KR19990063919A - 열 화상 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 화상 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 열 화상 처리 시스템은 스캐닝에 의해 ac 결합되며 동작되는 것으로서 화면(22)으로부터 적외선 방사선내의 측정된 변동을 발광 다이오드(28)에 의해서 공급된 기준 레벨로 중첩시키므로서 열 화상을 재생한다. 다이오드(28)는 포지티브 및 네거티브 조사 에미터이며, 방사된 플럭스는 주변 온도보다 더 온도가 낮거나 더 높은 온도 범위로 흑체 방사와 같도록 제어된 전류이다. 시스템(10)이 화면과 다이오드 측정 사이에서 스위치될 때 발생된 신호는 평균 화면 온도와 다이오드 유효 온도 사이의 차이의 값이다. 이러한 디지털에 응답하여, 제어 수단은 온도 차이를 감소시키기 위해서 다이오드(28)를 통한 바이어스 전류를 조절한다. 기준 온도는 이러한 처리가 반복됨에 따라서 평균 화면 온도로 수렴한다. 절대 온도는 이처럼 복원되며 일부 화상의 결함은 제거된다.

Description

열 화상 처리 시스템

열 화상 처리 시스템은 이미 종래 기술에서 공지되어 있다. 원칙적으로, 가열된 물체에 의해서 방출된 적외선 방사는 광도전체 검출기로 유도되며 (예를들면, 1975년 플레넘 출판사의 J. M. Lloyd의 열 화상 처리 시스템을 참조해 볼 수 있다.) 열 화상은 전기적인 응답으로부터 구성된다. 큰 화면 영역의 커버리지는 일반적으로 두가지 방법중 하나로 수행될 수 있다. 즉, 이미저가 장면의 여러 부분을 동시에 샘플하거나 또는 장면의 각 성분을 순차적으로 화상 처리한다. 전자의 경우에 검출기 어레이는 "스타팅" 모드에서 사용되며 후자의 경우에 기계적인 스캐닝 메카니즘은 방출을 화면의 각각의 화소로부터 작은 검출기 영역으로 유도한다. 스타팅 어레이 화상 처리 시스템은 작은 설계가 가능한 장점이 있지만 다른 문제점이 있게 된다. 검출 소자는 균일한 검출도 및 응답도를 거의 갖지 않으며, 1/f 잡음은 비교적 중요하며 효율적인 냉각 차단이 또다른 문제점을 야기시킨다. 스캐닝 열 이미저는, 더 귀찮다 할지라도, 더 간단하며 더 저렴한 검출기 어레이를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 세 번째 선택은 두가지 방법의 조합을 사용하는 것으로서, 말하자면, 큰 화면 영역을 작은 검출기 어레이로 기계적으로 스캐닝하는 것이다. 개별 화면 화소는 시간이 지연되며 열 화상에서 집적되어 개선된 화상의 감도 또는 더 빠른 스캔 속도로 수행되는 허용가능한 감도를 야기시킨다. 더욱이, 여러 화소는 다중 검출기를 사용하므로서 동시에 스캔된다.

광자에 반사되는 것으로서 열 파장을 화상 처리할 때 상당한 차이점이 마음속에 떠오른다. 먼저, 광학 화상은 주로 굴절 및 반사도 차이에 의해서 발생되며, 이러한 스펙트럼 지역에서 지구상의 물질은 양호한 반사도를 갖는 경향이 있다. 열 화상은 자기 방사 및 방사도 차이로부터 일어나며 지구상의 배경 방사에 대해서 콘스트라트는 작고 따라서 물체의 해상도는 조악하다. 열 화상내의 콘트라스트를 개선하는데 더 많은 노력이 기울여졌다. 이차로, 그것이 검출되는 전자기 방사라 할지라도, 열 화상은 일반적으로 온도의 관점에서 기술된다. 스캔내의 임의의 점에서 측정된 방사에 대한 모든 기여도는 통상적으로 이 점의 유효 온도에 의해서 표시될 수 있다. 이러한 온도는 이상적인 흑체가 측정된 강도내에서 방사되는 온도이다.

