KR100423061B1 - 적외선 열상 장비의 결점을 검출하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 열상 장비에서 특정한 화소의 이득을 이용하여 적외선 검출기의 연성 결점을 검출하는 방법에 관한 것이다. 고온의 균일한 영상과 저온의 균일한 영상이 메모리에 저장되면, 영상 처리부는 모든 화소에 대한 고온의 균일한 영상의 저온의 균일한 영상을 이용하여 이득 값과 편차 값을 구하고, 특정 화소의 이득과 모든 화소들의 이득의 평균인 제 1 이득 평균값의 대한 차이의 절대값이 미리 정해지는 제 1 이득 한계치의 범위를 초과하면 특정 화소를 연성 결점으로 등록한다. 반면, 상기 화소의 제 1 이득의 한계치의 범위를 초과하지 않으면, 결점인 화소들을 제외한 나머지 화소들에 대한 제 2 이득 평균값을 구한다. 특정한 화소의 이득에서 제 2 이득 평균값을 뺀 절대값이 미리 정해지는 제 2 이득 한계치의 범위를 초과하면 상기 화소를 결점으로 등록한다. 이러한 본 발명은 화소의 이득값을 이용하여 연성 결점까지 결점으로 검출함으로 적외선 검출기를 포함하는 열상 장비의 영상의 질을 높이는 효과가 있다.
Description
본 발명은 적외선 열상 장비(Infrared Thermal Image System)에 관한 것으로서, 특히 특정 화소의 이득을 화소들의 이득 평균값과 비교하여, 시간이 지나면서 나타나 결점처럼 동작하는 결점을 검출하는 방법에 관한 것이다.
적외선 열상 장비는 물체로부터 방출되는 미약한 적외선 에너지 차이를 적외선 카메라 소자를 이용하여 감지한 뒤 이를 전기 신호로 변환하여 영상화하는 장치이다. 적외선 에너지 차이는 물체가 갖는 온도의 차이에 비례하므로 온도가 다른 물체는 열 영상으로 표현될 수 있다. 이러한 적외선 열상 장비는 건물의 열 손실 탐지, 저장탱크 내부의 저장량 측정, 전송선로의 이상 유무 확인, 침입자 감시 등 산업계에서도 많이 이용되고 있으며, 최근에는 인쇄회로기판의 검사와 분석, 위성에 의한 기상관측, 의료기기에도 적용되어 점차 그 응용범위가 확대되어 가고 있다.
이때 적외선 열상 장비는 고온일 때와 저온일 때의 밝기 값의 차이가 매우 작거나 반대인 화소를 가지는 경우가 있다. 이러한 화소를 '결점(defect)'이라 하는데, 이러한 결점들은 불균일 보상을 통해서도 제거할 수 없으므로 별도로 정해지는 결점 보상 알고리즘에 의하여 초기 불균일 보상시에 한번만 따로 보정을 해주게 되었다. 하기에 설명될 도 1에서와 같이 균일한 온도의 영상의 입력에도 각각의 화소가 나타내는 출력은 서로 다르다. 따라서, 균일한 온도의 영상의 입력에도 각각의 화소들이 가지는 이득과 편차는 동일하지 않다.
도 1a는 적외선 검출기의 화소별 출력 특성 그래프이고, 도 1b는 적외선 검출기의 화소에 이득과 오프셋을 구하는 일차 함수 그래프이고, 도 1c는 적외선 검출기의 화소별 이득 분포도이다.
상기 도 1a와, 도 1b와, 도 1c를 참조하면, 일반적인 적외선 검출기는 온도에 따라 완만한 곡선 형태의 출력 특성을 가진다. 각각의 화소들에 입력된 저온의 균일한 영상과 고온의 균일한 영상의 입력에도 불구하고 저온의 영상의 온도 평균값과 고온의 영상의 온도 평균값 따른 출력 값은 g1, g2, g3, g4와 같이 조금씩 다른 값을 가진다. 즉, 적외선 검출기에서 균일한 온도의 영상이 입력과는 다르게 모든 화소들의 출력은 완전히 일치하지 않았다. 이와 같이, 적외선 검출기의 화소들은 같은 온도에 대해 조금씩 다른 출력 값을 낸 경우, 상기 화소들에 대한 불균일 보상 없이 영상을 처리하면, 적외선 검출기의 영상의 질이 현저하게 떨어졌다.
