KR100320680B1

KR100320680B1 - 열영상 신호처리를 개선하기 위한 가변 기준전압 설정방법및 가변 기준전압 설정회로

Info

Publication number: KR100320680B1
Application number: KR1020000032092A
Authority: KR
Inventors: 윤태준
Original assignee: 곽정소; 주식회사 케이이씨
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2002-01-17
Also published as: KR20010111525A

Abstract

열영상 신호처리를 개선하기 위한 가변 기준전압 설정방법 및 가변 기준전압 설정회로가 개시된다. 본 발명에 따라 열영상 신호 처리를 위한 기준전압 설정방법은, 적외선 리드아웃 집적회로내에 지정배치된 기준 셀로부터 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 메모리에 저장한 후, 그 저장 데이터를 다시 아나로그 신호로 변환하여 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압으로서 제공하는 것에 의해, 열영상신호를 최적으로 처리하여 화질의 향상을 도모할 수 있게 된다.

Description

열영상 신호처리를 개선하기 위한 가변 기준전압 설정방법 및 가변 기준전압 설정회로{Variable reference voltage presetting method for improving infrared signal processing and circuit therefore}

본 발명은 열영상 신호처리에 관한 것으로, 특히 고선명 화질을 얻고자 열영상 신호처리를 개선하기 위한 가변 기준전압 설정방법 및 가변 기준전압 설정회로에 관한 것이다.

통상적으로, 열영상 신호 처리장치는 적외선 등의 센서 어레이 IC에서 출력된 열상신호 예컨대 적외선 신호를 디지털 신호로 변화하여 프레임 메모리에 저장하는 신호처리 장치로 알려져 있다.

종래의 열영상 신호 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 적외선 리드아웃 IC부(100)와, IR신호 처리 보드부(200)으로 나뉘어지며, 상기 적외선 리드아웃 IC부(100)는, 행과 열의 교차점에 배열된 복수의 단위 셀로 이루어진 리드아웃 단위 셀 어레이(120), 행 시프트 레지스터(130), 컬럼 버퍼 및 스위치(140,150,160), 컬럼 시프트레지스터(170), 및 출력버퍼(180)으로 구성된다. 상기 적외선 리드아웃 IC부(100)는 적외선 센서등의 열상센서에서 발생된 미약한 레벨의 신호를 영상신호의 처리에 적당한 크기로 증폭하고 필터링 출력하는 역할을 한다. 한편, IR신호 처리 보드부(200)는 상기 리드아웃 IC부(100)내의 버퍼(180)에서 출력된 아나로그 신호를 설정된 기준전압(VRef)과 비교하여 디지털 신호로 변환하는 아나로그 대 디지털 변환기(202)와, 상기 변환된 디지털 신호를 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리(204), 및 상기 프레임 메모리(204)에 저장된 디지털 신호를 수신하고 이를 신호 처리하여 영상을 제공하는 신호처리기(206)를 포함한다. 상기 신호 처리기(206)에서 출력된 신호는 도시되지 아니한 디스플레이 소자를 통해 디스플레이된다.

도면에서, 상기 아나로그 대 디지털 변환기(analog to digital converter: 202)는 출력 버퍼(180)에서 출력된 아나로그 신호를 설정된 기준전압에 기준하여 클램핑(clamping)하고, 그 클램핑된 전압을 양자화(quantization)하는 역할을 한다. 여기서, 상기 아나로그 대 디지털 변환기(202)의 클램핑 기준전압은 고정된 값을 가짐을 알 수 있다. 즉, 출력신호의 범위를 고려하여 기준전압을 일정한 값으로 고정시킨 전압 레벨을 사용하는데, 통상의 열영상 신호처리장치에서는 약 1V내외의 직류레벨로 된다. 따라서, 바람직한 신호변환을 위해서는 IC(100)내 출력버퍼(180)의 직류레벨도 일정하게 유지시켜 주어야 하므로, IC내의 버퍼 혹은 증폭기의 바이어스 회로가 복잡하게 설계된다. 또한, 바이어스 회로가 최적으로 설계되었다 하더라도 제조시의 공정변화에 의해 바이어스 전압이 변화될 수 있다. 바이어스 전압이 변화됨에도 불구하고 클램핑 기준전압은 여전히 고정되어 있기 때문에 IC회로에서 출력되는 신호가 필요이상으로 클램핑될 수 있다. 이에 따라 신호의 감쇠가 일어나서 열영상의 화질이 저하되는 문제가 초래된다.

더구나, 열영상 신호의 감쇠가 있을 경우 프레임 메모리(204)내에 저장된 디지털 신호가 잡음(노이즈)을 많이 포함하고 있기 때문에 이를 처리하여 고화질의 영상을 얻기 위해서는 디지털 신호 처리기(206)내에서 보상해 주어야 한다. 그러므로 신호처리 회로 및 처리과정이 복잡하게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점들을 감안하여 신호변환처리방식을 개선하여 열영상의 화질저하를 방지할 수 있는 열영상 처리용 가변 기준전압 설정방법 및 가변 기준전압 설정회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 간략한 열영상 신호 처리장치 구조를 구현할 수 있게 하는 회로를 제공함에 있다.

