KR102453057B1 - 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열화상 카메라 촬영을 통한 데이터 구축 및 축적시 정확한 촬영데이터를 얻기 위한 자가발열 피사체 모듈에 대한 것으로, 본 발명을 적용하면, 발열플레이트를 통해 원하는 설정온도를 바탕으로 다양한 온도 변화를 정확하게 제어 적용하는 피사체의 정보를 도출하여, 정확한 온도를 설정하여 열화상 이미지를 얻을 수 있기 때문에 정밀한 결과 분석과 데이터 구축 및 축적이 가능하게 할 수 있다.

Description

열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈{Self-heating object module for testing thermal image camera performance and accumulating precise data}

본 발명은 열화상 카메라 촬영을 통한 데이터 구축 및 축적시 정확한 촬영데이터를 얻기 위한 자가발열 피사체 모듈에 대한 것이다.

열화상 카메라는 물체표면에서 복사되는 적외선 에너지를 검출하여 온도를 측정함. 열화상 카메라의 구성은 일반적으로 렌즈, 열 센서, 처리 장치이며, 열 센서의 경우 가시광선보다 파장이 훨씬 큰 에너지를 감지하기 때문에 큰 크기를 가지며, 따라서 동일한 크기의 실화상 센서보다 낮은 해상도를 가지게 된다.

열화상 카메라의 성능을 결정짓는 요소는 시야각, 측정가능범위, 열민감도, 적외선 해상도, 스펙트럼 범위임. 촬영 물체가 가진 특성으로 열화상 이미지 결과에 영향을 미치는 요소는 물체 온도와 방사율 (emissivity)임. 물체 온도는 말 그대로 물체 자체의 실제 온도값을 가리키며, 방사율은 물체 온도가 표면에서 얼마나 나타나는지를 나타낸다. 방사율은 0에서 1의 값을 가지며, 값이 작을수록 실제 온도보다 내뿜는 열의 양이 낮아 열화상 이미지에서 실제 온도보다 낮게 나타나며, 1에 가까울수록 실제 온도와 유사한 값을 보이게된다. 일반적으로 사람의 피부와 물은 약 0.98의 방사율을 가지며, 무광페인트는 0.90, 고광택 금속 표면은 0.10 정도의 방사율을 가진다.

이러한, 열화상 카메라는 물체표면에서 복사되는 적외선 에너지를 검출하여 온도를 측정하는 비파괴 기법으로 측정 대상에 대한 경제적이고 신속한 조사가 가능하다는 이점이 있다. 온도를 측정한다는 특성상 빛이 없는 어두운 장소나 야간에도 결과에 대한 제약 없이 사용 가능하며, 주변환경 고려 및 육안판독과 병행시 더욱 효과적이고 정확한 결과 도출이 가능하다.

이러한, 열화상 카메라가 사용되는 산업분야는 의료, 건설, 환경, 보건, 군사, 재해, 기상, 식품 등 다양한 분야에서 사용되며, 코로나 팬데믹 이후 보건분야에서의 사용이 급증하고 있다. 또한, 사용 산업 분야와 사용 빈도가 점점 증가하고 있으며 일반인들에게 열화상 카메라에 대한 개념과 인식 제고된다.

다만, 열화상 카메라는 고가의 장비로, 다루기에 매우 민감하며, 따라서 활발한 운용에 매우 제한적이며, 또한, 물체로부터 복사되는 적외선 에너지를 검출하여 온도를 탐지하기 때문에, 정확한 결과를 얻기 위해선 물체의 정확한 온도를 알아야 하지만, 열화상 카메라와 그 이미지는 다양한 산업분야에서 사용이 나날이 증대하고 있지만, 정확한 조건의 촬영을 위한 피사체의 통제가 어려워 데이터 축적 및 연구에 한계를 보이고 있다.

한국공개특허 제2009-0130919호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 발열 피사체를 통해 원하는 온도를 설정하여, 연구 및 사업에 활용 가능한 열화상 이미지 데이터 구축 및 축적이며, 피복 커버를 활용하여 특정 물질에 대한 열화상 이미지와 방사율 데이터를 정밀하게 측정하고 활용할 수 있게 하는 화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈에 있어서, 외부 전원공급에 의해 발열을 구현하는 발열플레이트(110)와,상기 발열플레이트(110)에서 출사되는 열원을 확산시키는 다수의 열전도관(120)을 포함하는 발열부(100); 및 상기 발열부(100)의 상부 및 측면부를 둘러싸는 구조로 밀폐하는 커버부(200);를 포함하며, 상기 발열플레이트(110)는 다수개가 상호 인접하는 구조로 배치되어 상호 연결되어 모듈화 가능한 구조로 형성되는, 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 상기 열전도관(120)은, 상기 발열플레이트(110)의 상부 방향으로 돌출되는 다수의 수직형 전도관(122)이 상호 이격되는 구조로 배치되며, 다수의 상기 수직형 전도관(122)을 수평방향으로 연결하는 구조로 결합되는 다수의 수평형 전도관(124)가 결합하는 구조로 형성되는, 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈을 제공할 수 있도록 한다.

