KR102093917B1 - 열 영상 장치 및 이의 작동 방법 - Google Patents

열 영상 장치 및 이의 작동 방법 Download PDF

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KR102093917B1
KR102093917B1 KR1020190080168A KR20190080168A KR102093917B1 KR 102093917 B1 KR102093917 B1 KR 102093917B1 KR 1020190080168 A KR1020190080168 A KR 1020190080168A KR 20190080168 A KR20190080168 A KR 20190080168A KR 102093917 B1 KR102093917 B1 KR 102093917B1
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김보미
박찬
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은, 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 통과시키는 광학계, 광학계를 통과하며 집속되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 검출기, 기준 보정 값을 이용하여 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 보정기, 및 미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 제어기를 포함하는 열 영상 장치와, 이의 작동 방법으로서, 불균일보정 처리 시간을 단축시킬 수 있는 열 영상 장치 및 이의 작동 방법이 제시된다.

Description

열 영상 장치 및 이의 작동 방법{THERMAL IMAGERY APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 열 영상 장치 및 이의 작동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불균일보정 처리에 소모되는 시간을 단축시킬 수 있는 열 영상 장치 및 이의 작동 방법에 관한 것이다.
열 영상 장치는 피사체 및 배경이 방출하는 적외선을 검출하여 그 형상을 영상화하는 장치이다. 일반적으로 모든 물체는 절대온도 0도(0 Kelvin) 보다 높은 온도에서 적외선을 방출한다. 이에, 열 영상 장치는 빛의 유무와 관계없이 피사체를 영상화할 수 있다. 따라서, 열 영상 장치는 군용 관측 장비로 많이 사용된다.
열 영상 장치의 적외선 검출기는 무수히 많은 검출 소자들을 구비한다. 이들 검출 소자는 게인(gain)과 오프셋(offset)이 제각기 다르다. 또한, 이들 검출 소자는 시간이 경과함에 따라서 출력이 달라지는 시변 특성을 가진다. 또한, 이들 검출 소자는 운용되는 온도에 따라 출력이 달라지는 비선형적 출력 특성을 가진다. 따라서, 열 영상 장치를 작동시키기 전에 검출 소자들의 게인과 오프셋을 정규화된 값으로 보정해주는 과정 예컨대 불균일보정(NUC, Non Uniformity Correction) 과정이 선행되어야 한다.
적외선 검출기는 작동 전 냉각 여부에 따라 비냉각 방식의 열 검출기와 냉각 방식의 광자 검출기로 분류될 수 있다. 그중 열 검출기는 냉각을 위해 TEC(Thermo Electric Cooler)를 구비해야 하는 광자 검출기보다 휴대가능한 군용 관측 장비의 열 영상 장치로 많이 사용된다. 이때, 열 검출기의 검출 소자들이 광자 검출기의 검출 소자들보다 시변 특성 및 비선형적 출력 특성이 더욱 두드러진다.
종래에는 열 영상 장치를 작동시키기 전에, 균일한 온도 분포를 가지는 셔터에 열 검출기를 노출시키고, 수십 프레임의 열 영상을 촬영하면서, 열 검출기의 모든 검출 소자들로부터 게인과 오프셋을 구한 후, 모든 검출 소자들의 출력이 동일한 크기가 되도록 모든 검출 소자들의 게인과 오프셋을 보정하였다.
이러한 보정 과정에 10초 이상의 시간이 소모되었으며, 따라서, 종래에는 열 영상 장치에 전원을 켜고 불균일보정 과정을 수행하기 까지는 열 영상 장치를 운용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-0390316 B1 KR 10-0449450 B1
본 발명은 불균일보정 처리에 소모되는 시간을 단축시킬 수 있는 열 영상 장치 및 이의 작동 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 열 영상 장치는, 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 통과시키는 광학계; 상기 광학계를 통과하며 집속되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 검출기; 기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 보정기; 미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 상기 기준 보정 값을 출력하는 제어기;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 열 영상 장치는, 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 통과시키는 광학계; 상기 광학계를 통과하며 집속되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 검출기; 기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 보정기; 미리 입력된 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하고, 추출된 보정 값 집합을 상기 기준 보정 값으로 출력하는 제어기;를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 보정 테이블이 미리 입력되는 제1 저장부; 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값이 저장되는 제2 저장부; 현재 운용 온도를 출력하는 온도 검출부; 상기 보정 테이블에서 상기 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하고, 추출된 보정 값 집합을 상기 기준 보정 값으로 출력하는 갱신부;를 포함할 수 있다.