상기한 목적들 및 타의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법에 따라, 열영상 신호 처리방법은, 적외선 리드아웃 집적회로내에 지정배치된 기준 셀로부터 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 메모리에 저장한 후, 그 저장 데이터를다시 아나로그 신호로 변환하여 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압으로서 제공하여, 노말 셀 신호에 대한 디지털 변환처리를 행하고 상기 메모리에 저장한 다음 디지털 신호처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치에 따라, 적외선 리드아웃 집적회로의 출력신호를 디지털 데이터로 변환하는 아나로그 대 디지털 변환기와 상기 아나로그 대 디지털 변환기의 출력을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리를 구비한 열영상 신호 처리장치에서 상기 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압 입력단에 기준전압을 설정하기 위한 기준전압 설정회로는,

상기 적외선 리드아웃 집적회로 내에 지정배치된 기준 셀로부터 출력되는 신호가 디지털 데이터로 변환되어 상기 프레임 메모리에 저장된 경우에만 그 저장 데이터를 수신하여 아나로그 신호로 변환 후 상기 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압으로서 제공하는 디지털 대 아나로그 변환기를 가진다.

상기한 본 발명의 구성에 따라, 제조시의 공정변화에 의해 바이어스 전압이 변화되어도 기준전압이 그에 따라 적응적으로 가변되므로 열영상신호가 최적으로 처리되어 화질의 향상이 도모됨은 물론, 신호 처리 장치의 회로구조를 간단히 할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 적외선 신호 처리장치의 블록도

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 신호 처리장치의 블록도

도 3은 도 1 및 도 2와 관련하여 나타나는 신호들의 파형도

상기한 본 발명의 목적들 및 타의 목적들, 특징, 그리고 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 도면들 내에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내지 유사한 참조부호들로 기재됨을 주목하여야 한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 신호 처리 장치의 블록도가 도시된다. 도면을 참조하면, 도 1의 구성에 추가하여, 프레임 메모리(204)와 아나로그 대 디지털 변환기(202)의 기준전압단자 사이에 연결된 디지털 대 아나로그 변환기(208)가 연결된 것이 보여진다.

본 실시예에서는 도 2를 통하여 IC(110)내의 기준 셀의 전압을 프레임 메모리(204)에 저장한 이후 이 값을 다시 상기 디지털 대 아나로그 변환기(208)를 통해 변환하여 아나로그 대 디지털 변환기의 클램핑 기준전압으로 제공한다. 그럼에 의해, 바이어스 전압이 변화되더라도 기준전압이 그에 따라 적응 가변되어, 열영상의 화질이 개선되고, 장치의 회로구조를 간단히 되는 것이다.

도면을 참조하면, 적외선 센서 리드아웃 집적회로(110)내에 배치된 기준 셀은 각 행의 첫 번째 셀로 지정된다. 도 2에서 점선으로 둘러 쌓여진 부분내에 있는 상기 기준 셀은 타의 셀(노말 셀)과는 달리 적외선에 노출되지 않게 공정적으로 처리한다. 상기 기준 셀에서 출력되는 신호는 상기 행 및 컬럼 시프트 레지스터(130,170)을 통해 출력버퍼(180)에서 출력되는데, 그 출력신호에는 각 셀이 가지는 기본적인 직류전압과 각종 잡음(I/O노이즈, 스위칭 노이즈, 센서의 열 노이즈)이 모두 포함된 값이다. 열영상 신호의 처리방법은 다음과 같다.

도 2에서, 리드아웃 단위 셀 어레이(125)내에서 적외선 센서 및 구동부로 이루어진 각 셀(cell)의 신호는 행 및 컬럼 시프트 레지스터(130,170)에 의해 순차적으로 출력된다. 셀의 선택은 각 행에서 기준 셀을 가장 먼저 선택하여 출력하게 되며, 기준 셀에서 출력된 전압은 버퍼(180)에서 출력되고, 이 전압신호는 아나로그 대 디지털 변환기(202)에 의해 디지털 데이터로 변환된 후, 프레임 메모리(204)에 저장된다. 상기 프레임 메모리(204)에 저장된 값은 디지털 대 아나로그 변환기(208)로 제공되어 아나로그 전압으로 변환된 후, 다시 상기 아나로그 대 디지털 변환기(202)의 가변 기준전압단(VRef)으로 제공된다. 한 행(row)에 있는 모든 셀이 출력되는 동안만 아나로그 대 디지털 변환기(202)의 가변 기준전압단(VRef)의 전압은 고정된다. 첫 번째 행에 대한 리드동작이 완료된 후, 다음 행에 대한 리드동작이 시작되기 전에 두 번째 행에 있는 기준 셀이 선택되고 마찬가지로 여기서 나온 출력이 상기 프레임 메모리(204)에 저장된다. 상기 저장된 값은 디지털 대 아나로그 변환기(208)로 제공되어 아나로그 전압으로 변환된 후 다시 아나로그 대 디지털 변환기(202)의 가변 기준전압단(VRef)에 디지털 변환을 위한 클램프 전압으로서 제공된다. 따라서, 바이어스 전압이 변화되더라도 기준전압이 그에 따라 적응 가변됨을 도 3을 통하여 알 수 있다.