나아가, 상기 발열부(100)는, 상기 발열플레이트에 전원을 공급하는 외부전원공급용 커넥터(112); 상기 발열플레이트 상에 배치되는 충전형 배터리(114);를 더 포함하는, 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 상기 발열부(100)는, 상기 발열플레이트(110)에 온도 변화를 제어하는 제어부(140);를 더 포함하는, 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈을 구현할 수 있도록 한다.

나아가, 상기 커버부(200)는, 내부에 상기 발열부(110)를 수용하는 수용공간이 마련되는 외부 케이싱;과 상기 외부 케이싱의 내측면에 금속제 전도판이 배치되어, 커버부 전면에 균일한 열전달을 구현하는, 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈을 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발열플레이트를 통해 원하는 설정온도를 바탕으로 다양한 온도 변화를 정확하게 제어 적용하는 피사체의 정보를 도출하여, 정확한 온도를 설정하여 열화상 이미지를 얻을 수 있기 때문에 정밀한 결과 분석과 데이터 구축 및 축적이 가능하게 되는 효과가 있다.

특히, 발열 피사체를 통해 원하는 온도를 설정하여, 연구 및 사업에 활용 가능한 열화상 이미지 데이터 구축 및 축적이며, 피복 커버를 활용하여 특정 물질에 대한 열화상 이미지와 방사율 데이터를 정밀하게 측정하고 활용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 커버부의 경우, 특정 물체 피복(콘크리트, 금속, 섬유, 모피, 유리 등)에 맞춰 제작구현이 가능하여 다양한 물질에 대한 방사도를 알아낼 수 있어, 다양한 산업분야에 적용이 가능한 장점이 있다.

아울러, 본 발명의 커버부 안쪽엔 열전도율이 높은 금속제 전도판이 설치되어 있어 커버 전면에 동일하게 열을 전달하여, 균일한 온도제어를 할 수 있게 되며, 커버 두께는 원하는 조건에 맞춰 제작 가능하며, 두께 및 재질에 따라 커버온도 및 방사율이 달라지기 때문에 다양한 설정에 맞춘 열화상 이미지 촬영이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈의 발열부의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈의 커버부의 구조를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈의 발열부와 커버부의 결합구조를 하부에서 바라본 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈을 이용하는 작용상태 개념도를 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈(이하, '본 발명이라 한다)의 발열부의 구조를 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈의 커버부의 구조를 도시한 개념도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈의 발열부와 커버부의 결합구조를 하부에서 바라본 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 외부 전원공급에 의해 발열을 구현하는 발열플레이트(110)와,상기 발열플레이트(110)에서 출사되는 열원을 확산시키는 다수의 열전도관(120)을 포함하는 발열부(100) 및 상기 발열부(100)의 상부 및 측면부를 둘러싸는 구조로 밀폐하는 커버부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 발열부(100)는 상기 발열플레이트(110)의 내부에 외부 전원공급원에서 공급되는 전력을 공급하여 발열하는 발열유닛(미도시)을 구비하며, 발열유닛에서 공급되는 열에너지는 발열플레이트(110)을 매개로 전체 모듈에 열원을 공급할 수 있다. 이러한 발열유닛의 일예로는 열저항을 이용한 발열체, 이를테면 니크롬선 등을 적용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 발열체를 적용할 수 있다.

또한, 상기 발열플레이트(110)의 상부에는 열을 전체적으로 전도하여 확산하는 열전도관(120) 구조물을 구비할 수 있다.

도 1에 도시된 구조와 같이, 상기 열전도관(120)은, 상기 발열플레이트(110)의 상부 방향으로 돌출되는 다수의 수직형 전도관(122)이 상호 이격되는 구조로 배치되며, 다수의 상기 수직형 전도관(122)을 수평방향으로 연결하는 구조로 결합되는 다수의 수평형 전도관(124)가 결합하는 구조로 형성될 수 있다. 전체적으로는 격자형 형태로 교차구조로 구현될 수 있도록 하여, 발열플레이트로부터 전달되는 열을 고르게 방사할 수 있도록 하며, 후술하는 커버부(200)의 내부에 금속재 열전달 전도판을 통해 커버부 자체에 온도 조절을 구현할 수 있게 된다.