상기 보정 테이블은 저온 구간, 상온 구간 및 고온 구간별로 각각 구비되고, 상기 저온 구간, 상온 구간 및 고온 구간은 각각의 일부가 서로 중첩될 수 있다.
상기 갱신부는, 상기 현재 운용 온도가 어느 하나의 온도 구간에만 포함되면 해당 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 추출하고, 상기 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되는 경우, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하면, 이전 시점 기준 보정 값을 상기 보정 값 집합으로 추출하고, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하지 않으면, 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 추출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 열 영상 장치의 작동 방법은, 미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 과정; 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정; 상기 기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 과정; 상기 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 과정;을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 열 영상 장치의 작동 방법은, 현재 운용 온도를 출력하는 과정; 미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 과정; 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정; 상기 기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 과정; 상기 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 과정;을 포함한다.
상기 현재 운용 온도를 출력하는 과정 이전에, 열 영상 장치의 전원을 켜는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 현재 운용 온도를 출력하는 과정은, 열 영상 장치가 위치하는 지점의 온도를 검출하여 상기 현재 운용 온도로 출력하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 기준 보정 값을 출력하는 과정은, 상기 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하는 과정; 상기 보정 값 집합을 상기 기준 보정 값으로 출력하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 보정 테이블은 저온 구간 보정 테이블, 상온 구간 보정 테이블 및 고온 구간 보정 테이블을 포함하고, 상기 저온 구간 보정 테이블, 상온 구간 보정 테이블 및 고온 구간 보정 테이블은 각각이 해당하는 온도 구간이 일부 중첩될 수 있다.
상기 보정 값 집합을 추출하는 과정은, 상기 현재 운용 온도가 어느 하나의 온도 구간에만 포함되면 해당 온도 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 정하는 과정; 상기 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되고, 상기 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 미리 저장된 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하면, 미리 저장된 이전 시점 기준 보정 값을 상기 보정 값 집합으로 정하는 과정; 상기 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되고, 상기 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 상기 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하지 않으면, 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 추출하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 기준 보정 값을 출력하는 과정과 상기 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 미리 입력된 보정 테이블에서 현재 열 영상 장치가 운용되는 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하고, 추출된 보정 값 집합에 맞춰서 모든 검출 소자들의 게인과 오프셋을 보정함으로써, 열 영상 장치의 작동 초기에 실시되는 최초 불균일보정 처리에 소모되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다. 이에, 열 영상 장치의 신속한 운용이 가능하다.
따라서, 긴급한 상황에서 빠르게 열 영상 장치를 작동시켜 원하는 공간의 피사체 및 배경의 열 영상을 촬영할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보정 테이블을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치의 작동 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치는 비냉각형 열 영상 장치로서, 불균일보정 처리에 소모되는 시간을 단축시킬 수 있는 비냉각형 열 영상 장치이다.
여기서, 불균일보정은 초점 면 배열의 각 픽셀을 이루는 검출 소자들의 게인과 오프셋 차이를 보정하여, 동일 입력 신호에 대한 출력 크기를 일정하게 하여 화질의 균일성을 개선시키는 것을 의미한다. 즉, 불균일보정은 불균일한 상태를 균일한 상태로 보정하는 것을 의미한다. 불균일보정 처리에 의하여 검출기에 구비된 검출 소자들이 동일한 전자적 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치를 보여주는 개략도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보정 테이블을 예시하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치의 작동 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치는 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 통과시키는 광학계(10), 광학계(10)를 통과하며 집속되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 검출기(20), 기준 보정 값을 이용하여 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 보정기(30), 및 미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 제어기(400)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치는 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 신호 처리기(50), 및 열 영상 신호를 화면으로 출력하는 영상 출력기(60)를 포함할 수 있다.
광학계(10)는 촬영 영역의 피사체 및 배경으로부터 방출되는 적외선을 검출기(20)의 초점 면에 결상시킬 수 있다. 광학계(10)는 하나 이상의 광학 렌즈를 포함할 수 있다.
