KR101674114B1 - 열 영상 처리 방법 및 이를 이용한 적외선 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열 영상 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적외선 검출기에서 실시간으로 열 영상의 변환 처리를 수행하는 열 영상 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법은 적외선 검출기의 현재 온도를 측정하고, 측정된 현재 온도보다 낮은 안정화 온도를 설정하는 과정; 상기 적외선 검출기를 상기 설정된 안정화 온도로 냉각시키는 과정; 균일한 온도를 가지는 균일 면을 촬영하여, 상기 적외선 검출기의 균일 면 데이터를 획득하는 과정; 상기 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시키기 위하여 상기 적외선 검출기의 구동 전압을 조절하는 과정; 상기 구동 전압이 조절된 적외선 검출기로 피사체를 촬영하여 열 영상 데이터를 획득하는 과정; 및 상기 열 영상 데이터를 불균일 보정하여, 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정;을 포함한다.

Description

열 영상 처리 방법 및 이를 이용한 적외선 검출기{METHOD FOR PRECESSING THERMAL IMAGE AND INFRARED DETECTOR USING THE SAME}
본 발명은 열 영상 처리 방법 및 이를 이용한 적외선 검출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적외선 검출기에서 실시간으로 열 영상의 변환 처리를 수행하는 열 영상 처리 방법 및 이를 이용한 적외선 검출기에 관한 것이다.
빛이 없는 야간에서 표적과 배경이 방출하는 고유한 복사 에너지의 차이를 감지하는 열 영상 장비의 핵심 부품은 적외선 검출기이다.
적외선 검출기의 작동 원리는, 물체에서 발산하는 적외선 영역의 파장대(장파 영역은 8~12㎛, 중파 영역은 3~5㎛의 파장을 갖는다)의 적외선을 검출하여 이를 전기적인 신호로 바꾸어준다. 상기와 같이 적외선 검출기를 통해 변환된 전기적 신호는 모니터로 디스플레이되어, 물체의 온도 분포에 따라 일정한 영상으로서 나타나게 된다. 적외선 검출기는 파장 대역 및 냉각 방식에 따라 다양하게 구별된다.
적외선 검출기는 상온에서 냉각 없이 사용하는 비냉각 방식과 극저온으로 냉각하는 냉각 방식으로 구별할 수 있다. 비냉각 적외선 검출기를 운용할 때 적외선 신호의 획득 및 처리를 위해서는 적외선 검출기에 대한 항온 유지가 필수적이다. 이와 같이 항온 유지를 위해 적외선 검출기 내에는 TEC(Thermal Electrical Cooler)라는 열전 소자가 필요하게 되고 이것을 제어하는 회로 역시 필요로 한다. 즉, 비냉각 적외선 검출기의 출력 값은 외부 온도에 따라 다르게 반응하기 때문에 항상 일정한 온도로 유지해야만 하는데, 이를 위해 열전 소자가 항온 유지를 위해 적외선 검출기 내에 내장된다.
적외선 검출기의 경우 행과 열 단위로 처리하는 특성상 수평 및 수직 방향으로 고정 패턴 노이즈(FPN: Fixed Pattern Noise)가 발생하게 되는데, 이러한 고정 패턴 노이즈를 억제하기 위하여 불균일을 제거하여 영상을 균일하게 하는 불균일 보정(Non Uniformity Correction) 처리가 비냉각 적외선 검출기에서 반드시 필요하게 된다.
종래의 적외선 검출기의 경우 불균일 보정 처리를 위한 불균일 보정 테이블의 온도 범위를 다구간으로 분할하여 불균일 보정을 수행하였다. 이는 적외선 검출기의 온도를 저온 구간, 상온 구간, 고온 구간 내의 고정된 온도로 제어하기 위한 것으로, 적외선 검출기가 구비하는 열전소자를 열화 또는 냉각화하여 적외선 검출기를 각 구간 내의 고정된 온도로 조절하고, 해당 구간의 불균일 보정 테이블을 이용하여 불균일 보정 과정을 수행하게 된다.
