KR101007405B1 - 열상 검출기의 화소 보정 장치 및 방법 - Google Patents

열상 검출기의 화소 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열상 검출기에 관한 것으로서, 특히 적외선 영상을 검출하는 열상 검출기의 불량화소를 검출하여 소프트 결함 화소를 보정하는 열상 검출기의 화소 보정 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 열상 검출기의 화소 보정 방법에 있어서, 피사체를 촬영하는 과정과, 상기 피사체를 촬영한 다수의 프레임들을 저장하는 과정과, 상기 저장된 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 화소의 평균과 표준 편차를 계산하고, 상기 다수의 프레임들 중 어느 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소의 표준편차의 평균을 계산하는 과정과, 상기 계산된 표준 편차와 상기 표준 편차의 평균을 비교하여 불량 화소를 판단하고 보정하는 과정을 포함한다.

Description

열상 검출기의 화소 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTING PIXEL OF INFRARED DETECTOR}
본 발명은 열상 검출기에 관한 것으로서, 특히 적외선 영상을 검출하는 열상 검출기의 불량 화소를 자동으로 검출하여 소프트 결함 화소를 보정하는 열상 검출기의 화소 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 모든 물체는 절대 온도 0도(섭씨 -273.16도) 이상에서 복사 에너지를 방출한다. 적외선 검출기(Infrared Detector)는 소정의 물체로부터 방출되는 복사 에너지에 의해 발생하는 물체와 물체의 주변 배경 간의 온도 차이를 검출한다. 그리고 검출된 온도 차이에 의해 물체의 영상 신호를 구성하고, 구성된 영상 신호에 의해 물체의 형상을 모니터 할 수 있도록 구현된 시스템을 말한다.
이러한 적외선 검출기는 물체의 온도와 주변 온도의 차이를 검출하는 장치로서 야간에도 관측이 가능하다. 이렇기 때문에, 군용과 민간 또는 산업용으로 활용된다. 먼저, 군용으로는 야간 감시용 및 야간 작전용으로 사용되고 있으며, 민간용 및 산업용으로는 야간 감시, 작동 중인 전자 시스템의 비파괴검사 혹은 의료 진단 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 즉, 건물의 열 손실 탐지, 탱크 내부의 저장량 측정, 송전 선로의 결함 확인, 침입자 탐지 등에 많이 이용되고 있다. 이와 같이, 빛이 없는 야간에서 목표물을 감시하거나 촬영하기 위해서 적외선 검출기를 이용하여 야간에서 표적과 배경이 방출하는 고유한 복사에너지의 차이를 감지하여 영상을 검출한다. 즉, 적외선 검출기는 표적으로부터 방사되는 복사 에너지를 전기 신호로 바꾸어 적외선 영상을 검출하는데, 검출된 영상에는 불량 화소(defect pixel)가 존재할 수 있다.
이러한 불량 화소는 실제 입력 받는 복사 에너지량 만큼 전기적인 신호로 출력되지 못하고, 출력 값이 아예 나오지 않거나 최대 출력값으로 포화되어 나오는 화소를 말한다. 불량 화소는 출력되는 값이 없거나 포화된 상태를 일정하게 유지하는 고정형 불량 화소와 정상적인 출력을 내다가도 불량 화소의 특징을 보이기도 하는 소프트 결함 화소(soft defect pixel)로 나뉠 수 있다.
고정형 불량 화소는 비선형적인 출력 특성을 갖는 적외선 검출기로 영상을 전시하기 위해 꼭 필요한 비-균일성 정정(Non-Uniformity Correction, NUC) 연산에서 이득 값과 옵셋 값이 비정상적일 때, 불량 화소로 분류된다. 그리고, 불량 화소로 분류된 화소는 인접한 화소의 출력값을 이용하여 보정 출력한다.
그러나, 소프트 결함 화소는 출력값이 정상적으로 나오기도 하기 때문에, 비-균일성 정정 연산 중 불량 화소로 분류되지 못하는 경우가 많다. 그렇기 때문에 현재 소프트 결함 화소 같은 경우 적외선 카메라 개발자나 생산자가 직접 눈으로 확인하여 영상 출력이 깜박거리는 화소를 불량 화소로 지정해야 한다.
