KR101519995B1 - System for obtaining color image using modulated infrared rays - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템으로서, 둘 이상의 변조 적외선 파장을 피사체에 조사하는 적외선 조사 장치; 적외선 조사 장치에 의해 조사되고 피사체에 의해 반사된 둘 이상의 변조 적외선 파장을 감지하고, 둘 이상의 변조 적외선 파장을 변환 및 조합하여 컬러 영상을 획득하는 컬러 영상 획득 장치; 및 컬러 영상 획득 장치와 미리 결정된 시간에 보정 및 동기화되고, 적외선 조사 장치의 적외선 조사 시간을 파장별로 조정하는 동기화 장치를 포함한다. The present invention relates to a modulation infrared color image acquisition system, comprising: an infrared ray irradiation device for irradiating two or more modulated infrared wavelengths to a subject; A color image acquiring device that senses two or more modulated infrared wavelengths irradiated by the infrared ray irradiator and reflected by the object, and converts and combines the two or more modulated infrared wavelengths to obtain a color image; And a synchronization device that is calibrated and synchronized with the color image acquisition device at a predetermined time, and adjusts the infrared irradiation time of the infrared irradiation device on a wavelength-by-wavelength basis.
Description
본 발명은 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 변조 신호 발생기에 의해 변조된 적외선 조사 장치를 통해 피사체에 반사된 적외선 파장을 감지하고, 감지된 적외선 파장을 미리 저장된 규약에 따라 컬러 색상으로 변환함으로써 컬러 영상을 획득하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a modulation infrared color image acquisition system, and more particularly, to a modulation infrared color image acquisition system that detects an infrared wavelength reflected by a subject through an infrared radiation device modulated by a modulation signal generator, Color to obtain a color image.
종래의 컬러 영상 획득 시스템은 가시광선에 포함된 다양한 파장을 처리하여 육안으로 보는 것과 유사한 색감의 컬러 영상을 생성할 수 있다. 그러나 실내 또는 야간의 경우와 같이 가시광선이 부족할 때에는 낮은 입력 광신호로 인해 적절한 영상을 얻을 수 없었다. 또한 컬러 적외선 영상 획득 시스템은 위성이나 산업체에서 두 가지 색깔을 촬영할 수 있는 2개의 광학계와 2개의 적외선 센서를 사용해 각각 따로 영상을 찍어 비교하는 방식이어서 장치의 크기가 대형화되고 고가라는 문제점이 있다.Conventional color image acquisition systems can process various wavelengths contained in visible light to produce a color image with a color similar to that seen with the naked eye. However, when the visible light is insufficient as in the case of indoor or nighttime, a proper input image can not be obtained due to a low input light signal. In addition, the color infrared image acquisition system has a problem in that the size of the device is increased and the price is expensive because the system uses two optical systems and two infrared sensors that can capture two colors in a satellite or an industry, respectively.
도 1은 종래의 가시광선 영상 획득 시스템을 도시한 것으로서, 도 1의 (a)와 같이 태양광 및 조명광이 충분한 광파워를 갖는 경우(즉, 낮)에는 밝고 선명한 영상을 얻을 수 있으나, 도 1의 (b)와 같이 조명광이 최소 센싱 수준 이하인 경우(예컨대, 밤과 같이 어두운 경우 또는 안개, 먼지로 인해 산란되는 경우)에는 적절한 영상을 얻기 어렵다.FIG. 1 shows a conventional visible light image acquisition system. As shown in FIG. 1 (a), a bright and clear image can be obtained when the sunlight and the illumination light have sufficient optical power It is difficult to obtain an appropriate image when the illumination light is below the minimum sensing level (for example, when it is dark as night, or when it is scattered by fog or dust) as shown in (b) of FIG.
반면, 적외선 영상 획득 시스템은 고가격의 적외선 센서가 필요하고 스크린에 2차원 공간 온도 정보를 표시할 수 있으며, 온도의 높고 낮음에 따라 복사되는 적외선 정보를 스크린에 흑백으로 표현할 수 있다. 즉, 일반적인 적외선 영상 획득 시스템은 온도의 높고 낮음에 따라 방사(radiation)되는 적외선 양을 단색으로 표현한다.On the other hand, the infrared image acquisition system requires a high-priced infrared sensor and can display the two-dimensional space temperature information on the screen, and the infrared information to be copied according to the high and low temperature can be expressed in black and white on the screen. That is, a general infrared image acquisition system expresses the quantity of infrared rays to be emitted in a monochromatic fashion according to the high and low temperature.
