KR101918070B1 - Adaptive signal calibration method to environmental changes for cooling type infrared imaging system - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적외선영상시스템의 외부온도 및 내부온도 변화 그리고 냉각온도의 변화에 대한 출력신호보정을 적용함으로써 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지되고, 또한 냉각온도가 변해도 잡음이 증가되지 않기 때문에 결과적으로 일정한 수준의 영상품질을 유지할 수 있는, 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법은, 냉각형 적외선영상시스템의 외부온도와 상기 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도의 변화를 근거로 냉각형 적외선영상시스템의 적외선 검출기의 출력 신호 모델을 정의하는 단계와; 출력 신호 모델을 근거로, 외부온도를 일정하게 유지한 상태에서 보정하고자 하는 내부온도범위 내에서 소정의 개수만큼의 내부온도 데이터를 획득하는 단계와; 출력 신호 모델 및 획득한 내부온도 데이터를 근거로 외부온도 및 내부온도 변화에 따른 영상출력신호를 적응적으로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention applies an output signal correction to the change of the external temperature and the internal temperature of the infrared image system and the change of the cooling temperature so that the output signal remains constant even if the internal temperature changes and the noise does not increase even if the cooling temperature changes The present invention relates to a method of calibrating an output signal of an infrared image system and an apparatus therefor, and a method of calibrating an output signal of an infrared image system according to an embodiment of the present invention, Defining an output signal model of the infrared detector of the cooling infrared image system based on the change of the external temperature and the internal temperature of the cooling infrared image system; Obtaining a predetermined number of internal temperature data within an internal temperature range to be corrected while maintaining the external temperature constant, based on the output signal model; And adaptively correcting an image output signal according to an external temperature and an internal temperature change based on the output signal model and the acquired internal temperature data.
Description
본 발명은 냉각형 적외선영상시스템을 위한 주변 환경변화에 적응적인 출력신호보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of calibrating an output signal adaptive to ambient environment changes for a cooling infrared image system.
적외선영상시스템은 적외선검출기(Infrared detector)를 이용하여 외부(광경)로부터의 복사에너지(외부온도)를 감지하여 적외선영상을 생성하는 시스템으로 빠른 동작속도(Operation time)와 우수한 반응도(Responsivity)을 요구하기 때문에 냉각형 적외선검출기가 일반적으로 적용되고 있다. 이와 같은 냉각형 적외선영상시스템이 고품질의 적외선영상을 생성하기 위해서는 외부로부터 입사되는 복사에너지의 미소한 차이를 감지할 수 있어야 한다. 하지만 적외선검출기의 초점평면배열(FPA: Focal Plane Array)에 집속되는 에너지의 준위가 초점평면배열의 위치에 따라 불균일(Non-Uniform)하며 적외선검출기의 신호취득회로(ROIC: Read Out Integrated Circuit) 앰프의 출력차이로 인하여 출력신호에 선형의 패턴잡음(FPN : Fixed Pattern Noise)이 발현된다.Infrared image system is a system that generates infrared image by detecting radiant energy (external temperature) from the outside (sight) by using infrared detector and requires fast operation time and excellent responsiveness. Cooling type infrared detectors are generally applied. In order to generate a high-quality infrared image, such a cooling infrared image system should be able to detect a minute difference in radiant energy from the outside. However, the level of energy that is focused on the focal plane array (FPA) of the infrared detector is non-uniform according to the position of the focal plane array, and the readout integrated circuit (ROIC) amplifier of the infrared detector A linear pattern noise (FPN) is generated in the output signal due to the difference of the output of the phase shifter.
상기와 같은 적외선검출기 출력신호의 불균일한 특성(잡음)을 보정하고 고품질의 적외선영상을 획득하기 위해서는 적외선영상시스템의 다양한 운용환경에 대하여 적응적이며 주변 환경변화에도 강건하도록 출력신호를 보정하는 방법이 필수기술이다.In order to correct the non-uniform characteristic (noise) of the output signal of the infrared ray detector and to obtain a high-quality infrared ray image, a method of compensating the output signal to be adaptive to various operating environments of the infrared ray image system and robust against changes in the surrounding environment It is a required skill.
종래기술에 따른 적외선영상시스템의 출력신호보정방법은 크게 참조기반 보정방법(Reference-based correction method)과 영상기반 보정방법(Scene-based correction method)으로 구분할 수 있다. The output signal correction method of the infrared image system according to the related art can be divided into a reference-based correction method and a scene-based correction method.