따라서, 상기 화소들에 대해 불균일 보상을 하기 위해서 화소의 저온의 균일한 온도의 영상과 고온의 균일한 온도의 영상을 입력받아 상기 출력 특성 그래프를 일차식으로 간략화하여 기울기인 이득 값과 y절편인 편차 값을 구하고, 상기 이득 값과 편차 값으로 불균일 보상을 수행하여 영상의 질을 향상시켰다.
도 2는 종래 기술에 따라 결점을 검출하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 적외선 열상 장비에서 이용되는 적외선 검출기는 적외선 카메라 소자에 의해 고온의 균일한 온도의 영상과 저온의 균일한 온도의 영상을 입력받는다.(S100) 상기 입력된 고온의 균일한 온도의 영상과 저온의 균일한 온도의 영상에 따른 적외선 에너지 차이는 전압 성분으로 변환되여 아날로그 적외선 영상신호로서 출력된다. 고온의 균일한 온도의 영상과 저온의 균일한 온도의 영상을 이용하여 각각의 화소들이 가지는 이득과 편차를 계산한다.(S120) 영상 처리부에서 i 번째 화소가 고온에서의 온도가 저온에서 온도보다 크지 않거나(고온(i)- 저온(i)≤0), i 번째 이득이 미리 정해진최대 이득 한계치를 넘거나(이득(i)>최대 이득 한계치), i 번째 이득이 미리 정해진최소 이득 한계치에 미치지 못하거나(이득(i)<최소 이득 한계치), i 번째 화소의 편차가 미리 정해진최대 편차 한계치를 초과하거나 (편차(i)>최대 편차 한계치), i 번째 화소의 편차가 미리 정해진최소 편차 한계치에 미치지 못하면(편차(i)<최소 편차 한계치),(S140) 상기 i 번째 화소는 결점이다.(S200) 즉, 상기 조건들 중에서 어느 하나라도 만족하면 균일한 온도의 영상에 대하여 불안정한 특성을 보이는 결점(defect)으로 등록이 되는 것이다.
반면, 상기 나열한 조건들을 만족하지 않으면 i+1 번째의 화소로 진행하여,(S160) 해당하는 과정을 수행한다. 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소들에 대하여 상기 조건들을 진행하여 상기 나열한 조건을 만족하는 화소들이 있는지를 확인한다.(S180)
그런데, 일반적으로 적외선 검출기는 시간이지나면서그 출력 특성이 변화하여 초기 불균일 보상시에 나타나지 않았던 결점들이 발생하게 되었다. 이런 것을 연성 결점(soft defect)이라고 한다. 불균일 보상으로 초기의 결점으로 등록된 화소들을 보상한 적외선 검출기는 시간이 지나면서 결점의 특성을 보이는 상기 연성 결점으로 인하여 또 다시 영상의 질을 떨어뜨리는 문제점을 갖게 되었다. 따라서 상기 연성 결점을 검출해야하는 문제가 제기되게 된 것이다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 적외선 열상 장비에 있어서,시간이 지나면서 결점의 특성을 보이는 연성 결점을 검출함으로써 상기 연성 결점으로 인해 영상의 질이 떨어지는 것을 방지하도록 하는 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 방법은, 적외선 열상 장비의 결점을 검출하는 방법에 있어서,
균일한 온도의 고온 영상과 균일한 온도의 저온 영상으로부터 각각의 디지털 영상 신호를 입력받는 제 1 과정과,
상기 고온의 영상과 상기 저온의 영상을 이용하여 모든 화소들에 대한 이득 값과 편차 값을 계산하는 제 2 과정과,
상기 모든 화소들에 대한 이득 값과 편차 값을 가지고 제 1 이득 평균값과 편차 평균값을 구하는 제 3과정과,
상기 제 1 이득 평균값과 상기 편차 평균값을 이용하여 상기 화소들 각각에 대하여 결점으로 판단하는 제 4 과정을 포함한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 또 다른 방법은,
상기 결점으로 등록된 화소들을 제외한 나머지 화소들에 대한 이득 값을 가지고 제 2 이득 평균값을 구하는 제 5 과정과,
상기 제 2 이득 평균값의 미리 정해지는 제 2 이득 한계치의 범위를 벗어나는 이득을 가지는 화소를 결점으로 판단하는 제 6 과정을 더 포함한다.