검출기(20)는 예컨대 적외선 열 검출기일 수 있다. 검출기(20)는 2차원 초점 면 배열의 각 픽셀을 이루는 복수개의 검출 소자를 포함할 수 있다. 검출 소자들은 비냉각형 마이크로 볼로미터를 포함할 수 있다. 이때, 마이크로 볼로미터는 적외선의 복사 에너지를 흡수하여 온도가 상승할 수 있고, 온도 상승에 의한 전기 저항의 변화를 감지하여 적외선의 변화를 감지할 수 있다.
검출기(20)는 검출 소자들을 이용하여, 촬영 영역의 피사체 및 배경으로부터 방출되어 초점 면에 결상되는 적외선을 검출할 수 있고, 검출 소자들로부터 검출되는 적외선을 전기적 신호로 변환한 데이터인 열 영상 로우 데이터를 프레임 단위로 획득할 수 있다. 이때, 각각의 검출 소자는 하나의 프레임을 이루는 각각의 화소에 해당할 수 있다.
검출기(20)의 검출 소자들은 각각의 게인과 오프셋이 다르기 때문에, 동일한 세기의 적외선에 대하여 동일한 세기의 전기적 신호를 출력하지 못한다. 이러한 출력 특성의 불균일을 보상하지 않으면, 정확한 열 영상을 얻을 수 없다.
보정기(30)는 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리할 수 있고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력할 수 있다. 이때, 보정기(30)는 기준 보정 값을 이용하여 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리할 수 있다.
구체적으로, 보정기(30)는 열 영상 로우 데이터에 기준 보정 값을 반영하여 출력할 수 있다. 기준 보정 값은 검출 소자들의 출력 특성의 불균일을 보상하기 위한 검출 소자별 게인 보상값 및 오프셋 보상값의 집합일 수 있고, 테이블화되어 저장 및 제공될 수 있다.
한편, 검출기(20)의 검출 소자들은 온도에 따라 출력 특성이 달라지기 때문에, 열 영상 장치의 현재 운용 온도에 부합하는 기준 보정 값이 보정기(30)에 제공되어야 한다. 보정기(30)는 열 영상 장치의 현재 운용 온도에 부합하는 기준 보정 값을 제어기(400)로부터 제공받을 수 있다. 보정기(30)는 가장 최근에 제공받은 기준 보정 값을 이용하여 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리할 수 있다.
제어기(400)는 미리 입력된 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출할 수 있고, 추출된 보정 값 집합을 기준 보정 값으로 출력할 수 있다. 열 영상 장치의 전원을 켰을 때 및 열 영상 장치의 운용 중 사용자의 필요에 따라 제어기(400)를 작동시켜 보정기(30)에 기준 보정 값을 제공할 수 있다.
현재 운용 온도는 열 영상 장치가 위치하는 지점의 온도를 의미한다. 이때, 현재 운용 온도를 열 영상 장치의 환경 온도라고 할 수도 있다. 열 영상 장치는 검출기(20)를 냉각시키기 위한 별도의 냉각 수단을 구비하지 않기 때문에, 항온 유지가 어렵다. 따라서, 검출기(20)의 온도는 열 영상 장치의 환경 온도에 크게 영향을 받을 수 있고, 이에, 열 영상 장치의 환경 온도를 검출기(20)의 온도로 가정하여도 무방하다.
보정 테이블은 검출 소자들의 출력 특성을 보상하기 위한 보상값들의 집합일 수 있고, 저온 구간, 상온 구간 및 고온 구간별로 각각 구비될 수 있다. 즉, 보정 테이블은 복수의 온도 구간별로 각각 구비될 수 있다. 또한, 복수의 온도 구간은 저온 구간, 상온 구간 및 고온 구간을 포함할 수 있다.
저온 구간은 열 영상 장치가 정상적으로 운용될 수 있는 소정의 온도 구간을 세 구간으로 나눴을 때, 가장 낮은 운용 온도가 포함되는 소정 구간일 수 있다. 고온 구간은 열 영상 장치가 정상적으로 운용될 수 있는 소정의 온도 구간을 세 구간으로 나눴을 때, 가장 높은 운용 온도가 포함되는 소정 구간일 수 있다. 상온 구간은 저온 구간과 고온 구간 사이의 구간일 수 있고, 상온을 포함할 수 있다.
