KR101691476B1 - Heat transfer equation solving and infrared radiation calculation method and apparatus for 3D structure by interpolation of normal vector - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 영상 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3차원 형상의 적외선 영상을 모사하기 위하여 열전달 방정식을 풀이하고 적외선 신호를 계산하는 방식으로 보다 고속으로 수행하는 온도-적외선 신호 계산 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to an infrared image technology, and more particularly, to a temperature and infrared signal calculation method and apparatus for performing a faster calculation by solving a heat transfer equation and calculating an infrared signal in order to simulate an infrared image of a three- It is about.
Description
본 발명은 적외선 영상 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3차원 형상의 적외선 영상을 모사하기 위하여 열전달 방정식을 풀이하고 적외선 신호를 계산하는 방식으로 보다 고속으로 수행하는 온도-적외선 신호 계산 방법 장치에 대한 것이다.The present invention relates to an infrared image technology, and more particularly, to a temperature-infrared signal calculation method apparatus for solving a heat transfer equation and simulating an infrared signal in order to simulate a three-dimensional infrared image, will be.
군용 플랫폼(함정, 전차, 항공기 등)으로부터 방출 또는 반사되는 적외선 신호는 위협 무기체계의 주요 탐지원이 되므로 적외선 신호를 감소시키기 위한 장치 및 플레어와 같은 기만체계를 탑재 운용하고 있다. Infrared signals emitted or reflected from military platforms (traps, tanks, airplanes, etc.) are equipped with deceptive devices such as flare and devices for reducing infrared signals, since they are the main sources of detection of the threat weapon system.
그러나 적외선 신호는 기상 환경에 민감한 영향을 받아 신호 수준이 큰 폭으로 변화하므로 다양한 환경에서 플랫폼의 신호 수준 및 기만 효과를 분석하기 위해서는 플랫폼의 3차원 적외선 영상을 모사하는 소프트웨어를 이용한 가상실험(시뮬레이션)이 요구된다.However, in order to analyze the signal level and the deception effect of the platform in various environments, the infrared signal is affected by the weather environment and the signal level changes widely. Therefore, .
3차원 형상의 적외선 영상을 생성하는 일반적인 절차를 간략히 설명하면 다음과 같다. 도 1을 참조하면, 먼저 형상의 3차원 CAD 모델을 입력으로 각 부분의 재질 및 표면특성을 설정하고 삼각형 또는 사각형 평면으로 잘게 쪼개어 그물(Mesh)과 같은 형태로 만든다(S110,S120). A general procedure for generating a three-dimensional infrared image is briefly described below. Referring to FIG. 1, first, a three-dimensional CAD model of a shape is input and material and surface characteristics of each part are set and finely divided into a triangle or a square plane to form a shape like a mesh (S110, S120).
그물을 이루는 각 정점(Vertex)의 위치 및 방향벡터(Normal Vector)를 이용하여 열전달 방정식을 풀면 정점의 온도를 구할 수 있다(S130). 정점의 온도에 의해 방사되는 적외선 신호와 태양과 같은 외부 열원을 받아 반사되는 신호를 더하면 정점의 적외선 신호가 구해진다(S140). 이러한 정점의 적외선 신호값을 흑백 또는 컬러 테이블에 맵핑하여 컴퓨터 화면에 보여주게 된다(S150,S160).The temperature of the vertex can be obtained by solving the heat transfer equation using the position and direction vector (Normal Vector) of each vertex forming the net (S130). The infrared signal radiated by the temperature of the apex and the infrared signal received by an external heat source such as the sun are added to obtain the infrared signal of the apex (S140). The infrared signal values of the vertexes are mapped to a monochrome or color table and displayed on a computer screen (S150, S160).