그러나, 이와 같이 불균일 보정 테이블의 온도 범위를 다구간으로 분할하여 불균일 보정을 수행하는 경우 각 구간의 저온 점과 고온 점에서 각각 온도 챔버를 이용하여 불균일 보정 테이블을 얻어야 하므로, 시험 시간이 증대되고, 전력 소모량이 증가될 뿐만 아니라, 장비 초기 구동 시간이 증가하는 등 많은 문제점이 있었다.
KR 10-2011-0008157 A
본 발명은 적외선 검출기의 온도에 관계없이 안정적으로 열 영상을 처리할 수 있는 열 영상 처리 장치 및 이를 이용한 적외선 검출기를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법은, 적외선 검출기의 현재 온도를 측정하고, 측정된 현재 온도보다 낮은 안정화 온도를 설정하는 과정; 상기 적외선 검출기를 상기 설정된 안정화 온도로 냉각시키는 과정; 균일한 온도를 가지는 균일 면을 촬영하여, 상기 적외선 검출기의 균일 면 데이터를 획득하는 과정; 상기 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시키기 위하여 상기 적외선 검출기의 구동 전압을 조절하는 과정; 상기 구동 전압이 조절된 적외선 검출기로 피사체를 촬영하여 열 영상 데이터를 획득하는 과정; 및 상기 열 영상 데이터의 불균일성을 보정하여, 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정;을 포함한다.
상기 적외선 검출기의 현재 온도와 안정화 온도는 0.5 내지 2℃ 범위 내의 차이 값을 가질 수 있다.
상기 균일 면의 데이터를 획득하는 과정은, 상기 적외선 검출기에 구비되는 렌즈의 셔터를 닫는 과정; 및 상기 렌즈와 마주보는 셔터의 내부 면을 촬영하여 상기 적외선 검출기의 각 픽셀의 출력 값을 획득하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 균일 면 데이터의 특성 값은, 상기 적외선 검출기의 각 픽셀의 출력 평균 값, 출력 분산 값 및 출력 중심 값 중 어느 하나의 값을 포함할 수 있다.
상기 기준 값은, 상기 적외선 검출기의 허용 출력 범위의 중심 값을 포함할 수 있다.
상기 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시켜 상기 균일 면 데이터로부터 균일 면 보정 데이터를 획득하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정은, 상기 적외선 검출기의 저온 점 및 고온 점의 출력 값으로부터 산출되는 불균일 보정 테이블을 이용하여 수행되며, 상기 저온 점은 상기 균일 면 보정 데이터의 최소값에 대응하는 온도보다 낮은 온도로 설정되며, 상기 고온 점은 상기 균일 면 보정 데이터의 최대값에 대응하는 온도보다 높은 온도로 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 검출기는 상기의 열 영상 처리 방법을 이용하여 열 영상 보정 데이터를 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법 및 이를 이용한 적외선 검출기에 의하면, 적외선 검출기의 온도와 상관없이 노이즈 없는 안정적인 열 영상을 제공할 수 있다.
또한, 적외선 검출기를 항상 현재 온도보다 낮은 안정화 온도로 냉각하여 열 영상 데이터를 획득함으로써, 온도 드리프트 현상을 방지하고, 적외선 검출기의 성능을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법 및 이를 이용한 적외선 검출기에 의하면, 불균일 보정을 수행하기 위한 불균일 보정 테이블을 하나의 온도 범위 내에서만 작성할 수 있게 되어, 장비 시험 시간의 단축 및 비용 감소의 효과가 있으며, 불균일 보정 테이블의 온도 구간을 넓게 유지할 수 있게 되어, 보다 선명한 화질의 열 영상을 획득할 수 있게 된다.
도 1은 종래 적외선 검출기의 불균일 보정 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 구동 전압을 조절하는 과정을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정을 설명하기 위한 그래프.
본 발명의 열 영상 처리 장치 및 이를 이용한 적외선 검출기는 적외선 검출기의 온도에 관계없이 안정적으로 열 영상을 처리할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 설명에 앞서 적외선 검출기에서 열 영상을 획득하는 예를 간단히 설명한다.