저온 구간, 상온 구간 및 고온 구간은 각각의 일부가 서로 중첩될 수 있다. 즉, 복수의 온도 구간은 각각의 일부가 서로 중첩될 수 있다. 저온 구간과 상온 구간의 중첩 구간을 제1 중첩 구간이라고 하고, 상온 구간과 고온 구간의 중첩 구간을 제2 중첩 구간이라고 한다. 한편, 중첩 구간을 절충 구간이라고 지칭할 수도 있다.
중첩 구간의 중첩 정도는 다양한 방식으로 정해질 수 있다. 예컨대 열 영상 장치가 운용되는 환경의 단위 시간당 온도 변화의 크기에 따라 정해질 수 있다. 여기서, 단위 시간은 사용자에게 부여된 임무 스케쥴에 따라, 열 영상 장치를 껏다가 켤 때 소모되는 시간을 의미하며, 수 초 내지 수 분 정도일 수 있고, 수 시간 내지 몇 일 정도일 수도 있다.
또한, 중첩 구간의 중첩 정도는 검출 소자들의 특성에 따라 실험적으로 미리 정해질 수 있다. 이때, 상술한 검출 소자들의 특성은 구체적으로 온도에 대한 검출 소자들의 비선형적 출력 특성일 수 있다.
예컨대 환경 온도를 선형적으로 증가시키면서 검출 소자들의 출력 변화를 살펴보면, 검출 소자들의 출력 변화가 상대적으로 선형적인 소정의 온도 범위들과 상대적으로 비선형적인 소정의 온도 범위들이 있다. 이때, 검출 소자들의 출력이 비선형적으로 변하는 소정의 온도 범위들을 반영하여, 각 중첩 구간의 중첩 정도를 정할 수 있다.
구체적으로, 저온 구간에서 상온 구간으로 환경 온도가 증가할 때, 소정의 온도 범위에서 검출 소자들의 출력이 비선형적으로 변할 수 있고, 이 온도 범위가 제1 중첩 구간에 포함될 수 있다. 이와 마찬가지로, 상온 구간에서 고온 구간으로 환경 온도가 증가할 때, 소정의 온도 범위에서 검출 소자들의 출력이 비선형적으로 변할 수 있고, 이 온도 범위가 제2 중첩 구간에 포함될 수 있다.
저온 구간에서 열 영상 로우 데이터의 불균일보정 처리에 사용되는 보정 테이블을 저온 테이블 혹은 저온 구간 보정 테이블이라고 한다. 상온 구간에서 열 영상 로우 데이터의 불균일보정 처리에 사용되는 보정 테이블을 상온 테이블 혹은 상온 구간 보정 테이블이라고 한다. 고온 구간에서 열 영상 로우 데이터의 불균일보정 처리에 사용되는 보정 테이블을 고온 테이블 혹은 고온 구간 보정 테이블이라고 한다. 물론, 보정 테이블이 구비되는 온도 구간의 온도 범위 및 개수는 다양할 수 있다.
제어기(400)는, 상술한 보정 테이블이 미리 입력되는 제1 저장부(410), 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값이 저장되는 제2 저장부(420), 현재 운용 온도를 출력하는 온도 검출부(430), 및 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하고, 추출된 보정 값 집합을 기준 보정 값으로 출력하는 갱신부(440)를 포함할 수 있다. 물론, 제어기(400)의 구성과 방식은 다양할 수 있다.
제1 저장부(410)는 열 영상 장치의 초기 구성 시에 보정 테이블을 입력받을 수 있고, 혹은, 열 영상 장치의 운용 중에 필요에 따라 보정 테이블을 입력받을 수 있다.
보정 테이블을 획득하는 방법을 간략하게 설명한다. 온도가 균일한 면을 검출기(20)에 노출시킨 후 열 영상을 복수 회 촬영하여 프레임을 누적한다. 누적된 프레임의 각 픽셀이 동일한 온도를 나타낼 수 있도록, 픽셀별로 게인 보정값 및 오프셋 보정값을 연산하고, 이를 테이블화하여 저장한다. 이러한 과정은 온도 구간별로 수행될 수 있다.