그런데, 이러한 작업은 많은 시간이 필요할 뿐만 아니라 운용 시간에 따라서도 출력값이 달라지는 적외선 검출기의 특성 때문에 한번의 소프트 결함 화소 보정 작업으로는 양질의 영상을 만들어 내기 힘들다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 문제점을 해결하기 위하여 적외선 영상을 검출하는 열상 검출기의 불량 화소를 검출하여 소프트 결함 화소를 보정하는 열상 검출기의 화소 보정 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 열상 검출기의 화소 보정 장치에 있어서, 피사체를 촬영하는 촬영부와, 상기 피사체를 촬영한 다수의 프레임들을 저장하는 저장부와, 상기 저장된 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 화소의 평균과 표준 편차를 계산하고, 상기 다수의 프레임들 중 어느 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소의 표준편차의 평균을 계산하는 계산부와, 상기 계산된 표준 편차와 상기 표준 편차의 평균을 비교하여 불량 화소를 판단하고 보정하는 제어부를 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 열상 검출기의 화소 보정 방법에 있어서, 피사체를 촬영하는 과정과, 상기 피사체를 촬영한 다수의 프레임들을 저장하는 과정과, 상기 저장된 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 화소의 평균과 표준 편차를 계산하고, 상기 다수의 프레임들 중 어느 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소의 표준편차의 평균을 계산하는 과정과, 상기 계산된 표준 편차와 상기 표준 편차의 평균을 비교하여 불량 화소를 판단하고 보정하는 과정을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 적외선 영상을 검출하는 열상 검출기의 불량화소를 자동으로 검출하여 소프트 결함 화소를 보정함으로써 적외선 카메라 개발자나 영상 출력이 깜박거리는 화소를 생산자가 직접 눈으로 확인하여 불량화소로 지정하는 불편함을 해소하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 불량 화소를 자동으로 검출함으로써 양질의 영상을 만들어 낼 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 방법을 나타낸 순서도.
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, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 장치 및 방법은 종래 많은 시간과 인력이 소요되는 수동 보정을 해결하기 위한 것으로서, 열상 검출기로부터 출력되는 영상을 저장하고, 출력 특성을 분석하여 불량 화소 지정이 되도록 하여 많이 시간과 인력이 소비되는 문제점을 개선하고, 영상 질을 개선하여 제품의 신뢰성을 높이는 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서 이하, 소프트 결함 화소 보정 장치 및 방법에 관해서 서술한다.
또한, 이러한 본 발명은 안개, 먼지, 야간 등 시야가 확보되지 않는 상황에서 촬영된 적외선 영상의 화소를 자동으로 보정해주기 때문에, 긴박한 상황이 발생되는 군사적인 목적으로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 장치를 나타낸 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 장치는 영상을 촬영하는 촬영부(110)와, 촬영된 영상들을 저장하는 저장부(120)와, 저장된 영상의 화소의 평균과 표준편차를 계산하는 계산부(140)와, 계산된 결과를 통해 불량 화소 여부를 판단하고 보정하는 제어부(130)를 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
촬영부(110)는 야간, 안개, 먼지가 발생된 장소에서 피사체를 촬영하여 식별할 수 있는 적외선 카메라와 같은 촬영 모듈이 구비되어 있다. 이러한 촬영부(110)를 통해서 사람의 눈으로는 촬영할 수 없는 상황에서도 피사체를 촬영할 수 있다. 촬영부(110)를 통해 촬영된 영상 또는 프레임은 제어부(130)의 제어하에 저장부(120)에 저장된다. 즉, 상기 제어부(130)는 촬영부(110)를 상온에 맞추어 놓은 흑채(block body)를 바라보게 초점을 맞추어 영상 출력이 고르게 출력되는지 체크한다. 이후, 소프트 결함 화소(soft defect pixel)의 깜박거리는 특성을 충분히 저장할 수 있는 시간만큼 영상을 저장한다. 예를 들어, 영상 출력이 60Hz이고 10분 정도이고 저장되는 시간이 10분 정도라 하면, 60 frames/second × 600 second = 36000 frames을 얻을 수 있다. 이와 같이, 저장되는 프레임은 영상 출력 주파수와 저장되는 시간을 곱함으로써 얻을 수 있다. 그리고, 상기 저장부(120)에 저장되는 영상 또는 프레임은 프레임 단위로 다수개의 프레임들이 저장될 수 있거나 또는 하나의 동영상 파일로 저장될 수 있다. 또한, 상기 프레임은 가로 세로의 크기가 640×480 이거나 또는 다른 크기일 수도 있다. 이와 같이, 다수의 프레임이 저장부(120)에 저장되면, 제어부(130)는 저장부(120)에 저장된 프레임들을 리드하고, 계산부(140)는 제어부(130)의 제어 하에 상기 저장된 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 화소의 평균과 표준 편차를 계산하고, 상기 다수의 프레임들 중 어느 하나의 프레임에 존재하는 모든 화소의 표준 편차의 평균을 계산한다. 즉, 상기 계산부(140)는 리드된 프레임들의 각각의 화소의 평균을 아래 <수학식 1>을 통해서 계산한다.