그런데, 규모가 큰 군용 플랫폼의 경우 보통 수십만에서 수백만 개의 정점을 사용한다. 따라서 각 정점마다 온도 및/또는 적외선 신호를 계산하는 복잡한 수식을 반복하여 풀어야 하므로 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. However, large military platforms typically use hundreds of thousands to millions of vertices. Therefore, there is a problem in that it takes much time to solve the complex formula for calculating the temperature and / or the infrared signal for each vertex repeatedly.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 3차원 형상의 적외선 영상을 모사하기 위하여 열전달 방정식을 풀이하고 적외선 신호를 계산하는 방식으로 보다 고속으로 수행하는 온도 및 적외선 신호 계산 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the problem according to the above background art, and it is an object of the present invention to provide a temperature and infrared signal calculation method which is performed at a higher speed by solving a heat transfer equation and calculating an infrared signal in order to simulate a three- The purpose is to provide.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 3차원 형상의 적외선 영상을 모사하기 위하여 열전달 방정식을 풀이하고 적외선 신호를 계산하는 방식으로 보다 고속으로 수행하는 온도 및 적외선 신호 계산 방법을 제공한다.The present invention provides a temperature and infrared signal calculation method that solves a heat transfer equation and simulates an infrared signal in order to simulate an infrared image of a three-dimensional shape in order to accomplish the above-mentioned problems.
상기 온도 및 적외선 신호 계산 방법은,The temperature and infrared signal calculation method includes:
형상의 3차원 CAD 모델의 각 부분별 재질 및 표면특성을 설정하고 데이터를 분할하여 그물(Mesh) 형태로 만드는 그물 분할 단계;A mesh dividing step of setting the material and surface characteristics of each part of the three-dimensional CAD model of the shape and dividing the data into a mesh shape;
그물(Mesh) 형태를 이루는 각 정점(Vertex)의 위치 및 방향벡터(Normal Vector)를 보간하여 화소의 방향 벡터를 정의하여 2차원 적외선 영상을 생성하는 2차원 적외선 영상 생성 단계;A two-dimensional infrared image generating step of generating a two-dimensional infrared image by interpolating a position and a direction vector of each vertex in a mesh shape to define a direction vector of the pixel;
정의된 화소의 방향벡터에 대하여 온도를 계산하고 계산된 온도를 이용하여 적외선 신호값을 계산하는 적외선 신호 값 계산 단계; 및An infrared signal value calculation step of calculating a temperature for a direction vector of a defined pixel and calculating an infrared signal value using the calculated temperature; And
계산된 적외선 신호값을 화소의 색상으로 맵핑하여 적외선 영상을 생성하는 맵핑 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And mapping the calculated infrared signal value to the color of the pixel to generate an infrared image.
이때, 상기 온도 및 적외선 신호값의 계산은 수학식 At this time, the calculation of the temperature and the infrared signal value is performed using Equation
(여기서, h: 대류복사계수, A: 표면적, : 대기온도, T0: 구하고자하는 표면 온도, σ: 스테판-볼츠만 상수(Stefan-Bolzman constant), Tsurr: 대기복사 겉보기 온도, k: 열전도도(thermal conductance), T1: 1차원 열전도에서 인접 구간의 온도, : 1차원 열전도에서 구간의 간격, : 열발생율, : 흡수율, GD: 직달 태양복사, Gd: 확산 태양복사, θ: 직달 태양복사의 입사각을 나타낸다)을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.(Where h: convection coefficient, A: surface area, : T 0 is the surface temperature to be obtained, σ is the Stefan-Bolzman constant, T surr is the atmospheric radiation apparent temperature, k is the thermal conductance, T 1 is the one dimensional heat conduction, The temperature of the adjacent section, : Interval of interval in one dimensional heat conduction, : Heat generation rate, : Absorptivity, G D : direct solar radiation, G d : diffuse solar radiation, and θ: incidence angle of direct solar radiation).
또한, 상기 화소의 색상은 그레이 또는 컬러 색상인 것을 특징으로 할 수 있다.The color of the pixel may be a gray color or a color color.
또한, 상기 온도계산은 1차원 정상상태 열전도인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the temperature calculation may be a one-dimensional steady state thermal conduction.
또한, 상기 직달 태양복사의 입사각은 화소의 방향 벡터와 입사하는 태양의 방향 사이의 각도인 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the incident angle of the direct sun radiation may be an angle between the direction vector of the pixel and the direction of the incident sun.