상술한 것처럼, 종래의 컬러 영상 획득 시스템은 가시광선이 부족한 실내나 야간의 경우에 적절한 영상을 얻을 수 없어, 보안 감시 카메라, 자동차의 나이트 비전에 활용성이 떨어진다는 문제점이 있었다.As described above, the conventional color image acquisition system can not obtain an appropriate image in the case of a room or a night where there is a lack of visible light, so that it has a problem that it is not applicable to a security surveillance camera or a night vision of an automobile.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 목적으로, 컬러 영상 획득 장치에 적외선 조사 장치를 구비함으로써 적외선 컬러 영상을 획득하는 시스템을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 적외선 조사 장치에 변조 신호를 이용한 변조 기능을 부가하여 컬러 영상 획득 장치가 시간에 따라 감지된 적외선 신호를 적절한 색변환 보정을 하여 컬러 영상을 얻을 수 있도록 함으로써, 적외선 컬러 영상으로 명확한 피사체의 인식이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.In order to solve such a problem, the present invention can provide a system for acquiring an infrared color image by providing an infrared ray irradiating device in a color image acquiring apparatus. In particular, by adding a modulation function using a modulation signal to the infrared ray irradiating apparatus of the present invention, the color image acquiring apparatus can perform color conversion correction of the infrared ray signal detected over time to obtain a color image, So that the subject can be recognized.
또한 조사된 적외선을 검출하여 컬러 영상으로 획득하는 촬상 소자(컬러 센서)에 있어서, 동일면적에 3종의 컬러 센서가 있는 경우 신호 대 잡음 비가 1/3로 낮아지는 문제점이 있고, 조사되는 적외선은 높은 파워로 조사되어 사람의 눈에 직접 도달할 경우 안정상의 문제가 발생할 수 있다.Also, in the case of an image pickup device (color sensor) which detects irradiated infrared rays and acquires them as color images, if there are three kinds of color sensors in the same area, there is a problem that the signal-to-noise ratio is reduced to 1/3, When irradiated with high power and reaching directly to the human eye, a problem of stability may occur.
상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 제안한다. 본 시스템은 둘 이상의 변조 적외선 파장을 피사체에 조사하는 적외선 조사 장치; 상기 적외선 조사 장치에 의해 조사되고 상기 피사체에 의해 반사된 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장을 감지하고, 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장을 변환 및 조합하여 컬러 영상을 획득하는 컬러 영상 획득 장치; 및 상기 컬러 영상 획득 장치와 미리 결정된 시간에 보정 및 동기화되고, 상기 적외선 조사 장치의 적외선 조사 시간을 파장별로 조정하는 동기화 장치를 포함한다. 이 때, 동기화 장치는 적외선 조사 장치의 적외선 조사 시간을 파장별로 조정하도록 변조 신호를 발생시키는 변조 신호 발생기, 또는 상기 컬러 영상 획득 장치 및 상기 적외선 조사 장치 간의 시간 정보를 공유하는 공통 시간 정보 공유기를 포함한다.In order to solve the above-mentioned problems, one aspect of the present invention proposes a modulation infrared color image acquisition system. The system includes an infrared ray irradiator for irradiating two or more modulated infrared wavelengths to a subject; A color image acquiring device that senses the at least two modulated infrared wavelengths irradiated by the infrared irradiating device and reflected by the object, and converts and combines the at least two modulated infrared wavelengths to obtain a color image; And a synchronization device, which is calibrated and synchronized with the color image acquisition device at a predetermined time, and adjusts the infrared irradiation time of the infrared ray irradiation device by wavelength. At this time, the synchronizing device includes a modulation signal generator for generating a modulating signal for adjusting the infrared irradiation time of the infrared ray irradiating device by wavelength, or a common time information sharing device for sharing the time information between the color image acquiring device and the infrared ray irradiating device do.
또한 적외선 조사 장치는 상기 변조 신호 발생기의 조정에 따라 결정된 시간에 특정된 적외선 파장을 상기 변조 신호 발생기의 변조 신호에 따라 변조하여 조사하고, 컬러 영상 획득 장치는 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장에 대해, 각각의 파장과 도착 시간의 관계를 나타내는 파장-시간 데이터를 미리 규정하고, 도착 시간은 상기 피사체에 의해 반사된 후 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장 각각이 상기 컬러 영상 획득 장치에 도달하는 시간들인 것을 특징으로 한다.And the infrared ray irradiating device modulates and irradiates an infrared wavelength specified at a time determined by the modulation signal generator according to the modulated signal of the modulated signal generator, and the color image acquiring device irradiates the infrared And the arrival time is a time at which each of the two or more modulated infrared wavelengths reaches the color image acquiring device after being reflected by the subject .
본 발명에 의한 적외선 컬러 영상 획득 시스템에 의하면, 적외선 조사 장치를 구비하고, 컬러 영상 획득 장치를 통해 감지한 적외선 파장들을 가시광선 대역의 파장들로 변환하도록 동작함으로써, 기존의 일반적인 컬러 영상 획득 시스템에 기능을 부가하여 저가 생산이 가능해진다. According to the infrared color image acquisition system of the present invention, an infrared ray irradiating device is provided and by operating to convert the infrared wavelengths sensed through the color image acquisition device into wavelengths in the visible light band, Function can be added, and low-cost production becomes possible.