Figure 112010033877575-pat00001
상기 <수학식 1>에서 Fn은 n번째 프레임을 나타내며, i는 상기 프레임의 가로 i번째 화소를 나타내며, j는 상기 프레임의 세로 j번째 화소를 나타낸다. 따라서, Fn(i,j)는 n번째 프레임의 가로 i, j번째 화소 출력값이다. 상기 <수학식 1>과 같이, 예를 들어, 동일한 피사체를 촬영한 36000개의 프레임들(N=36000)이 저장되어 있다고 가정하면, 36000개 프레임들의 특정 화소(i,j)의 값을 합한 후, 이를 다시 프레임의 수(N=36000)로 나누어 평균을 계산한다.
상기 <수학식 1>을 통해 평균이 계산되면, 아래 <수학식 2>를 통해서 표준 편차를 계산한다.
Figure 112010033877575-pat00002
상기 <수학식 2>에서 FM(i,j)는 1번 프레임부터 N번 프레임까지 가로 i, 세로 j번째 화소의 출력값의 평균값이다. 그리고, SD(i,j)는 상기 프레임의 가로 i, 세로 j번째 화소의 표준편차이다.
다시 말하면, 36000 frames 동안 각 화소 출력값의 평균값을 상기 <수학식 1>을 통해서 각 화소 출력값의 평균값을 계산한 후, 각 프레임의 화소 출력값이 평균값과 얼마나 차이가 나는지 확인하기 위해서 상기 <수학식 2>를 통해서 표준 편차를 계산한다.
상기 <수학식 2>를 통해 표준 편차가 계산되면, 아래 <수학식 3>을 통해서 표준 편차의 평균을 계산한다.
Figure 112010033877575-pat00003
상기 <수학식 3>에서 SDM은 (1,1)화소에서부터 (640,480) 화소의 표준편차의 평균값을 나타낸다. 즉, 상기 <수학식 2>를 통해서 표준 편차가 계산되면, (1,1) 화소부터 (640,480) 화소까지 표준 편차의 평균을 구한다. 구해진 표준 편차의 평균값으로 각 화소의 표준 편차와 비교하여 불량 화소의 여부를 판단한다. 상기 <수학식 3>은 하나의 프레임 크기가 640×480인 경우를 예로 들었으나, 이는 단지 예일 뿐, 촬영부의 픽셀 구조에 따라 다양한 크기를 가지는 프레임에서도 적용된다.
상기 <수학식 3>을 통해서 표준 편차의 평균값이 계산되면, 아래 <수학식 4>를 통해서 불량 화소의 여부를 판단한다. 즉, 표준 편차가 상기 표준 편차의 평균에 임의의 상수를 곱한 값 이상이면, 상기 화소를 불량 화소로 판단하고, 미만이면 정상 화소로 판단한다.
Figure 112010033877575-pat00004
상기 <수학식 4>에서 k는 불량 화소를 판단하기 위해 곱해지는 상수를 나타내며, Dead(i,j)는 가로 i, 세로 j번째 화소의 불량 화소 여부를 나타내는 함수이고, Dead(i,j)=1은 불량화소를 나타내고, Dead(i,j)=0은 불량 화소가 아님을 나타낸다. 상기 <수학식 4>를 통해서 불량 화소의 여부를 판단할 수 있으며, 이때, 평균과 어느 정도 차이가 날 때 불량 화소로 지정할 것인지에 대한 임계값을 주기 위해서 표준 편차 평균값에 상수 k를 곱하여 비교한다. 상기 k값은 어느 정도 깜박거리는 화소를 불량 화소로 지정할 것인지 결정짓는 값이기 때문에 k값을 변경해 가면서 불 량화소 보정이 얼마나 되는지 확인 후 결정한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 열상 검출기의 소프트 결함 화소 보정 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
열상 검출기의 프레임에 불량 화소가 발생될 경우, 불량 화소를 보정해야 되는데, 이 경우 열상 검출기의 촬영부를 통해 촬영된 프레임들을 저장한다(S201~S203). 저장되는 프레임들은 소프트 결함 화소의 깜박거림 또는 불량 화소을 판별할 수 있게 충분히 저장된다. 저장되는 총 프레임의 수는 영상 출력 주파수와 저장되는 시간을 곱함으로써 알 수 있다. 저장된 프레임은 저장된 모든 프레임들에서 화소 출력값의 평균과 표준 편차를 계산한다(S205). 평균은 상기 <수학식 1>을 통해서 계산되며, 표준 편차는 상기 <수학식 2>를 통해서 계산된다. 그리고, 한 프레임의 모든 화소에 대해서 표준 편차의 평균을 계산한다(S207). 그리고, 상기 과정(S205)에서 계산된 표준 편차와 과정(S207)에서 계산된 평균을 비교하여 불량 화소를 판단한다(S209). 보다 상세하게, 불량 화소의 판단은 상기 <수학식 4>를 통해서 계산된다.

