KR101398934B1 - Wide field of view infrared camera with multi-combined image including the function of non-uniformity correction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 감시용 적외선 카메라에 관한 것으로, 특히 6-구간의 주사형태로 구성되어 95ㅀ이상의 광각 수평시계를 제공하면서 흑체 기준면을 이용한 불균일 보정이 동시에 이루어지게 함으로써 선명한 영상 획득이 가능한 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라에 관한 것이다.The present invention relates to a surveillance infrared camera, and more particularly, to a non-uniformity correction function capable of obtaining a clear image by simultaneously performing non-uniformity correction using a blackbody reference plane while providing a wide angle horizontal clock of 95 구성 or more, The present invention relates to an infrared wide angle camera.
일반적으로 감시나 탐지 목적을 위해 사용되는 적외선 광학계에는 넓은 시계 제공과 함께 표적의 탐지,식별을 위한 분해능 제공이 요구된다.In general, infrared optical systems used for surveillance or detection purposes are required to provide wide clocks and to provide resolution for detection and identification of targets.
그러므로, 적외선 광학계는 60°이상의 넓은 시계를 제공하는 어안(fish-eye)타입의 광각 광학계가 채택되고, 또한 물리적 또는 알고리즘적 보정방법을 적용함으로써 운용 환경과 검출기 자체의 특성 변화로 인한 검출기 불균일 보정이 수행된다.Therefore, the infrared optical system adopts a wide-angle optical system of the fish-eye type that provides a wider range of 60 ° or more, and employs a physical or algorithmic correction method to improve the detector nonuniformity correction Is performed.
이러한 물리적 또는 알고리즘적 보정방법의 예로서, 블러링(bluring)보정 방법과 흑체 기준면 보정 방법을 예로 들 수 있다. 상기 블러링(bluring)보정 방법은 광학계 상면에 특정 영상이 전혀 맺히지 않도록 하여 균일한 광량이 입사하도록 하는 방식이고, 상기 흑체 기준면 보정 방법은 광학계 내부에서 일정 온도가 유지되는 흑체 면을 제공함으로써 이를 기준으로 보정하는 방식이다.As an example of such a physical or algorithmic correction method, a blurring correction method and a blackbody reference plane correction method are exemplified. The blurring correction method is a method in which a uniform amount of light is incident on a top surface of an optical system so that no specific image is formed on the top surface of the optical system. The black body reference surface correction method provides a black body surface, .
이러한 기능을 적용함으로써 탐지 목적을 위해 사용되는 적외선 광학계는 본연의 감시 역할 수행과 선명한 영상 획득이 이루어진다. By applying these functions, the infrared optical system used for detection purposes performs the monitoring function and obtains clear images.
하지만, 어안(fish-eye)타입의 광학계는 광각 시계를 제공하기 위해 광학계의 초점거리가 짧아져 분해능이 저하되는 한계를 갖는 방식이다. 이로 인해 감시나 탐지 영역을 60°이상의 넓은 시계로 제공할 수 있으나 감시나 탐지를 위한 적외선 카메라의 탐지,식별 능력이 저하될 수밖에 없다.However, a fish-eye type optical system has a limitation in that the focal length of the optical system is shortened in order to provide a wide-angle clock, thereby degrading the resolution. As a result, the surveillance or detection area can be provided as a wide clock of 60 ° or more, but the detection and identification ability of the infrared camera for surveillance or detection can not be reduced.
