KR100270609B1

KR100270609B1 - 적외선검출기의 디지탈 보정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100270609B1
Application number: KR1019980036514A
Authority: KR
Inventors: 송인섭; 유위경; 윤은숙
Original assignee: 최동환; 국방과학연구소
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-11-01
Also published as: KR20000018762A

Abstract

본 발명은 초점면배열 적외선검출기의 출력신호 불균일을 실시간으로 보정하는 디지탈 보정기술에 관한 것으로, 종래기술에 의한 대부분의 2세대 열상장비는 검출기 출력을 미리 측정하여 이득과 옵셋을 구하고 이 값을 롬에 기억시켜 보정하는 디지탈방식을 사용하고 있는데, 이 방식의 단점은 특정한 온도에서 구한 보정값을 온도가 다른 입력영상에 적용시 완전한 보정이 이루어지지 않아 잔류잡음을 야기한다는 것이다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입력영상의 히스토그램을 이용하여 두 개의 기준온도(T1),(T2)를 제어하고 검출소자 개개의 이득 및 옵셋을 실시간으로 보정할 수 있는 디지탈 보정기를 창안함으로써, 초점면배열 적외선검출기의 소자간 출력신호 차이에 의한 고정패턴잡음을 완벽하게 제거할 수 있게 되고, 비선형 시변함수 특성으로 인해 나타나는 보정 후의 잔류잡음을 검출기의 열잡음 수준으로 최소화하는 효과가 제공된다.

Description

적외선검출기의 디지탈 보정 장치 및 방법

본 발명은 초점면배열 적외선검출기의 출력신호 불균일을 실시간으로 보정하는 디지탈 보정기술에 관한 것으로, 특히 검출소자간 출력전압의 차이를 검출기의 열잡음 수준으로 정밀하게 보정하여 공간잡음(고정패턴잡음)을 제거하는데 적당하도록한 적외선검출기의 디지탈 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상 2세대 영상검출기로 불리는 초점면배열 적외선검출기는 검출소자수가 수천∼수만개에 달하고 등잡음온도차도 5∼30mK 정도로 매우 민감해 뛰어난 영상분해능과 높은 신호 대 잡음비를 갖는 반면, 소자간의 불균일한 출력특성은 재현영상에서 고정패턴잡음을 유발하여 화질뿐만 아니라 열상장비의 성능지수인 최소분해가능온도차를 악화시키는 원인이 되었다. 따라서, 초점면배열 적외선검출기를 이용하는 열상장비는 출력신호 균일화를 위한 보정회로를 필요로 하였다.

적외선검출기의 출력신호 불균일은 적외선 입력에너지 즉, 입력온도신호에 대한 검출소자 개개의 신호이득과 직류옵셋의 차이에 기인하며, 이러한 특성은 다음의 (식1)로 요약된다.

여기서, V_i는 i번째 검출소자의 출력전압, T는 입력온도신호, 첫째 항은 각 검출소자의 신호이득, 둘째 항은 암전류에 의한 직류옵셋 성분을 나타낸다. 결국, 초점면배열 적외선검출기의 불균일 보정이란 검출소자간의 이득과 옵셋 차이를 동일한 입력온도신호에 대해 동일한 크기로 정합시키는 것을 의미한다.

종래의 1세대 열상장비는 검출소자 수가 수십개에 불과하였기 때문에 아날로그 증폭기를 이용하여 이득과 옵셋을 보정하는 방식을 사용하였다. 그러나, 2세대 열상장비는 검출소자수가 수만개에 달하므로 아날로그 방식에 의한 보정회로 구현은 실질적으로 불가능하다.

따라서, 대부분의 2세대 열상장비는 초점면배열 적외선검출기의 출력을 미리 측정하여 이득과 옵셋을 구하고 이 값을 롬에 기억시켜 보정하는 디지탈방식을 사용하고 있다.