Claims (10)

  1. 열상 검출기의 화소 보정 장치에 있어서,
    피사체를 촬영하는 촬영부와,
    상기 피사체를 촬영한 다수의 프레임들을 저장하는 저장부와,
    상기 저장된 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 임의 화소의 평균과 표준 편차를 계산하고, 상기 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 모든 화소의 표준편차의 평균을 계산하는 계산부와,
    상기 계산된 임의 화소의 표준 편차와 상기 표준 편차의 평균을 비교하여 불량 화소를 판단하고 보정하는 제어부를 포함하는 열상 검출기의 화소 보정 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 계산된 임의 화소의 표준 편차가 상기 표준 편차의 평균에 임의의 상수를 곱한 값 이상이면, 상기 임의 화소를 불량 화소로 판단하는 열상 검출기의 화소 보정 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 계산된 임의 화소의 표준 편차가 상기 표준 편차의 평균에 임의의 상수를 곱한 값보다 미만이면, 상기 임의 화소를 정상 화소로 판단하는 열상 검출기의 화소 보정 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 임의 화소의 평균은 아래 <수학식 5>를 통해서 계산되며,
    <수학식 5>
    Figure 112010047620767-pat00005

    상기 <수학식 5>에서 Fn은 n번째 프레임을 나타내며, i는 프레임의 가로 i번째 화소를 나타내며, j는 프레임의 세로 j번째 화소를 나타냄을 특징으로 하는 열상 검출기의 화소 보정 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 계산된 임의 화소의 표준 편차는 아래 <수학식 6>을 통해서 계산되며,
    <수학식 6>
    Figure 112010047620767-pat00006

    상기 <수학식 6>에서 Fn은 n번째 프레임을 나타내며, i는 프레임의 가로 i번째 화소를 나타내며, j는 프레임의 세로 j번째 화소를 나타내며, FM(i,j)는 1번 프레임부터 N번 프레임까지 가로 i, 세로 j번째 화소의 출력값의 평균값을 나타냄을 특징으로 하는 열상 검출기의 화소 보정 장치.
  6. 열상 검출기의 화소 보정 방법에 있어서,
    피사체를 촬영하는 과정과,
    상기 피사체를 촬영한 다수의 프레임들을 저장하는 과정과,
    상기 저장된 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 임의 화소의 평균과 표준 편차를 계산하고, 상기 다수의 프레임들의 동일 위치에 존재하는 모든 화소의 표준편차의 평균을 계산하는 과정과,
    상기 계산된 임의 화소의 표준 편차와 상기 표준 편차의 평균을 비교하여 불량 화소를 판단하고 보정하는 과정을 포함하는 열상 검출기의 화소 보정 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 판단 과정은
    상기 계산된 임의 화소의 표준 편차가 상기 표준 편차의 평균에 임의의 상수를 곱한 값 이상이면, 상기 임의 화소를 불량 화소로 판단함을 특징으로 하는 열상 검출기의 화소 보정 방법.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 판단 과정은
    상기 계산된 임의 화소의 표준 편차가 상기 표준 편차의 평균에 임의의 상수를 곱한 값보다 미만이면, 상기 임의 화소를 정상 화소로 판단함을 특징으로 하는 열상 검출기의 화소 보정 방법.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 임의 화소의 평균은 아래 <수학식 7>를 통해서 계산되며,
    <수학식 7>
    Figure 112010047620767-pat00007

    상기 <수학식 7>에서 Fn은 n번째 프레임을 나타내며, i는 프레임의 가로 i번째 화소를 나타내며, j는 프레임의 세로 j번째 화소를 나타냄을 특징으로 하는 열상 검출기의 화소 보정 방법.
  10. 제6 항에 있어서, 상기 계산된 임의 화소의 표준 편차는 아래 <수학식 8>을 통해서 계산되며,
    <수학식 8>
    Figure 112010047620767-pat00008

    상기 <수학식 8>에서 Fn은 n번째 프레임을 나타내며, i는 프레임의 가로 i번째 화소를 나타내며, j는 프레임의 세로 j번째 화소를 나타내며, FM(i,j)는 1번 프레임부터 N번 프레임까지 가로 i, 세로 j번째 화소의 출력값의 평균값을 나타냄을 특징으로 하는 열상 검출기의 화소 보정 방법.
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