제2 저장부(420)는 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값을 입력받을 수 있다. 예컨대 이전 시점에 열 영상 장치를 운용하는 중에, 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값이 제2 저장부(420)에 자동 저장될 수 있다. 이때, 이전 시점 운용 온도는 별도의 온도 센서로부터 획득된 이전 시점의 열 영상 장치의 환경 온도일 수 있다. 즉, 이전 시점 운용 온도는 열 영상 장치의 직전 운용 온도일 수 있고, 열 영상 장치의 전원 종료 시에 제2 저장부(420)에 저장될 수 있다. 또한, 이전 시점 기준 보정 값은 이전 시점에서 열 영상 로우 테이터의 보정에 사용된 기준 보정 값일 수 있고, 또는, 이전 시점의 열 영상 장치의 환경 온도에 해당하는 보정 값 집합일 수 있다.
온도 검출부(430)는 열 영상 장치의 전원을 껏다가 켰을 때, 소정의 온도 센서로부터 검출되는 열 영상 장치가 위치하는 지점의 온도를 현재 운용 온도로 출력할 수 있다. 즉, 온도 검출부(430)는 현재 시점에서 열 영상 장치의 환경 온도를 현재 운용 온도로 출력할 수 있다.
갱신부(440)는, 현재 운용 온도가 어느 하나의 온도 구간에만 포함되면 해당 구간의 보정 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 예컨대 현재 운용 온도가 저온 구간에 포함되면, 저온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 또한, 현재 운용 온도가 상온 구간에 포함되면, 상온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 또한, 현재 운용 온도가 고온 구간에 포함되면, 고온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 즉, 갱신부(440)는 기존에 안정화되었던 보정 테이블로 기준 보정 값을 갱신함으로써, 열 영상 장치의 빠른 영상전시를 지원할 수 있다.
갱신부(440)는, 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되는 경우, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하면, 이전 시점 기준 보정 값을 상술한 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 즉, 현재 운용 온도가 제1 중첩 구간에 포함될 때, 이전 시점 운용 온도가 저온 구간에 포함되면, 저온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 또한, 현재 운용 온도가 제1 중첩 구간에 포함될 때, 이전 시점 운용 온도가 상온 구간에 포함되면, 상온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다.
또한, 현재 운용 온도가 제2 중첩 구간에 포함될 때, 이전 시점 운용 온도가 상온 구간에 포함되면, 상온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 현재 운용 온도가 제2 중첩 구간에 포함될 때, 이전 시점 운용 온도가 고온 구간에 포함되면, 고온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다.
또한, 갱신부(440)는, 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되는 경우, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하지 않으면, 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간의 보정 테이블을 상술한 보정 값 집합으로 추출할 수 있다.
즉, 현재 운용 온도가 제1 중첩 구간에 포함될 때, 이전 시점 운용 온도가 고온 구간에 포함되면, 고온 구간과 가장 가까운 상온 구간의 보정 테이블인 상온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 또한, 현재 운용 온도가 제2 중첩 구간에 포함될 때, 이전 시점 운용 온도가 저온 구간에 포함되면, 저온 구간과 가장 가까운 상온 구간의 보정 테이블인 상온 테이블을 보정 값 집합으로 추출할 수 있다.
즉, 갱신부(440)는 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되면 가장 최근에 사용했던 보정 테이블을 현재 운용 온도의 보정 테이블로 추출하거나 가장 최근에 사용했던 보정 테이블과 가장 가까운 보정 테이블을 현재 운용 온도의 보정 테이블로 추출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 열 영상 장치의 작동 초기에 갱신부(440)는 현재 운용 온도에 대한 보정 테이블을 연산하지 않고, 기존에 연산하여 제1 저장부(410)에 미리 저장했던 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 테이블을 선택하여 이를 보정 값 집합으로 추출할 수 있다. 따라서, 신속하게 보정 값 집합을 출력할 수 있고, 이에, 보정기(30)를 신속하게 작동시킬 수 있어서, 열 영상 장치의 전원을 켠 이후에, 열 영상 촬영을 신속히 개시할 수 있다. 또한, 갱신부(440)는 현재 운용 온도가 제1 또는 제2 중첩 구간에 해당할 경우, 현재 운용 온도가 포함된 두 온도 구간 중에, 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간 또는 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간을 선택한 후, 선택된 온도 구간에 해당하는 보정 테이블을 현재 운용 온도의 보정 테이블로 추출할 수 있다. 즉, 이전에 열 영상 장치를 운용할 때의 환경 온도를 고려한 보정 값 집합을 출력할 수 있고, 이에, 보다 정확한 열 영상 촬영이 가능하다.