참조기반 보정방법은 기본적으로 사전에 참조하고자 하는 기준온도에 대한 데이터를 획득하고, 획득된 참조 데이터들을 이용하여 출력신호보정을 위한 보정 데이터를 생성하는 방식으로 기준온도에 해당하는 데이터를 획득하는 과정이 중요하다. 이를 위하여 온도구간을 여러 개로 구분하여 각각 데이터를 생성하면 넓은 온도범위에 대해서 출력신호를 보정할 수 있지만 그에 따라 많은 메모리가 필요하다는 단점이 있다. 셔터(mechanical shutter) 등의 부가적인 장치를 이용한다면 부품비용, 배치 공간 등의 문제를 야기할 수 있으며, 또한 셔터동작 및 보정데이터 갱신(update)을 위한 소요시간이 필요하며 그 시간동안에는 운용이 불가하게 된다.The reference-based correction method is basically a process of acquiring data for a reference temperature to be referred to in advance and generating correction data for output signal correction using the obtained reference data This is important. For this purpose, it is possible to correct the output signal over a wide temperature range by generating data by dividing the temperature interval into several sections, but there is a disadvantage that a large amount of memory is required. If an additional device such as a mechanical shutter is used, it may cause problems such as parts cost, layout space, etc. Also, it takes time for shutter operation and correction data update, .
영상기반 보정방법은 사전 보정데이터 획득과정과 이를 위한 시험장비 등이 요구되지 않는 장점이 있지만 기본적으로 현재 프레임과 이전 프레임 정보를 활용하여 다음 프레임을 보정하기 때문에 잡음을 감소시키기 위한 수렴시간(convergence time)이 소요되고 또한 영상의 급격한 변화 시에 빠르게 적응하지 못할 수 있는 단점이 있다. 무엇보다도 이와 같은 종래 기술들은 외부온도의 변화에 대한 보정만을 고려하고 있으며 영상시스템의 내부온도에 따른 출력신호의 변화를 보정하기에는 한계가 존재한다. The image-based correction method is advantageous in that it does not require a pre-correction data acquisition process and a test equipment therefor. However, since the next frame is corrected using the current frame and previous frame information, convergence time ) And it can not adapt quickly in case of sudden change of image. Above all, such prior arts only consider correction for changes in external temperature, and there is a limit to correcting the change in the output signal according to the internal temperature of the image system.
종래 기술에 따른 냉각형 적외선영상시스템은 적외선검출기의 냉각온도(FPA 온도)가 일정하게 유지된다는 가정에서 모든 출력신호 보정방법이 제안되고 있으나 적외선영상시스템이 적용되는 환경에 따라서 적외선검출기의 냉각온도가 변할 수 있다(예를 들면, 주변 압력변화, 검출기 온도변화 등). 냉각온도를 일정하게 유지하기 위한 추가적인 회로나 장치를 구현할 수 있지만 이와 같은 부가적인 장치의 적용은 추가적인 장치 자체의 동작 신뢰성에 대한 고려가 요구되며 장치의 동작에 의해 발생될 수 있는 발열, 진동 등은 적외선영상시스템 성능에 영향을 미칠 수 있다. 결론적으로 종래기술은 냉각온도 변화로 인한 잡음 증가와 출력신호의 옵셋 변화에 따른 적외선영상의 품질저하에 적응적으로 대응하는데 한계가 있다.In the cooling type infrared image system according to the related art, all output signal correction methods have been proposed on the assumption that the cooling temperature (FPA temperature) of the infrared ray detector is kept constant. However, according to the environment in which the infrared ray image system is applied, (E.g., ambient pressure change, detector temperature change, etc.). It is possible to implement additional circuits or devices for keeping the cooling temperature constant, but the application of such additional devices requires consideration of the operational reliability of the additional device itself, and the heat generation, vibration, etc., Infrared imaging system performance may be affected. As a result, the prior art has a limitation in adaptively coping with a noise increase due to a change in cooling temperature and a deterioration in the quality of an infrared image due to an offset change of an output signal.