또한, 상기 태양복사는 직달복사와 확산복사로 나뉘며 직달복사는 표면에 입사되는 각도에 따라 다른 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the solar radiation is divided into direct radiation and diffuse radiation, and direct radiation can be characterized by being different depending on the angle of incidence on the surface.
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또한, 상기 분할은 형상의 3차원 CAD 모델을 삼각형 또는 사각형 평면으로 분할하는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the division may be characterized by dividing the three-dimensional CAD model of the shape into a triangular or rectangular plane.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 형상의 3차원 CAD 모델을 입력으로 각 부분별 재질 및 표면특성을 할당하고 재질 할당된 각 부분의 데이터를 분할하여 그물(Mesh) 형태로 만드는 입력처리부; 그물(Mesh) 형태를 이루는 각 정점(Vertex)의 위치 및 방향벡터(Normal Vector)를 보간하여 화소의 방향 벡터를 정의하여 2차원 적외선 영상을 생성하고, 정의된 화소의 방향벡터에 대하여 온도를 계산하고 계산된 온도를 이용하여 적외선 신호값을 계산하는 계산부; 계산된 적외선 신호값을 화소의 색상으로 맵핑하고 적외선 영상을 생성하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도-적외선 신호 계산 장치를 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes an input for assigning a material and a surface property to each part and inputting a three-dimensional CAD model of the shape into a mesh A processor; A two-dimensional infrared image is generated by interpolating a position and a direction vector of each vertex in the form of a mesh to define a direction vector of the pixel, and a temperature is calculated for a direction vector of the defined pixel A calculation unit for calculating an infrared signal value using the calculated temperature; And an output unit for mapping the calculated infrared signal value to the color of the pixel and generating an infrared image. The present invention provides an apparatus for calculating a temperature-infrared signal of a three-dimensional shape by direction vector interpolation.
본 발명에 따르면, 플랫폼의 적외선 영상 생성을 위하여 정점마다 온도 및 적외선 신호 계산을 수행 하지 않고 화소마다 온도 및 적외선 신호를 계산함으로써 프로그램의 동작 속도를 약 10배에서 1000배 정도 빠르게 할 수 있다. According to the present invention, it is possible to increase the operation speed of the program by about 10 to 1000 times by calculating the temperature and the infrared signal for each pixel without performing temperature and infrared signal calculation for each vertex in order to generate an infrared image of the platform.
본 발명의 다른 효과로서는 이를 통해 다양한 환경에서 플랫폼의 적외선 신호 수준 및/또는 기만 효과를 검증하고 자료를 구축하는데 활용할 수 있다는 점을 들 수 있다.As another effect of the present invention, it is possible to utilize the infrared signal level and / or deception effect of the platform in various environments to verify and construct data.
도 1은 일반적인 3차원 형상의 적외선 영상을 생성하는 일반적인 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 영상을 생성하는 절차를 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 영상을 생성하는 적외선 신호 계산 장치(300)의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방향 벡터의 보간에 의한 입사 에너지를 계산하는 개념도이다.FIG. 1 is a flowchart showing a general procedure for generating a general three-dimensional infrared image.
2 is a flowchart illustrating a procedure for generating an infrared image according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of an infrared
4 is a conceptual diagram for calculating incident energy by interpolation of a direction vector according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도-적외선 신호 계산 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method and an apparatus for calculating a three-dimensional temperature-infrared signal by direction vector interpolation according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
적외선 영상 생성 프로그램의 최종 출력은 적외선 센서의 공간상의 위치, 화각 및 해상도에 따라 컴퓨터 화면(또는 버퍼)에 나타나는 2차원 영상이다. The final output of the infrared image generating program is a two-dimensional image appearing on a computer screen (or buffer) according to the spatial position, the angle of view and resolution of the infrared sensor.