이를 위해, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 커버부(200)는, 내부에 상기 발열부(110)를 수용하는 수용공간이 마련되는 외부 케이싱과 상기 외부 케이싱의 내측면에 금속제 전도판이 배치되어, 커버부 전면에 균일한 열전달을 구현할 수 있도록 함이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자가발열 피사체 모듈의 발열부와 커버부의 결합구조를 하부에서 바라본 구조를 도시한 것으로, 도시된 것과 같이, 상기 발열플레이트(110)에 전원을 공급하는 외부전원공급용 커넥터(112)와 상기 발열플레이트(110) 상에 배치되는 충전형 배터리(114)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 나아가, 상기 발열플레이트(110)에 온도 변화를 제어하는 제어부(140)를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.

상기 발열플레이트는 바닥면에 달린 컨트롤러(Control)를 통해 조절하며, 전력은 직접연결하여 사용하거나, 사용 전 충전하여 배터리 전력을 통해 사용할 수 있으며, 발열온도는 컨트롤러를 통해 0.01℃ 단위로 온도조절이 가능하며, 그 외 유지시간, 섭씨 및 화씨 단위 변경등이 가능하다.

또한, 상기 커버부(200)는 특정 물체 피복(콘크리트, 금속, 섬유, 모피, 유리 등)에 맞춰 제작되며, 커버 안쪽엔 열전도율이 높은 철제 전도판이 설치되어 있어 커버 전면에 동일하게 열을 전달하게 된다. 커버 두께는 원하는 조건에 맞춰 제작 가능하며, 두께 및 재질에 따라 커버온도 및 방사율이 달라지기 때문에 다양한 설정에 맞춘 열화상 이미지 촬영이 가능하게 된다.

특히, 본 발명은, 다수의 모듈을 연결하여 원하는 크기로 설정한 후, 촬영이 가능하도록 할 수 있으며, 모듈 간 연결은 커버를 씌우지 않은 상태에서 맞닿게 연결한 뒤, 연결된 모듈 개수 및 모양과 일치하는 커버를 제작하여 씌운 뒤 모듈 작동하여 사용가능하게 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 자가발열 피사체 모듈을 이용하여 열화상 이미지를 촬영하는 실시예를 예시한 것이다.

우선, 상술한 자가발열 피사체 모듈(이하 피사체)은 촬영을 원하는 온도, 피복, 거리, 크기, 모양 등의 조건에 맞춰 설치함. 여러 피사체를 연결하여 설치하고자 할 경우 발열판(Heating Plate)이 서로 맞닿게 놓아 연속적으로 이어지도록 설치하여 피사체(A)를 구현한다.

다음으로, 설치가 완료된 피사체에 촬영하고자 하는 물질로 이뤄진 커버부를 장착한다. 커버부로 제작되는 물질은 다양하며(콘크리트, 금속, 섬유, 모피, 유리 등), 두께 등의 조건도 필요에 따라 설정가능하다. 여러 피사체를 이어 설치할 경우, 크기 및 모양에 맞는 커버를 장착할 수 있도록 한다.

이후, 피사체의 촬영은 지상에서 핸디 열화상 카메라(B), 고정형 열화상 카메라로 촬영하며, 혹은 드론 등에 장착한 열화상 카메라(C)로 공중에서 촬영할 수 있다.

이 경우, 피사체의 조건은 다양한 조건으로 온도 조건을 설정하여 조절하 f수 있으며, 조건에 맞춰 촬영한 열화상 이미지 결과를 활용하여 목적에 따른 연구, 사업 등에 활용하게 된다.

본 발명의 피사체 모듈을 적용하는 경우에는 다음과 같은 장점이 구현될 수 있다.

(1) 정밀 온도 조절 기능

이는, 열화상 카메라로 촬영하는 대상은 대부분 실제 온도값이 정확히 알려지지 않은 건물, 수목, 동물, 인체, 구조체 등으로 열화상 카메라 촬영을 통하여 온도 근사치를 추측하는 일이 대부분이다. 하지만, 이러한 경우 실제 온도를 정확히 알지 못하기 때문에 정밀한 결과 분석 및 데이터 축적에 한계가 있다.

이에, 본 발명에 따른 자가발열 피사체 모듈 활용시, 정확한 온도를 설정하여 열화상 이미지를 얻을 수 있기 때문에 정밀한 결과 분석과 데이터 구축 및 축적이 가능하며 연구 및 사업분야에 활발히 활용 가능하게 된다.