도 1a는 적외선 검출기의 화소별 출력 특성 그래프.
도 1b는 적외선 검출기의 화소에 이득과 오프셋을 구하는 일차 함수 그래프.
도 1c는 적외선 검출기의 화소별 이득 분포도.
도 2는 종래 기술에 따라 결점을 검출하는 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명이 적용되는 적외선 열상 장비의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 결점을 검출하는 방법을 나타내는 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제 1 이득 평균값과 제 2 이득 평균값을 나타내는 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 적외선 열상 장비의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
상기 도 3을 참조하면, 적외선검출부(10)는 물체로부터 방출되는 적외선을 적외선 카메라 소자에 의해검출하고해상도에 따라 화소별 밝기 값(display level)을 나타내는 적외선 영상신호를 출력한다. 상기 적외선 영상신호는 아날로그/디지털(Analog to Digital: D/A) 변환부(20)에 의하여 소정의 비트(예를 들어 14비트)의 디지털 영상신호로 변환된다.
영상 처리부(30)는 상기 아날로그/디지털 변환부(20)에 의해 변환된 상기 디지털 영상신호에 대해 영상 표시에 필요한 소정의 신호처리를 행하며, 디지털 아날로그(Digital to Analog: D/A) 변환부(40)는 상기 영상 처리된 디지털 영상신호를 아날로그 영상신호로 변환하여 표시부(50)로 제공함으로써 영상으로 디스플레이할 수 있도록 한다.
디지털 신호 처리부(34)는 상기 영상 처리부(30)의 동작을 제어하는 한편 상기 영상 처리부(30)에서 영상 표시에 필요한 소정의 신호처리를 수행함에 있어서 필요한 화소별 이득 값 및 편차 값들을 계산한다. 이득/편차 메모리(36)는 상기 디지털 신호 처리부(34)에 의하여 계산된 화소별 이득 값 및 편차 값을 테이블의 형태로 저장한다. 프레임 메모리(38)는 아날로그/디지털 변환부(20)로부터 입력되는 상기 디지털 영상신호를 프레임 단위로 저장하였다가 상기 영상 처리부(30)로 제공한다. 프로그램 메모리(32)는 상기 디지털 신호 처리부(34)를 위한 부팅(booting) 프로그램과 상기 영상 처리부(30)의 동작에 필요한 각종 프로그램들을 저장한다. 상기 영상 처리부는 결점 특성을 가지는 화소의 발생 여부를 판정하고 결점으로 판정된 화소의 위치(주소)를 이득/편차 메모리(36)에 등록한다.
상기 영상 처리부(30)의 동작에 대하여 보다 상세히 설명하면, 상기 영상 처리부(30)는 상기 프레임 메모리(38)에 저장된 상기 디지털 영상신호를 프레임 단위로 검출하여 불균일 보상(Non-linearity Correction), 결점 보상(Defect Correction), 대조비(Contrast) 개선, 잡음 제거, 움직임 검출 및 추적(Motion Detection and Tracking) 등의 신호처리를 수행한다. 이때 이득/편차 메모리(36)에 결점으로 등록되어 있지 않은 화소에 대해서는 이득 값을 곱하고 편차 값을 더하여 불균일 보상을 수행하며, 결점으로 등록되어 있는 화소에 대해서는 결점 보상하는 역할을 수행한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 결점을 검출하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 도 4를 참조하면, 하기에 설명할 흐름도에서 i는 i번째 화소를 의미하며 n은 하나의 프레임이 가지는 전체 화소의 수를 의미한다.