이처럼 제어기(400)는 이전 시점에 열 영상 장치를 운용하면서 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값을 획득하여 저장부들에 저장할 수 있다. 또한, 제어기(400)는 현재 시점에서 열 영상 장치를 운용할 때, 앞서 이전 시점에서 저장한 상술한 정보들을 활용함으로써, 현재 시점에서 열 영상 장치의 전원을 켠 이후, 신속하게 기준 보정 값을 출력하여 보정기(30)에 제공할 수 있고, 이에, 신속 정확한 열 영상 촬영이 가능하다. 즉, 열 영상 장치의 신속 정확한 운용이 가능하다.
또한, 배터리 방전에 의해 배터리 교체 후 전원을 다시 켜는 것와 같이 전원이 꺼지는 시간이 짧은 경우, 또한, 이전 시점과 현재 시점 간에 환경의 큰 변화가 없는 경우, 제어기(400)에 의한 상술한 효과가 더욱 증대될 수 있다.
신호 처리기(50)는 보정기(30)에서 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 화면 출력을 위한 열 영상 신호를 출력할 수 있다.
영상 출력기(60)는 신호 처리기(50)에서 출력된 열 영상 신호를 사용자에게 제공하기 위한 화면으로 출력할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상술한 열 영상 장치의 작동 방법을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치의 작동 방법은, 미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 과정(S100), 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정(S200), 기준 보정 값을 이용하여 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 과정(S300), 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 과정(S400)을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치의 작동 방법은, 기준 보정 값을 출력하는 과정 이전에, 열 영상 장치의 전원을 켜는 과정, 및 현재 운용 온도를 출력하는 과정을 포함할 수도 있다.
우선, 열 영상 장치의 전원을 켜는 과정을 수행한다. 이때, 열 영상 장치는 공장 상태에서 출고된 이후에, 혹은 이전 시점에서, 보정 테이블을 획득하는 과정을 수행하여, 제어기(400)에 보정 테이블이 미리 입력된 상태일 수 있다.
이후, 현재 운용 온도를 출력하는 과정을 수행한다. 현재 운용 온도를 출력하는 과정은, 열 영상 장치가 위치하는 지점의 온도를 검출하여 현재 운용 온도로 출력하는 과정을 포함할 수 있다.
예컨대 제어기(400)가 온도 센서로부터 열 영상 장치가 위치하는 지점의 온도를 입력받아서, 이를 현재 운용 온도로 출력할 수 있다.
이후, 기준 보정 값을 출력하는 과정(S100)을 수행한다. 구체적으로, 제어기(400)를 이용하여, 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하는 과정과, 보정 값 집합을 기준 보정 값으로 출력하는 과정을 수행하고, 제어기(400)에서 보정기(30)로 기준 보정 값을 출력할 수 있다. 이를테면, 현재 운용 온도에 따라, 미리 입력된 보정 테이블들 중, 선택된 기준 보정 값을 추출하는 과정을 수행한다.
이때, 보정 테이블은, 저온 구간 보정 테이블, 상온 구간 보정 테이블 및 고온 구간 보정 테이블을 포함하고, 저온 구간 보정 테이블, 상온 구간 보정 테이블 및 고온 구간 보정 테이블은 각각이 해당하는 온도 구간이 일부 중첩될 수 있다.
제어기(400)에서 보정 값 집합을 추출하는 과정을 수행할 때, 현재 운용 온도가 어느 하나의 온도 구간에만 포함되면 해당 온도 구간의 보정 테이블을 보정 값 집합으로 정하여 이를 추출할 수 있고, 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되고, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 미리 저장된 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하면 미리 저장된 이전 시점 기준 보정 값을 보정 값 집합으로 정하여 이를 추출할 수 있다. 또한, 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되고, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 미리 저장된 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하지 않으면, 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간의 보정 테이블을 보정 값 집합으로 정하여 이를 추출할 수 있다. 즉, 제어기(400)는 현재 운용 온도가 명확하게 상온, 고온 또는 저온인 경우, 해당 온도 구간의 보정 테이블을 활용하여 열 영상을 보정할 수 있다. 또한, 제어기(400)는 현재 운용 온도가 중첩 구간에 해당하면 직전에 사용한 보정 테이블을 고려하여 현재 운용 온도에서 사용할 보정 테이블을 선택하고, 이를 활용하여 열 영상을 보정할 수 있다. 이처럼 제어기(400)는 보정 테이블을 연산하여 직접 구하지 않고, 미리 입력된 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 테이블을 보정기(30)에 기준 보정 값으로 출력함으로써, 보정기(30)의 기준 보정 값을 신속하게 최신화시킬 수 있다.