보안 장치나 나이트 비전과 같은 장치에 효과적으로 작용하여 야간이나 안개, 먼지 등이 많은 경우에도 적외선 컬러 영상을 얻을 수 있게 된다. 특히, 자동차 나이트 비전의 경우, 인간의 피부, 피복에 대한 적외선 반사, 산란 특성을 강조하여 나타냄으로써 사물을 더 명확히 표시하여 주행 안전에 도움을 줄 수 있다는 효과를 갖는다.It works effectively on devices such as a security device or a night vision device so that an infrared color image can be obtained even when there is a lot of nighttime, mist, and dust. In particular, in the case of automobile night vision, the infrared ray reflection and scattering characteristics of human skin and cloth are emphasized, so that the object can be displayed more clearly, which can contribute to driving safety.
또한 하나의 여러개의 컬러 센서를 이용하지 않고 하나의 센서만으로 여러 색상의 검출이 가능해지므로 감도가 개선되는 효과가 있다. 안전 상의 문제와 관련하여, 본 발명에서 조사되는 적외선은 조사되는 시간이 짧아 파워가 낮아지므로 상대적으로 안전하다는 이점을 갖는다.In addition, sensitivity can be improved because multiple colors can be detected with only one sensor without using a plurality of color sensors. With respect to the safety problem, the infrared ray irradiated in the present invention has an advantage that it is relatively safe because the irradiation time is short and the power is low.
도 1은 종래의 가시광선 획득 영상 시스템에 따른 영상의 예들을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 통해 검출된 둘 이상의 파장을 도시한 것이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 통해 둘 이상의 파장을 감지하는 단계들을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 통해 컬러 영상을 얻기 위한 파장 변환의 일례를 도시한 것이다.
다수의 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성을 가리킨다.1 shows examples of images according to a conventional visible light acquisition image system.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a modulation infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a modulation infrared color image acquisition system according to another embodiment of the present invention.
4 illustrates two or more wavelengths detected through a modulation infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention.
5 (a) to 5 (c) illustrate the steps of detecting two or more wavelengths through a modulation infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates an example of wavelength conversion for obtaining a color image through an infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
In the drawings, the same reference numerals denote the same elements.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우에, 이는 그 외의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive. In this specification, when it is mentioned that a certain element includes an element, it means that it may further include other elements.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 본 발명에서 제안하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템은 둘 이상의 적외선 파장을 피사체(250)에 조사하는 적외선 조사 장치(210), 적외선 조사 장치(210)에 의해 조사되고 상기 피사체(250)에 의해 반사된 적외선 파장을 감지하고, 적외선 파장을 변환 및 조합하여 컬러 영상을 획득하는 컬러 영상 획득 장치(230), 및 컬러 영상 획득 장치(230)와 미리 결정된 시간에 보정 및 동기화되고, 적외선 조사 장치(210)의 적외선 조사 시간을 파장별로 조정하는 변조 신호 발생기(220)를 포함할 수 있다. 적외선 조사 장치(210), 컬러 영상 획득 장치(230) 및 변조 신호 발생기(220)는 미리 결정된 주기 또는 시간마다 서로 동기 신호를 송수신하여 동기화될 수 있다. 본 실시예에서 구성요소들(210, 220, 230)은 일체화된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 분리되거나 다른 형태로 구비될 수도 있다. 또한 동기화 장치인 변조 신호 발생기(220) 및 컬러 영상 획득 장치(230)는 본 발명에서 기술하는 기능들을 구현하기 위한 소프트웨어, 연산 장치 및 통신 수단을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a modulation infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention. The modulated infrared color image acquisition system proposed by the present invention includes an infrared ray irradiating
