KR102180571B1 - Image system for changing the shutter position and Improving the shutter NUC algorithm - Google Patents

Image system for changing the shutter position and Improving the shutter NUC algorithm Download PDF

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KR102180571B1
KR102180571B1 KR1020190077723A KR20190077723A KR102180571B1 KR 102180571 B1 KR102180571 B1 KR 102180571B1 KR 1020190077723 A KR1020190077723 A KR 1020190077723A KR 20190077723 A KR20190077723 A KR 20190077723A KR 102180571 B1 KR102180571 B1 KR 102180571B1
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shutter
image
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uniformity correction
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강원석
공현배
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

According to the present invention, disclosed is an image system with improved shutter position change and non-uniform correction algorithm. The image system includes: an optical system which has refractive power toward an object to be detected by a plurality of lenses, and collects radiant energy of the object within a field of view; a detector which converts the radiant energy into a measurable voltage; and an inner shutter which is located between the lens and the detector and captures a surface with uniform temperature stabilization.

Description

셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템{Image system for changing the shutter position and Improving the shutter NUC algorithm}Image system for changing the shutter position and Improving the shutter NUC algorithm}

본 발명은 영상 시스템에 관한 것으로, 특히 셔터의 위치를 옮기며, 셔터 위치 변경 및 셔터 비균일 보정(NUC) 알고리즘을 개선한 영상 시스템에 관한 것이다The present invention relates to an imaging system, and more particularly, to an imaging system in which a shutter position is moved, and a shutter position change and shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm are improved.

대부분 기존 영상획득모듈에서 셔터의 위치는 시스템 앞쪽으로 설치하여 셔터 면으로 전면을 가리고 획득 영상에 시스템 잡음을 모두 반영할 수 있게 한다. 이 후 영상을 지시하며 획득한 영상에서 잡음을 제거하는 형태로 영상을 보정하는 기법을 사용한다.In most existing image acquisition modules, the position of the shutter is installed in the front of the system so that the front is covered with the shutter surface and all system noise can be reflected in the acquired image. After that, the image is indicated and the image is corrected in the form of removing noise from the acquired image.

또한, 대부분 외부 셔터를 이용한 보정을 실시하고 있으며, 내부 셔터를 사용하는 시스템의 경우 단순 오프셋만을 이용하여 영상 보정을 실시한다.Also, most of the corrections are performed using an external shutter, and in the case of a system using an internal shutter, image correction is performed using only a simple offset.

또한, 광학계와 검출기를 분리 판매하는 경우 내부 셔터 형태로 시스템이 제작된다. 이 때 단순 오프셋만의 보정은 보정되는 오프셋에 광학계 영향이 반영되지 않기 때문에 획득 영상에는 광학계의 특성이 그대로 남아있게 된다. 상기 영향은 크지 않기 때문에 상용 카메라에서는 사용 가능하지만 과학적 분석용 또는 군사 목적으로 사용하기 위해서는 작은 불균일도도 탐지 추적에 큰 문제가 될 수 있다.In addition, when the optical system and the detector are sold separately, the system is manufactured in the form of an internal shutter. In this case, since only the correction of the simple offset does not reflect the optical system influence on the corrected offset, the characteristics of the optical system remain in the acquired image. Since the above effect is not large, it can be used in a commercial camera, but for use for scientific analysis or military purposes, even a small unevenness can be a big problem for detection and tracking.

또한, 영상 탐색기를 개발함에 있어 영상지연시간을 줄이며 최적의 영상을 생성하는 것은 아주 중요한 설계 파라미터이다. 탐색기가 아닌 경우 상용 분야에서 널리 사용되고 있는 외부 셔터를 이용한 영상 보정이나 영상 지연이 상대적으로 긴 연속되는 입력 영상을 누적한 후 보정하는 알고리즘을 사용할 수 있다. 하지만 탐색기는 상기한 내용이 해당되지 않는다. 따라서, 이를 보완하기 위해 셔터 위치 변경 및 셔터 비균일 보정(NUC) 알고리즘을 개선한 영상 시스템을 제안한다.In addition, in developing an image searcher, reducing the image delay time and generating an optimal image is a very important design parameter. In the case of a non-searcher, an image correction using an external shutter widely used in a commercial field or an algorithm that accumulates and corrects continuous input images having a relatively long image delay can be used. However, the above contents are not applicable to the explorer. Therefore, to compensate for this, we propose an image system with improved shutter position change and shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 셔터의 위치를 변경하며, 셔터 비균일 보정(NUC) 알고리즘을 개선하여 시스템을 소형 경량화하며, 성능 보정이 가능한 셔터 위치 변경 및 셔터 NCU 알고리즘을 개선한 영상 시스템을 제공함에 있다.The present invention was conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to change the position of the shutter, improve the shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm to reduce the size and weight of the system, and change the shutter position for performance correction. And an image system with improved shutter NCU algorithm.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Still other objects, not specified, of the present invention may be additionally considered within the range that can be easily deduced from the following detailed description and effects thereof.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 다수의 렌즈를 포함하며, 탐지하고자 하는 물체로부터 광학 신호를 수신하는 광학계, 상기 광학 신호를 전기적인 영상 신호로 변환하는 검출기 및 상기 렌즈와 상기 검출기의 사이에 위치하며, 온도가 균일하게 안정화된 표면을 포착하는 내부 셔터를 포함하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템을 제시한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, an optical system including a plurality of lenses and receiving an optical signal from an object to be detected, a detector converting the optical signal into an electrical image signal, and the lens An imaging system for changing the shutter position, comprising an inner shutter positioned between the and the detector and capturing a temperature uniformly stabilized surface.

바람직하게는, 상기 내부 셔터는 광선이 작은 직경을 가지는 광학계와 상기 검출기 사이에 위치하여 소형화되며, 상기 내부 셔터의 소형화는 가벼워진 상기 내부 셔터를 구동하기 위한 소비 전력이 줄어드는 것을 특징으로 한다.Preferably, the inner shutter is positioned between the detector and the optical system having a small light beam, and the miniaturization of the inner shutter is characterized in that power consumption for driving the lighter inner shutter is reduced.

바람직하게는, 상기 내부 셔터의 소형화는 영역별로 발생하는 온도 균일도를 높이며, 외부의 진동 또는 충격에 영향을 받지 않는 것을 특징으로 한다.Preferably, the miniaturization of the inner shutter increases the temperature uniformity generated for each region, and is not affected by external vibrations or shocks.

바람직하게는, 상기 검출기는 상기 광학 신호를 픽셀 별로 검출하여 상기 전기적인 영상 신호로 변환하여 출력하는 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array) 방식으로 형성되며, 상기 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템은 상기 영상 신호의 상기 픽셀의 불균일을 보정하여 이미지를 생성하는 프로세서를 더 포함한다.Preferably, the detector is formed in a focal plane array (FPA) method in which the optical signal is detected for each pixel, converted into the electrical image signal, and output, and the image system for changing the shutter position is It further comprises a processor for generating an image by correcting the non-uniformity of the pixel of the image signal.