적외선 검출기는 물체(피사체)의 적외선을 검출하여 이를 전기적인 신호로 바꾸어 주는데, 그 작동 원리는, 물체에서 발산하는 적외선 영역의 파장대(장파 영역은 8~12㎛, 중파 영역은 3~5㎛의 파장을 갖는다)의 적외선을 검출하여 이를 전기적인 신호로서 변환한 데이터(이하, '열 영상 데이터'라 함)를 프레임 단위로 획득한다.
상기와 같이 적외선 검출기는 피사체의 적외선을 검출하여 전기적 신호 형태의 열 영상 데이터(thermal image data)를 획득하는데, 획득되는 열 영상 데이터는 소정의 비트량으로 디지털화되어 나타난다. 이때, 동일 타겟(target)의 피사체로부터 획득되는 열 영상 데이터는 일정한 값이 아니라 적외선 검출기의 온도에 따라 일정치 않은 값을 가지게 된다.
적외선 검출기는 항온 유지가 불가능하기 때문에 외부 온도가 변함에 따라 적외선 검출기의 온도도 변화하게 되는데, 이로 인해 동일 타겟에 대한 열 영상의 출력값인 열 영상 데이터가 일정하게 나타나지 않게 된다. 열 영상의 출력값인 열 영상 데이터가 일정하게 나타나지 않고 온도에 따라 변화되는 값을 가지는 상태에서는 이를 이용하여 영상 처리 완료할 경우에 고정 패턴 노이즈(FPN: Fixed Pattern Noise)가 발생하게 된다.
이러한 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위하여, 적외선 검출기는 모든 픽셀들에서 균일한 감응도로 계산되는 불균일 보정 테이블을 이용하여 비균일성을 보정하는 불균일 보정 과정을 거치게 된다. 불균일 보정은 흑체의 서로 다른 두 온도 점, 즉 저온 점과 고온 점에서 적외선 검출기의 출력 값으로부터 미리 산출되어 계산된 이득(Gain)과 오프셋(Offset) 값을 이용하여 동일한 출력값이 나타나게 한다.
도 1은 종래 적외선 검출기의 불균일 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1을 참조하면, 종래의 적외선 검출기의 경우 불균일 보정 테이블의 온도 범위를 다구간으로 분할하여 불균일 보정을 수행하였다. 예를 들어 저온 구간(T1), 상온 구간(T2), 고온 구간(T3)으로 온도 범위를 분할하고, 저온 구간(T1)의 저온 점(T1C)과 고온 점(T1H), 상온 구간(T2)의 저온 점(T2C)과 고온 점(T2H), 고온 구간(T3)의 저온 점(T3C)과 고온 점(T3H)에서 각각 산출된 이득과 오프셋 값을 이용하여 불균일 보정을 수행하였다.
이는 적외선 검출기의 과도한 열화 또는 냉각화를 방지하기 위하여, 적외선 검출기의 온도를 저온 구간(T1), 상온 구간(T2), 고온 구간(T3) 내의 고정된 온도로 제어하기 위한 것으로, 적외선 검출기가 구비하는 열전소자(TEC: Thermal Electrical Cooler)를 열화 또는 냉각화하여 적외선 검출기를 각 구간 내의 고정된 온도로 조절하고, 해당 구간의 불균일 보정 테이블을 이용하여 불균일 보정 과정을 수행하게 된다.
그러나, 이와 같이 불균일 보정 테이블의 온도 범위를 다구간으로 분할하여 불균일 보정을 수행하는 경우 각 구간의 저온 점과 고온 점에서 각각 온도 챔버를 이용하여 불균일 보정 테이블을 얻어야 하므로, 시험 시간이 증대되고, 전력 소모량이 증가될 뿐만 아니라, 장비 초기 구동 시간이 증가하는 등 많은 문제점을 보유하고 있었다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법은 적외선 검출기의 현재 온도를 측정하고, 측정된 현재 온도보다 낮은 안정화 온도를 설정하는 과정(S100); 상기 적외선 검출기를 상기 설정된 안정화 온도로 냉각시키는 과정(S200); 균일한 온도를 가지는 균일 면을 촬영하여, 상기 적외선 검출기의 균일 면 데이터를 획득하는 과정(S300); 상기 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시키기 위하여 상기 적외선 검출기의 구동 전압을 조절하는 과정(S400); 상기 구동 전압이 조절된 열상 검출기로 피사체를 촬영하여 열 영상 데이터를 획득하는 과정(S500); 및 상기 열 영상 데이터를 불균일 보정하여, 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정(S600);을 포함한다.