이와 같이 종래기술에 의한 2세대 열상장비는 초점면배열 적외선검출기의 출력을 미리 측정하여 이득과 옵셋을 구하고 이 값을 롬에 기억시켜 보정하는 디지탈방식을 사용하는데, 이와 같은 경우 특정한 온도에서 구한 보정값을 온도가 다른 입력영상에 적용시 완전한 보정이 이루어지지 않아 잔류잡음을 야기시키는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 입력영상의 히스토그램을 이용하여 기준온도원을 제어하고 이득 및 옵셋을 소정 주파수(예: 30Hz)의 프레임율로 적응적으로 보정하며, 이러한 보정과정을 실시간으로 수행하는 디지탈 보정 장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 적외선검출기의 디지탈 보정 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 기준온도 제어원리를 보인 히스토그램/누적 분포 그래프.

도 3은 본 발명에 의한 적외선검출기의 디지탈 보정방법의 신호흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 초점면배열 적외선검출기 2 : A/D변환기

3 : 제1메모리 4 : 제2메모리

5 : 프로세서 6 : 제3메모리

7 : 제4메모리 8 : 디지탈 연산기

8A : 승산기 8B : 가산기

9 : 기준온도 제어기 10 : 기준온도원

도 1은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 적외선검출기의 디지탈 보정장치의 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 적외선영상신호(IR_V)와 기준온도(T1), (T2)를 검출하여 각각의 전기신호로 변환하는 초점면배열 적외선검출기(1)와; 상기 초점면배열 적외선검출기(1)에서 출력되는 아날로그 신호를 소정비트의 디지탈신호로 변환하는 비디오신호 처리용 아날로그(A)/디지탈(D)변환기(2)와; 상기 A/D변환기(2)에서 출력되는 디지탈 기준온도신호를 저장하는 메모리로서 검출소자 각각의 출력신호를 소정의 주파수 필드율로 갱신하는 제1메모리(3)와; 상기 A/D변환기(2)에서 출력되는 디지탈 영상신호를 저장하는 비디오 메모리로서 그 영상신호를 소정의 주파수 필드율로 갱신하는 제2메모리(4)와; 상기 각 메모리(3), (4)의 출력신호를 근거로 불균일 보정값과 기준온도(T1),(T2) 값을 계산하는 프로세서(5)와; 상기 프로세서(5)에 의해 산출된 이득 보정값을 저장하는 메모리로서 소정의 주파수 필드율로 갱신하는 제3메모리(6)와; 상기 프로세서(5)에 의해 산출된 옵셋 보정값을 저장하는 메모리로서 소정의 주파수 필드율로 갱신하는 제4메모리(7)와; 승산기(8A)와 가산기(8B)로 이루어진 실시간 디지탈 연산기로서 상기 각 메모리(4), (6),(7)의 출력값을 근거로 소정 주파수 필드율로 연산하여 불균일이 보정된 소정 비트의 영상출력신호(S)를 발생하는 디지탈 연산기(8)와; 상기 프로세서(5)로부터 기준온도(T1),(T2) 값을 공급받아 기준온도원(10)의 낮은 기준온도(T1)와 높은 기준온도(T2)를 정밀 제어하는 기준온도 제어기(9)와; 내부의 열전냉각소자를 이용하여 상기 초점면배열 적외선검출기(1)의 불균일 보정을 위한 기준온도(T1),(T2)를 제공하는 기준온도원(10)으로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

초점면배열 적외선검출기(1)는 적외선영상신호(IR_V)와 기준온도(T1),(T2)를 검출하여 각각의 전기신호로 변환 출력하고, A/D변환기(2)는 그 초점면배열 적외선검출기(1)에서 출력되는 아날로그 영상신호와 기준온도신호를 소정 비트(예:12bit)의 디지탈신호로 각각 변환하여 출력한다.

상기 A/D변환기(2)에서 출력되는 디지탈 기준온도신호는 제1메모리(3)에 저장되고, 디지탈 영상신호는 제2메모리(4)에 저장된다. 상기 제1메모리(3)에 저장된 검출소자 각각의 출력신호와 상기 제2메모리(4)에 저장된 디지탈 영상신호는 소정의 주파수(예:60Hz) 필드율로 각각 갱신된다.