바람직하게는, 상기 프로세서는 상기 검출기를 통해 변환된 영상 신호가 입력되는 영상 입력부, 상기 영상 신호를 선명하게 하기 위한 오프셋 보정을 나타내는 내부 셔터 비균일 보정(NUC, Non-Uniformity Correction) 알고리즘을 사용하여 상기 영상 신호를 보정하는 영상 보정부 및 상기 보정된 영상 신호를 통해 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함한다.Preferably, the processor uses an image input unit to which the image signal converted through the detector is input, and an internal shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm indicating an offset correction for sharpening the image signal. And an image correction unit correcting the image signal and an image generation unit generating an image through the corrected image signal.

바람직하게는, 상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기 광학계의 특성을 모델링을 통해 적용하고, 상기 초점 평면 배열의 온도마다 렌즈 효과 및 픽셀의 특성을 반영하여 상기 영상 신호를 보정하며, 상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기 이미지의 외곽 또는 모서리 부분이 어둡게 나오는 현상을 나타내는 비네팅을 보정하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the internal shutter non-uniformity correction algorithm applies the characteristics of the optical system through modeling, corrects the image signal by reflecting lens effects and pixel characteristics for each temperature of the focal plane array, and corrects the image signal. The uniform correction algorithm is characterized in that it corrects vignetting indicating a phenomenon in which an outer edge or a corner portion of the image appears dark.

바람직하게는, 상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 주변의 온도 변화에 따라 생성된 잡음을 제거하며, 상기 비네팅 효과가 높을수록 상기 잡음이 감소하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the internal shutter non-uniformity correction algorithm is characterized in that noise generated according to a change in ambient temperature is removed, and the noise is reduced as the vignetting effect increases.

바람직하게는, 상기 광학계는 상기 광학 신호를 모아 상기 검출기의 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array)의 표면에 초점을 맞추는 것을 특징으로 한다.Preferably, the optical system is characterized in that the optical signal is collected and focused on a surface of a focal plane array (FPA) of the detector.

바람직하게는, 상기 내부 셔터는 수신되는 상기 광학 신호가 상기 렌즈를 통해 집광되는 중간에 위치하며, 작은 내부 공간에 적합한 회전식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the inner shutter is positioned in the middle of the optical signal received through the lens and is formed in a rotational manner suitable for a small inner space.

또한, 본 발명은 다수의 렌즈를 포함하며, 탐지하고자 하는 물체로부터 광학 신호를 수신하는 광학계, 상기 광학 신호를 전기적인 영상 신호로 변환하는 검출기, 상기 렌즈와 상기 검출기의 사이에 위치하며, 온도가 균일하게 안정화된 표면을 포착하는 내부 셔터 및 상기 영상 신호의 픽셀의 불균일을 보정하여 이미지를 생성하는 프로세서를 포함하는 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템을 제시한다.In addition, the present invention includes a plurality of lenses, an optical system that receives an optical signal from an object to be detected, a detector that converts the optical signal into an electrical image signal, and is located between the lens and the detector, and the temperature is An imaging system is provided with an improved non-uniformity correction algorithm including an inner shutter for capturing a uniformly stabilized surface and a processor for generating an image by correcting the non-uniformity of pixels of the video signal.

바람직하게는, 상기 프로세서는 상기 검출기를 통해 변환된 영상 신호가 입력되는 영상 입력부, 상기 영상 신호를 선명하게 하기 위한 오프셋 보정을 나타내는 내부 셔터 비균일 보정(NUC, Non-Uniformity Correction) 알고리즘을 사용하여 상기 영상 신호를 보정하는 영상 보정부 및 상기 보정된 영상 신호를 통해 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함한다.Preferably, the processor uses an image input unit to which the image signal converted through the detector is input, and an internal shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm indicating an offset correction for sharpening the image signal. And an image correction unit correcting the image signal and an image generation unit generating an image through the corrected image signal.

바람직하게는, 상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기 광학계의 특성을 모델링을 통해 적용하고, 상기 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array)의 온도마다 렌즈 효과 및 픽셀의 특성을 반영하여 상기 영상 신호를 보정하며, 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기 이미지의 외곽 또는 모서리 부분이 어둡게 나오는 현상을 나타내는 비네팅을 보정하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the internal shutter non-uniformity correction algorithm applies the characteristics of the optical system through modeling, and reflects the lens effect and the characteristics of the pixels at each temperature of the focal plane array (FPA) to generate the image signal. The internal shutter non-uniformity correction algorithm is characterized by correcting vignetting indicating a phenomenon in which the outer or corner portions of the image appear dark.

바람직하게는, 상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 주변의 온도 변화에 따라 생성된 잡음을 제거하며, 상기 비네팅 효과가 높을수록 상기 잡음이 감소하며, 상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기 검출기의 상기 초점 평면 배열의 온도마다 모델링된 렌즈 효과 및 픽셀의 특성을 반영하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the internal shutter non-uniformity correction algorithm removes noise generated according to a change in surrounding temperature, and the noise decreases as the vignetting effect increases, and the internal shutter non-uniformity correction algorithm is the focus of the detector. It is characterized in that the modeled lens effect and pixel characteristics are reflected for each temperature of the plane array.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 외부 또는 내부에 위치하는 셔터의 위치를 변경하여 시스템의 소형 경량화가 가능하게 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce the size and weight of the system by changing the position of the shutter positioned outside or inside.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 내부 셔터에 의한 알고리즘을 적용 시 추가적인 성능 보정이 가능할 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, additional performance correction may be possible when an algorithm using an internal shutter is applied.

또한, 내부에 광학계와 검출기를 따로 구매하여 조립하여 사용하는 모듈 형태의 경우, 본 특허의 알고리즘을 적용하는 것만으로도 성능개선에 도움이 될 수 있다.In addition, in the case of a module type that separately purchases and assembles an optical system and a detector inside, simply applying the algorithm of this patent can help improve performance.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터를 제외한 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템의 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학계 외부에 셔터가 위치하는 영상 시스템을 도시한 도면이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학계와 검출기 사이의 내부에 셔터가 위치하는 영상 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 셔터의 위치에 따른 셔터의 크기를 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치에 따른 영상 시스템의 비네팅 효과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치를 변경한 영상 시스템의 렌즈 효과를 적용하기 전과 후를 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치에 따른 영상 시스템에 비균일 보정 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템의 비네팅 효과로 모델링한 내부 비균일 보정 알고리즘을 적용한 후 남은 잡음을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating an image system in which an algorithm for changing a position of a shutter and correcting non-uniformity is improved according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an image system in which a shutter position change and non-uniformity correction algorithm excluding a shutter according to an embodiment of the present invention are improved.
3A is a diagram showing an imaging system in which a shutter is located outside an optical system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an imaging system in which a shutter is located inside an optical system and a detector according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing.
4 is a view comparing the size of the shutter according to the position of the external shutter according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a vignetting effect of an image system according to a position of a shutter according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a result of comparing before and after applying a lens effect of an imaging system in which the position of a shutter is changed according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a result of applying a non-uniformity correction algorithm to an image system according to a position of a shutter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a result of comparing residual noise after applying an internal non-uniformity correction algorithm modeled with a vignetting effect of an image system having an improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments to be posted below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the posting of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