군용 적외선 센서의 해상도는 일반적으로 약 가로x세로 320x256 화소 정도이며 최근 개발되는 고해상도의 경우도 약 1024x768 화소 정도이다. 이는 픽셀 수로 따지면 약 8만 화소 및 80만 화소이다. 적외선 센서의 화각을 고려하면 원거리의 경우 물체는 불과 몇 개의 화소에만 나타나고 나머지는 배경으로 나타나게 된다. The resolution of a military infrared sensor is generally about 320x256 pixels x 1024x768 pixels. This is about 80,000 pixels and 800,000 pixels in terms of the number of pixels. Considering the angle of view of the infrared sensor, the object appears only in a few pixels at a distance, and the rest appears as a background.
또한 군용 적외선 센서는 물체를 한 방향에서만 바라보게 되므로 보이지 않는 면이 절반 이상이다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 일반적으로 정점에 대해 수행하는 열전달 및/또는 적외선 신호 계산 대신에 화면에 나타날 화소에 대해서만 계산하는 방식을 택한다.In addition, military infrared sensors look at objects in only one direction, so they are more than half invisible. Therefore, in one embodiment of the present invention, instead of the heat transfer and / or infrared signal calculation performed on the vertices, a method of calculating only the pixels to be displayed on the screen is selected.
부연하면, 일반적으로 각 정점에 대하여 온도 및 적외선 신호 계산을 수행하고 계산된 적외선 신호 값을 정점의 색상으로 맵핑한다. 이후 화면의 2차원 영상으로 변환하는 과정에서 화소를 구성하는 정점의 색상을 보간(Interpolation)하여 나타나게 된다.In addition, typically, temperature and infrared signal calculations are performed for each vertex and the calculated infrared signal value is mapped to the vertex color. Then, in the process of converting into the two-dimensional image of the screen, the color of the vertices constituting the pixel is interpolated.
본 발명의 일실시예서는 먼저 화면의 2차원 영상으로 변환하는 과정에서 정점의 방향 벡터를 보간하여 화소의 방향벡터로 정의하고 화소의 방향벡터에 대하여 온도 및 적외선 신호 계산을 수행하여 계산된 적외선 신호값을 화소의 색상으로 맵핑한다. 이러한 개념이 이해하기 쉽게 순서적으로 도 2에 도시된다.In one embodiment of the present invention, first, in the process of converting a 2D image into a 2D image, a direction vector of a vertex is interpolated to define a direction vector of the pixel, and a temperature and infrared signal calculation is performed on the direction vector of the pixel, Maps the value to the color of the pixel. This concept is shown in Fig. 2 in an easy to understand manner.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 영상을 생성하는 절차를 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 형상의 3차원 CAD 모델을 입력으로 각 부분의 재질 및 표면특성을 설정하고 삼각형 또는 사각형 평면으로 잘게 쪼개어 그물(Mesh)과 같은 형태로 만든다(S210,S220).2 is a flowchart illustrating a procedure for generating an infrared image according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, first, a three-dimensional CAD model of a shape is input and material and surface characteristics of each part are set and finely divided into a triangle or a square plane to form a shape like a mesh (S210, S220).
그물(Mesh)을 이루는 각 정점(Vertex)의 위치 및 방향벡터(Normal Vector)를 이용하여 2차원 적외선 영상을 생성한다(단계 S230). 이때, 방향벡터를 보간하면, 해당 보간된 화소의 방향벡터가 생성된다. 즉, 정점의 방향 벡터를 보간하여 보간된 화소의 방향벡터로 정의한다.A two-dimensional infrared image is generated using a position and a direction vector of each vertex forming a mesh (step S230). At this time, interpolation of the direction vector generates a direction vector of the interpolated pixel. That is, the direction vector of the vertex is interpolated and defined as a direction vector of the interpolated pixel.
보간된 화소의 방향벡터를 이용하여 각 화소의 온도를 계산하고(S240), 이 계산된 온도에 의해 방사되는 적외선 신호 및 태양과 같은 외부 열원을 받아 반사되는 신호를 더하면 적외선 신호가 구해진다(S250).The temperature of each pixel is calculated using the direction vector of the interpolated pixel (S240). An infrared signal is obtained by adding an infrared signal radiated by the calculated temperature and a signal reflected by an external heat source such as the sun (S250 ).