스캐닝 열 화상의 주요 장점은 검출기 신호가 신호 처리 시스템에 ac 결합될 수 있다는 것이다. 일반적으로 장면은 라스터 스캐닝에 의해서 그 영역을 커버하는 일련의 평행 라인으로 분할된다. 검출기와 증폭기 사이의 고역 필터를 삽입하는 것은 신호의 dc 성분을 제거하며 스캔이 라인을 따라서 진행됨에 따라서 변동만을 전송한다. 이것은 콘트라스트를 향상시키며, 다양한 검출기의 dc 옵셋 전압에서 어떤 변화를 제거하며 검출기 1/f 잡음의 효과를 감소시키는 장점을 갖는다. 그러나 화상 결함이 발생되는데, 검출기로부터 스텝 함수 신호가 고역 회로 방전내에서 캐패시턴스로서 왜곡되며 출력 신호는 드롭으로부터 손상을 당하는데 이는 입력 스텝 합수가 제로로 리턴됨에 따라서 언더슈트를 야기시킨다. 이에 더해서, 고역 회로의 응답은 그 과거 히스토리에 어느정도 의존하며, 다중요소 검출기에서 모든 그러한 회로가 동일 평균 신호를 수신하는 것과 매우 다르며 따라서 채널 응답이 균일해지지 않는다. 더욱이 dc 성분을 제거하는 것은 화면의 절대 온도를 제거하기도 한다.

어떤 절대 온도 기준을 화상으로 복원하는 것이 장점이다. 이것은 예를들면, 수평이 보여야 하며 예를들어 제조 프로세스의 방사계 모니터링에 중요하다. 이것을 위해서 그리고 드롭, 언더슈트 및 채널 비균일성의 화상 결함을 계수하기 위해서, 종래 기술은 기준 신호를 스캔 동안에 간격에서 검출기로 전달한다. 기준 소스는 가열된 스트립과 같은 액티브 소스가 사용될 수 있다 할지라도 이미저 하우징의 내부와 같은 편리한 패시브 화면이다. 이러한 화상은 기준 온도에 의해서 제공된 dc 레벨상에 중첩된 화면내의 화소 변동에 고주파 화소가 제공되어 디스플레이된다.

이러한 인조 dc 회복 방법은 기준 온도가 장면 평균에 근접하지 않으면 이상적이 아니다. 온도에서 중간 주파수 변동은 검출기가 장면과 기준 소스 사이에서 스위치될 때 발생하며 이것은 드롭 및 언더슈트 효과에 민감하다. 더욱이 검출기 응답도는 조사 강도로 넓게 변동될 수 있으며 따라서 기준 온도에서 다중 검출기의 응답을 일체화하는 것은 장면 온도에서 일정한 응답을 보장하지 않는다. 균일하게 이러한 문제는 쉽게 극복되지 않는다. 열 화상 처리 시스템이 사용되는 이러한 상태는 많으며 변동된다. 자주 이동성이 필요하며 화상 처리되는 장면이 있을 것 같을 때 많은 다양한 온도 기준 소스로서 제공하는 것은 필요없다. 활성 소스는 가열 장치 또는 더 많은 벌키 냉각 장치를 요구하며 소정의 온도에 도달하기 위해서 취해진 시간은 자주 금지된다.

본 발명은 화면이 스캐닝에 의해서 화상 처리되는 열 화상 처리 시스템에 관한 것이다.

도 1은 네거티브/포지티브 조사 장치를 이용하여 열적으로 화상 처리된 화면에 절대 온도를 복원하기 위해서 제안된 선택 모드의 평면도를 개략적으로 도시한 도면;

도 2는 하나의 영역이 스캐닝 열 이미저에 의해서 화상 처리되는 순서를 개략적으로 도시한 도면;

도 3은 기준 레벨이 각 스캔 라인후에 이미저에 주어질 때 유효 합성 화면을 개략적으로 도시한 도면;

도 4는 광도체 검출기로부터 출력 신호에 응답하여 열 화상을 재구성하는 열 이미저의 정보 처리 시스템을 도시한 도면;

도 5는 스텝 펄스 전압을 예시하며 표준 시리즈 저항-캐패시터 회로로부터의 출력에 대응하는 두 개의 그래프도를 제공하는 도면;

도 6은 검출기를 포함하는 열 이미저가 기준 신호를 수신하며 화면을 스캐닝할 때 검출기를 ac 결합하며 평균 화면 온도가 기준의 그것보다 더 높은 RC 회로의 저항의 출력 전압을 도식적으로 도시한 도면;

도 7은 도 6에 도시된 동일 출력을 도시한 것으로서, 이 경우에, 기준 온도는 평균 화면 온도와 매치하기 위해서 적응되는 도면;

도 8은 절대온도가 검출기 어레이가 화면상에서 스캔될 때 발생된 열 화상으로 복원되는 본 발명의 또다른 실시예의 정보 처리 시스템을 표시한 도면.