제2, 제1 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms including ordinal numbers, such as second and first, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a second component may be referred to as a first component, and similarly, a first component may be referred to as a second component. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an image system in which an algorithm for changing a position of a shutter and correcting non-uniformity is improved according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 도시한 바와 같이, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 광학계(100), 렌즈(110), 내부 셔터(200), 검출기(300) 및 프로세서(400)를 포함한다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm includes an optical system 100, a lens 110, an internal shutter 200, a detector 300, and a processor 400. ). The imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm may omit some components or additionally include other components from among the various components exemplarily illustrated in FIG. 1.

장거리 추적에 사용하는 적외선 미사일은 이미지 획득 시 가장 작은 잡음이라도 추적 경과에 큰 영향을 줄 수 있다. 또한, 군사분야에서 전자 장치는 작고 가벼운 장치가 요구되어 왔으며, 냉각형 또는 비냉각형 적외선 검출기를 채택하는 적외선 미사일 시스템에서 또한 소형 디자인을 필요로 하고 있다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 셔터의 위치를 변경하여 소형화할 수 있으며, 셔터 비균일 보정 알고리즘을 적용하여 잡음이 없고 균일한 이미지를 얻을 수 있다.Infrared missiles used for long-distance tracking, even the smallest noise when acquiring an image, can greatly affect the tracking progress. In addition, in the military field, electronic devices have been required to be small and light devices, and in infrared missile systems employing a cooled or uncooled infrared detector, a compact design is also required. The image system 10 having improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm can be miniaturized by changing the shutter position, and noise-free and uniform image can be obtained by applying the shutter non-uniformity correction algorithm.

소형 설계는 성능에 결정적인 미사일 시스템뿐만 아니라 일반 전자 장치를 포함한 센서 및 전자 장치의 기술 개발로 인해 필수적이다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 셔터의 위치를 광학계(100)와 검출기(300) 사이로 변경함에 따라 영상 시스템의 영역의 크기를 줄일 수 있다.The compact design is essential due to the technological development of sensors and electronic devices, including general electronic devices, as well as missile systems that are critical to performance. The image system 10 having improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm may reduce the size of the image system region by changing the shutter position between the optical system 100 and the detector 300.

셔터 비균일 보정에서 반응성은 온도 변화에 의해 야기되는 출력 변동의 양으로 기술될 수 있다. 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array)의 온도가 변하면 각 픽셀에 매칭되는 이득 및 오프셋이 적용되더라도 이미지를 고르게 보정할 수 없다. 따라서, 초점 평면 배열 온도의 변화로 인한 균일성 저하를 방지하기 위해 열전기 냉각기와 같은 쿨러를 사용하여 초점 평면 배열 온도를 균일하게 만들고 주변 온도 변화를 방지할 수 있다. 또한, 주변 온도 변화에 의해 렌즈로부터 방출된 에너지는 불균일한 이미지를 생성하는 또 다른 요인이며, 이는 내부 셔터(200) 보정을 이용하여 렌즈 효과 및 픽셀 특성을 반영하는 오프셋을 적용할 수 있다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 셔터의 위치를 변경하여 입사 광선의 직경이 작은 내부 셔터(200)를 사용하며, 비네팅 효과(Vignetting effect)와 평면 이미지의 적용을 이해를 바탕으로 모델링된 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘 통해 균일한 이미지를 생성할 수 있다.In shutter non-uniformity correction, the responsiveness can be described as the amount of output fluctuation caused by temperature change. If the temperature of the focal plane array (FPA) changes, the image cannot be evenly corrected even if the matching gain and offset are applied to each pixel. Accordingly, in order to prevent uniformity deterioration due to a change in the focal plane array temperature, a cooler such as a thermoelectric cooler may be used to make the focal plane array temperature uniform and to prevent the ambient temperature change. In addition, energy emitted from the lens due to a change in ambient temperature is another factor that generates a non-uniform image, and an offset reflecting the lens effect and pixel characteristics may be applied by using the internal shutter 200 correction. The imaging system 10, which has improved the shutter position change and non-uniformity correction algorithm, uses an inner shutter 200 with a small incident ray diameter by changing the shutter position, and applies a vignetting effect and a flat image. Based on this understanding, a uniform image can be generated through the modeled internal shutter non-uniformity correction algorithm.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기와 같이 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 셔터의 위치가 내부로 이동함에 따라 획득된 이미지가 렌즈 효과, 특히 비네팅 효과를 반영하지 않는 문제가 있다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 기존의 비균일 보정(NUC, Non-Uniformity Correction) 알고리즘을 개선한 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘을 적용하여 셔터의 손실을 최소화할 수 있다. 따라서, 비네팅 효과는 균일성을 향상시키기 위해 렌즈 효과와 유사하게 모델링할 수 있다. 광학계(100)와 유사한 모델링된 렌즈 효과는 이미지의 노이즈 감소를 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the image system 10 having improved the shutter position change and non-uniformity correction algorithm as described above, an image obtained as the shutter position moves to the inside has a lens effect, especially a vignetting effect. There is a problem that does not reflect. The image system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm minimizes shutter loss by applying an internal shutter non-uniformity correction algorithm that has improved the existing non-uniformity correction (NUC) algorithm. I can. Therefore, the vignetting effect can be modeled similarly to the lens effect to improve uniformity. A modeled lens effect similar to that of the optical system 100 may increase noise reduction in an image.

탐색기가 아닌 경우에는 상용분야에서 널리 사용되고 있는 외부 셔터(24)를 이용한 영상 보정이나, 영상 지연이 상대적으로 긴 연속되는 입력 영상을 누적한 후 보정하는 알고리즘을 사용할 수 있다. 탐색기는 상기한 보정에 해당되지 않으며, 이를 보완하기 위해 셔터의 위치를 옮기며, 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘을 적용한 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)이 이용될 수 있다. 또한, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 셔터가 없는 모든 적외선 영상 시스템에 적용될 수 있다.In the case of a non-searcher, an image correction using an external shutter 24 widely used in a commercial field, or an algorithm for accumulating and correcting consecutive input images having a relatively long image delay may be used. The searcher does not correspond to the above correction, and to compensate for this, the position of the shutter is moved, and the image system 10 in which the position of the shutter to which the internal shutter non-uniformity correction algorithm is applied and the non-uniformity correction algorithm is improved can be used. . In addition, the imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm can be applied to all infrared imaging systems without shutters.