한편, 프로세서(5)는 상기 각 메모리(3),(4)의 출력신호를 근거로 불균일 보정값과 기준온도(T1),(T2) 값을 계산하고, 디지탈 보정기를 제어하는 프로세서로서 여기서 검출소자 개개의 불균일 보정계수는 다음의 (식2)에 의해 산출된다.

상기 (식2)에서 g_i는 이득보정계수, o_i는 옵셋 조정계수, R(T1)과 R(T2)는 기준온도(T1),(T2)에서 불균일 정합을 위한 기준값이다. 본 발명에서는 상기 제1메모리(3)에 저장된 검출소자 개개의 출력전압을 평균하여 기준값으로 이용한다.

또한, 기준온도(T1),(T2)는 상기 제2메모리(4)에 저장된 영상신호의 히스토그램을 이용하여 산출하게 되는데, 이를 위해 도 2에서와 같이 영상의 히스토그램으로부터 누적분포함수를 구하고, 누적값이 0.25에 해당하는 낮은 기준온도 T1과 0.75에 해당하는 높은 기준온도 T2를 매프레임마다 산출하게 된다.

상기 프로세서(5)에서 산출된 이득 보정값은 제3메모리(6)에 저장되고, 옵셋보정값은 제4메모리(7)에 저장된다. 상기 제3메모리(6)에 저장된 이득 보정값과 제4메모리(7)에 저장된 옵셋 보정값은 소정의 주파수(예:60Hz) 필드율로 각각 갱신된다.

한편, 디지탈 연산기(8)는 실시간 디지탈 연산기로서 상기 제2메모리(4)에 저장된 디지탈 영상신호와, 상기 제3메모리(6)에 저장된 이득보정값, 상기 제4메모리(7)에 저장된 옵셋보정값을 각기 공급받고, 내부의 승산기(8A)와 가산기(8B)를 이용하여 다음의 (식3)에 따라 소정 주파수(예:60Hz) 필드율로 연산하여 불균일이 보정된 12bit의 영상출력신호(S)를 발생한다.

S_i(T)=g_iV_i(T)+o_i-----------------------(식3)

또한, 기준온도 제어기(9)는 상기 프로세서(5)로부터 기준온도값을 공급받아 기준온도원(10)의 낮은 기준온도(T1)와 높은 기준온도(T2)를 정밀 제어하고, 이에 따라 그 기준온도원(10)은 내부의 열전냉각소자(Thermoelectric Cooler)를 이용하여 상기 초점면배열 적외선검출기(1)의 불균일 보정을 위한 기준온도(T1),(T2)를 제공할 수 있게 된다.

도 2는 히스토그램을 이용하여 기준온도(T1),(T2)를 제어하는 방법을 나타낸 것으로 그 원리를 설명하면 다음과 같다.

비선형 시변함수 특성을 갖는 초점면배열 적외선검출기(1)의 불균일을 정밀하게 보정하기 위해서는 기준온도(T1),(T2) 값이 입력영상의 온도분포에 적응하여 실시간으로 제어되어야 한다. 열영상의 히스토그램은 온도분포를 정확하게 나타내는 특성이 있는데, 본 발명에서는 이 점을 착안하여 히스토그램의 누적분포로부터 기준온도(T1),(T2)를 산출하도록 하였다.

즉, 영상의 온도분포를 분석하여 0.25에 해당하는 낮은 기준온도(T1)와 0.75에 해당하는 높은 기준온도(T2)를 두 개의 기준값으로 설정함으로써 비선형 특성에 의한 보정오차가 최소화되고, 시변함수 특성에 의한 보정오차는 30Hz 프레임율로 두 개의 기준온도(T1),(T2)를 적응적으로 제어하게 되므로 그 보정오차가 최소화 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 초점면배열 적외선 검출기에서 입력영상의 히스토그램을 이용하여 기준온도원을 제어하고 이득 및 옵셋을 소정 주파수의 프레임율로 적응적으로 실시간 보정함으로써 적용되는 입력영상에 관계없이 완전한 보정이 이루어져 잔류잡음을 야기시키지 않는 효과가 있다.