본 발명의 목적은, 적외선영상시스템의 외부온도 및 내부온도 변화 그리고 냉각온도의 변화에 대한 출력신호보정을 적용함으로써 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지되고, 또한 냉각온도가 변해도 잡음이 증가되지 않기 때문에 결과적으로 일정한 수준의 영상품질을 유지할 수 있는, 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for adjusting the output signal of an infrared image system by applying an output signal correction to an external temperature and an internal temperature change and a change of a cooling temperature, The present invention provides a method and apparatus for correcting an output signal of an infrared image system that can maintain a constant level of image quality as a result.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법은, 냉각형 적외선영상시스템의 외부온도와 상기 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도의 변화를 근거로 냉각형 적외선영상시스템의 적외선 검출기의 출력 신호 모델을 정의하는 단계와; 출력 신호 모델을 근거로, 외부온도를 일정하게 유지한 상태에서 보정하고자 하는 내부온도범위 내에서 소정의 개수만큼의 내부온도 데이터를 획득하는 단계와; 출력 신호 모델 및 획득한 내부온도 데이터를 근거로 외부온도 및 내부온도 변화에 따른 영상출력신호를 적응적으로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of calibrating an output signal of an infrared image system, the method comprising the steps of: sensing a temperature of a cooling type infrared image system based on a change in an external temperature of the cooling type infrared image system and an internal temperature of the cooling type infrared image system; Defining an output signal model of the infrared detector of the imaging system; Obtaining a predetermined number of internal temperature data within an internal temperature range to be corrected while maintaining the external temperature constant, based on the output signal model; And adaptively correcting an image output signal according to an external temperature and an internal temperature change based on the output signal model and the acquired internal temperature data.
본 발명은 
본 발명은, 
본 발명은, 냉각형 적외선영상시스템이 외부로부터의 적외선 복사에너지에 대응하는 외부온도의 변화만을 감지하여 출력신호를 생성하고, 내부온도가 변하는 경우에도 일정한 출력신호를 유지할 수 있도록 하기 위한 내부온도에 대한 신호보상(Internal Temperature Compensation) 방법과 출력신호 보정모델을 정의할 수 있다.The present invention relates to a cooling type infrared image system in which only an external temperature change corresponding to infrared radiation energy from the outside is detected to generate an output signal and an internal temperature for maintaining a constant output signal even when the internal temperature changes An internal temperature compensation method and an output signal correction model can be defined.
본 발명은, 내부온도가 변하는 경우에도 일정한 출력신호를 유지할 수 있도록 하기 위한 출력신호 보정 모델은 
본 발명은, 적외선검출기의 초점평면배열(FPA: Focal Plane Array) 온도에 대응하는 냉각온도의 변화에 적응적으로 출력신호를 보정하는 보정모델을 정의하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 냉각온도의 변화에 적응적으로 출력신호를 보정하는 보정모델은 
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예에 따른 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법 및 그 장치는, 적외선영상시스템의 외부온도 및 내부온도 변화에 대한 출력신호보정을 적용함으로써 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지되고, 또한 잡음도 증가되지 않기 때문에 결과적으로 일정한 수준의 영상품질을 유지할 수 있다. 예를 들면, 외부온도에 대한 보정만 적용한 경우, 내부온도가 변함에 따라서 잡음이 증가하지만 외부온도 및 내부온도 변화에 대한 출력신호보정을 적용하면 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지되고 또한 잡음도 증가되지 않기 때문에 결과적으로 일정한 수준의 영상품질을 유지할 수 있다. 냉각온도 변화에 대한 출력신호보정을 수행한 경우에는 냉각온도가 변하더라도 일정 수준의 잡음을 유지할 수 있다. 하지만 냉각온도에 대한 보정을 수행하지 않은 경우에는 냉각온도가 기준온도에서 변하면 잡음이 증가되어 영상품질이 저하된다. A method and apparatus for correcting an output signal of an infrared image system according to an embodiment of the present invention includes applying an output signal correction to an external temperature and an internal temperature change of an infrared image system to maintain the output signal constant, In addition, since the noise is not increased, a certain level of image quality can be maintained as a result. For example, if only the correction to the external temperature is applied, the noise increases as the internal temperature changes. However, if the output signal correction for the external temperature and the internal temperature change is applied, the output signal remains constant even if the internal temperature changes, The image quality can be maintained at a constant level as a result. When the output signal correction for the cooling temperature change is performed, a certain level of noise can be maintained even if the cooling temperature changes. However, if the cooling temperature is not corrected, if the cooling temperature changes at the reference temperature, the noise increases and the image quality deteriorates.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 적외선영상시스템의 내부온도에 대한 보상신호를 근사화하는 방법을 나타낸 도이다.