일반적인 영상 시스템은 광학계와 검출기로 구성되어 있으며, 셔터의 위치는 광학계의 외부에 위치할 수 있다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)에서 셔터의 위치는 수신되는 광학 신호가 광학계에 의해서 집광되는 중간 위치에 위치할 수 있다.A general image system is composed of an optical system and a detector, and the position of the shutter may be located outside the optical system. In the imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm, the shutter position may be located at an intermediate position where the received optical signal is condensed by the optical system.

광학계(100)는 다수의 렌즈(110)들을 포함하며, 탐지하고자 하는 물체로부터 광학 신호를 수신할 수 있다. 광학계(100)는 빛의 일부분을 모으고 굴절시켜 물체의 상을 만들 수 있다.The optical system 100 includes a plurality of lenses 110 and may receive an optical signal from an object to be detected. The optical system 100 may collect and refract a part of light to create an image of an object.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광학계(100)의 렌즈(110)는 제1 렌즈(112) 및 제 2 렌즈(114)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(112) 또는 제2 렌즈(114)는 물체로부터 수신되는 광학 신호를 집광시킬 수 있는 렌즈로 형성될 수 있으며, 볼록 렌즈, 평면 볼록 렌즈 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 렌즈(112)는 오목 렌즈, 제2 렌즈(114)는 볼록 렌즈로 형성될 수 있으며, 광학계(100)에 위치하는 렌즈(110)의 개수 및 구성은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 변화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lens 110 of the optical system 100 may include a first lens 112 and a second lens 114. The first lens 112 or the second lens 114 may be formed as a lens capable of condensing an optical signal received from an object, and may be formed as a convex lens, a plano convex lens, or the like. In addition, the first lens 112 may be formed as a concave lens, and the second lens 114 may be formed as a convex lens, and the number and configuration of the lenses 110 positioned in the optical system 100 are not necessarily limited thereto, It can be changed as needed.

광학계(100)는 광학 신호를 모아 검출기(300)의 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array)의 표면에 초점을 맞출 수 있다.The optical system 100 may collect optical signals and focus on a surface of a focal plane array (FPA) of the detector 300.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광학계(100)는 기계적인 구조이며, 시야 범위 내에서 광학계(100)의 앞에 위치하는 물체의 광학 신호를 모은 다음 검출기(300)의 초점 평면 배열의 표면에 초점을 맞춰줄 수 있다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the optical system 100 has a mechanical structure, and after collecting the optical signals of an object located in front of the optical system 100 within the viewing range, the surface of the focal plane array of the detector 300 Can focus on

검출기(300)는 광학계(100)에서 수신한 광학 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 검출기(300)는 적외선 복사 에너지를 측정 가능한 전압으로 변환하는 적외선 센서일 수 있다.The detector 300 may convert the optical signal received by the optical system 100 into an electrical signal. In addition, according to an embodiment of the present invention, the detector 300 may be an infrared sensor that converts infrared radiation energy into a measurable voltage.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 검출기(300)는 광학 신호 수신부(310), 전류-전압 변환부(320) 및 영상 신호 변환부(330)를 포함할 수 있다. 검출기(300)는 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the detector 300 may include an optical signal receiving unit 310, a current-voltage converting unit 320, and an image signal converting unit 330. The detector 300 may omit some components or additionally include other components among various components illustrated by way of example, but is not limited thereto.

광학 신호 수신부(310)는 렌즈(110)로부터 집광되는 광학 신호를 수신할 수 있다. 전류-전압 변환부(320)는 광학 신호를 측정 가능한 전류 또는 전압으로 변환할 수 있으며, 영상 신호 변환부(330)는 광학 신호를 픽셀 별로 검출하여 전기적인 영상 신호로 변환할 수 있다.The optical signal receiver 310 may receive an optical signal condensed from the lens 110. The current-voltage converter 320 may convert the optical signal into a measurable current or voltage, and the image signal converter 330 may detect the optical signal for each pixel and convert it into an electrical image signal.

검출기(300)의 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array)은 입사된 광학 신호를 픽셀 별로 검출할 수 있다. 초점 평면 배열을 사용하는 영상 시스템의 경우, 각 검출기(300)의 특성에 따른 불균일 (non-uniformity) 때문에 잡음을 발생시킬 수 있다. 발생된 잡음은 셔터 비균일 보정 알고리즘을 적용하여 제거할 수 있다.The focal plane array (FPA) of the detector 300 may detect an incident optical signal for each pixel. In the case of an imaging system using a focal plane arrangement, noise may be generated due to non-uniformity according to the characteristics of each detector 300. The generated noise can be removed by applying a shutter non-uniformity correction algorithm.

따라서, 검출기(300)는 광학 신호를 픽셀 별로 검출하여 전기적인 영상 신호로 변환하여 출력하는 초점 평면 배열 방식으로 형성될 수 있다.Accordingly, the detector 300 may be formed in a focal plane arrangement method in which an optical signal is detected for each pixel, converted into an electrical image signal, and output.

내부 셔터(200)는 렌즈(110)와 검출기(300) 사이에 위치하며, 온도가 균일하게 안정화된 표면을 포착할 수 있다. 내부 셔터(200)는 수신되는 광학 신호가 렌즈를 통해 집광되는 중간에 위치하며, 작은 내부 공간에 적합한 회전식으로 형성할 수 있다.The inner shutter 200 is positioned between the lens 110 and the detector 300, and can capture a surface in which the temperature is uniformly stabilized. The inner shutter 200 is located in the middle where the received optical signal is condensed through the lens, and may be formed in a rotational manner suitable for a small inner space.

내부 셔터(200)는 온도가 균일하게 안정화된 표면을 포착하기 위한 기계적 구조 차단 부분이다. 내부 셔터(200)의 작동 유형은 측면 이동형인 선형 셔터 및 회전식 이동형인 회전식 셔터가 있다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 작은 내부 공간에 적합한 회전식 셔터를 사용할 수 있다.The inner shutter 200 is a mechanical structure blocking portion for capturing a temperature uniformly stabilized surface. The operation type of the inner shutter 200 includes a linear shutter that is a side-moving type and a rotary shutter that is a rotary-moving type. The imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm can use a rotary shutter suitable for a small interior space.

내부 셔터(200)는 광선이 작은 직경을 가지는 광학계(100)와 검출기(300) 사이에 위치하여 소형화되며, 광선을 가리는데 필요한 면적은 2%일 수 있다. 내부 셔터(200)의 소형화는 영역별로 발생하는 온도 균일도를 높이며, 내부 셔터(200)를 구동하기 위한 소비 전력이 낮아지며, 외부의 진동 또는 충격에 영향을 받지 않을 수 있다.The inner shutter 200 is located between the optical system 100 and the detector 300 having a small diameter, and is miniaturized, and an area required to cover the light beam may be 2%. The miniaturization of the inner shutter 200 increases temperature uniformity generated for each region, lowers power consumption for driving the inner shutter 200, and may not be affected by external vibration or shock.

