상이 동일한 휘도를 가지므로 본 발명은 특정 거리에 위치한 물체 뿐만 아니라 동시에 차량의 전면에 위치하는 모든 물체의 영상을 획득할 필요가 있는 자동차에 사용되기에 적합하다. 예측 가능한 상황 뿐만 아니라 현재 상황을 연속적으로 조절할 수 있으며, 전체 풍경의 수신된 영상으로 부터 일정 거리에서 물체를 분리할 수 있는 가능성을 유지한다.

본 발명의 상기 언급된 목적은 후술하는 실시예에 의해 획득 가능하다; 각 펄스 광의 발광 후에 광학 영상 수신기의 이득은 관찰 중인 선택된 영역 내에 위치한 가장 먼 거리의 물체로 부터 관찰을 위해 선택된 조사된 물체의 동일한 휘도의 영상을 제공하는 방식으로 수신기로 귀환하는 순간까지 일정하게 증가된다. 추가적인 조명에서의 물체의 영상을 수신하기 위해서 이득은 고정된 레벨로 정해지며, 이 고정 레벨에서 다음 펄스광의 발광까지 유지된다. 여기에 추가해서 관측하고자 하는 조사된 영역내의 구체적인 물체를 분리하기 위해서 물체에 의해 먼저 반사된 광이 수신기에 수신될 때 이득은 즉각적으로 증가되며, 이후 이득은 연속적으로 증가되고, 이후에 물체에 의해 반사된 최종 (반사) 광이 수신기에 수신될 때 즉각적으로 감소한다. 자연 (환경의) 조명은 추가적인 광원으로 이용될 수 있다.

본 발명의 상기 언급된 목적을 달성하기 위해서 동기화 장치 및 조절 장치는 각 펄스 광을 동기화하고 및 관측 중인 영역 내의 가장 먼 거리의 물체에 의해 반사된 광이 수신기에 수신되는 순간까지 광학 영상수신기의 이득을 증가시키고 다음 펄스 광이 발광되는 순간까지 일정한 레벨에서의 이득을 유지할 수 있는 가능성을 제공하는 방식으로 제조될 수 있다. 광학 영상 수신기는 영상 증강 장치(image intensifier)를 구비하며, 이미지 증강 장치의 이득은 마이크로 채널(microchannel) 판에 인가되는 조절 전압을 변경시키는 방식으로 조절된다. 동기화 장치 및 조절 장치는 영상 증강 장치의 이득의 순간적인 증가 및 관측 중인 영역 내의 구체적인 물체를 분리하기 위해 추가적인 증가 및 순간적인 감소 수단의 가능성을 제공하도록 제조될 수 있다.

본 발명의 상기 언급된 특성 및 다른 특성은 하기의 상세한 설명 및 도면으로 부터 인식되고 이해될 것이다.

도 1을 참조하면 저광도에서 물체의 영상화 장치는 펄스 광원(1)으로 구성된다. 광(光)은 관측하고자 하는 물체로 송신(형성) 광학계를 거쳐서 전파된다. 광원의 입력은 동기화 장치(3)의 제1출력부와 연결되어있다. 동기화 장치(3)의 제2출력은 광학 영상 수신기의 조절 장치(4)와 연결되어 있다. 광학 영상 수신기의 조절 장치의 출력은 광학 영상 수신기(5)와 연결되어 있다. 영상 수신기는 수신 광학계(대물 렌즈)로 구성된다. 대물 렌즈의 조절 장치는 영상 수신기 및 동기화 장치와 결합된다.

동기화 장치(3)는 형성 광학계(2)와 같이 쓰여서 펄스 광원(1)을 트리거(trigger)하여 물체(도 1에는 도시하지 않음)에 대해 펄스 조명을 제공한다. 광원(1)의 트리거링과 동시에 동기화 장치(4)는 조절 장치(4)를 트리거해서 수신기 이득(5)를 연속적으로 증가시켜고 그 결과로써 조사된 물체의 영상은 동일한 휘도를 가진다. 여기에 추가해서 동기화 장치(3)는 임의의 깊이를 가지는 영역 내의 특정 범위에 위치한 물체를 선택하도록 하는 신호를 발생시킨다. 상기 깊이 및 범위는 외부 신호로 정해진다. 상기 언급한 선택 신호는 조절 장치(4)에 인가되어 영상 수신기(5)의 이극을 즉각적으로 증가시킨 이후에(그 값을) 증가하도록 유지하고 임의 범위의 물체에서 반사된 마지막 광이 수신기로 수신될 때 즉각적으로 이득을 감소시킨다. 동기화 장치(3)의 출력에서 신호가 정지할때 조절 장치(4)는 수신기의 이득을 정한다. 이렇게 해서 자연 (환경의)광 하에서 물체의 영상을 수신할 수 있게 된다. 일정한 이득 레벨 값은 자연 (환경의) 광하에서 물체 영상의 휘도를 규정한다. 즉각적인 이득값의 증가 또는 감소는 추가적인 조명을 사용하는 구체적인 물체를 선택하는 영상 휘도를 결정한다. 이 휘도 값은 외부 신호로 정할 수 있다. 수신 대물 렌즈를 갖춘 영상 수신기(5)는 물체의 영상을 관찰하도록(광학적 또는 원격 영상으로) 설정되었다. 수신기의 이득은 조절 장치(4)로 조절된다. 영상 수신기(5)의 평균 휘도는 수신된 영상의 평균 휘도를 규정하며 외부 신호로 정해질 수 있다. 대물렌즈 조절부(7)는 각각 대응하는 구체적인 물체의 수신된 영상의 휘도 및 거리에 독립적으로 자동 조리개 및 촛점을 정하는 데 사용된다.