적외선 조사 장치(210)는 다파장 또는 넓은 파장 대역폭을 구비하는 적외선 조사 장치로서, 서로 다른 파장들을 나타내는 복수개의 적외선 파장을 피사체(250)에 조사할 수 있다. 조사되는 파장뿐만 아니라 광파워 역시 다르게 조사할 수 있다. 다른 실시예로서, 적외선 조사 장치(210)는 다수개가 구비되어 각각 서로 다른 파장의 적외선을 조사하도록 구현될 수도 있다.The infrared ray irradiating
이 때, 변조 신호 발생기(220)는 임의의 정해진 시간 간격으로 영상 획득 장치(230)와 보정 및 동기되어, 적외선 조사 장치(210)에 변조 신호를 전달하는 장치로서, 적외선 조사 장치(210)는 변조 신호 발생기(220)의 조정에 따라 결정된 시간에 특정된 적외선 파장을 변조하여 조사하게 된다. 즉, 변조 신호 발생기(220)가 적외선 조사 장치의 적외선 조사 시간을 파장별로 별도 조정하도록 변조 신호를 발생시키게 되고, 이러한 변조 신호에 따라 적외선 파워들이 변조되어 조사된다. 변조 신호는 컬러 영상 획득 장치에 미리 저장된 파장-시간 데이터에 따라 생성될 수 있고, 생성된 변조 신호를 적외선 조사 장치에 전달하여 조사할 적외선 파워 및 파장을 시간에 따라 변화시킨다. 변조 신호에 의해 변조된 적외선 파워는 정상파를 푸리에 합성한 형태일 수 있다. 예컨대, 구형파, 정현파, 삼각파 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.The
본 실시예 및 상세한 설명 전반에서, 본 발명의 컬러 영상 획득 장치(230)와 적외선 조사 장치(210) 간의 동기화 및 변조를 수행하는 동기화 장치의 일례로서 변조 신호 발생기(220)를 주로 설명하고 있으나, 본 발명의 동기화 장치는 컬러 영상 장치 및 적외선 조사 장치 간의 시간 정보를 공유하는 공통 시간 정보 공유기와 같이 다른 형태의 동기화 장치를 포함하며 구성은 분리 또는 일체형일 수 있다. Although the
조사된 복수개의 변조 적외선 파장은 피사체(250)에서 복사, 반사 또는 산란되며, 이러한 빛을 컬러 영상 획득 장치(230)에서 감지할 수 있다.The plurality of modulated infrared wavelengths irradiated are radiated, reflected or scattered by the
컬러 영상 획득 장치(230)는 피사체로부터 반사 또는 산란되어 나오는 빛들을 감지하고 컬러 영상으로 변환하는 장치이다. 컬러 영상 획득 장치(230)는 촬상 소자(예컨대, 카메라의 CCD 소자)를 이용하여 다수의 적외선 파장들을 적외선 대역(예컨대, 800nm이상 1100nm이하의 대역)에서 감지할 수 있다. 컬러 영상 획득 장치(230)는 구비된 촬상 소자의 컬러필터 특성에 따라 감지되며, 예컨대, 실리콘(Si) 촬상 소자를 채용할 수 있다. The color
특히, 본 발명의 컬러 영상 획득 장치(230)는 둘 이상의 적외선 파장에 대해, 각각의 파장과 도착 시간의 관계를 나타내는 파장-시간 데이터를 미리 규정하여 저장할 수 있다. 즉, 어느 시간에 어느 파장이 조사되어 반사 산란된 파장이 컬러 영상 획득 장치(230)에 도착하는지에 대해 미리 규정할 수 있다. 이 때, 도착 시간은 각 파장별로 도착 시각 또는 한 주기 내 시간차(예컨대, 한 주기 중 첫번째 도달하는 파장은 R(Red), 2분 후 도달하는 파장은 G(Green))로 기록될 수 있다. 또한 파장-시간 데이터는 각각의 파장에 대해 서로 다른 색상(예컨대, R, G, B)를 할당한 파장-색상 데이터를 포함할 수 있고, 이에 따라 파장, 색상, 및 도착 시간 간의 관계에 대해 미리 규정할 수 있다.Particularly, the color
예를 들어, 컬러 영상 획득 장치는 실리콘 디텍터(Si detector)를 구비할 수 있고, 실리콘 디텍터는 하나의 흑백 센서이지만 어느 시간에 어느 파장이 조사되었는지를 규정함으로써, 감지한 적외선 파장들을 컬러로 구현 가능하다. 다른 예로서, 적외선 대역에서 감도가 높은 GaAs, InP 계열의 물질 디텍터 또는 볼로미터(bolometer)가 적용될 수도 있다. 이처럼 하나의 센서를 이용하여 컬러 영상 획득이 가능해지므로, 여러개의 컬러 센서를 이용하는 종래 기술에 비해 동일면적 센서에서 신호 대 잡음 비가 우수하다는 이점이 있다.For example, a color image acquisition device may include a silicon detector, and the silicon detector may be a monochrome sensor, but by defining which wavelengths are irradiated at any time, the detected infrared wavelengths can be implemented in color Do. As another example, GaAs, InP series material detectors or bolometers with high sensitivity in the infrared band may be applied. As described above, since color images can be obtained using one sensor, there is an advantage that the signal-to-noise ratio is excellent in the same area sensor as compared with the conventional technique using several color sensors.