프로세서(400)는 영상 신호의 픽셀의 불균일을 보정하여 이미지를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(400)는 영상 입력부(410), 영상 보정부(420) 및 이미지 생성부(430)를 포함할 수 있다. 프로세서(400)는 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.The processor 400 may generate an image by correcting non-uniformity of pixels of an image signal. According to an embodiment of the present invention, the processor 400 may include an image input unit 410, an image correction unit 420, and an image generation unit 430. The processor 400 may omit some components from among various components illustrated by way of example, or may additionally include other components.

영상 입력부(410)는 검출기(300)를 통해 변환된 영상 신호가 입력될 수 있다.The image input unit 410 may input an image signal converted through the detector 300.

영상 보정부(420)는 이미지를 선명하게 하기 위한 오프셋 보정을 나타내는 내부 셔터 비균일 보정(NUC, Non-Uniformity Correction) 알고리즘을 사용하여 영상 신호를 보정할 수 있다. The image correction unit 420 may correct an image signal using an internal shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm indicating an offset correction for sharpening an image.

이미지 생성부(430)는 영상 보정부(420)에서 보정된 영상 신호를 통해 이미지를 생성할 수 있다.The image generating unit 430 may generate an image through an image signal corrected by the image correcting unit 420.

내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 광학계(100)의 특성을 모델링을 통해 적용하고, 검출기(300)의 초점 평면 배열의 온도마다 모델링된 렌즈 효과 및 픽셀의 특성을 반영할 수 있다.The internal shutter non-uniformity correction algorithm may apply the characteristics of the optical system 100 through modeling, and may reflect the lens effect and pixel characteristics modeled for each temperature of the focal plane array of the detector 300.

내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 이미지의 외곽 또는 모서리 부분이 어둡게 나오는 현상을 나타내는 비네팅을 보정할 수 있다. 또한, 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 주변의 온도 변화에 따라 생성된 잡음을 제거하며, 비네팅 효과가 높을수록 잡음이 감소할 수 있다.The inner shutter non-uniformity correction algorithm may correct vignetting indicating a phenomenon in which the outer or corner portions of the image appear dark. In addition, the internal shutter non-uniformity correction algorithm removes noise generated according to changes in surrounding temperature, and the noise may be reduced as the vignetting effect increases.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터를 제외한 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an image system in which a shutter position change and non-uniformity correction algorithm excluding a shutter according to an embodiment of the present invention are improved.

도 2를 참조하면, 렌즈의 위치는 광학계(100)의 앞쪽 또는 뒤쪽에 위치할 수 있다. 광학계(100)의 앞쪽에 위치하는 렌즈는 대물렌즈(objective lens)(22)이며, 물체의 상을 맺기 위해 사용하는 렌즈로 물체에 가까운 쪽에 위치할 수 있다. 또한, 광학계(100)의 뒤쪽에 위치하는 렌즈(110) 및 검출기(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the position of the lens may be located in front of or behind the optical system 100. A lens positioned in front of the optical system 100 is an objective lens 22, and is a lens used to image an object and may be positioned closer to the object. Further, it may include a lens 110 and a detector 300 positioned behind the optical system 100.

도 2의 영상 시스템에 광학계(100)의 전면에 위치하는 외부 셔터(24) 또는 본 발명의 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)의 렌즈(110)와 검출기(300) 사이에 위치하는 내부 셔터(200)를 추가할 수 있다.In the imaging system of FIG. 2, the external shutter 24 positioned in front of the optical system 100 or the lens 110 and the detector 300 of the imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm of the present invention An inner shutter 200 positioned between) may be added.

도 3은 기존의 외부 셔터(24) 및 본 발명의 변경된 내부 셔터(200)의 위치를 나타낸 도면이다. 도 3a 및 도 3b를 통해 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)의 특징을 자세히 설명하도록 하겠다.3 is a view showing the positions of the existing outer shutter 24 and the modified inner shutter 200 of the present invention. The features of the imaging system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithms will be described in detail through FIGS. 3A and 3B.

도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학계 외부에 셔터가 위치하는 영상 시스템을 도시한 도면이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학계와 검출기 사이의 내부에 셔터가 위치하는 영상 시스템을 도시한 도면이다.3A is a diagram showing an imaging system in which a shutter is located outside an optical system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an imaging system in which a shutter is located inside an optical system and a detector according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing.

도 3a는 오프셋 보정으로 이미지의 잡음을 보정하는 가장 이상적인 광학계(100)의 전면에 위치하는 외부 셔터(24)를 형성하는 영상 시스템이다. 외부 셔터(24)를 사용하는 영상 시스템은 깨끗한 이미지를 얻을 수 있지만 시스템 전면에 충분한 공간이 필요하다 따라서, 원뿔 모양으로 만들어져야 하는 미사일 시스템이나 크기와 무게가 제한된 시스템에서는 외부 셔터(24)를 사용할 수 없다. 3A is an image system that forms an external shutter 24 positioned in front of the most ideal optical system 100 for correcting image noise by offset correction. An imaging system using an external shutter 24 can obtain a clear image, but requires sufficient space in front of the system. Therefore, an external shutter 24 may be used in missile systems that must be made in a conical shape or systems with limited size and weight. Can't.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 외부셔터의 직경은 50.3mm일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diameter of the external shutter may be 50.3 mm.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 광선이 더 작은 직경을 갖는 광학계(100)와 검출기(300) 사이에 셔터가 위치하도록 셔터의 위치를 변경할 수 있다. 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 외부 셔터(24)에서 광학계(100)와 검출기 사이로 셔터의 위치를 이동시켜 소형화될 수 있다.In order to solve the above problem, the position of the shutter may be changed so that the shutter is positioned between the detector 300 and the optical system 100 having a smaller diameter. The image system 10 having improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm can be downsized by moving the shutter position between the optical system 100 and the detector in the external shutter 24.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)의 내부 셔터(200)는 7.9mm의 직경을 형성하고 있다. 내부 셔터(200)의 직경은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 적용되는 분야에 따라 더 작거나 크게 변화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the inner shutter 200 of the image system 10 with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm has a diameter of 7.9 mm. The diameter of the inner shutter 200 is not necessarily limited thereto, and may be smaller or larger depending on the applied field.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 셔터의 위치에 따른 셔터의 크기를 비교한 도면이다.4 is a view comparing the size of the shutter according to the position of the external shutter according to an embodiment of the present invention.