도 3은 임의 개수의 적외선검출기 냉각온도에 따른 출력신호의 옵셋을 나타낸 도이다.
도 4a-4b는 내부온도 변화에 대한 출력 신호 보정 후의 잡음 변화를 나타낸 도이다.
도 5는 냉각온도 변화에 대한 출력신호 보정 방법의 적용 유무에 따른 성능을 나타낸 도이다.1 is a flowchart illustrating an output signal correction method of an infrared image system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a method of approximating a compensation signal to an internal temperature of an infrared image system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 is a graph illustrating an offset of an output signal according to a cooling temperature of an arbitrary number of infrared detectors.
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating changes in noise after correction of an output signal with respect to an internal temperature change. FIG.
FIG. 5 is a graph showing performance according to whether or not an output signal correction method for cooling temperature changes is applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하의 냉각형 적외선영상시스템의 외부 온도 및 내부온도 변화에 따라 출력신호를 보정하는 방법은, 냉각형 적외선영상시스템 내의 제어부 또는 보정부에 의해 실시될 수 있다. 이하에서는, 냉각형 적외선영상시스템 내의 제어부가 냉각형 적외선영상시스템의 외부 온도 및 내부온도 변화에 따라 출력신호를 보정하는 방법에 대해 설명한다.The following method of correcting the output signal according to the change in the external temperature and the internal temperature of the cooling infrared image system can be implemented by the control unit or the correction unit in the cooling infrared image system. Hereinafter, a method of correcting the output signal according to the change in the external temperature and the internal temperature of the cooling type infrared image system will be described in the control unit in the cooling type infrared image system.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법을 나타낸 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating an output signal correction method of an infrared image system according to an embodiment of the present invention.
먼저, 제어부는, 냉각형 적외선영상시스템 내의 적외선검출기의 출력 신호 모델을 다음의 수학식 1과 같이 정의한다(S11).First, the control unit defines the output signal model of the infrared detector in the cooling type infrared image system as shown in the following Equation 1 (S11).
여기서, VO는 냉각형 적외선영상시스템 내의 적외선검출기의 출력신호(불균일 출력신호), VS는 외부로부터의 복사에너지(외부온도)에 해당하는 균일한 입력신호, 그리고 GS는 외부온도에 따른 신호이득(Gain), OS는 외부온도에 따른 신호옵셋(Offset)이다.Here, V O is the output signal (output signal non-uniformity) of the infrared detector in the cooled-type infrared imaging system, V S is the input signal corresponding to a uniform radiation (external temperature) from the outside, and S is G Signal gain (Gain) according to external temperature, and O S is signal offset (Offset) according to external temperature.
균일한 출력신호를 얻기 위하여 다수개의 외부온도에 대한 출력신호를 측정하고 이를 데이터를 기반으로 신호이득과 신호옵셋을 구하여 아래 수학식 2와 같은 보정식을 이용한다.In order to obtain a uniform output signal, an output signal for a plurality of external temperatures is measured, and a signal gain and a signal offset are obtained based on the measured data to obtain a correction formula as shown in
냉각형 적외선영상시스템 내의 적외선검출기는 외부온도 변화에 따른 출력신호의 불균일성과 냉각형 적외선영상시스템 내부온도 변화에 의한 영향이 모두 존재한다. 이를 위하여 본 발명은 냉각형 적외선영상시스템의 고품질 적외선영상생성을 위하여 주변 환경변화에 적응적으로 적용할 수 있는 실시간 출력신호 보정에 대한 방법을 제안하였으며 다음과 같이 크게 1) 외부 및 내부 온도변화에 모두 적응적으로 출력신호를 보정할 수 있는 방법 그리고 2) 냉각온도(초점평면배열(FPA: Focal Plane Array) 온도) 변화에 적응적으로 출력신호를 보정할 수 있는 방법으로 구성된다.The infrared detector in the cooling type infrared image system has both the unevenness of the output signal due to the change in the external temperature and the influence due to the change in the internal temperature of the cooling type infrared image system. To this end, the present invention proposes a method for real-time output signal correction that can be applied adaptively to changes in the surrounding environment for generating a high-quality infrared image of a cooling infrared image system. (2) a method of adaptively adjusting the output signal adaptively to changes in the cooling temperature (focal plane array (FPA) temperature);
이하에서는, 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도 변화에 적응적인 출력신호 보정 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, an output signal correction method adaptive to the internal temperature change of the cooling infrared image system will be described.