본 발명의 목적은 열 화상 처리 시스템의 대체 형태를 제공하는 것이다.

본 발명은 검출 소자 상으로 관측된 화면을 스캐닝하는 스캐닝 메카니즘을 통합하는 열 화상 처리 시스템을 제공하는데, 이는 기준 레벨에서 상기 검출 수단의 조사를 제공하도록 배치된 가변 조사 장치와, 관측되는 화면의 평균 방사 강도에 더 근접하여 대응하도록 가변 조사 장치로부터의 출력 방사 강도를 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 관측하에서 화면의 온도에 대응하도록 활성적으로 조절되는 기준 온도를 제공할 수 있으며 따라서 열 화상 및 감소된 화상 결함으로 절대 온도를 유도하는 장점이 있다.

가변 조사 장치는 바람직하게는 10 초 이하로 시간을 설정하여 일정한 상태 값의 10% 내로 플럭스 방사의 강도를 재조절하기 위해서 제어가능하다. 가변 조사 장치는 전기적으로 제어가능하며 일초 이하의 시간으로 설정하여 일정한 상태 값의 1%내로 플럭스 방사 강도를 재조절하는 것이 가능하다. 이러한 한계내의 동작은 가변 조사 장치가, 바람직한 실시예에서, 배경 방사 레벨에 대해서 포지티브 및 네거티브의 적외선 조사 방사를 제공하며 따라서 시스템 환경에 제한되지 않은 유효 기준 온도를 제공하기 위해서 전기적으로 바이어스되는 적외선 발광 다이오드(IRLED)인 반도체 장치일 때 제공될 수 있다. 이것은 IRLED에 의해서 공급된 기준 온도에 대해서 되도록 빠른 조절을 위한 기능을 제공한다. 화면 온도를 향한 기준 온도의 활성 콘버전스는 기준 소스를 새로운 온도에 조절하기위한 시간동안 부가된 매우 적은 제한을 갖는 단계수로 수행될 수 있다. 기준으로서 가열된 스트립 또는 열전기 쿨러를 이용하는 종래 기술의 이미저는 기준 온도가 조절됨에 따라서 허용되지 않는 긴 대기 시간을 갖는다.

적당한 IRLED가 카드뮴 머큐리 텔루라이드 또는 인듐 안티몬나이드에 기초한 물질로부터 조립될 수 있다.

스위칭 수단은 화면을 모니터링하는 간격사이에서 가변 조사 장치를 모니터링으로 검출 수단을 스위치하기 위해서 바람직하게 배치된다. 하나의 실시예에서, 스위칭 수단은, 관측하의 화면이 검출 수단상에 입사되는 제 1 구성과 가변 조사 장치로부터 방사가 검출 수단상에 입사되는 제 2 구성 사이에서 스위치가 가능하다. 이것은 검출기가 아이들인, 즉, 화면이나 기준을 모니터링하지 않는 시간이 두 개의 구성사이에서만 스위치되도록 취해지는 장점이 있다. 종래 기술의 이미저에 관련된 분리된 온도 기준은 화면 온도에 가장 근접한 기준 온도가 발견되며 그에 따라서 스위칭 시간이 증가됨에 따라서 다수의 구성 사이에서 스위칭되는 것을 요청한다.

스위칭 수단은 바람직하게는 스캐닝 기능을 갖는다. 이것은 화면의 기계적인 스캐닝 및 화면과 IRLED 관측 구성의 불연속 채택이 단지 하나의 성분 미러에 의해서 조립되는 장점을 갖는다. 따라서 전체 화상 처리 시스템은 더 이동이 가능하다. 스캐닝은 단일 미러 또는 더욱 일반적으로는 회전하는 "드럼"이 라인 스캐닝을 제어하며 평면 미러가 프레임 스캔을 제어하는 합성 미러를 이용하는 이차원이 될 수 있다.