한편, 도 2에서는 아나로그 대 디지털 변환기(202)의 기준전압을 제공하기 위해 배치되는 기준 셀을 각 행의 첫 번째 셀로 지정하였으나, 각 행의 첫 번째 셀과 마지막 셀을 기준 셀로 지정하고 이 들의 평균값을 다음 행의 아나로그 대 디지털 기준전압으로도 이용할 수 있다.

도 3은 종래방식에 따른 신호처리와 본 발명에 따른 신호처리를 한 경우에 아나로그 대 디지털 입력의 차이를 보인 것이다. 도면에서 보여지듯이, 잡음과 공정변화에 의해 가변 기준전압은 각 행마다 변화하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 가변 기준전압에 의해 클램핑된 전압레벨(B)은 고정 기준전압에 의해 클램핑된 전압레벨(A)보다 더 큰 전압을 가지게 되어, 다이나믹 랜지를 증가시킬 수 있어 영상처리가 용이하게 된다. 따라서, ADC 출력신호의 다이나믹 랜지는 종래의 경우보다 더 큰 값을 가지게 되며, IC회로자체에서 발생되는 여러 가지 잡음이 제거되어 순수한 센서신호만을 얻을 수 있므로 저 잡음의 고화질 영상을 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 실시예는 신호처리기(DSP:206)가 상기 IC(110)로부터 발생되는 오프셋을 제거할 필요없이, ADC 과정에서 오프셋을 제거하는 방식을 취하므로, 신호처리기(206)의 내부구조를 간략히 할 수 있어 장치의 회로구조가 간단해진다. 또한, IC내 버퍼 혹은 앰프의 직류레벨을 일정하기 유지하기 위해 필요한 여러 가지 바이어스 회로가 필요한데 이 것도 간단해진다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 도면을 기준으로 예를 들어 기술되었지만 이에 한정되지 않으며 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 회로내부의 구조나 기준 셀의 배치를 사안에 따라 다양하게 변경 또는 변화시킬 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, IC내의 기준 셀의 전압을 프레임 메모리에 저장한 이후 이 값을 다시 디지털 대 아나로그 변환기를 통해 변환하여 아나로그 대 디지털 변환기의 클램핑 기준전압으로 사용하는 것에 의해, 바이어스 전압이 변화되더라도 기준전압이 그에 따라 적응 가변됨에 의해, 열영상의 화질을 개선하면서도 장치의 회로구조를 간단히 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

열영상 신호 처리를 위한 기준전압 설정방법에 있어서:

적외선 리드아웃 집적회로 내에 지정배치된 기준 셀로부터 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 메모리에 저장한 후, 그 저장 데이터를 다시 아나로그 신호로 변환하여 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압으로서 제공하는 것에 의해 기준전압을 가변적으로 설정함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기준전압의 설정은 행 단위로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기준 셀은 상기 집적회로 셀 어레이내의 각 행마다 첫 번째 셀로 지정됨을 특징으로 하는 방법.
적외선 리드아웃 집적회로의 출력신호를 디지털 데이터로 변환하는 아나로그 대 디지털 변환기와 상기 아나로그 대 디지털 변환기의 출력을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리를 구비한 열영상 신호 처리장치에서 상기 아나로그 대 디지털변환기의 기준전압 입력단에 기준전압을 설정하기 위한 기준전압 설정회로에 있어서:

상기 적외선 리드아웃 집적회로 내에 지정배치된 기준 셀로부터 출력되는 신호가 디지털 데이터로 변환되어 상기 프레임 메모리에 저장된 경우에만 그 저장 데이터를 수신하여 아나로그 신호로 변환 후 상기 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압으로서 제공하는 디지털 대 아나로그 변환기를 가짐을 특징으로 하는 회로.
제4항에 있어서, 상기 기준전압의 제공은 행 단위로 수행됨을 특징으로 하는 회로.
제4항에 있어서, 상기 기준 셀은 상기 집적회로 셀 어레이내의 각 행마다 첫 번째 셀과 마지막 셀로 지정됨을 특징으로 하는 회로.
열영상 신호 처리방법에 있어서:

적외선 리드아웃 집적회로내에 지정배치된 기준 셀로부터 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 메모리에 저장한 후, 그 저장 데이터를 다시 아나로그 신호로 변환하여 아나로그 대 디지털 변환기의 기준전압으로서 제공하여, 노말 셀신호에 대한 디지털 변환처리를 행하고 상기 메모리에 저장한 다음 디지털 신호처리를 행하는 것을 특징으로 하는 방법.