도 4는 외부 셔터(24)와 내부 셔터(200)의 직경 및 면적을 비교하는 것을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 외부 셔터(24)는 50.3mm의 직경을 형성하고 있으며, 1987.13mm2의 면적을 형성하고 있다. 또한, 내부 셔터(200)는 7.9mm의 직경을 형성하고 있으며, 49.01mm2의 면적을 형성하고 있다.4 is a diagram illustrating comparison of diameters and areas of the outer shutter 24 and the inner shutter 200. Referring to FIG. 4, the outer shutter 24 has a diameter of 50.3 mm and an area of 1987.13 mm 2 . In addition, the inner shutter 200 has a diameter of 7.9 mm and has an area of 49.01 mm 2 .

본 발명의 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 내부 셔터(200)를 사용함에 따라 외부 셔터(24)에 비해 동일한 광선을 차단하는데 필요한 영역의 면적은 2.4%로 줄어들 수 있다.The image system 10, which has improved the shutter position change and non-uniformity correction algorithm of the present invention, uses the inner shutter 200, so that the area of the area required to block the same light rays compared to the outer shutter 24 is 2.4%. Can be reduced.

따라서, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 내부 셔터(200)를 사용함에 따라 가벼워진 셔터를 구동할 수 있으며, 소비 전력이 낮아질 수 있다. 또한, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 외부 환경(진동 및 충격)에 강한 성능을 형성할 수 있다.Accordingly, the image system 10 having improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm can drive a lighter shutter as the internal shutter 200 is used, and power consumption may be lowered. In addition, the image system 10 having improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm can form a strong performance against external environments (vibration and impact).

또한, 영상 보정의 측면에서 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 내부 셔터(200)를 사용함에 따라 면적이 작아짐에 의해 영역별로 발생할 수 있는 온도 균일도가 높아져 보정을 위한 가림막으로 사용하기에 더 적합해질 수 있다.In addition, in terms of image correction, the image system 10, which has improved the shutter position change and non-uniformity correction algorithm, decreases the area as the inner shutter 200 is used, thereby increasing the temperature uniformity that can occur for each area, thereby improving the correction. May become more suitable for use as a screen for

내부 셔터 비균일 보정은 이미지를 선명하게 하는데 사용되는 오프셋 보정이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 내부 셔터(200)의 방사율은 1.0이며, 셔터 표면의 온도 분포는 균일하게 안정화 될 수 있다.Internal shutter non-uniformity correction is an offset correction used to sharpen the image. According to an embodiment of the present invention, the emissivity of the inner shutter 200 is 1.0, and the temperature distribution of the shutter surface may be uniformly stabilized.

내부 셔터 비균일 보정은 비디오로부터 잡음을 감소하는 잡음 감소 방법론이다. 잡음 감소 방법론은 하기의 수학식 1에 의해 표현될 수 있다.Internal shutter non-uniformity correction is a noise reduction methodology that reduces noise from video. The noise reduction methodology can be expressed by Equation 1 below.

Figure 112019066436076-pat00001
Figure 112019066436076-pat00001

상술한 수학식 1을 참조하면, VideoSHT_NUCed (x,y) 는 비디오로부터 잡음을 감산하는 잡음 감소 방법을 나타내는 식이다. 또한, OffsetSHT(x,y)는 잡음을 감산하기 위한 방법을 나타내는 식이다. 따라서, 보정된 이미지의 품질은 사용자가 시스템의 것과 동일한 잡음을 얻을 수 있는 방법에 따라 결정되며, 모델 렌즈 효과는 보정된 이미지의 잡음의 감소를 증가시킬 수 있다. 셔터 이미지가 시스템의 잡음을 반영하지 않으면 표적의 복사 에너지와 함께 출력될 수 있다.Referring to Equation 1 above, Video SHT_NUCed (x,y) is an equation representing a noise reduction method for subtracting noise from a video. In addition, Offset SHT (x,y) is an equation representing a method for subtracting noise. Thus, the quality of the corrected image is determined according to how the user can obtain the same noise as that of the system, and the model lens effect can increase the reduction of the noise of the corrected image. If the shutter image does not reflect the noise of the system, it can be output along with the radiant energy of the target.

셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 기존의 비균일 보정 알고리즘을 사용하면 렌즈의 특성, 특히 비네팅을 반영할 수 없으며, 렌즈 효과가 보정되지 않을 수 있다. 비네팅은 셔터의 위치를 외부에서 내부로 변경함에 따라 야기되는 비균일성의 원인이다. 따라서, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)은 렌즈 효과를 추가하기 위해 기존의 비균일 보정 알고리즘을 개선한 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘을 적용할 수 있다.The image system 10 having improved shutter position change and non-uniformity correction algorithms cannot reflect lens characteristics, particularly vignetting, and lens effects may not be corrected if the existing non-uniformity correction algorithm is used. Vignette is the cause of non-uniformity caused by changing the position of the shutter from outside to inside. Accordingly, the image system 10 having improved the shutter position change and non-uniformity correction algorithm may apply an internal shutter non-uniformity correction algorithm improved on the existing non-uniformity correction algorithm in order to add a lens effect.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기의 모든 데스트는 모델링 데이터를 사용하여 성능을 확인하였다. 미사일 시스템의 실제 설계 매개 변수는 모델링을 위해 입력되었다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광학계(100)는 파장의 길이가 중파장 적외선(MWIR)이다. 검출기(300)는 256 X 256의 배열을 형성하고 있으며, 냉각 타입을 사용할 수 있다. 또한, 내부 셔터(200)는 회전식 셔터를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the performance of all the following tests was confirmed using modeling data. The actual design parameters of the missile system were entered for modeling. According to an embodiment of the present invention, the optical system 100 has a wavelength of medium-wavelength infrared (MWIR). The detector 300 forms an array of 256 X 256, and a cooling type can be used. In addition, the inner shutter 200 may use a rotary shutter.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치에 따른 영상 시스템의 비네팅 효과를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a vignetting effect of an image system according to a position of a shutter according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중앙에서 가장자리까지 광학계(100) 설계 소프트웨어를 사용하여 추출된 플럭스(Flux) 감쇠율은 표 1을 통해 확인할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flux attenuation rate extracted from the center to the edge using the design software of the optical system 100 can be checked through Table 1.

FieldField Flux[%]Flux[%] 00 100100 0.30.3 9898 0.50.5 9696 0.80.8 9191 1.01.0 8989

도 5a는 상기한 표 1을 사용하여 2차원 선으로 나타낸 비네팅 효과이며, 도 5b는 상기한 표 1을 사용하여 3차원으로 나타낸 비네팅 효과이다. 도 5b는 2차원의 선을 360도 회전시켜 모델링할 수 있다.FIG. 5A is a vignetting effect shown in a two-dimensional line using Table 1, and FIG. 5B is a vignetting effect shown in three dimensions using Table 1 described above. 5B can be modeled by rotating a two-dimensional line 360 degrees.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치를 변경한 영상 시스템의 렌즈 효과를 적용하기 전과 후를 비교한 결과를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a result of comparing before and after applying a lens effect of an image system in which the position of a shutter is changed according to an embodiment of the present invention.