안정화 온도를 설정하는 과정(S100)은 먼저 적외선 검출기의 현재 온도를 측정하고, 측정된 적외선 검출기의 현재 온도보다 낮은 온도를 적외선 검출기의 안정화 온도로 설정한다. 즉, 주변 환경의 온도 변화에 따른 적외선 검출기의 현재 온도를 측정하여, 측정된 적외선 검출기의 현재 온도 값보다 낮은 온도로 적외선 검출기의 안정화 온도를 자동 설정한다.
적외선 검출기는 온도 변화에 따라 출력 특성이 변하는 온도 드리프트(temperature drift) 현상을 보인다. 이러한 온도 드리프트 현상은 적외선 검출기의 온도가 높아질수록 증가하므로, 모든 적외선 검출기는 냉각될수록 우수한 성능을 보인다. 그러나, 종래의 적외선 검출기는 전술한 바와 같이 불균일 보정 테이블의 온도 범위를 다구간으로 분할하고, 열전 소자에 의하여 각 구간 내의 고정된 온도로 적외선 검출기의 온도를 조절하므로, 적외선 검출기의 현재 온도가 고정된 온도인 목표 온도보다 낮은 경우 적외선 검출기를 열화시킬 수 밖에 없게 된다.
이에 비해, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법에서는 적외선 검출기의 현재 온도보다 항상 낮은 온도로 안정화 온도를 자동 설정하여 적외선 검출기의 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 적외선 검출기의 현재 온도와 안정화 온도는 0.5 내지 2℃ 범위 내의 차이 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출기의 현재 온도가 5℃인 경우 안정화 온도는 3 내지 4.5℃의 온도로 자동 설정될 수 있다. 적외선 검출기의 현재 온도와 안정화 온도의 차이 값이 0.5℃ 미만인 경우 적외선 검출기의 성능 향상의 정도가 미미하며, 차이 값이 2℃를 초과하는 경우 열전 소자에 의하여 적외선 검출기를 냉각시키기 위한 전력 소모가 과도하게 증가되고, 구동 속도가 저하되어, 적외선 검출기의 현재 온도와 안정화 온도가 0.5 내지 2℃ 범위 내의 차이 값을 갖는 경우에 최적의 성능을 나타낼 수 있게 된다.
적외선 검출기를 안정화 온도로 냉각시키는 과정(S200)은 안정화 온도를 설정하는 과정(S100)에서 설정된 안정화 온도로 적외선 검출기를 냉각시킨다. 적외선 검출기의 냉각은 열전 소자에 의하여 이루어질 수 있으며, 펠티에 효과(Peltier Effect)에 의하여 적외선 검출기를 냉각시키는 과정에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
적외선 검출기의 균일 면 데이터를 획득하는 과정(S300)은 균일한 온도를 가지는 균일 면을 촬영하여 균일 면의 출력 데이터를 획득한다. 균일 면은 균일한 온도를 가지는 피사체의 일면을 말하며, 이러한 균일 면을 가지는 피사체는 다양한 종류의 피사체가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법은 적외선 검출기의 렌즈를 개폐하는 셔터의 내부 면을 균일 면으로 활용하여, 균일 면의 출력 데이터를 획득할 수 있다.
이를 위하여, 균일 면 데이터를 획득하는 과정은, 적외선 검출기에 구비되는 렌즈의 셔터를 닫는 과정; 및 렌즈와 마주보는 셔터의 내부 면을 촬영하여 적외선 검출기의 각 픽셀의 출력 값을 획득하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 균일 면 데이터는 각 픽셀에 따른 출력 데이터 값을 가지게 된다. 참고로, 셔터의 온도, 셔터가 구비되는 적외선 검출기의 온도 및 주변 환경 온도는 동일한 것으로 취급될 수 있다.