이후, 광학계(10)를 통하여 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 검출기(20)에 집속하고, 검출기(20)에서 적외선을 검출하여 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정(S200)을 수행한다.
한편, 기준 보정 값을 출력하는 과정과, 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정의 순서는 다양할 수 있다. 예컨대 기준 보정 값을 출력하는 과정과, 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정을 동시에 수행하거나, 이들 두 과정을 소정의 시간 차를 두고 거의 동시에 수행할 수 있다.
이후, 앞서 제어기(400)에서 출력되어 보정기(30)로 입력된 기준 보정 값을 이용하여 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 신호 처리기(50)로 출력하는 과정(S300)을 수행한다. 구체적으로 열 영상 로우 데이터에 기준 보정 값을 더하여 신호 처리기(50)로 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력할 수 있다.
이후, 신호 처리기(50)에서 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하고, 영상 출력기(60)에서 열 영상 신호를 화면으로 출력하는 과정(S400)을 수행한다.
상술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에서는 열 영상 장치의 전원을 켠 후에 신속하게 기준 보정 값을 출력하고, 이를 이용하여 정확한 열 영상을 촬영할 수 있다.
이에, 종래와 같이, 균일 온도면을 검출기에 노출시켜서 검출 소자들의 게인과 오프셋을 정규화된 값으로 보정해주기 위한 보정값들을 직접 연산하지 않고도, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열 영상 장치를 신속하게 운용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 열 영상 장치의 작동 방법은, 열 영상 장치의 전원을 켜고 사용하는 중에, 사용자의 필요에 따라, 현재 운용 온도를 출력하는 과정부터, 기준 보정 값을 출력하는 과정(S100), 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정(S200), 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 과정(S300), 및 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 과정(S400) 까지의 일련의 과정을 수행할 수도 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 광학계
20: 검출기
30: 보정기
400: 제어기
50: 신호 처리기
60: 영상 출력기

Claims (13)

  1. 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 통과시키는 광학계;
    상기 광학계를 통과하며 집속되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 검출기;
    기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 보정기;
    미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 상기 기준 보정 값을 출력하는 제어기;를 포함하고,
    상기 보정 테이블은 복수의 온도 구간별로 각각 구비되고,
    상기 복수의 온도 구간 각각은 그 일부가 서로 중첩되고, 상기 복수의 온도 구간 각각이 서로 중첩되는 정도는 상기 검출기의 검출 소자들의 온도 증가에 따른 출력 변화가 비선형적인 온도 범위들을 반영하여 정해지며,
    상기 제어기는 상기 검출기의 현재 운용 온도가 상기 복수의 온도 구간 중 어느 두 온도 구간에 포함되면, 미리 저장된 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값을 고려하여 상기 기준 보정 값을 출력하는 열 영상 장치.
  2. 피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 통과시키는 광학계;
    상기 광학계를 통과하며 집속되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 검출기;
    기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 보정기;
    미리 입력된 보정 테이블에서 현재 운용 온도에 해당하는 보정 값 집합을 추출하고, 추출된 보정 값 집합을 상기 기준 보정 값으로 출력하는 제어기;를 포함하고,
    상기 보정 테이블은 복수의 온도 구간별로 각각 구비되고,
    상기 복수의 온도 구간 각각은 그 일부가 서로 중첩되고, 상기 복수의 온도 구간 각각이 서로 중첩되는 정도는 상기 검출기의 검출 소자들의 온도 증가에 따른 출력 변화가 비선형적인 온도 범위들을 반영하여 정해지며,
    상기 제어기는 상기 검출기의 현재 운용 온도가 상기 복수의 온도 구간 중 어느 두 온도 구간에 포함되면, 미리 저장된 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값을 고려하여 상기 보정 값 집합을 추출하는 열 영상 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 보정 테이블이 미리 입력되는 제1 저장부;
    상기 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값이 저장되는 제2 저장부;
    상기 현재 운용 온도를 출력하는 온도 검출부;
    상기 기준 보정 값을 출력하는 갱신부;를 포함하는 열 영상 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 온도 구간은 저온 구간, 상온 구간 및 고온 구간을 포함하는 열 영상 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 갱신부는,
    상기 현재 운용 온도가 어느 하나의 온도 구간에만 포함되면 해당 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 추출하고,
    상기 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되는 경우, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하면, 이전 시점 기준 보정 값을 상기 보정 값 집합으로 추출하고, 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하지 않으면, 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 추출하는 열 영상 장치.