또한, 적외선 영상의 불균일 보정을 위한 블러링(bluring)보정 방법은 뭉게진 영상을 제공하기 위한 별도의 구동 메커니즘(Mechanism)이 필요함으로써 적외선 카메라의 크기를 증가시킬 수밖에 없다. 다른 방식인 흑체 기준면 보정 방법은 적외선 검출기가 흑체면을 바라보도록 하는 별도의 광로를 확보해야 함으로써 광학계 구성이 복잡하면서 흑체와 광로를 위한 별도 공간 확보가 필수적이다.In addition, a blurring correction method for non-uniformity correction of an infrared image requires a separate driving mechanism for providing a blurred image, and thus the size of the infrared camera can not help but increase. Another method, the blackbody reference plane correction method, requires a separate optical path for the infrared ray detector to look at the blackbody surface, so that the optical system configuration is complicated and it is necessary to secure a separate space for the blackbody and the optical path.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 6-구간의 주사형태로 95°이상의 광각 수평시계를 제공함으로써 어안(fish-eye)타입 광각 광학계의 단점이 해소되고, 특히 주사구간의 원점 복귀 경로에 흑체 기준면이 설치되어져 매 프레임 영상 획득시 검출기 불균일 보정이 자동으로 이루어짐으로써 선명한 영상 획득이 가능한 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라를 제공하는데 목적이 있다.In view of the above, the present invention provides a wide-angle horizontal clock of 95 degrees or more in a six-section scan mode, thereby eliminating the disadvantages of the fish-eye type wide-angle optical system. In particular, The present invention provides an infrared wide angle camera capable of providing a non-uniformity correction function capable of obtaining a clear image by automatically correcting non-uniformity of a detector when a reference plane is installed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라는 95°이상의 전방 영상 확보를 위해 6구간의 주사 영상을 매 프레임을 획득하는 주사거울; 상기 주사거울과 주변 열 잡광을 차단하는 콜드 스톱이 짝 결상을 이루도록 하는 재결상 광학계; 잡광 차단 및 투과율 조절이 구현되도록 적외선 경로상에 구비된 필드 스톱; 상기 주사거울이 회전하며 전방 영상을 획득한 후 회귀하면서 영상의 불균일 보정을 위해 바라보는 흑체 기준면을 제공하는 흑체;가 포함된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-segment clock image securing infrared ray wide angle camera including a scan mirror for acquiring every frame of a scan image of six sections for securing a forward image of 95 degrees or more; A re-imaging optical system for making a cold stop for blocking the scanning mirror and the peripheral thermal misalignment into a pair-phase image; A field stop provided on the infrared ray path so as to implement the light blocking and transmittance control; And a black body for providing a black body reference surface for viewing a non-uniformity of the image while returning after obtaining the forward image by rotating the scanning mirror.
상기 재결상 광학계는 검출기의 콜드 스톱 영상이 주사거울에 대응되도록 하는 역할을 수행하며 결상렌즈와 연결렌즈에 의해 모듈로 구성되고, 상기 필드 스톱은 대물렌즈에 의해 결상되는 위치에 놓이는 투과 필터로 구성되며, 상기 주사거울은 대물렌즈와 상기 흑체에 의해 모듈로 구성된다.Wherein the re-optical system functions as a cold stop image of the detector so as to correspond to the scanning mirror and is constituted as a module by an image-forming lens and a connecting lens, and the field stop is constituted by a transmission filter placed at a position to be imaged by the objective lens And the scanning mirror is constituted by an objective lens and the black body as a module.
상기 적외선 검출기는 콜드 스톱을 포함하여 상기 결상렌즈의 앞쪽에 위치되고, 상기 제1 미러는 상기 결상렌즈의 뒤쪽에 위치되며, 상기 연결렌즈는 상기 제1 미러의 아래쪽에 위치되고, 상기 제2 미러는 상기 필드 스톱과 함께 상기 연결렌즈의 아래쪽에 위치되며, 상기 대물렌즈는 상기 제2 미러의 앞쪽에 위치되고, 상기 주사거울은 상기 대물렌즈의 앞쪽에 위치된다.Wherein the infrared detector is located in front of the imaging lens including a cold stop, the first mirror is located behind the imaging lens, the connection lens is located below the first mirror, Is positioned below the connection lens together with the field stop, the objective lens is located in front of the second mirror, and the scanning mirror is located in front of the objective lens.
상기 6구간의 주사 영상의 각각은 서로간의 인접 주사 영상과 정합을 위한 중첩 구간이 5°이상으로 형성한다.Each of the scan images of the six sections is formed with an overlapped section for matching with the adjacent scan images of 5 degrees or more.
상기 흑체는 상기 주사거울이 회귀하는 동안 바라볼 수 있는 위치에 놓이며, 상기 흑체와 주사거울 사이에 놓이는 보정렌즈는 적외선 검출기가 주사거울을 통해 흑체를 바라볼 때 시준된 광선으로 바라볼 수 있도록 하는 시준 광학계로 구성된다. 또한, 상기 주사거울과 흑체 사이의 외벽 공간은 무반사 배플로 감싸져서 외부 잡광을 차단하도록 설치된다.The blackbody is placed in a position where the scanning mirror can be seen during the return, and the correcting lens, which lies between the black body and the scanning mirror, allows the infrared detector to be viewed with the collimated beam when viewing the blackbody through the scanning mirror. And a collimating optical system. Further, the outer wall space between the scanning mirror and the black body is enclosed by an anti-reflection baffle and is installed to block external light.