도 2를 참조하면 동기화 장치는 광원을 트리거하는 펄스를 발생시키는 주 진동자(8)를 구비한다. 광원에서 펄스 광은 관측하고자 하는 물체를 향해 전방으로 전파된다. 이후에 광은 물체에 의해 반사되고 수신기로 되돌아 온다. 광원의 트리거링과 일치시켜 주 진동자(8)는 최대 범위에 놓인 물체를 포착하기 위해 광에 요구되는 시간과 동일한 지속 시간을 가지는 펄스를 형성시키는 일회 멀티 바이브레이터(9: one-shot multivibrator)를 트리거한다. 최대 범위는 관측 중인 물체까지의 범위이며, 물체에 반사되는 광은 영상 수신기로 여전히 감지 가능하다. 일회 멀티 바이브레이터(9)의 펄스는 도 4에 도시한 삼각형 펄스를 형성하는 톱니형 전압 발생기(10)로 입력된다. 이후에 삼각형 펄스는 기산기(summer)로 입력된다. 이 펄스는 광원에 의해 조사되며 서로 다른 거리에 놓인 물체의 영상 휘도를 동일하게 하는 데 이용된다. 보다 정확히 말하면, 이 펄스는 펄스 광원에 의해 제공된 조명의 다양한 거리 시계 내에 위치한 물체의 휘도를 동일하게 하는 데 이용된다.

주 진동자(8)는 일회 멀티 바이브레이터(12)를 또한 트리거하여 조작자에 의해 수동으로 정해지는 지속 시간을 가지는 펄스를 생성하며, 그 지속 시간은 광원에서 나와서 임의의 특정 물체가 위치하는 조사 영역의 가장 가까운 변두리에서 수신기로 반사되는 광에 요구되는 시간과 동일하다. 일회 멀티 바이브레터(12)는 이제 수동으로 조절되는 지속 시간을 가지는 펄스를 생성하는 일회 멀티 바이브레이터(13)를 트리거하며, 이에 필요한 시간은 조사 영역의 가장 가까운 에지에서 전파되어 가장 먼 에지까지와 가장 가까운 에지로 되돌아 오는 광에 요구되는 시간과 같다. 일회 멀티 바이브레이터에 의해 생성된 펄스는 증폭기(14)를 사용 진폭을 수동으로 조절한다. 증폭기(14) 출력의 펄스는 조사되는 영역의 가장 가까운 에지까지의 거리와 그 깊이 및 휘도를 결정하며, 이것은 최관심사 영역 내에 위치한 그 휘도에 따라 임의의 구체적인 물체를 분리할 수 있는 용도로 쓰일 수 있음을 의미한다. 가산기의 신호는 펄스 광원 하에서 주로 획득되는 영상의 수신에 필적하는 펄스기 일회 멀티 바이브레이터(9)의 출력계에서 활성을 나타낼 때, 가산기(11)에서 출력계로 신호를 송신하는 스위치(15)로 입력된다. 일회 멀티 바이브레이터(9)의 출력계의 정지한 이후 수동으로 미리 설정된 일정 레벨의 신호는 스위치(15)의 출력계로 입력된다. 이 신호는 다른 (자연광을 포함하여) 광원 하에서 형성된 영상의 휘도를 조절하는 역할을 하기 때문에 자연 (환경의) 광 하에서 형성된 물체의 영상에 대한 문제가 해결된다. 그 결과로 스위치(15)의 출력계에서는 세가지 개별 부분을 가지는 프로파일(profile)의 신호가 형성된다: 부분(29)은 펄스 광원에 의해 제공되는 추가적인 조명 하에서 동일한 휘도의 영상을 형성하기 위한 것이며, 부분(27)은 최관심사 물체의 조사를 위한 것이며, 부분(28)은 자연 (환경의)광 하에서 영상을 형성하기 위한 것이다.

이런 방식으로 형성한 이득 조절 신호는 영상 수신기(5)로 입력된다. 영상 수신기는 마이크로 채널 판(MCP: microchannel plate)을 갖춘 영상 증강 장치의 베이스(base)에 만들어질 수 있다. 도 3에서 나타내는 바와 같이 증폭기(16)에 의해 증폭된 이후의 상기 언급된 신호는, 수신 대물 렌즈(6)의 사용에 의해 광음극관(26)에 수신된 증강된 영상을 스크린에 형성하는 영상 증강 장치(17)의 마이크로 채널 판(25)으로 입력된다. MCP의 이득이 전압의 제곱에 비례하기 때문에 선형적으로 변화하는 이득 조절 전압은 펄스회 조명 하에서 영상을 수신하는 거리에서 관측중인 물체의 조사에 대해 역제곱 의존도를 보상하며, 따라서 영상는 동일한 휘도를 가진다.