한편, 다른 실시예로서, 컬러 영상 획득 장치(230)는 가시광량을 측정하는 센서를 별도로 구비할 수 있다. 가시광량 측정 센서를 통해 가시광량이 임계치보다 낮을 때, 적외선 조사장치를 동작하도록 구현함으로써, 적외선 조사장치를 유동적으로 운용할 수 있다. 즉, 충분한 자연광(또는 조명광)으로 인해 컬러 영상 획득이 용이한 경우에는 일반적인 컬러 영상 획득 장치(230)로서 작용하고, 자연광(또는 조명광)이 충분하지 않은 경우에만 본 발명에 따라 적외선을 조사하고 적외선 파장들을 이용한 컬러 영상으로의 변환을 수행하도록 구현할 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the color
컬러 영상 획득 장치(230)는 파장과 광파워가 각기 다른 다수의 적외선 파장을 감지할 수 있고, 감지한 파장들을 변환 및 조합하여 컬러 영상을 표현할 수 있다. 파장의 감지 및 변환에 대해서는 이하에서 도 5 및 6을 참조하여 더 상세히 설명하도록 한다.The color
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 도시한 블록도이다. 본 발명의 적외선 컬러 영상 획득 시스템은 가시광 차단 필터(330)가 더 구비된 컬러 영상 획득 장치(230)를 포함할 수 있다. 3 is a block diagram illustrating a modulation infrared color image acquisition system according to another embodiment of the present invention. The infrared color image capturing system of the present invention may include a color
가시광 차단 필터(330)를 구비한 컬러 영상 획득 장치(230)는 가시광선이 조사되는 낮이나 가시광 조명하에서도 동작가능하도록 구현된 것이다. 가시광 차단 필터(330)가 가시광을 반사, 흡수 또는 소멸하도록 동작하여 적외선만 통과시킴으로써, 컬러 영상 획득 장치(230)가 적외선 파장들만을 감지할 수 있도록 한다. 이 때, 가시광 차단 필터(330)는 700nm 내지 940nm의 차단 주파수를 갖고 가시광선을 차단하는 것이 바람직하다. The color
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 통해 검출된 둘 이상의 변조 적외선 파장을 도시한 것이다. 컬러 영상 획득 장치(230)는 피사체로부터 반사, 산란된 복수의 변조 적외선 파장을 검출할 수 있고, 검출된 변조 적외선 파장들의 검출 시각(즉, 도착 시간) 또는 시간차를 해석하여 컬러 영상으로의 변환이 가능해진다. 또한 검출 시각, 검출된 시간차 외에 시간을 고려하여 한 주기내에 검출된 순서를 이용할 수도 있다.4 illustrates two or more modulated infrared wavelengths detected through a modulation infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention. The color
상술한 것처럼, 컬러 영상 획득 장치(230)는 파장과 각 파장의 도착 시간 간의 관계를 규정한 파장-시간 데이터를 미리 규정 및 저장해둘 수 있고, 이를 참조하여 검출된 적외선 파장들을 컬러 영상으로 변환할 수 있다. 파장-시간 데이터는 각각의 파장에 서로 다른 색상을 할당한 파장-색상 데이터를 포함할 수 있다.As described above, the color
도 4에 도시된 예처럼, 하나의 주기에 적외선 단파장(410), 적외선 중파장(420), 적외선 장파장(430)이 특정 시간 간격으로 컬러 영상 획득 장치(230)에 도달할 수 있다. 컬러 영상 획득 장치(230)는 한 주기 동안 각 파장별로 한번씩 검출하거나 복수번 검출하여 한 주기동안 조사된 변조 적외선 파장을 획득할 수 있다. 예컨대, 파장의 성격에 따라 파장별 검출 횟수를 달리하여 A 파장은 주기 당 1회씩 검출, B 파장은 2회씩 검출하도록 설계할 수 있다. 도 4처럼 획득한 변조 적외선 파장들 각각의 시간을 고려하여, 파장-시간 데이터에 따라 각각의 파장이 나타내는 색상(color)를 도출해낼 수 있다. 예컨대, 적외선 단파장(410)은 적색, 적외선 중파장(420)은 녹색, 적외선 장파장(430)은 청색을 나타내는 것으로 검출해낼 수 있다. 이 때, 한 주기 동안 각 파장별로 한번씩 검출하는 것이 가장 용이하나, 감도가 떨어지는 센서를 이용하는 경우, 전류 발생 크기가 큰 장파장과 상대적으로 작은 단파장들의 특성을 이용하여, 한 주기 동안 각 파장을 복수 번 검출함으로써 감도 보상을 수행할 수 있다. As shown in FIG. 4, the infrared
이처럼, 검출된 둘 이상의 변조 적외선 파장과 그에 할당된 색상 정보(파장-색상 데이터)를 이용하여, 특정 색상들을 검출해낼 수 있고, 변환 및 조합 방법에 따라 이들을 조합함으로써 컬러 영상의 획득이 가능하다. 즉, 컬러 영상 획득 장치(230)는 선형, 비선형 또는 경험적 변환(mapping) 알고리즘을 이용하여 둘 이상의 변조 적외선 파장을 컬러 영상으로 변환 및 조합할 수 있다. 이러한 컬러 영상으로의 변환 및 조합에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 더 상세히 설명하도록 한다.As described above, it is possible to detect specific colors using two or more detected infrared wavelengths and color information (wavelength-color data) assigned thereto, and to obtain color images by combining them according to the conversion and combination method. That is, the color
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 통해 둘 이상의 파장을 감지하는 단계들을 도시한 것이다. 도 5의 (a)는 컬러 영상 획득 장치(230)에서 감지한 다수의 적외선 파장의 광파워를 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 감지한 다수의 적외선 파장의 상대감도를 도시한 것이고, 도 5의 (c)는 적외선 파장들의 감도 및 광파워를 적용한 파장들을 도시한 것이다.5 (a) to 5 (c) illustrate the steps of detecting two or more wavelengths through an infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention. 5A shows optical powers of a plurality of infrared wavelengths sensed by the color