이러한 본 발명은 적외선 광각 카메라가 6구간의 주사형태로 영상을 구성하여 95°이상의 광각 수평시계를 제공하면서도 충분한 긴 초점거리를 구현함으로써 표적의 탐지,식별을 위한 분해능 제공이 가능하고, 특히 어안(fish-eye)타입 광각 광학계의 단점이 해소됨으로써 적외선 광각 카메라의 본연의 감시나 탐지 역할이 충분히 구현되는 효과가 있다.In the present invention, the infrared wide-angle camera forms an image in a scan form of six sections to provide a wide-angle horizon of 95 ° or more while providing a sufficient long focal distance, thereby providing resolution for detection and identification of a target, fish-eye type wide-angle optical system is solved, the effect of realizing the monitoring or detecting function of the infrared wide angle camera can be sufficiently realized.
또한, 본 발명은 흑체 기준면 보정 방법이 영상을 주사하는 동안 자동으로 이루어지게 함으로써 매 프레임 영상획득시 검출기 불균일 보정이 적용된 선명한 영상이 획득되는 효과가 있다.In addition, the present invention is advantageous in that a clear image to which detector nonuniformity correction is applied at the time of acquiring every frame image is obtained by automatically performing the blackbody reference plane correction method during scanning of an image.
또한, 본 발명은 주사거울이 영상 주사를 마친 후 원점으로 돌아올 때 검출기 불균일 보정을 위한 흑체 기준면을 바라보록 해 별도의 불균일 보정 광학계를 위한 광경로의 확보나 광/기구적 메커니즘(Mechanism)이 필요 없게 함으로써 감시 적외선 카메라 시스템이 보다 단순하고 콤팩트하게 구성되는 효과가 있다.Further, according to the present invention, when the scanning mirror returns to the origin after the image scanning, it is necessary to secure the optical path for the non-uniformity correction optical system by observing the blackbody reference plane for correcting the detector nonuniformity and to provide a light / mechanical mechanism There is an effect that the surveillance infrared camera system is configured more simply and compactly.
도 1은 본 발명에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라의 구성이고, 도 2는 본 발명에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라의 주사거울을 이용한 구간 영상 촬영 상태이며, 도 3은 본 발명에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라의 6구간 및 95°이상의 영상 시계에 의한 영상 구성예이고, 도 4는 본 발명에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라의 주사거울을 이용한 흑체 기준면 보정 상태이다.FIG. 1 is a block diagram of an infrared wide-angle camera in which a non-uniformity correction function according to the present invention is provided. FIG. 2 is a block diagram of a multi- FIG. 3 is an example of an image configuration using six sections of an infrared wide-angle camera and an image clock of 95 ° or more provided with a non-uniformity correction function according to the present invention, and FIG. A method for securing a multi-segment clock image in which a non-uniformity correction function according to the present invention is provided is a black body reference plane correction state using a scanning mirror of an infrared wide angle camera.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.
도 1은 본 실시예에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라의 구성을 나타낸다.1 shows a configuration of an infrared wide-angle camera in which a non-uniformity correction function according to the present embodiment is provided.
도시된 바와 같이, 적외선 광각 카메라에는 적외선 검출기(10), 결상렌즈(20), 연결렌즈(30), 대물렌즈(40), 제1,2 미러(50-1,50-2), 주사거울(70), 흑체보정기(80)가 포함된다.As shown in the figure, the infrared wide-angle camera includes an
상기 적외선 검출기(10)에는 콜드 스톱(11)이 더 포함됨으로써 콜드 스톱(11)과 주사거울(70)이 짝 결상을 이루는 재결상 형태로 구성됨으로써 주사거울의 크기를 최소화시킬 수 있다.The
상기 결상렌즈(20)는 적외선 검출기(10)의 뒤쪽에 위치하여 제1 미러(50-1)를 통해 연결렌즈(30)로 연결된 후 제2 미러(50-2)를 통해 대물렌즈(40)로 연결된다. 이때, 상기 연결렌즈(30)와 상기 제2 미러(50-2)의 적외선 경로상에는 필터 형태의 필드 스톱(60)이 설치되어 잡광 차단 및 투과율 조절이 용이할 수 있게 한다.The
본 실시예에서 상기 결상렌즈(20)는 적외선 검출기(10)와 함께 모듈단위로 구성되고, 상기 연결렌즈(30)는 제1,2 미러(50-1,50-2)와 함께 모듈단위로 구성되며, 상기 대물렌즈(40)는 주사거울(70) 및 흑체보정기(80)와 함께 모듈단위로 구성된다.In the present embodiment, the
이러한 모듈단위 구성을 이용함으로써 전체 광학계 구현의 편의성 도모와 더불어 감시 표적 위치에 따른 초점조절 및 환경변화에 따른 초점조절이 보다 효과적으로 수행될 수 있다.By using such a module unit configuration, it is possible to more easily implement the entire optical system, and to more effectively perform focus control according to the monitored target position and focus control according to the environmental change.