도 6은 내부 셔터(200) 이미지에 비네팅 효과를 적용하기 전과 후의 비교 결과의 모델링 이미지를 확인할 수 있다. 도 6a는 비네팅 효과를 적용하기 전의 내부 셔터(200) 이미지이며, 도 6b는 비네팅 효과를 적용한 후의 이미지를 나타내는 것이다.6 shows a modeling image of a comparison result before and after applying the vignetting effect to the image of the inner shutter 200. 6A is an image of the inner shutter 200 before applying the vignetting effect, and FIG. 6B is an image after applying the vignetting effect.

이를 참조하면, 내부 셔터(200) 이미지는 비네팅 효과가 적용된 후 셔터의 이미지가 더 볼록해지는 것을 볼 수 있다. 가장자리 영역에 집중된 플럭스(Flux)는 플럭스(Flux) 분포와 같은 중심 영역 보다 ~ 11% 더 작은 것을 확인할 수 있다.Referring to this, it can be seen that the image of the shutter becomes more convex after the vignetting effect is applied to the image of the inner shutter 200. It can be seen that the flux concentrated in the edge region is ~ 11% smaller than the central region such as the flux distribution.

Figure 112019066436076-pat00002
Figure 112019066436076-pat00002

상술한 수학식 2는 도 6b에서 반영한 인공 렌즈 효과로서, 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘이다. 상술한 수학식 2를 참조하면, VideoSHT (x,y) 는 보정된 영상 신호를 나타낼 수 있다. FluxSHT(x,y)는 일정 면적을 통과하는 광선을 나타내며, Modeling_lens_effect(x,y)는 모델링된 렌즈 효과를 나타내며, Pixel_characteristic(x,y)는 픽셀의 특성을 나타낸다. 따라서, 보정된 영상 신호를 통해 이미지를 생성하며, 보정된 영상 신호는 모델링된 렌즈 효과 및 픽셀의 특성을 반영할 수 있다.Equation 2 described above is an artificial lens effect reflected in FIG. 6B, and is an algorithm for correcting the internal shutter non-uniformity. Referring to Equation 2 above, Video SHT (x,y) may represent a corrected video signal. Flux SHT (x,y) represents a ray passing through a certain area, Modeling_lens_effect (x,y) represents a modeled lens effect, and Pixel_characteristic (x,y) represents a characteristic of a pixel. Accordingly, an image is generated through the corrected image signal, and the corrected image signal may reflect modeled lens effects and pixel characteristics.

도 5 및 도 6에서 실험 결과에 따라 생성된 데이터들은 보정 성능을 공간 잡음(SN, Spatial Noise)으로 비교하여 이미지의 불균일성을 나타냈으며, 출력은 14 비트의 해상도인 회색조(Gray Scale)로 표현하였다. 회색조(Gray Scale)는 검은색과 흰색 두 가지 만으로 이미지를 표현할 수 있으며, 각 화소(Pixel)에 흑백의 명암 또는 농도를 적용하여 흑백 이미지를 형성할 수 있다. 이는 하기의 도 7에서 설명하기로 한다.The data generated according to the experimental results in FIGS. 5 and 6 showed the non-uniformity of the image by comparing the correction performance with Spatial Noise (SN), and the output was expressed in gray scale, which is a 14-bit resolution. . The gray scale can express an image using only black and white, and a black and white image can be formed by applying a black and white contrast or density to each pixel. This will be described in FIG. 7 below.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치에 따른 영상 시스템에 비균일 보정 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a result of applying a non-uniformity correction algorithm to an image system according to a position of a shutter according to an embodiment of the present invention.

도 7a는 3차원의 원본 이미지이며, 원본 이미지의 공간 잡음(SN)은 16.26 gray이다. 도 7b는 3차원 이미지의 외부 셔터 비균일 보정을 동작 후에 공간 잡음(SN)은 0 gray가 될 수 있다. 도 7c는 3차원 이미지의 내부 셔터에 적용하는 기존의 비균일 보정을 적용한 후에 공간 잡음(SN)은 7.73 gray가 될 수 있다. 도 7d는 3차원 이미지의 내부 셔터에 적용하는 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘(수학식 2)을 적용한 후에 공간 잡음(SN)은 3.23 gray가 될 수 있다.7A is a three-dimensional original image, and the spatial noise (SN) of the original image is 16.26 gray. 7B shows the spatial noise SN may be 0 gray after the external shutter non-uniformity correction operation of the 3D image is performed. 7C shows the spatial noise SN may be 7.73 gray after applying the existing non-uniformity correction applied to the inner shutter of the 3D image. 7D shows the spatial noise SN may be 3.23 gray after applying the inner shutter non-uniformity correction algorithm (Equation 2) applied to the inner shutter of the 3D image.

도 7을 통해 기존 내부 셔터에 적용하는 비균일 보정 알고리즘에 비해 본 발명에서 개선한 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘(수학식 2)이 잡음을 최소화할 수 있는 것을 확인할 수 있다.It can be seen from FIG. 7 that the internal shutter non-uniformity correction algorithm (Equation 2) improved in the present invention can minimize noise compared to the non-uniformity correction algorithm applied to the existing internal shutter.

또한, 적용된 렌즈 효과에 의해 잡음을 최소화하기 위해 하기의 도 8과 같이 비네팅 효과 범위를 5%에서 20%까지 임의로 설정하여 이미지를 생성하였다. 이는 도 8에서 설명하기로 한다.In addition, in order to minimize noise by the applied lens effect, an image was generated by arbitrarily setting a vignetting effect range from 5% to 20% as shown in FIG. 8 below. This will be described in FIG. 8.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템의 비네팅 효과로 모델링한 내부 비균일 보정 알고리즘을 적용한 후 남은 잡음을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a result of comparing residual noise after applying an internal non-uniformity correction algorithm modeled with a vignetting effect of an image system having an improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 8은 비네팅 효과로 모델링한 내부 셔터 비균일 보정 후 남은 잡음을 확인할 수 있으며, 도 8a는 비네팅 효과 범위를 5%로 설정하였고, 도 8b는 비네팅 효과 범위를 10%로 설정하였고, 도 8c는 비네팅 효과 범위를 15%로 설정하였고, 도 8d는 비네팅 효과 범위를 20%로 설정하였다. 각 비네팅 효과 범위 별 잡음의 수치는 표 2를 통해 확인할 수 있다.FIG. 8 shows the remaining noise after correcting the internal shutter non-uniformity modeled by the vignetting effect, and FIG. 8A sets the vignetting effect range to 5%, and FIG. The vignetting effect range was set to 15%, and in FIG. 8D, the vignetting effect range was set to 20%. The number of noise for each vignetting effect range can be found in Table 2.