이후, 균일 면 데이터의 특성 값을 미리 설정된 기준 값으로 변경시키기 위하여 구동 전압을 조절하는 과정(S400)을 수행한다. 여기서, 균일 면 데이터의 특성 값은 각 픽셀에 따른 출력 데이터들의 대표 값으로, 각 픽셀의 출력 평균 값, 출력 분산 값 및 출력 중심 값 중 어느 하나의 값을 포함할 수 있다. 또한, 각 픽셀에 따른 출력 데이터는, 예를 들어 1 내지 4V의 범위를 가지는 출력 전압의 아날로그 값일 수 있으며, 상기 출력 전압 값을 디지털 값으로 변화시킨 0 내지 16383의 14 bit의 값일 수도 있다.
이와 같이 균일 면 데이터의 특성 값을 미리 설정된 기준 값으로 변경시키기 위하여는 균일 면 데이터의 특성 값과 기준 값의 차이 값을 산출하여 이루어질 수 있으며, 상기 특성 값이 기준 값이 되도록 적외선 검출기의 구동 전압을 단계적으로 조절하여 균일 면 데이터의 특성 값이 기준 값이 되는 때의 균일 면의 출력 데이터의 변경 값을 균일 면 보정 데이터로 획득할 수 있다.
예를 들어, 출력 전압의 중심 값이 균일 면 데이터의 특성 값으로 채택된 경우, 균일 면 데이터의 특성 값을 기준 값으로 변경시키는 과정을 도 3과 함께 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 구동 전압을 조절하는 과정을 나타내는 그래프이다. 도 3에서 가로축은 하나의 영상 프레임으로 된 균일 면의 출력 데이터 값인 출력 전압 값을 나타내며, 세로축은 해당 출력 전압 값을 가지는 픽셀 수를 나타낸다. 출력 전압 값은 적외선 검출기의 온도가 증가할수록 증가하며, 일정 온도의 적외선 검출기의 경우에도 각 픽셀마다 다소 차이를 가지며 분포된다. 이는 전술한 바와 같이 고정 패턴 노이즈에 의함이며, 출력 전압 중심 값은 해당 온도에서 각 픽셀이 나타내는 출력 값 중 최저 출력 값과 최대 출력 값의 중간 값을 의미한다.
또한, 기준 값은 균일 면 데이터의 특성 값을 변화시키기 위하여 미리 설정된 값으로, 적외선 검출기의 허용 출력 범위(dynamic range)의 중간 값, 즉 출력 전압의 중심 값을 포함할 수 있다. 적외선 검출기의 허용 출력 전압 범위는 검출기가 출력 가능한 출력 전압 범위를 나타내며, 적외선 검출기의 성능에 따라 다양하게 설정되어 제조된다. 예를 들어, 적외선 검출기의 허용 출력 전압 범위 값이 1 내지 4V인 경우 기준 값은 상기 허용 출력 전압 범위의 중심 값인 2.5V로 설정될 수 있다.
구동 전압을 조절하는 과정(S400)은 도 3에 도시된 바와 같이 균일 면 데이터의 특성 값을 기준 값으로 변경시킨다. 즉, 적외선 검출기의 현재 온도가 저온인 경우 균일 면 데이터는 1.4 내지 1.6V의 값들을 가지게 되고, 균일 면 데이터의 특성 값은 1.5V가 된다. 또한, 적외선 검출기의 현재 온도가 고온인 경우 균일 면 데이터는 3.4 내지 3.6V의 값들을 가지게 되고, 이 경우의 균일 면 데이터의 특성 값은 3.5V가 된다. 이와 같은 저온 또는 고온의 적외선 검출기의 특성 값을 기준 값, 예를 들어 허용 출력 전압 범위의 중심 값인 2.5V가 되도록 적외선 검출기의 구동 전압을 조절한다. 즉, 도 3의 좌측에 위치하는 균일 면 데이터의 경우 균일 면 데이터의 특성 값은 1.5V가 되고, 기준 값은 2.5V이므로 특성 값과 기준 값의 차이 값은 1V로 산출되며, 도 3의 우측에 위치하는 균일 면 데이터의 경우 균일 면 데이터의 특성 값은 3.5V가 되고, 기준 값은 2.5V이므로 특성 값과 기준 값의 차이 값은 -1V로 산출된다.