상기 주사거울(70)은 여섯 구간의 시계로 구성되어 95°이상의 영상을 제공한다. 이때, 여섯 구간의 주사 영상은 각각의 인접 주사 영상과 정합을 위한 중첩 구간을 5°이상 제공함으로써 왜란에 의한 안정화 구동 시 여유 있는 영상정합이 가능하다. The
상기 흑체보정기(80)는 주사거울(70)이 회전하며 전방의 영상을 획득한 후 원점으로 회귀하는 동안 흑체 면을 바라볼 수 있는 위치에 놓임으로써 별도의 메카니즘 없이 검출기의 불균일 보정을 위한 흑체 기준면이 제공될 수 있다.The
이를 위해, 상기 흑체보정기(80)에는 주사거울(70)을 통해 적외선 검출기의 모든 픽셀이 동일한 흑체 면을 볼 수 있도록 하는 보정렌즈(81)와 주변 잡광을 차단하는 배플(83) 및 균일한 온도를 제공하는 흑체(85)를 포함한다.To this end, the
한편, 도 2는 주사거울(70)이 회전하면서 95°이상의 전방 영상을 촬영하는 그림이고, 도 3은 주사거울(70)이 촬영한 여섯 구간의 영상의 예를 나타낸다.FIG. 2 is a diagram illustrating a photograph of a forward image of 95.degree. Or more while the
도시된 바와 같이, 주사거울(70)은 전방의 감시 대상 영역을 95°이상의 영역으로 나누어 촬영함으로써 95°이상의 광각 시계를 제공한다. 따라서 적외선 광각 카메라의 전체 시계는 제1 주사 영상(a-1), 제2 주사 영상(a-2), 제3 주사 영상(a-3), 제4 주사 영상(a-4), 제5 주사 영상(a-5), 제6 주사 영상(a-6)의 시계로 구성된다.As shown, the
이와 같이 여섯 구간의 주사 영상(a-1,a-2,a-3,a-4,a-5,a-6)은 각각 5°이상의 중첩 구간으로 정합할 수 있게 하여 왜란에 의한 안정화 구동 시 여유 있는 영상 정합을 가능케 한다.The scan images a-1, a-2, a-3, a-4, a-5 and a-6 of six sections can be matched with overlapping sections of 5 degrees or more, Thereby enabling a sufficient image registration.
한편, 도 4는 본 실시예에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라의 주사거울을 이용한 흑체 기준면 보정시 광선의 흐름을 보여준다.Meanwhile, FIG. 4 shows the flow of light during correction of a blackbody reference plane using a scanning mirror of a multi-zone clock image acquisition type infrared wide angle camera provided with a nonuniformity correction function according to the present embodiment.