상술한 것처럼, 적외선 조사 장치(210)는 다파장 또는 넓은 파장 대역폭을 구비하여, 변조 신호에 따라 변조된, 서로 다른 파장들을 나타내는 복수개의 변조 적외선 파장을 피사체(250)에 조사할 수 있고, 조사된 복수개의 변조 적외선 파장은 피사체(250)에서 복사, 반사 또는 산란되며, 이러한 빛을 컬러 영상 획득 장치(230)에서 감지할 수 있다.As described above, the infrared
컬러 영상 획득 장치(230)는 복수개의 변조 적외선 파장을 적외선 대역에서 감지할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 (a)와 같이 3개의 파장을 감지할 수 있고, 3개의 파장의 광파워를 감지할 수 있다. 도 5의 (a)와 같이 광파워가 동일하게 감지될 수도 있고, 도 5의 (b)에 도시된 상대 감도에 따라 도 5의 (c)와 같이 파장의 감도 및 광파워가 서로 다르게 감지될 수도 있다. The color
또한 도 5의 (b)에 도시된 것처럼, 각각의 파장은 일정한 간격 또는 임의의 간격을 가진 파장들로서, 추후 컬러로 변환 시 R(Red), G(Green), B(blue)와 같이 다른 컬러를 나타내는 파장으로 감지될 수 있다. 예를 들어, 파장은 800nm 내지 1000nm 범위의 적외선 대역에서 감지되고, 파장 반치폭(half-width)는 0.5nm이상 1um이하인 것이 바람직하다. 또한 상술한 것처럼, 적외선 파장을 감지할 때에 어떤 파장이 무슨색을 나타내는지에 대해 미리 결정된 파장-시간 데이터 및 파장-색상 데이터를 가질 수 있고, 그에 따라 각각의 파장이 도달한 시간을 고려하여 각각이 나타내는 색상을 검출해낼 수 있다. 5 (b), each wavelength is a wavelength having a constant interval or an arbitrary interval, and is converted into another color such as R (Red), G (Green), and B Lt; / RTI > For example, the wavelength is detected in an infrared band in the range of 800 nm to 1000 nm, and the half-width of the wavelength is preferably 0.5 nm or more and 1 μm or less. Further, as described above, it is possible to have predetermined wavelength-time data and wavelength-color data as to which wavelength exhibits a certain color when detecting an infrared wavelength, and accordingly, considering the time at which each wavelength reaches, It is possible to detect the color represented by the color.
이처럼, 컬러 영상 획득 장치(230)는 다수의 변조 적외선 파장들을 감지하는 촬상 소자를 구비함으로써, 적외선 대역에서 다수의 변조 적외선 파장의 감지가 가능하고, 파워, 또는 적외선 파장 및 파워-시간 데이터 및 파장-색상 데이터를 참조하여 획득한 변조 적외선 파장들을 변환하고 조합하여 컬러 영상을 획득할 수 있다. 적외선 파장들의 변환에 대해서는 이하에서 도 6를 참조하여 더 상세히 설명하도록 한다.As such, the color
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템을 통해 컬러 영상을 얻기 위한 파장 변환의 일례를 도시한 것이다. 컬러 영상 획득 장치(230)는 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 것과 같이 서로 다른 파장을 갖는 다수의 적외선 파장을 감지할 수 있고, 이들을 변환 및 조합하여 컬러 영상을 획득할 수 있다.6 illustrates an example of wavelength conversion for obtaining a color image through a modulation infrared color image acquisition system according to an embodiment of the present invention. The color
도 6는 파장 변환의 일례로, 파장 이동(wavelength shift)을 이용한 컬러 영상 획득의 예를 도시한 것이다. 컬러 영상 획득 장치(230)가 점선으로 도시된 것과 같이 3개의 다른 변조 적외선 파장을 감지할 수 있고, 파장 이동을 통해 가시광선 대역으로 파장을 이동시킬 수 있다. 가시광선 대역으로 이동된 파장은 서로 다른 색상을 나타내는 파장으로 인식되어 서로 다른 색상을 나타낼 수 있게 된다. 본 실시예에서는 3개의 파장(예컨대, R, G, B로 표현 가능한 파장들)을 이용하는 경우를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 2개 또는 3개 이상의 파장을 이용하여 여러가지 색상을 나타낼 수 있다. 이렇게 기초 색상을 표현하는 가시광선 파장들을 획득함으로써, 이들을 조합할 경우 더 다양한 색상의 구현이 가능해진다. 6 shows an example of color image acquisition using wavelength shift as an example of wavelength conversion. The color
파장의 이동과 더불어, 도 5의 (c)에 도시된 것처럼 광파워 및 감도가 서로 다른 파장들의 크기를 적절히 보정함으로써 동일한 신호 크기로 보정할 수 있다. 또한 본 실시예에서는 파장 이동을 예로 들었으나, 선형, 비선형, 또는 경험적 변환(mapping) 알고리즘을 이용하여, 둘 이상의 적외선 파장을 컬러 영상으로 변환하여 가시광선 파장들로 얻을 수 있는 다양한 방법들이 활용될 수 있다.In addition to the shift of the wavelength, it is possible to correct to the same signal size by appropriately correcting the magnitude of the wavelengths having different optical powers and sensitivities as shown in Fig. 5 (c). In addition, although the wavelength shift is exemplified in the present embodiment, various methods of converting two or more infrared wavelengths into color images using visible, linear, nonlinear, or empirical mapping algorithms are utilized .