(2) 커버를 활용한 다양한 물질에 대한 촬영 가능

모든 물질은 각기 다른 방사율을 가지고 있으며, 이는 열화상 카메라 촬영 시, 필수적으로 고려되어야 하는 요소이다. 본 발명에서는, 자가발열 피사체와 커버를 활용하여 특정 물질에 대한 방사도를 알아내는 것이 가능하며, 다양한 분야에 활용 가능하게 할 수 있다.

또한, 물질에 따른 열화상 이미지의 결과 차이도 확인 가능하기 때문에 다양한 연구와 산업분야에서 활용 가능하다.

(3) 열화상 카메라 자체 성능 테스트 및 기술 발전 기여 가능

본 발명에 따른 피사체 모듈을 적용하여 촬영하는 경우, 이미 설정된 온도값을 알고 있는 피사체를 촬영하기 때문에, 열화상 이미지의 온도값과 직접 비교가 가능하며, 이는 곧 열화상 카메라의 성능 시험 가능성을 제공할 수 있다.

또한, 피사체의 온도 뿐 아니라, 피사체와의 거리, 면적, 피복 등 다양한 설정이 가능하기 때문에 열화상 카메라 센서 연구개발에 필요한 다량의 데이터 구축 및 축적 가능하게 된다.

나아가, 카메라 자체 성능 상승 시 활용분야와 빈도는 더욱 증가하며, 열화상 카메라 산업의 선순환 구조 형성 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

열화상 카메라는 의료, 건설, 환경, 보건, 군사, 재해, 기상, 식품 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 열화상 카메라 사용 산업 분야와 사용 빈도가 점점 증가하고 있으며, 개인이 구매하여 사용할 수 있는 가격대의 제품도 출시되고 있다. 이에 다양한 열화상카메라 활용분야에 본 발명은 적용이 가능하다.

코로나 팬데믹 사태 이후, 보건분야에서의 사용이 급증하였으며 일반인에게 열화상 카메라에 대한 개념과 인식 제고되고 있으며, 휴대전화, 태블릿 등 휴대용 개인 스마트기기에 장착 가능한 열화상 카메라의 개발과 보급 또한 확대되고 있어 산업 분야에서 뿐만 아니라 개인이 저렴한 가격에 구매 및 사용 가능하게 되는바, 시장의 확대가 예상되며, 이에 본 발명의 시장활용성도 크게 확장할 것으로 예상된다.

100: 발열부
110: 발열플레이트
120: 열전도관
130: 충전지
140: 제어부
200: 커버부

Claims (5)

1. 열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈에 있어서,
   외부 전원공급에 의해 발열을 구현하는 발열플레이트(110)와,상기 발열플레이트(110)에서 출사되는 열원을 확산시키는 다수의 열전도관(120)을 포함하는 발열부(100); 및 상기 발열부(100)의 상부 및 측면부를 둘러싸는 구조로 밀폐하는 커버부(200);를 포함하며,
   상기 발열플레이트(110)는 다수 개가 상호 인접하는 구조로 배치되어 상호 연결되어 모듈화 가능한 구조로 형성되며,
   상기 열전도관(120)은, 상기 발열플레이트(110)의 상부 방향으로 돌출되는 다수의 수직형 전도관(122)이 상호 이격되는 구조로 배치되며, 다수의 상기 수직형 전도관(122)을 수평방향으로 연결하는 구조로 결합되는 다수의 수평형 전도관(124)가 결합하는 구조로 형성되어, 상기 수직형 전도관(122)와 상기 수평형 전도관(124)의 결합구조가 격자형 형태의 교차구조로 구현되고,
   상기 커버부(200)는, 상기 발열플레이트(110)를 수용하는 수용공간이 마련되며, 촬영하고자 하는 물체의 피복에 대응되는 재질로 제작되는 외부 케이싱과, 상기 외부 케이싱의 내측면에 금속제 전도판이 배치되어, 커버부 전면에 균일한 열전달을 구현하도록 하며,
   모듈화한 상기 발열플레이트(110)를 상기 커버부(200)를 씌우지 않는 상태에서 다수 개를 서로 맞닿게 연결하여 피사체(A)를 구현한 이후, 연결된 모듈화한 발열플레이트(110)의 전체에 대응하는 커버부(200)를 외부에 장착하여 적용하는,
   열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열부(100)는,
   상기 발열플레이트(110)에 전원을 공급하는 외부전원공급용 커넥터(112);
   상기 발열플레이트(110) 상에 배치되는 충전형 배터리(114);를 더 포함하는,
   열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 발열부(100)는,
   상기 발열플레이트(110)에 온도 변화를 제어하는 제어부(140);를 더 포함하는,
   열화상 카메라 성능 시험 및 정밀 데이터 축적을 위한 자가발열 피사체 모듈.
   
5. 삭제

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