도시된 바와 같이, 주사거울(70)은 여섯 구간의 주사 영상(a-1,a-2,a-3,a-4,a-5,a-6)획득 후 매 프레임 마다 흑체보정기(80)를 바라보게 됨으로써 균일한 온도를 제공하는 흑체(85)면을 적외선 검출기의 불균일 보정을 위한 기준면으로 사용하게 된다.As shown in the figure, the
이와 같은 주사거울(70)과 흑체 보정기(80)의 연계구성으로 별도의 공간 확보나 메커니즘(Mechanism)의 적용 없이 적외선 영상 불균일이 개선된 선명한 영상 획득이 가능할 수 있다.Such a combination of the
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라에는 95°이상의 주사 영상(a-1,a-2,a-3,a-4,a-5,a-6)을 매 프레임 마다 획득하는 주사거울(70), 주사거울(70)과 짝 결상을 이루어 주변의 잡광의 효과적인 차단 및 주사거울 크기의 최적화를 제공하는 재결상 광학계, 잡광 차단 및 투과율 조절이 구현되도록 적외선 경로상에 구비된 필드 스톱(60), 주사거울(70)이 회전하며 전방의 영상을 획득하는 구간 이후에 주사거울(70)이 바라볼 수 있도록 균일 온도면을 제공하는 흑체(85)가 포함됨으로써 어안(fish-eye)타입 광각 광학계의 단점을 해소한 충분한 긴 초점거리 구현으로 표적의 탐지,식별을 용이케 하며, 특히 불균일 보정을 위한 별도의 광경로 확보나 광/기구적 메커니즘(Mechanism)의 적용 없이도 검출기 불균일 보정이 적용된 선명한 영상 획득이 가능하다. A-2, a-3, a-4, a-4, and so on are provided in the infrared wide-angle camera in the multi-segment clock image securing method provided with the non-uniformity correction function according to the present embodiment, 5, a-6) every frame, a re-imaging optical system that provides an optimal blockage of ambient light and optimization of the scan mirror size by mating with the
10 : 적외선 검출기 11 : 콜드 스톱
20 : 결상렌즈 30 : 연결렌즈
40 : 대물렌즈 50-1,50-2 : 제1,2 미러
60 : 필드 스톱 70 : 주사거울
80 : 흑체보정기
81 : 보정렌즈 83 : 배플
85 : 흑체10: infrared detector 11: cold stop
20: image forming lens 30: connecting lens
40: objective lenses 50-1, 50-2: first and second mirrors
60: Field stop 70: Injection mirror
80: Blackbody compensator
81: Correcting lens 83: Baffle
85: Black body
Claims (5)
상기 주사거울과 콜드 스톱이 짝 결상을 이루도록 하여 주변의 열 잡광의 효과적 차단 및 주사거울 크기의 최적화를 가능하게 하는 재결상 광학계;
잡광 차단 및 투과율 조절이 구현되도록 적외선 경로상에 구비된 필드 스톱;
상기 주사거울이 회전하며 전방의 영상을 획득한 후 원점으로 회귀하는 동안 흑체의 기준면을 바라보도록 하는 흑체보정기;가 포함되고,
상기 흑체는 상기 주사거울이 회귀하는 동안 바라볼 수 있는 위치에 놓이며, 상기 흑체와 주사거울 사이의 외벽을 따라 무반사 배플 배열되고, 그 사이 공간에 시준 광선을 제공하는 보정렌즈가 구비된 것을 특징으로 하는 불균일 보정 기능이 제공되는 다 구간 시계 영상 확보 방식 적외선 광각 카메라.
A scanning mirror for acquiring a clock of 95 ° or more by constituting six frames of the image of each frame through six divided rotations;
A re-imaging optical system that enables the scan mirror and the cold stop to be in phase-by-phase to effectively block the thermal misfit around the scan mirror and optimize the scan mirror size;
A field stop provided on the infrared ray path so as to implement the light blocking and transmittance control;
And a black body corrector for viewing the reference surface of the black body while returning to the origin after obtaining the forward image after the scanning mirror rotates,
The black body is placed at a position where the scanning mirror can be viewed while returning, and is provided with a correction lens arranged in an anti-reflection baffle along the outer wall between the black body and the scanning mirror and providing a collimated light beam in the space therebetween Multi-segment clock image acquisition method with non-uniformity correction function. Infrared wide angle camera.
[Claim 2] The method according to claim 1, wherein the cold stop is constituted as a module by an infrared ray detector and an image forming lens, the field stop is composed of a module by a first mirror, a connecting lens and a second mirror, Wherein the non-uniformity correction function is provided by a black body.
[3] The apparatus according to claim 2, wherein the infrared detector includes a cold stop and is positioned in front of the imaging lens, the first mirror is positioned behind the imaging lens, and the connection lens is positioned below the first mirror , The second mirror is located below the coupling lens together with the field stop, the objective lens is located in front of the second mirror, and the scanning mirror is located in front of the objective lens Multi-segment clock image acquisition method with non-uniformity correction function Infrared wide angle camera.
The infrared wide-angle camera according to claim 1, wherein the overlapping section for matching the six scan images with the adjacent scan images is formed at 5 degrees or more.
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