  6. 열 영상 장치의 작동 방법으로서,
    미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 과정;
    피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정;
    상기 기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 과정;
    상기 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 과정;을 포함하고,
    상기 보정 테이블은 복수의 온도 구간별로 각각 구비되고,
    상기 복수의 온도 구간 각각은 그 일부가 서로 중첩되고, 상기 복수의 온도 구간 각각이 서로 중첩되는 정도는 상기 검출기의 검출 소자들의 온도 증가에 따른 출력 변화가 비선형적인 온도 범위들을 반영하여 정해지며,
    상기 기준 보정 값을 출력하는 과정은,
    상기 열 영상 장치의 현재 운용 온도가 상기 복수의 온도 구간 중 어느 두 온도 구간에 포함되면, 미리 저장된 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값을 고려하여 상기 기준 보정 값을 출력하는 과정;을 포함하는 열 영상 장치의 작동 방법.
  7. 열 영상 장치의 작동 방법으로서,
    현재 운용 온도를 출력하는 과정;
    미리 입력된 보정 테이블을 이용하여 기준 보정 값을 출력하는 과정;
    피사체 및 배경으로부터 방사되는 적외선을 검출하고, 하나의 프레임을 이루는 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정;
    상기 기준 보정 값을 이용하여 상기 열 영상 로우 데이터를 불균일보정 처리하고, 보정된 열 영상 로우 데이터를 출력하는 과정;
    상기 보정된 열 영상 로우 테이터를 신호 처리하여 열 영상 신호를 출력하는 과정;을 포함하고,
    상기 보정 테이블은 복수의 온도 구간별로 각각 구비되고,
    상기 복수의 온도 구간 각각은 그 일부가 서로 중첩되고, 상기 복수의 온도 구간 각각이 서로 중첩되는 정도는 상기 검출기의 검출 소자들의 온도 증가에 따른 출력 변화가 비선형적인 온도 범위들을 반영하여 정해지며,
    상기 기준 보정 값을 출력하는 과정은,
    상기 현재 운용 온도가 상기 복수의 온도 구간 중 어느 두 온도 구간에 포함되면, 미리 저장된 이전 시점 운용 온도 및 이전 시점 기준 보정 값을 고려하여 상기 기준 보정 값을 출력하는 과정;을 포함하는 열 영상 장치의 작동 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 현재 운용 온도를 출력하는 과정 이전에,
    열 영상 장치의 전원을 켜는 과정;을 포함하는 열 영상 장치의 작동 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 현재 운용 온도를 출력하는 과정은,
    열 영상 장치가 위치하는 지점의 온도를 검출하여 상기 현재 운용 온도로 출력하는 과정을 포함하는 열 영상 장치의 작동 방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 보정 테이블은 저온 구간 보정 테이블, 상온 구간 보정 테이블 및 고온 구간 보정 테이블을 포함하는 열 영상 장치의 작동 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 기준 보정 값을 출력하는 과정은,
    상기 현재 운용 온도가 어느 하나의 온도 구간에만 포함되면 상기 보정 테이블에서 해당 온도 구간의 보정 테이블을 상기 보정 값 집합으로 추출하는 과정;
    상기 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되고, 상기 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 미리 저장된 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하면, 미리 저장된 이전 시점 기준 보정 값을 상기 보정 값 집합으로 추출하는 과정;
    상기 현재 운용 온도가 어느 두 온도 구간에 포함되고, 상기 현재 운용 온도가 포함된 온도 구간이 상기 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 일치하지 않으면, 상기 보정 테이블에서 이전 시점 운용 온도가 포함된 온도 구간과 가장 가까운 온도 구간의 보정 테이블을 보정 값 집합으로 추출하는 과정;
    상기 보정 값 집합을 상기 기준 보정 값으로 출력하는 과정;을 포함하는 열 영상 장치의 작동 방법.
  13. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 기준 보정 값을 출력하는 과정과 상기 열 영상 로우 데이터를 생성하는 과정을 동시에 수행하는 열 영상 장치의 작동 방법.
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