텔레비전 카메라(22)는 영상 증강 장치(17) 스크린 상의 영상을 텔레비전 신호로 변환시키는 데 사용할 수 있다. 추가적인 처리를 위해서 텔레비전 카메라의 비디오 신호는 비디오 모니터(23) 또는 다른 텔레비전 수단으로 입력된다.

평균 영상 휘도의 자동 조절에 대해 영상 증강 스크린 상의 전류에 비례하는 신호는 한계 증폭기(18: threshold amplifier)의 입력부로 인가되고, 한계 증폭기의 작용은 평균 영상 휘도 설정을 위해 수동 조절 가능하다. 증폭기(18)의 출력 신호는 증폭기(16)의 평균 이득을 조절하고 수신기의 대물 렌즈에 통합된 조리개를 조절하는 데도 쓰인다. 조사된 영역에 대해 대물 렌즈의 자동 촛점 맞추기를 행하기 위해서 이 영역에 대한 거리의 조절 및 일회 멀티 바이브레이터(12)가 사용하는 전압이 비선형 증폭특성을 가지는 증폭기(20)로 입력되고 추가적으로 대물 렌즈 촛점 맞추기를 조절하는 서보 드라이버(21)로 입력된다. 증폭기의 증폭 특성 형태는 임의의 거리에 대해 수신 대물 렌즈의 촛점 맞추기가 가장 양호하게 제공하도록 선택된다.

저광도에서 물체를 포착하기 위한 본 발명의 방법 및 장치는 관련 산업의 현재 표준적인 기술을 이용하여 구현할 수 있다. 모든 존재하는유사물의 장점에 추가하여 안개나 눈 입자에 의한 바람직하지 않은 빛의 산란 효과를 감소시킬 수 있는 예를 들면, 눈보라나 강설시에 운전자의 운전을 도울 수 있을 뿐만 아니라 접근 및 통과하는 차량 전조등의 현란함을 감소할 수 있기 때문에 고효율로 장치의 개발이 증명되었다.

Claims (6)

1. 물체(들)가 펄스 광원 및 추가적인 일정한 광원으로 조사되고, 물체로 부터 반사된 광은 펄스 광의 방출에 동기화된 작동을 행하는 광학 영상 수신기에 의해 수신되는 저광도 조건에서의 물체를 영상화하는 방법에 있어서, 각각의 펄스 광의 방출 동안에 선택된 관측 영역 내에 위치한 가장 먼 물체로 부터 반사된 광이 관측을 위해 선택된 영역 내의 광학 물체의 동일한 영상 휘도를 제공하는 방식으로 돌아올 때까지 광학 영상 수신기의 이득이 계속적으로 증가되고 그 이득값이 다음 펄스 광의 방출까지 일정한 레벨에서 유지되는 것을 특징으로 하는 저광도의 물체를 영상화하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 물체에 반사되어 되돌아온 광을 수신한 후에 관측 영역 내에 위치한 구체적인 물체를 분리시키기 위하여 상기 이득은 즉각적으로 증가고난 후 일정하게 증가되며, 그리고 구체적인 물체로 부터 반사된 마지막 광을 수신한 후는 즉각적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 저광도의 물체를 영상화하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자연 (환경의) 광이 추가적인 일정한 광원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 저광도의 물체를 영상화하는 방법.
4. 송신 광학계와 추가적인 일정 광원을 가지는 펄스 광원과 조절 가능한 이득을 가지는 광학 영상 수신기와 영상의 자동적인 평균 휘도의 조절 수단을 위한 조절 장치를 구비하며, 제어장치의 입출력측이 동기화 장치에 의한 출력측에 결합되며 다른 조절 장치의 출력측은 펄스 광원의 입력부에 결합되는 저광도 조건에서의 물체를 영상화하는 장치에 있어서, 동기 장치 및 조절 장치는 모든 펄스 광을 동기화하고 선택된 관측 영역 내의 가장 먼 물체로 부터 반사된 광이 되돌아 오는 순간까지 광학 영상 수신기의 이득을 증가시키고 다음 펄스 발광까지 동일한 레벨에서 이득을 유지하는 것을 특징으로 하는 저광도의 물체를 영상화하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 광학 영상 수신기는 마이크로 채널판 상에 조절 전압의 변경에 의해 조절 가능한 이득을 가지는 영상 증강기(Ⅱ: Image intensifier)를 구비하는 것을 특징으로 하는 저광도의 물체를 영상화하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 동기화 장치 및 상기 조절 장치는 관측 영역 내에 위치한 구체적인 물체를 분리하기 위하여 영상 증강 이득을 일시 증기 및 추가로 일정한 증가 및 일시 감소를 제공하도록 설계된 것을 특징으로 하는 저광도의 물체를 영상화하는 장치.