이때 화소의 온도를 계산하는 식은 1차원 정상상태 열전도를 가정하면 다음과 같다.At this time, the equation for calculating the pixel temperature is as follows, assuming a one-dimensional steady-state thermal conduction.
여기서, h: 대류복사계수 Where h is the convection coefficient
A: 표면적A: Surface area
: 대기온도 : Ambient temperature
T0: 구하고자하는 표면 온도T 0 : surface temperature to be obtained
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σ: 스테판-볼츠만 상수(Stefan-Bolzman constant)σ: Stefan-Bolzman constant
Tsurr: 대기복사 겉보기 온도T surr : Atmospheric radiation Apparent temperature
k: 열전도도(thermal conductance)k: thermal conductance
T1: 1차원 열전도에서 인접 구간의 온도T 1 : Temperature of adjacent section in one dimensional heat conduction
: 1차원 열전도에서 구간의 간격 : Interval of interval in one-dimensional heat conduction
: 열발생율 : Heat generation rate
: 흡수율 : Absorption rate
GD: 직달 태양복사G D : Direct solar radiation
Gd: 확산 태양복사G d : diffuse solar radiation
θ: 직달 태양복사의 입사각θ: Angle of incidence of direct solar radiation
위 수학식에서, 첫째 항은 대류, 둘째 항은 복사, 셋째 항은 1차원 열전도, 넷째 항은 내부 열 발생, 다섯째 항은 태양복사를 각각 나타낸다. 태양복사는 직달복사와 확산복사로 나뉘며 직달복사는 표면에 입사되는 각도에 따라 달라진다.In the above equations, the first term is convection, the second term is radiation, the third term is one-dimensional heat conduction, the fourth term is internal heat generation, and the fifth term is solar radiation. Solar radiation is divided into direct radiation and diffuse radiation, and direct radiation depends on the incident angle to the surface.
기존의 방법에서는 위 수학식에서 직달 태양복사의 입사각를 계산하는데 있어 정점의 방향벡터가 사용되나, 본 발명의 일실시예에서는 보간된 화소의 방향벡터가 사용된다. 즉 cos는 화소의 방향벡터와 태양 방향을 나타내는 벡터의 내적으로 구해진다.In the conventional method, a vertex direction vector is used to calculate the incidence angle of direct solar radiation in the above equation. In one embodiment of the present invention, the direction vector of the interpolated pixel is used. That is, cos is internally determined as a vector representing the direction vector of the pixel and the direction of the sun.
방향 벡터의 보간에 의한 열전달 방정식에서 입사복사의 항목을 예로 들면 도 4와 같다. 도 4에 대하여는 후술하기로 한다.An example of the incident radiation in the heat transfer equation by interpolation of the direction vector is shown in FIG. 4 will be described later.
도 2를 계속 참조하여 설명하면, 계산된 표면온도로부터 적외선 신호를 계산한다.Continuing with reference to FIG. 2, an infrared signal is calculated from the calculated surface temperature.
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도 2를 계속 참조하여 설명하면, 이러한 적외선 신호 값을 화소의 색상으로 맵핑하여 적외선 영상을 컴퓨터 화면에 출력한다(S260).Referring to FIG. 2, the infrared ray signal is mapped to the color of the pixel, and the infrared ray image is output to the computer screen (S260).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 영상을 생성하는 적외선 신호 계산 장치(300)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 적외선 신호 계산 장치(300)는 입력부(310), 신호 처리부(320) 및 출력부(330) 등을 포함하여 구성된다.3 is a configuration diagram of an infrared
입력부(310)는 3차원 형상의 CAD 모델을 입력으로 받아 재질 및 표면특성을 설정하고 그물망 형태의 삼각형 또는 사각형으로 분할하여 정점 및 방향벡터를 생성한다.The
신호 처리부(320)는 정점의 방향 벡터를 보간하여 화소의 방향벡터로 정의하는 투영부(321), 그림자 영상을 설정하기 위한 그림자 계산부(322), 화소의 방향벡터를 이용하여 표면온도를 계산하는 표면온도 계산부(323), 화소의 방향벡터를 이용하여 적외선 신호 계산을 수행하는 적외선신호 계산부(324)와 계산된 적외선 신호값을 화소의 색상으로 맵핑하는 맵핑부(325)로 구성된다. 이를 위해, 신호 처리부(320)는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), 메모리 등의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 조합으로 구성된다.The
출력부(330)는 맵핑된 적외선 영상의 크기 및 화면에서의 위치를 조정하고 이를 출력하는 기능을 수행한다. 물론, 출력부(330)는 디스플레이 장치 등을 포함하여 구성될 수 있다.The
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방향 벡터의 보간에 의한 입사 에너지를 계산하는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 입사 에너지는 단위 면적당 입사량과 면의 크기, 입사 방향과 면의 방향벡터의 내적의 곱으로 나타난다.4 is a conceptual diagram for calculating incident energy by interpolation of a direction vector according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the incident energy is expressed as a product of an incident amount per unit area, a size of a surface, and an inner product of an incident direction and a direction vector of a surface.