적외선 열상 장비에서 이용되는 적외선 검출기는 적외선 카메라 소자에 의해 고온의 균일한 온도의 영상과 저온의 균일한 온도의 영상을 감지하고 적외선 에너지 차이를 전압 성분으로 변환하여 아날로그 적외선 영상신호로서 출력한다. 아날로그 디지털 변환부(20)로부터 입력되는 디지털 영상신호는 프레임 메모리(38)에 프레임 단위로 저장된다.(S400) 영상 처리부(30)에서는 고온의 균일한 온도의 영상과 저온의 균일한 온도의 영상을 이용하여 각 화소의 출력 특성을 일차식으로 간략화하고 그 기울기인 이득 값과 y절편인 편차 값을 계산한다.(S405)
고온의 균일한 온도의 고온 영상 신호들의 이득 평균값은 하기의 <수학식 1>과 같다.
여기서, Totalnum은 하나의 프레임이 갖는 총 화소의 개수이고, Ph(i)는 I번째 화소에 대한 고온 영상의 온도이고, Th는 균일한 고온 영상의 화소들의 평균값이다.
저온의 균일한 온도의 저온 영상 신호들의 이득 평균값은 하기의 <수학식 2>와 같다.
여기서, Totalnum은 하나의 프레임이 갖는 총 화소의 개수이고, Pc는 i 번째 화소에 대한 저온 영상의 온도이고, Tc는 균일한 저온 영상의 화소들의 평균값이다.
상기 <수학식 1> 및 상기 <수학식 2>에 따라 상기 i번째 화소의 이득 값과 편차 값을 수식으로 나타내면 하기의 <수학식 3>과 같다.
상기 영상 처리부(30)에서는 각 화소들의 이득 값과 편차 값을 모두 더한 총 이득 값과 총 편차 값을 화소들의 개수로 나누어 기준이 되는 이득 평균값과 편차 평균값을 계산한다.(S410) 여기서, 상기 이득 평균값은 제 1 이득 평균값이라 한다. 상기 영상 처리부(30)에서는 초기 상태가 되어(S415) 상기 화소 i 번째의 고온에서의 온도가 저온에서 온도보다 크지 않거나(고온(i)-저온(i)≤0), i 번째 이득 값과 제 1 이득의 평균값과의 차이가 제 1 이득 한계치의 범위에 존재하지 않거나(l이득(i)- 제 1 이득 평균값(i)l> 제 1 이득 한계치 범위), i 번째 편차 값과 제 1 편차의 평균값과의 차이가 편차 한계치의 범위에 존재하지 않으면(l편차(i)- 편차 평균값(i)l> 편차 한계치 범위)의 조건으로 상기 i 번째 화소의 결점 여부를 판정한다.(S420) 즉, 상기 조건들 중에서 어느 하나라도 만족하면 입력에 대하여 불안정한 특성을 보이는 결점(defect)으로 등록이 되는 것이다.(S425) i 번째 화소의 검출 여부 판단이 끝나면 다음 번의 화소 i+1번째의화소도 상기의 동일한 과정을 수행한다.(S430) 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소의 수만큼 상기 과정을 수행한다.(S435) 따라서, 상기 결점 검출 과정을 통해 초기 불균일 보상에 위한 결점들이 검출된다. 하지만 상기 결점 검출 과정에서는 결점으로 등록되지 않았으나 시간이 지남에 따라 결점처럼 동작하는 연성 결점을 검출하는 과정이 필요하게 된다.
그런데, 상기 제 1 이득 평균값은 상기 과정(S420)에서 검출된 결점인 화소들의 이득 값을 포함하여 계산된 것으로 이는 정상적이지 않은 이득의 출력 특성이 고려되었음을 의미한다. 이를 보완하기 위하여, 상기 과정(S440)에서 결점으로 등록된 화소들을 제외한 나머지 화소들의 이득들을 가지고 제 2 이득 평균값을 계산한다.(S440) 상기 영상 처리부(30)는 초기상태가 되어(S445) 상기 i번째 화소의 이득 값과 상기 제 2 이득 평균값의 차이가 미리 정해진 제 2 이득 한계치의 범위에 존재하는지 확인한다.(l이득- 제 2 이득 평균값l> 제 2 이득 한계치의 범위)(S450) 상기 i 번째 화소의 이득이 상기 제 2 이득 한계치의 범위에 존재하지 않으면 상기 i 번째 화소는 결점이다.(S455) i 번째 화소의 검출 여부 판단이 끝나면 다음 번의 화소 i+1번째의 화소도 상기의 동일한 과정을 수행한다.(S460) 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소의 수만큼 상기 과정을 수행한다.(S465)
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제 1 이득 평균값과 제 2 이득 평균값을 나타내는 그래프로서, 이하 상기 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 동작 예를 설명한다.