외부온도가 일정한 상태에서 내부온도를 변화시키면 출력신호가 불균일하게 변화함을 알 수 있다. 따라서 수학식 1의 두 번째 항인 신호옵셋(Os)을 내부온도변화를 고려한 수학식 3과 같은 신호모델로 정의한다.It can be seen that when the internal temperature is changed while the external temperature is constant, the output signal varies unevenly. Therefore, the signal offset Os, which is the second term of
여기서, VI는 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도에 해당하는 입력신호, GI는 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도에 따른 신호이득, OI는 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도에 따른 신호옵셋이다.V I is the input signal corresponding to the internal temperature of the cooling infrared image system, G I is the signal gain according to the internal temperature of the cooling infrared image system, O I is the signal offset according to the internal temperature of the cooling infrared image system, to be.
수학식 3을 수학식 1에 대입하여 수학식 4와 같이 외부온도 및 내부온도를 모두 고려할 수 있는 출력신호모델로 정의한다.Equation (3) is substituted into Equation (1) and defined as an output signal model that can take both external temperature and internal temperature into account as shown in Equation (4).
내부온도에 따른 신호이득과 옵셋을 구하기 위하여 수학식 4의 첫 번째 항(GS×VS)과 세 번째 항(OI)을 상수 K라고 하면 수학식 5와 같이 정리할 수 있다.In order to obtain the signal gain and offset according to the internal temperature, the first term (G S × V S ) and the third term (O I ) of Equation (4) can be summarized as Equation (5)
제어부는, 외부온도는 일정(GS×VS 고정)하게 유지하고 내부온도를 변화시키면서 출력신호를 획득한다. 이때, 제어부는, 출력신호 모델을 근거로 보정하고자 하는 내부온도범위 내에서 소정의 개수만큼의 데이터를 획득하고(S12) 이들 데이터들로부터 1차 선형 회귀(Linear Regression)를 이용하여 수학식 5의 GI 와 K를 구한다. 이때 K = GS×VS + OI 이므로 OI 를 구할 수 있으며, 제어부는 수학식 6을 이용하여 외부온도 및 내부온도 변화에도 출력신호를 적응적으로 보정한다(S13).The control unit maintains the external temperature constant (G S x V S fixed), changes the internal temperature Obtain the output signal. At this time, the control unit obtains a predetermined number of data within an internal temperature range to be corrected based on the output signal model (S12), and calculates a linear regression equation G I and K are obtained. Wherein K = G S × V S + O it can be obtained because the I O, the control unit (S13) and in the external temperature and the internal temperature correct the output signal adaptively by using the equation (6).
이하에서는, 내부온도에 대한 신호보상(Internal Temperature Compensation)에 대해 설명한다.Hereinafter, the internal temperature compensation for the internal temperature will be described.
적외선영상시스템은 외부로부터의 적외선 복사에너지만을 감지하고 내부온도 변화에도 강건하게 일정한 출력신호를 유지할 수 있어야 한다. 다시 말해서 수학식 6에서 VI가 변하더라도 출력신호 VS는 일정하게 유지되어야 한다.The infrared imaging system should only detect infrared radiation from the outside and be able to maintain a stable output signal even when the internal temperature changes. In other words, the output signal V S should remain constant even if V I changes in
이를 위하여, 제어부는, 내부온도에 대한 신호보상(Internal Temperature Compensation)을 수행한다. 내부온도에 대한 신호보상은 먼저 도 1과 같이 내부온도(VI)를 변화시키면서 출력신호(VS)가 일정하게 유지될 수 있는 보상신호(VTCOMP)를 구하고 이들의 관계를 n차 다항식으로 표현한다(n ≥ 1).To this end, the controller performs internal temperature compensation on the internal temperature. As shown in FIG. 1, a compensation signal (V TCOMP ) which can keep the output signal (V S ) constant while changing the internal temperature (V I ) is obtained by multiplying the internal temperature (N > = 1).