여기서, 면1, 2의 크기 : 가로 = 1, 세로 = Here, the sizes of the faces 1 and 2: width = 1, length =
투영면에 대한 기울기 : Tilt to projection plane:
투영면의 크기 : 가로 = , 세로 = Size of Projection Surface: Width = , Height =
단위면적당 태양 입사량 : SSolar incident amount per unit area: S
위 수학식에서 각 면에 입사된 에너지의 합()은 투영면의 방향벡터를 이용하여 계산한 입사 에너지(Q)와 같음을 알 수 있다.In the above equation, the sum of the energy incident on each surface ( ) Is equal to the incident energy (Q) calculated by using the direction vector of the projection plane.
이와 같이 방향벡터는 태양 입사 에너지를 고려한 표면온도 계산(240), 물체의 표면으로부터 방출되는 적외선 신호 계산, 적외선 센서로 입력되는 물체 표면의 반사 신호 계산(250) 등에서 사용된다.
As such, the direction vector is used in the calculation of the surface temperature 240 considering the solar incident energy, the calculation of the infrared signal emitted from the surface of the object, and the calculation of the reflection signal of the object surface inputted to the infrared sensor 250.
300: 적외선 신호 계산 장치
310: 입력부
320: 신호 처리부
321: 투영부(3D → 2D)
322: 그림자 계산부
323: 표면온도 계산부
324: 적외선신호 계산부
325: 그레이/컬러 맵핑부
330: 출력부300: Infrared signal calculation device
310:
320:
321: Projection unit (3D? 2D)
322: Shadow calculation unit
323: surface temperature calculation unit
324: Infrared ray signal calculation unit
325: gray / color mapping unit
330: Output section
Claims (9)
그물(Mesh) 형태를 이루는 각 정점(Vertex)의 위치 및 방향벡터(Normal Vector)를 보간하여 화소의 방향 벡터를 정의하여 2차원 적외선 영상을 생성하는 2차원 적외선 영상 생성 단계;
정의된 화소의 방향벡터를 이용하여 표면 온도를 계산하고 계산된 온도를 이용하여 적외선 신호값을 계산하는 적외선 신호 값 계산 단계; 및
계산된 적외선 신호값을 화소의 색상으로 맵핑하여 적외선 영상을 생성하는 맵핑 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.
A mesh dividing step of setting the material and surface characteristics of each part by inputting the three-dimensional CAD model of the shape and dividing the data into a mesh shape;
A two-dimensional infrared image generating step of generating a two-dimensional infrared image by interpolating a position and a direction vector of each vertex in a mesh shape to define a direction vector of the pixel;
Calculating an infrared signal value by calculating a surface temperature using a direction vector of a defined pixel and calculating an infrared signal value using the calculated temperature; And
A mapping step of mapping the calculated infrared signal value to a color of a pixel to generate an infrared image;
Dimensional temperature and infrared signal computation by direction vector interpolation.