이처럼, 컬러 영상 획득 장치(230)는 감지한 적외선 파장들을 가시광선 대역의 파장들로 변환하도록 동작함으로써, 기존의 적외선 영상 획득 시스템을 간단히 보완하여 컬러 영상 획득 시스템이 가능해지므로 일반적인 컬러 영상 획득 시스템에 부가 가능하고 저가 생산이 가능해진다. 또한 보안 장치나 나이트 비전과 같은 장치에 효과적으로 작용하여 야간이나 안개, 먼지 등이 많은 경우에도 적외선 컬러 영상을 얻을 수 있게 된다. 특히, 자동차 나이트 비전의 경우, 인간의 피부, 피복에 대한 적외선 반사, 산란 특성을 강조하여 나타냄으로써 사물을 더 명확히 표시하여 주행 안전에 도움을 줄 수도 있다. Since the color
또한 여러개의 컬러 센서를 이용하지 않고 하나의 센서만으로 여러 색상의 검출이 가능해지므로 신호대 잡음 비가 개선되는 효과가 있다. 안전 상의 문제와 관련하여, 본 발명에서 적외선이 조사되는 시간을 변조하여 파워를 조정하므로 상대적으로 안전하다는 이점을 갖는다. 특히 가시광선에 가까운 파장에 대해서는 조사시간을 짧게하고 멀수록 길게 변조하면 더욱 안전하다.In addition, since a plurality of colors can be detected with only one sensor without using a plurality of color sensors, the signal-to-noise ratio can be improved. In connection with the safety problem, the present invention has an advantage that it is relatively safe because the power is adjusted by modulating the time when the infrared ray is irradiated. In particular, for wavelengths close to visible light, the irradiation time is shortened, and the longer the wavelength, the safer it is.
이상에서, 본 발명은 이해를 돕기 위해 상기 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었으므로 본 명세서에서 나타낸 구성요소, 그들의 접속 및 관계, 및 그들의 기능들은 단지 예시적인 것을 의미한다. 본 발명에 있어서, 적외선 컬러 획득 시스템이 구비하는 적외선 조사 장치(210), 변조 신호 발생기(220), 컬러 영상 획득 장치(230), 및/또는 가시광 차단 필터(330)는 물리적으로 일체화된 것으로 구현되었지만, 각 구성요소들은 필요에 따라 물리적으로 분리된 형태 또는 하나 이상의 구성요소가 통합된 형태로도 구현될 수 있으며, 또는 연산장치와 소프트웨어 및 통신수단을 포함한 장치로 구성될 수 있다.While the present invention has been described in detail in the foregoing for the purpose of illustration, it is to be understood that the components, their connections and relationships, and their functions are merely exemplary. In the present invention, the infrared illuminating
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. The present invention is not necessarily limited to these embodiments, as all the constituent elements constituting the embodiment of the present invention are described as being combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Furthermore, the terms "comprises", "comprising", or "having" described above mean that a component can be implanted unless otherwise specifically stated, But should be construed as including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
210: 적외선 조사 장치
220: 변조 신호 발생기
230: 컬러 영상 획득 장치
250: 피사체
330: 가시광 차단 필터210: Infrared ray irradiator
220: Modulation signal generator
230: Color image acquisition device
250: Subject
330: Visible light filter
Claims (17)
둘 이상의 변조 적외선 파장을 피사체에 조사하는 적외선 조사 장치;
상기 적외선 조사 장치에 의해 조사되고 상기 피사체에 의해 반사된 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장을 감지하고, 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장을 변환 및 조합하여 컬러 영상을 획득하는 컬러 영상 획득 장치; 및
상기 컬러 영상 획득 장치와 미리 결정된 시간에 보정 및 동기화되고, 상기 적외선 조사 장치의 적외선 조사 시간을 파장별로 조정하는 동기화 장치를 포함하고,
상기 동기화 장치는, 상기 컬러 영상 획득 장치 및 상기 적외선 조사 장치 간의 시간 정보를 공유하는 공통 시간 정보 공유기를 포함하고,
상기 적외선 조사 장치 및 상기 컬러 영상 획득 장치는 상기 공통 시간 정보 공유기를 통해 시간 정보를 공유하고,
상기 적외선 조사 장치는 공유한 시간 정보에 따라 적외선의 파워 및 파장을 변조하여 조사하고,
상기 컬러 영상 획득 장치는 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장에 대해, 각각의 파장과 도착 시간의 관계를 나타내는 파장-시간 데이터를 미리 규정하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.A modulated infrared color image acquisition system,
An infrared ray irradiating device for irradiating the subject with two or more modulated infrared wavelengths;
A color image acquiring device that senses the at least two modulated infrared wavelengths irradiated by the infrared irradiating device and reflected by the object, and converts and combines the at least two modulated infrared wavelengths to obtain a color image; And
And a synchronization device that is calibrated and synchronized with the color image acquisition device at a predetermined time and adjusts the infrared irradiation time of the infrared ray irradiation device by wavelength,
Wherein the synchronizing device includes a common time information sharing device for sharing time information between the color image acquiring device and the infrared irradiating device,
Wherein the infrared ray irradiating device and the color image acquiring device share time information through the common time information sharing device,
The infrared ray irradiating apparatus modulates and examines the power and wavelength of infrared rays according to the shared time information,
Wherein the color image acquiring device preliminarily specifies, for the two or more modulated infrared wavelengths, wavelength-time data representing a relationship between respective wavelengths and arrival times.