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 적외선영상시스템의 내부온도에 대한 보상신호를 근사화하는 방법을 나타낸 도이다. 즉, 도 2는 내부온도에 대한 신호보상을 위하여 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지될 수 있는 내부온도에 대한 보상신호를 근사화하는 방법으로, 근사화 정확도를 위하여 1차 이상의 임의의 n차 다항식으로 표현할 수 있다.FIG. 2 illustrates a method of approximating a compensation signal to an internal temperature of an infrared image system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. That is, FIG. 2 is a method for approximating a compensation signal for an internal temperature at which an output signal can be kept constant even if the internal temperature changes for signal compensation with respect to the internal temperature. In order to approximate the accuracy, .
따라서 내부온도가 변하면 해당 온도에 대한 보상신호(VTCOMP)를 구할 수 있다. 수학식 6의 VI를 보상신호(VTCOMP)로 대체하면 외부온도 및 내부온도 변화에 대하여 출력신호를 적응적으로 보정하고 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지될 수 있는 출력신호 보정모델을 수학식 7과 같이 구할 수 있다.Therefore, if the internal temperature changes, a compensation signal (V TCOMP ) for the temperature can be obtained. Substituting V I in Equation (6) with the compensation signal (V TCOMP ) adaptively corrects the output signal for changes in the external temperature and the internal temperature and adjusts the output signal correction model to maintain the output signal constant even if the internal temperature changes (7) " (7) "
이하에서는, 적외선검출기 냉각온도 변화에 대한 출력신호보정에 대해 설명한다.Hereinafter, the correction of the output signal with respect to the change in the temperature of the infrared detector cooling will be described.
냉각형 적외선검출기는 검출기의 냉각온도(초점평면배열(FPA: Focal Plane Array) 온도)가 일정하게 유지되어야 한다. 만약 냉각온도가 변하면 검출기 고유의 암전류(Dark current)가 변하고 이로 인하여 출력신호의 옵셋이 변하게 된다. 이와 같이 냉각온도가 변하면 결과적으로 수학식 7에 의해 보정된 적외선 영상의 품질저하를 유발하게 된다.The cooling infrared detector must maintain a constant cooling temperature (focal plane array (FPA) temperature) of the detector. If the cooling temperature changes, the dark current inherent to the detector changes, and the offset of the output signal changes. As described above, if the cooling temperature is changed, the quality of the infrared image corrected by Equation (7) is deteriorated.
따라서, 제어부는, 적외선검출기의 냉각온도변화에 적응적으로 출력신호를 보정하기 위하여 검출기 냉각온도보상(FPA Temperature Compensation)을 추가적으로 수행한다.Accordingly, the controller additionally performs detector cooling temperature compensation (FPA temperature compensation) in order to adaptively adapt the output signal to the cooling temperature change of the infrared detector.
검출기 냉각온도보상은 일정하게 유지되고 있는 냉각온도에서의 기준옵셋과 냉각온도가 변함에 따라 달라지는 옵셋의 차이(OFPACOMP)를 입력된 신호에서 보상해 주는 방법으로 도 3과 같이 임의 개수의 냉각온도에 대한 출력옵셋을 구하고 이를 n차 다항식으로 표현한다(n ≥ 1). The detector cooling temperature compensation is a method for compensating for the offset difference (O FPACOMP ) that varies as the cooling temperature is changed and the reference offset at the cooling temperature which is kept constant. As shown in FIG. 3, (N > = 1). ≪ / RTI >
도 3은 임의 개수의 적외선검출기 냉각온도에 따른 출력신호의 옵셋을 나타낸 도로서, 임의 개수의 검출기 냉각온도에 따른 출력신호의 옵셋을 획득하고 이를 n차 다항식으로 표현하는 개념이다(n ≥ 1). FIG. 3 is a view showing an offset of an output signal according to a cooling temperature of an arbitrary number of infrared detectors, and an offset of an output signal according to an arbitrary number of detector cooling temperatures is obtained and represented by an n-th degree polynomial (n ≥ 1) .
수학식 7의 OI를 OI - OFPACOMP로 대체하면 적외선검출기 냉각온도 변화에 적응적으로 출력신호를 보정할 수 있는 보정모델을 수학식 8과 같이 구할 수 있다.O < RTI ID = 0.0 & gt ; I < / RTI & - O FPACOMP , a calibration model that can adaptively adapt the output signal to the temperature change of the infrared detector cooling temperature can be obtained as shown in Equation (8).