VignettingVignetting SN [gray]SN [gray] 5%5% 7.737.73 10%10% 1.351.35 15%15% 10.9710.97 20%20% 21.9621.96

상기한 표 2를 참조하면, 공간 잡음은 1.35 gray이며, 도 7d의 이미지와 비슷한 10%의 비네팅 효과가 적용되었을 때 가장 작은 결과가 나타날 수 있다.Referring to Table 2 above, the spatial noise is 1.35 gray, and when a 10% vignetting effect similar to the image of FIG. 7D is applied, the smallest result may appear.

따라서, 본 발명은 작고 가벼운 영상 시스템을 위해 셔터 위치를 변경하며, 이때, 생기는 성능 저하는 비균일 보정 알고리즘을 개선한 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘을 적용하여 이미지의 저하를 줄일 수 있다.Accordingly, according to the present invention, the shutter position is changed for a small and light image system, and in this case, the deterioration of the image can be reduced by applying an internal shutter non-uniformity correction algorithm that improves the non-uniformity correction algorithm.

또한, 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템(10)의 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기한 도 7 및 도 8을 통해 성능 향상이 검증되었으며, 공간 잡음(SN)을 감소시킬 수 있다. 또한, 비네팅 효과가 높을수록 잡음이 감소할 수 있다.In addition, the internal shutter non-uniformity correction algorithm of the image system 10, which has improved the shutter position change and non-uniformity correction algorithm, has been verified to improve performance through Figs. 7 and 8, and can reduce spatial noise (SN). I can. Also, the higher the vignetting effect, the less noise can be.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs can make various modifications, changes, and substitutions within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for description, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 셔터의 위치 변경 및 비균일 보정 알고리즘을 개선한 영상 시스템
100: 광학계 200: 셔터
300: 검출기 400: 프로세서10: Image system with improved shutter position change and non-uniformity correction algorithm
100: optical system 200: shutter
300: detector 400: processor

Claims (13)

다수의 렌즈들을 포함하며, 탐지하고자 하는 물체로부터 광학 신호를 수신하는 광학계;
상기 광학 신호를 전기적인 영상 신호로 변환하는 검출기;
상기 렌즈들과 상기 검출기의 사이에 위치하며, 온도가 균일하게 안정화된 표면을 포착하는 내부 셔터; 및
상기 영상 신호의 픽셀의 불균일을 보정하여 이미지를 생성하는 프로세서를 포함하고,
상기 내부 셔터는 광선이 작은 직경을 가지는 상기 광학계와 상기 검출기 사이에 위치하여 소형화되며, 수신되는 상기 광학 신호가 상기 렌즈들을 통해 집광되는 중간에 위치하며, 작은 내부 공간에 회전식으로 형성되고,
상기 프로세서는 상기 영상 신호를 선명하게 하기 위한 오프셋 보정을 나타내는 내부 셔터 비균일 보정(NUC, Non-Uniformity Correction) 알고리즘을 사용하여 상기 영상 신호를 보정하는 영상 보정부를 포함하고,
상기 비균일 보정 알고리즘은 상기 광학계의 특성을 모델링을 통해 적용하고, 초점 평면 배열의 온도마다 렌즈 효과 및 픽셀의 특성을 반영하여 상기 영상 신호를 보정하며, (i) 일정 면적을 통과하는 광선, (ii) 모델링된 렌즈 효과 및 (iii) 픽셀의 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.An optical system including a plurality of lenses and receiving an optical signal from an object to be detected;
A detector converting the optical signal into an electrical image signal;
An inner shutter positioned between the lenses and the detector and capturing a surface having a temperature uniformly stabilized; And
Comprising a processor for generating an image by correcting the non-uniformity of the pixels of the image signal,
The inner shutter is positioned between the optical system and the detector in which the light beam has a small diameter to be miniaturized, and is positioned in the middle where the received optical signal is focused through the lenses, and is rotatably formed in a small inner space,
The processor includes an image correction unit for correcting the image signal using an internal shutter non-uniformity correction (NUC) algorithm indicating an offset correction for sharpening the image signal,
The non-uniformity correction algorithm applies the characteristics of the optical system through modeling, corrects the image signal by reflecting the lens effect and the characteristics of the pixels for each temperature of the focal plane array, and (i) a ray passing through a certain area, ( ii) an imaging system for changing a shutter position, characterized in that it uses modeled lens effects and (iii) characteristics of pixels. 제1항에 있어서,
상기 내부 셔터의 소형화는 가벼워진 상기 내부 셔터를 구동하기 위한 소비 전력이 줄어드는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 1,
The image system for changing the shutter position, characterized in that the miniaturization of the inner shutter reduces power consumption for driving the lighter inner shutter. 제2항에 있어서,
상기 내부 셔터의 소형화는 영역별로 발생하는 온도 균일도를 높이며, 외부의 진동 또는 충격에 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 2,
The image system for changing the shutter position, wherein the miniaturization of the inner shutter increases temperature uniformity generated for each region and is not affected by external vibrations or shocks. 제1항에 있어서,
상기 검출기는 상기 광학 신호를 픽셀 별로 검출하여 상기 전기적인 영상 신호로 변환하여 출력하는 상기 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 1,
The detector is an imaging system for changing a shutter position, characterized in that formed in a focal plane array (FPA) method that detects the optical signal for each pixel, converts it into the electrical image signal, and outputs it. 제4항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 검출기를 통해 변환된 영상 신호가 입력되는 영상 입력부; 및
상기 보정된 영상 신호를 통해 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 더 포함하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 4,
The processor,
An image input unit to which an image signal converted through the detector is input; And
An imaging system for changing a shutter position, further comprising an image generator for generating an image based on the corrected image signal. 제5항에 있어서,
상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 상기 이미지의 외곽 또는 모서리 부분이 어둡게 나오는 현상을 나타내는 비네팅을 보정하는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 5,
And the inner shutter non-uniformity correction algorithm corrects vignetting indicating a phenomenon in which an outer or edge portion of the image is darkened. 제6항에 있어서,
상기 내부 셔터 비균일 보정 알고리즘은 주변의 온도 변화에 따라 생성된 잡음을 제거하며,
상기 비네팅 효과가 높을수록 상기 잡음이 감소하는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 6,
The internal shutter non-uniformity correction algorithm removes noise generated according to changes in surrounding temperature,
The image system for changing the shutter position, characterized in that the noise is reduced as the vignetting effect increases. 제1항에 있어서,
상기 광학계는 상기 광학 신호를 모아 상기 검출기의 초점 평면 배열(FPA, Focal Plane Array)의 표면에 초점을 맞추는 것을 특징으로 하는 셔터 위치를 변경하기 위한 영상 시스템.The method of claim 1,
The optical system collects the optical signals and focuses on a surface of a focal plane array (FPA) of the detector. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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