상기 표면 온도 계산 과정에서, 정점의 방향벡터를 보간하여 구해진 화소의 방향벡터를 사용하여 직달 태양복사의 입사각을 계산하여 화소를 대상으로 표면 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.The method according to claim 1,
Wherein a surface temperature is calculated with respect to pixels by calculating an incidence angle of a direct solar radiation using a direction vector of a pixel obtained by interpolating a direction vector of a vertex in the process of calculating the surface temperature, Temperature of shape and calculation method of infrared signal.
상기 온도의 계산은 수학식
(여기서, h: 대류복사계수, A: 표면적, : 대기온도, T0: 구하고자하는 표면 온도, σ: 스테판-볼츠만 상수(Stefan-Bolzman constant), Tsurr: 대기복사 겉보기 온도, k: 열전도도(thermal conductance), T1: 1차원 열전도에서 인접 구간의 온도, : 1차원 열전도에서 구간의 간격, : 열발생율, : 흡수율, GD: 직달 태양복사, Gd: 확산 태양복사, θ: 직달 태양복사의 입사각을 나타낸다)을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.
The method according to claim 1,
The calculation of the temperature can be performed using Equation
(Where h: convection coefficient, A: surface area, : T 0 is the surface temperature to be obtained, σ is the Stefan-Bolzman constant, T surr is the atmospheric radiation apparent temperature, k is the thermal conductance, T 1 is the one dimensional heat conduction, The temperature of the adjacent section, : Interval of interval in one dimensional heat conduction, : Heat generation rate, : Absorption rate, G D : direct solar radiation, G d : diffuse solar radiation, and θ: incidence angle of direct sun radiation). .
상기 적외선 신호 계산 과정에서, 정점의 방향벡터를 보간하여 구해진 화소의 방향벡터를 사용하여 태양복사의 입사각을 계산하여 화소를 대상으로 적외선 신호를 계산하는 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein an infra-red signal is calculated with respect to a pixel by calculating an incident angle of solar radiation using a direction vector of a pixel obtained by interpolating a direction vector of a vertex in the infrared signal calculation process, Temperature and infrared signal calculation method.
상기 태양복사는 직달복사와 확산복사로 나뉘며 직달 태양복사는 화소에 입사되는 각도에 따라 다른 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.
5. The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the solar radiation is divided into direct radiation and diffuse radiation, wherein the direct sun radiation differs according to the angle incident on the pixel.
상기 화소의 색상은 그레이 또는 컬러 색상인 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the color of the pixel is a gray or a color hue.
상기 1차원 열전도는 1차원 정상상태 열전도인 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 방법.
The method of claim 3,
Wherein the one-dimensional thermal conduction is a one-dimensional steady-state thermal conduction.
그물(Mesh) 형태를 이루는 각 정점(Vertex)의 위치 및 방향벡터(Normal Vector)를 보간하여 화소의 방향 벡터를 정의하여 2차원 영상으로 투영하고, 정의된 화소의 방향벡터에 대하여 온도를 계산하고 계산된 온도를 이용하여 적외선 신호 값을 계산하고 계산된 적외선 신호 값을 화소의 색상으로 맵핑하는 신호처리부; 및
상기 맵핑된 적외선 영상의 크기 및 위치를 변화시키고 출력하는 출력부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향 벡터 보간에 의한 3차원 형상의 온도 및 적외선 신호 계산 장치.An input unit that receives a CAD model of a three-dimensional shape as input and sets material and surface characteristics, and divides the data into a mesh;
The direction vector of the pixel is defined by interpolating the position and the direction vector of each vertex in the form of a mesh, and the image is projected into a two-dimensional image. The temperature is calculated with respect to the direction vector of the defined pixel A signal processing unit for calculating an infrared signal value using the calculated temperature and mapping the calculated infrared signal value to the color of the pixel; And
An output unit for changing the size and position of the mapped infrared image;
Dimensional temperature and infrared ray signal calculating device by direction vector interpolation.
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대기온도 및 풍속 변화에 따른 함정의 적외선 신호 특성 분석, 한국군사과학기술학회지 제11권 제5호(2008.10) |
물체의 표면 상태와 센서의 해상도에 따른 적외선 영상 구현 연구, 대한조선학회논문집 제47권 제3호(2010.06) |
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