도 4a-4b는 내부온도 변화에 대한 출력 신호 보정 후의 잡음 변화를 나타낸 도이다. 즉, 도 4a-4b는 내부온도 변화에 대한 출력신호보정을 적용하여 내부온도가 변화되는 상황에서 성능이 유지됨을 확인하기 위하여 적외선용 표준광원인 흑체(Black body)에 대한 출력영상을 획득하고 잡음수준을 확인하였다. 기준이 되는 내부온도 20℃에서는 외부온도에 대한 출력신호 보정만 적용한 경우에도 잡음이 작았지만 내부온도가 변하면서 잡음이 크게 증가하였다. 하지만 외부온도와 내부온도의 변화를 모두 보정한 경우에는 내부온도가 변해도 잡음이 일정한 수준으로 낮게 유지되고 있다.FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating changes in noise after correction of an output signal with respect to an internal temperature change. FIG. That is, FIGS. 4A and 4B are diagrams for obtaining an output image for a black body, which is a standard light source for infrared rays, in order to confirm that the performance is maintained in a state where an internal temperature is changed by applying an output signal correction for an internal temperature change, Respectively. At the reference internal temperature of 20 ° C, even when only the output signal correction to the external temperature was applied, the noise was small, but the noise increased greatly due to the change of the internal temperature. However, if both the external temperature and the internal temperature change are corrected, the noise is kept at a constant level even if the internal temperature changes.
도 5는 냉각온도 변화에 대한 출력신호 보정 방법의 적용 유무에 따른 성능을 나타낸 도이다. 즉, 도 5는 냉각온도 변화에 대한 출력신호 보정기법의 적용 유무에 따른 성능을 확인하기 위하여 냉각온도를 약 81K로 유지시킨 후 냉각온도를 약 73K까지 낮춰가면서 출력 적외선영상의 잡음수준을 확인하였다. 냉각온도에 따른 출력신호보정을 적용한 경우에는 냉각온도가 변해도 일정하게 낮은 수준의 잡음이 유지되고 있었지만 적용하지 않은 경우에는 잡음이 크게 증가되고 있음을 확인하였고 적외선영상에서도 확연히 영상의 품질이 저하되었음을 알 수 있다. FIG. 5 is a graph showing performance according to whether or not an output signal correction method for cooling temperature changes is applied. That is, FIG. 5 shows the noise level of the output infrared image while keeping the cooling temperature at about 81K and lowering the cooling temperature to about 73K in order to confirm the performance according to the application of the output signal correction technique to the cooling temperature change . In the case of applying the output signal correction according to the cooling temperature, it was confirmed that even if the cooling temperature was changed, the noise was kept at a low level. However, it was confirmed that the noise was greatly increased when the cooling temperature was not applied. .
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법 및 그 장치는, 적외선영상시스템의 외부온도 및 내부온도 변화에 대한 출력신호보정을 적용함으로써 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지되고, 또한 잡음도 증가되지 않기 때문에 결과적으로 일정한 수준의 영상품질을 유지할 수 있다. 예를 들면, 외부온도에 대한 보정만 적용한 경우, 내부온도가 변함에 따라서 잡음이 증가하지만 외부온도 및 내부온도 변화에 대한 출력신호보정을 적용하면 내부온도가 변해도 출력신호가 일정하게 유지되고 또한 잡음도 증가되지 않기 때문에 결과적으로 일정한 수준의 영상품질을 유지할 수 있다. 냉각온도 변화에 대한 출력신호보정을 수행한 경우에는 냉각온도가 변하더라도 일정 수준의 잡음을 유지할 수 있다. 하지만 냉각온도에 대한 보정을 수행하지 않은 경우에는 냉각온도가 기준온도에서 변하면 잡음이 증가되어 영상품질이 저하된다. As described above, the output signal correction method and apparatus of the infrared image system according to the embodiment of the present invention apply the output signal correction to the external temperature and the internal temperature change of the infrared image system, And the noise is not increased. As a result, a certain level of image quality can be maintained. For example, if only the correction to the external temperature is applied, the noise increases as the internal temperature changes. However, if the output signal correction for the external temperature and the internal temperature change is applied, the output signal remains constant even if the internal temperature changes, The image quality can be maintained at a constant level as a result. When the output signal correction for the cooling temperature change is performed, a certain level of noise can be maintained even if the cooling temperature changes. However, if the cooling temperature is not corrected, if the cooling temperature changes at the reference temperature, the noise increases and the image quality deteriorates.