G1(rough_gain)은 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소들의 평균값인 제 1이득 평균값이다. 상기 G1을 중심으로 미리 정해진 고온에서의 제 1 이득 한계치의 범위(RTH; rough_gain_differential_Threshold)와 미리 정해진 저온에서의 제 1 이득 한계치의 범위(RTL: rough_gain_differential_Threshold)을 조건으로 상기 조건을 만족하지 않는 화소들은 연성 결점이라고 하여 결점으로 등록된다.
상기 결점으로 등록된 화소들을 제외한 나머지 화소들에 대한 평균을 다시 계산하여 제 2 이득 평균값인 G2(critical_gain)을 계산한다. 상기 제 2 이득 평균 값을 중심으로 미리 정해진 고온에서의 제 2 이득 한계치의 범위(CTH: critical_gain_differential_Threshold)와 미리 정해진 저온에서의 제 2 이득 한계치의 범위(CTL: critical_gain_differential_Threshold)를 조건으로 상기 조건을 만족하지 않는 화소들은 결점으로 등록한다. 즉, 제 1 이득의 평균값과 제 2 이득 평균값을 중심으로 어느 정도의 편차만 허용하고 나머지는 모두 결점으로 처리하여 시간이 지나면서 나타나는 연성 결점까지 모두 결점으로 처리한다. 상기 제 1 이득 한계치의 범위는 완전한 결점을 포함하는 제 1 이득 평균값의 허용하는 범위이고, 제 2 이득 한계치의 범위는 연성 결점까지 결점으로 판단하는 제 2 이득 평균값의 허용하는 범위로 상기 완전한 결점이 잡히는 범위보다 현저히 작은 값이다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 특정화소의 이득을 화소들의 이득 평균값과 비교하고, 상기 이득 평균을 중심으로 일정 수준까지의 편차 값만 허용함으로써 시간이 지남에 따라 나타나는 결점처럼 동작하는 연성 결점(SOFT DEFECT)을 검출하여 적외선 검출기의 영상의 질을 개선하여 적외선 열상 장비의 성능을 크게 향상시킨다.
Claims (3)
- 적외선 열상 장비의 결점을 검출하는 방법에 있어서,균일한 온도의 고온 영상과 균일한 온도의 저온 영상으로부터 각각의 디지털 영상 신호를 입력받는 제 1 과정과,상기 고온의 영상과 상기 저온의 영상을 이용하여 모든 화소들에 대한 이득 값과 편차 값을 계산하는 제 2 과정과,상기 모든 화소들에 대한 이득 값과 편차 값을 가지고 제 1 이득 평균값과 편차 평균값을 구하는 제 3과정과,상기 제 1 이득 평균값과 상기 편차 평균값을 이용하여 상기 화소들 각각에 대하여 결점으로 판단하는 제 4 과정과,상기 결점으로 등록된 화소들을 제외한 나머지 화소들에 대한 이득 값을 가지고 제 2 이득 평균값을 구하는 제 5 과정과,상기 제 2 이득 평균값의 미리 정해지는 제 2 이득 한계치의 범위를 벗어나는 이득을 가지는 화소를 결점으로 판단하는 제 6 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 적외선 열상 장비의 결점을 검출하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 4 과정은,상기 검색된 화소의 고온 영상의 온도가 저온에서 온도보다 크지 않거나,상기 화소의 이득 값과 제 1 이득의 평균값과의 차이가 미리 정해지는 제 1 이득 한계치의 범위에 존재하지 않거나,상기 화소의 편차 값과 편차 평균값과의 차이가 미리 정해지는 편차 한계치의 범위에 존재하지 않으면, 상기 화소를 결점으로 판단하는 것을 특징으로 하는상기 적외선 열상 장비의 결점을 검출하는 방법.
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