위와 같이 구동 전압을 조절하는 과정(S400)을 단계적으로 반복함으로써, 균일 면 데이터의 특성 값이 미리 설정된 기준 값이 되는 때의 균일 면 보정 데이터를 획득할 수 있게 된다. 즉, 구동 전압의 조절을 단계적으로 수행하며 균일 면 데이터의 특성 값을 지속적으로 측정하다가 특성 값이 기준 값이 되는 때에, 측정되는 균일 면 데이터의 값을 변경된 균일 면 보정 데이터로서 획득할 수 있게 된다.
이와 같이 적외선 검출기의 구동 전압이 조절되면, 구동 전압이 조절된 적외선 검출기로 피사체를 촬영하여 열 영상 데이터를 획득하는 과정(S500)을 가진다. 열 영상 데이터가 획득되면, 고정 패턴 노이즈에 따른 불균일성을 보정하기 위하여 획득된 열 영상 데이터를 불균일 보정하여 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정(S600)을 거치게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정은 불균일 보정에 의하여 이루어지며, 여기서 불균일 보정은 적외선 검출기의 저온 점(TC) 및 고온 점(TH)의 출력 값으로부터 산출되는 불균일 보정 테이블을 이용하여 수행된다. 또한, 상기 저온 점(TC)은 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시키는 경우 획득되는 각 픽셀의 기준 데이터의 최소값(Vmin)에 대응하는 온도(Tmin)보다 낮은 온도로 설정되며, 상기 고온 점(TH)은 각 픽셀의 기준 데이터의 최대값(Vmax)에 대응하는 온도(Tmax)보다 높은 온도로 설정될 수 있다.
열 영상 데이터를 획득하는 과정(S500) 이후에는 각 픽셀의 열 영상 데이터에 신호 이득 값과 오프셋 값을 적용하는 불균일 보정을 통하여 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정(S600)이 수행된다.
참고로, 불균일 보정(NUC)이라 함은 신호 이득 값과 오프셋 값의 차이를 보정하여 동일 입력 신호에 대해 출력 크기를 일정하게 하여 화질의 균일성을 개선시키는 것을 말한다. 열 영상의 화질은 검출기의 불균일 보정에 달려 있으며, 불균일 보정을 통해 열 영상의 공간 잡음을 낮추어 우수한 열 영상의 획득과 함께 최대 시스템 성능을 보장할 수 있다. 불균일 보정의 영상 처리를 통하여 동일 입력 신호에 대해 전체 픽셀들의 값을 하나의 출력 값으로 수렴시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래에는 적외선 검출기의 온도를 고정된 온도로 제어하게 되어 불균일 보정 테이블의 온도 범위를 다구간으로 분할하여 불균일 보정을 수행하였다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 처리 방법은 적외선 검출기의 온도를 현재 온도보다 일정 온도 낮은 안정화 온도로 자동 가변 설정하여 하나의 구간에 대하여만 불균일 보정 테이블을 작성하게 되며, 불균일 보정 테이블의 온도 구간 또한, 종래의 온도 구간보다 넓게 가져갈 수 있게 되어 적외선 검출기의 화질을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정(S600)을 보다 상세히 설명하면, 다음과 같다.
Figure 112016031726583-pat00001
상기에서, Y는 불균일 보정 처리된 출력 값이며, G는 신호 이득 값을 말하며, RAW는 열 영상 데이터를 의미하고, O는 불균일 보정 처리 시의 오프셋 값으로서, 각 픽셀마다 달리한다.