Claims (6)
냉각형 적외선영상시스템에 인가되는 복사에너지에 해당하는 외부온도와 상기 냉각형 적외선영상시스템의 내부온도 변화를 근거로 냉각형 적외선영상시스템의 적외선 검출기 출력 신호 모델을 정의하는 단계와;
출력 신호 모델을 근거로, 외부온도를 일정하게 유지한 상태에서 보정하고자 하는 내부온도범위 내에서 소정의 개수만큼의 내부온도 데이터를 획득하는 단계와;
출력 신호 모델 및 획득한 내부온도 데이터를 근거로 외부온도 및 내부온도 변화에 따른 영상출력신호를 적응적으로 보정하는 단계를 포함하며,
상기 적외선 검출기 출력 신호 모델을 정의하는 단계는,
식을 통해 외부온도 및 내부온도를 모두 고려하는 출력 신호 모델(Vo)을 정의하며, 여기서, GS는 외부온도에 따른 신호이득(Gain), VS는 외부온도에 해당하는 균일한 입력신호, OS는 외부온도에 따른 신호옵셋(Offset), GI는 내부온도에 따른 신호이득, OI는 내부온도에 따른 신호옵셋, VI는 내부온도에 해당하는 입력신호인 것을 특징으로 하는 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법.A method for correcting an image output signal in a cooling infrared image system,
Defining an infrared detector output signal model of the cooling type infrared image system based on an external temperature corresponding to the radiation energy applied to the cooling type infrared image system and an internal temperature change of the cooling type infrared image system;
Obtaining a predetermined number of internal temperature data within an internal temperature range to be corrected while maintaining the external temperature constant, based on the output signal model;
And adaptively correcting an image output signal according to an external temperature and an internal temperature change based on the output signal model and the obtained internal temperature data,
Wherein defining the infrared detector output signal model comprises:
Wherein G S is a signal gain (Gain) according to an external temperature, V S is a uniform input signal corresponding to an external temperature, O S is the signal offset according to the external temperature, G I is the signal gain according to the internal temperature, O I is the signal offset according to the internal temperature, and V I is the input signal corresponding to the internal temperature. A method of calibrating an output signal of a system.
냉각형 적외선영상시스템이 외부로부터의 적외선 복사에너지에 대응하는 외부온도의 변화만을 감지하여 출력신호를 생성하고, 내부온도가 변하는 경우에도 일정한 출력신호를 유지할 수 있도록 하기 위한 내부온도 신호보상(Internal Temperature Compensation) 방법과 출력신호 보정모델을 정의하는 것을 특징으로 하는 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법.The method of claim 3,
The cooling type infrared image system generates an output signal by detecting only an external temperature change corresponding to the infrared radiation energy from the outside and generates an internal temperature signal to maintain a constant output signal even when the internal temperature changes. And an output signal correction model is defined for the output signal of the infrared image system.
내부온도가 변하는 경우에도 일정한 출력신호를 유지할 수 있도록 하기 위한 내부온도 신호보상을 위한 출력신호 보정 모델은
An output signal correction model for internal temperature signal compensation to maintain a constant output signal even when the internal temperature changes
적외선검출기의 초점평면배열(FPA: Focal Plane Array)의 냉각온도(FPA Temperature)의 변화에 적응적으로 출력신호를 보정하는 보정모델을 정의하는 단계를 포함하며, 상기 냉각온도의 변화에 적응적으로 출력신호를 보정하는 보정모델은,
여기서,
OFPACOMP는 냉각형 적외선영상시스템에서 적외선검출기의 냉각온도 변화에 따른 영상출력신호변화를 보정하기 위하여 냉각가스 공급에 의하여 일정하게 유지되는 냉각온도에서의 출력신호와 냉각온도가 변함에 따라 달라지는 신호옵셋인 것을 특징으로 하는 적외선영상시스템의 출력 신호 보정 방법.6. The method of claim 5,
And defining a calibration model that adaptively adapts the output signal to a change in the FPA temperature of the focal plane array (FPA) of the infrared detector, The correction model, which corrects the output signal,
here,
O FPACOMP is used to correct the change of the image output signal according to the cooling temperature change of the infrared detector in the cooling infrared image system. The output signal at the cooling temperature which is kept constant by the supply of the cooling gas and the signal offset And outputting the corrected output signal.
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