Claims

적외선영상신호(IR_V)와 기준온도(T1),(T2)를 검출하여 각각의 전기신호로 변환하는 초점면배열 적외선검출기(1)와; 상기 아날로그의 전기신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D변환기(2)와; 상기 A/D변환기(2)에서 출력되는 디지탈 기준온도신호를 저장하는 제1메모리(3) 및 영상신호를 저장하는 제2메모리(4)와; 상기 각 메모리(3), (4)의 출력신호를 근거로 불균일 보정값과 기준온도(T1),(T2) 값을 계산하는 프로세서(5)와; 상기 프로세서(5)에 의해 산출된 이득 보정값을 저장하는 제3메모리(6) 및 옵셋 보정값을 저장하는 제4메모리(7)와; 상기 각 메모리(4),(6),(7)의 출력값을 공급받아 소정주파수 필드율로 연산하여 불균일이 보정된 소정 비트의 영상출력신호(S)를 발생하는 디지탈 연산기(8)와; 상기 프로세서(5)로부터 기준온도(T1), (T2) 값을 공급받아 기준온도원(10)의 낮은 기준온도(T1)와 높은 기준온도(T2)를 정밀 제어하는 기준온도 제어기(9)와; 내부의 열전냉각소자를 이용하여 상기 초점면배열 적외선검출기(1)의 불균일 보정을 위한 기준온도(T1),(T2)를 제공하는 기준온도원(10)으로 구성한 것을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 장치.
제1항에 있어서, A/D변환기(2)는 아날로그의 적외선영상신호(IR_V)와 기준온도(T1,T2)를 각각 12bit의 디지탈신호로 변환하는 고속 A/D변환기임을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 장치.
제1항에 있어서, 각 메모리(3),(4),(6),(7)는 저장된 각각의 신호를 60Hz의 필드율로 갱신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 장치.
초점면배열 적외선검출기에 의해 검출된 아날로그의 적외선 영상신호와 기준온도신호를 각각 디지탈신호로 변환하여 메모리에 저장하는 제1단계와; 상기 메모리에서 출력되는 매 입력 프레임의 기준온도신호를 근거로 검출소자 개개의 불균일 보정계수를 구하고 이들을 평균하여 불균일 보정값을 구하는 제2단계와; 상기 디지탈 변환된 영상신호에 이득보정값을 곱한 후 그 결과치에 옵셋보정값을 더하여 불균일이 보정된 소정 비트의 영상출력신호(S)를 발생하는 제3단계와; 상기 메모리에서 출력되는 매 입력 프레임의 영상신호의 히스토그램을 이용하여 기준온도(T1),(T2)를 산출하고, 이를 이용하여 기준온도원을 제어하여 해당 기준온도가 발생되도록하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 방법.
제4항에 있어서, 상기 제2단계에서 검출소자 개개의 불균일 보정계수(gi)는 아래의 식을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 방법.

여기서, g_i: 이득 보정계수

o_i: 옵셋 조정계수

V_i: i번째 검출소자의 출력전압

R(T1),R(T2):기준온도(T1),(T2)에서 불균일 정합을 위한 기준값
제4항에 있어서, 불균일이 보정된 소정 비트의 영상출력신호(S)를 발생할 때 아래의 식에 따라 60Hz 필드율로 연산하는 것을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 방법.

S_i(T)=g_iV_i(T)+o_i

여기서, g_i: 이득 보정계수

o_i: 옵셋 조정계수

V_i: i번째 검출소자의 출력전압

T : 입력온도신호
제4항에 있어서, 제4단계에서 기준온도(T1)은 영상의 히스토그램으로부터 누적분포함수를 구한 후 그 누적값의 0.25에 해당하는 값이고, 기준온도(T2)는 그 누적값의 0.75에 해당하는 값임을 특징으로 하는 적외선검출기의 디지탈 보정 방법.