상기 동기화 장치는,
상기 적외선 조사 장치의 적외선 조사 시간을 파장별로 조정하도록 변조 신호를 발생시키는 변조 신호 발생기를 더 포함하고,
상기 적외선 조사 장치는 상기 변조 신호 발생기의 조정에 따라 결정된 시간에 특정된 적외선 파장을 상기 변조 신호 발생기의 변조 신호에 따라 변조하여 조사하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 시스템.The method according to claim 1,
The synchronization device comprising:
Further comprising a modulation signal generator for generating a modulation signal for adjusting the infrared irradiation time of the infrared ray irradiating device by wavelength,
Wherein the infrared ray irradiating device modulates an infrared wavelength specified at a time determined according to the adjustment of the modulation signal generator according to a modulation signal of the modulation signal generator.
상기 도착 시간은 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장 각각이 상기 피사체에 의해 반사된 후 상기 컬러 영상 획득 장치에 도달하는 시간들인 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the arrival time is a time at which each of the two or more modulated infrared wavelengths reaches the color image acquisition device after being reflected by the object.
상기 도착 시간은 상기 적외선 둘 이상의 변조 적외선 파장 각각이 상기 컬러 영상 획득 장치에 도달하는 시간의 시간차로 나타내는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method of claim 5,
Wherein the arrival time is expressed by a time difference of a time at which each of the two or more modulated infrared wavelengths of the infrared reaches the color image acquiring device.
상기 파장-시간 데이터는 각각의 파장에 서로 다른 색상(color) 할당한, 파장-색상 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the wavelength-time data comprises wavelength-color data that is assigned a different color at each wavelength.
상기 컬러 영상 획득 장치는 상기 파장-시간 데이터 및 상기 파장-색상 데이터를 이용하여, 감지된 파장의 색상을 검출하고 조합하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 시스템.The method of claim 7,
Wherein the color image acquisition device detects and combines the color of the sensed wavelength using the wavelength-time data and the wavelength-color data.
상기 컬러 영상 획득 장치는 동기화 시간에 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장을 파장별로 1회 또는 2회 이상 검출하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the color image acquisition device detects one or more times of the two or more modulated infrared wavelengths at each synchronization time.
상기 적외선 조사 장치는 둘 이상이고, 각각이 상기 동기화 장치에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
Characterized in that there are two or more infrared irradiating devices, each of which is adjusted by the synchronizing device.
상기 컬러 영상 획득 장치는 선형, 비선형, 또는 경험적 변환(mapping) 알고리즘을 이용하여, 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장을 컬러 영상으로 변환 및 조합하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the color image acquisition device converts and combines the at least two modulated infrared wavelengths into a color image using a linear, nonlinear, or empirical mapping algorithm.
상기 컬러 영상 획득 장치는 가시광 차단 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the color image acquisition apparatus further comprises a visible light cutoff filter.
상기 가시광 차단 필터는 700nm이상 940nm 이하의 차단 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method of claim 12,
Wherein the visible light cutoff filter has a cutoff frequency of 700 nm or more and 940 nm or less.
상기 적외선 조사 장치에 의해 조사되는 상기 둘 이상의 변조 적외선 파장은 각각 반치폭(half-width)이 0.5nm 이상 1um 이하인 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the two or more modulated infrared wavelengths irradiated by the infrared irradiation apparatus have a half-width of 0.5 nm or more and 1 μm or less, respectively.
상기 컬러 영상 획득 장치는 감지되는 가시광선의 양을 측정하는 가시광 측정 센서를 더 구비하고,
상기 측정된 가시광선의 양이 미리 결정된 기준치보다 낮을 때 상기 적외선 조사 장치를 동작시키는 동작 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
The color image acquiring apparatus further comprises a visible light measuring sensor for measuring an amount of the visible light ray to be sensed,
And generates an operation signal for operating the infrared ray irradiating device when the measured amount of the visible light ray is lower than a predetermined reference value.
상기 컬러 영상 획득 장치, 적외선 조사 장치 및 상기 동기화 장치는 미리 결정된 주기 또는 시간마다 서로 동기 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the color image acquiring device, the infrared ray irradiating device, and the synchronizing device transmit / receive a synchronizing signal to / from each other at predetermined periods or time intervals.
적외선 조사 장치에서, 상기 변조 신호 발생기의 변조 신호에 의해 변조된 적외선은 정상파를 푸리에(fourier) 합성한 형태인 것을 특징으로 하는 변조 적외선 컬러 영상 획득 시스템.The method of claim 2,
Wherein the infrared ray modulated by the modulated signal of the modulated signal generator is a form in which a standing wave is fourier-synthesized.
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