Figure 112016031726583-pat00002
Figure 112016031726583-pat00003
수학식 2 및 수학식 3에서, TH는 고온 점, YH는 고온 점에서의 출력을 의미하며, TC는 저온 점, YC는 저온 점에서의 출력을 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정은 적외선 검출기의 저온 점(TC) 및 고온 점(TH)의 출력 값으로부터 산출되는 불균일 보정 테이블을 이용하여 수행되며, 상기 저온 점(TC)은 각 픽셀의 기준 데이터의 최소값(Ymin)에 대응하는 온도(Tmin)보다 낮은 온도로 설정되며, 상기 고온 점(TH)은 각 픽셀의 기준 데이터의 최대값(Ymax)에 대응하는 온도(Tmax)보다 높은 온도로 설정되어, 하나의 구간에 대하여만 불균일 보정 테이블을 작성할 수 있게 되며, 불균일 보정 테이블의 온도 구간 또한, 예를 들어 약 40℃ 범위 이상의 넓은 온도 구간을 가져갈 수 있게 되므로, 적외선 검출기의 화질을 종래에 비해 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정(S600)을 거친 후, 획득한 열 영상 보정 데이터에 대하여 대조비 향상(CEM;Contras Enhancement Mapping)의 영상 변환 처리의 보정을 수행하는 과정이 추가로 수행될 수 있다.
대조비 향상(CEM) 영상 변환 처리는 물체의 식별력을 향상시키기 위하여 영상의 대조비를 최적으로 조절하여 개선하는 것이다. 열 영상의 경우 농도 분포가 일부 영역에 편중되어 있어 대조비가 낮은 영상이라 할 수 있다. 따라서 대조비가 낮으면 영상이 선명치 못하며 표적 식별이 어려워지기 때문에 대조비 향상 영상 처리를 통하여 화질을 개선 시키는 것이다. 일반적인 대조비 향상 영상 변환 처리에 많이 이용하는 농도 변환 방법으로 히스토그램 평활화 방법이 사용된다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 적외선 검출기의 현재 온도를 측정하고, 측정된 현재 온도보다 낮은 안정화 온도를 설정하는 과정;
    상기 적외선 검출기를 상기 설정된 안정화 온도로 냉각시키는 과정;
    균일한 온도를 가지는 균일 면을 촬영하여, 상기 적외선 검출기의 균일 면 데이터를 획득하는 과정;
    상기 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시키기 위하여 상기 적외선 검출기의 구동 전압을 조절하는 과정;
    상기 구동 전압이 조절된 적외선 검출기로 피사체를 촬영하여 열 영상 데이터를 획득하는 과정;
    상기 균일 면 데이터의 특성 값을 설정된 기준 값으로 변경시켜 상기 균일 면 데이터로부터 균일 면 보정 데이터를 획득하는 과정; 및
    상기 열 영상 데이터의 불균일성을 보정하여, 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정;을 포함하고,
    상기 열 영상 보정 데이터를 획득하는 과정은,
    상기 적외선 검출기의 저온 점 및 고온 점의 출력 값으로부터 산출되는 불균일 보정 테이블을 이용하여 수행되며,
    상기 저온 점은 상기 균일 면 보정 데이터의 최소값에 대응하는 온도보다 낮은 온도로 설정되며,
    상기 고온 점은 상기 균일 면 보정 데이터의 최대값에 대응하는 온도보다 높은 온도로 설정되는 열 영상 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적외선 검출기의 현재 온도와 안정화 온도는 0.5 내지 2℃ 범위 내의 차이 값을 가지는 열 영상 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 균일 면의 데이터를 획득하는 과정은,
    상기 적외선 검출기에 구비되는 렌즈의 셔터를 닫는 과정; 및
    상기 렌즈와 마주보는 셔터의 내부 면을 촬영하여 상기 적외선 검출기의 각 픽셀의 출력 값을 획득하는 과정을 포함하는 열 영상 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 균일 면 데이터의 특성 값은, 상기 적외선 검출기의 각 픽셀의 출력 평균 값, 출력 분산 값 및 출력 중심 값 중 어느 하나의 값을 포함하는 열 영상 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기준 값은, 상기 적외선 검출기의 허용 출력 범위의 중심 값을 포함하는 열 영상 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 열 영상 처리 방법을 이용하여 열 영상 보정 데이터를 출력하는 적외선 검출기.
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