본 발명의 열 화상 처리 시스템은 바이어스 전류를 가변 조사 장치에 공급하기 위해서 배치된 제어 수단을 포함한다. 제어 수단은 또한 본 시스템이 화면으로부터 조사 장치 관측으로 스위치될 때 평균 화면 온도와 유효 조사 장치 사이의 차이에 대응하는 신호를 발생하도록 배치된다. 이러한 신호에 응답하여 그것은 바이어스 전류를 조절하며 따라서 신호의 크기에 따라서 그리고 상기 온도 차이를 감소시키는 방향으로 조사 장치의 유효 온도를 조절한다. 이러한 방식으로 조사 장치의 출력의 활성 조절로서 그것이 평균 화면 온도에 대응하는 조절은 피드백에 의해서 자동으로 수행된다. 이것은 화면 온도의 수동 입력 또는 측정을 요구한다.

더욱 특별하게, 검출 수단은 캐패시터에 출력 신호를 공급하도록 조절될 수 있으며 따라서 dc 성분을 저장하기 위해서 배치된다. 제어 수단은 바람직하게는 바아어스 전류를 가변 조사 장치에 공급하기 위해서 배치된 제어 회로와, 입력 전류를 적분하기 위해 배치된 적분기와 저장된 dc 성분 변화로서 캐패시터로부터 흐르는 적분기 전하로 향하도록 배치된 제 2 스위칭 수단을 포함한다. 이러한 실시예에서 화상 처리 시스템이 화면 관측으로부터 조사 장치로 변화될 때 스위칭 수단은 평균 화면 온도와 유효 IRLED 온도 사이의 차이에 대응하는 제어 회로에 신호를 제공한다. 더욱이 제어 회로는 각각이 화면으로부터 조사 장치 관측으로 변화된후 적외선 조사 장치를 통해서 전류를 조절하도록 배치될 수 있다. 이것은 비용을 절약하기 위해서 수행될 수 있는 조사 장치 방사를 조절하기 위해서 필요한 피드백을 실현하기 위한 수단을 제공한다.

또다른 실시예에서, 화상 처리 시스템은, 화상에 복원된 절대 온도를 제공하기 위해서 가변 조사 장치로부터 적외선 방사에 의해서 제공된 온도 레벨상에 중첩된 측정된 화면의 온도 변동을 표시하기 위해서 배치된 디스플레이 수단을 포함한다. 이것은 열 화상의 변환을 용이하게 한다.

또다른 특징에서 본 발명은 스캐닝 열 화상 처리 시스템을 위한 기준 온도를 발생하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이러한 방법은 다음의 단계;

(a) 전기 제어 가능한 가변 조사 장치로부터 적외선 방사의 기준 강도로 검출 수단을 조사하는 단계;

(b) 화면 관측 및 기준 신호 관측 상태 사이에서 스위칭하며 따라서 관측하에서 화면에 의해서 방출된 평균 적외선 방사 강도와 가변 조사 장치에 의해서 방출된 것 사이의 차이에 대응하는 차이 신호를 발생하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 발생된 차이 신호를 감소시키기 위해서 가변 조사 장치를 통해서 전류를 조절하며 따라서 기준 강도를 측정하에서 화면으로부터 평균 적외선 방출 레벨의 기준에 더 근접하여 대응하게 하는 단계;

(d) 가변 조사 장치에 의해서 제공된 절대 기준 레벨상에서 온도의 화면 변동을 중첩하므로서 측정된 화면의 열 화상을 재구성하는 단계를 포함하며,

여기서 발생된 기준 온도는 측정되는 화면의 평균 온도를 향하여 동적으로 수렴되며 절대 온도는 화면의 열 화상으로 복원된다. 더욱이 단계 (b) 및 (c)는 가변 조사 장치로부터 적외선 방사 강도가 피드백 메카니즘을 통해서 측정된 화면으로부터 평균 방사 강도에 접근한다.

본 발명의 방법은 화면의 열 화상에 절대 온도를 복원하며 드롭,언더슈트 및 채널 불균일성에 의해서 발생된 일부 화상 결함에 반작용하는 장점을 제공한다. 이에 더해서 빠르며, 본 발명의 방법은 이동이 가능한 이미저에서 수행하게 한다.

본 발명을 더 완전하게 이해할 수 있도록, 그 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 10으로 표시된 열 화상 처리 시스템의 평면도가 되시된다. 시스템(10)은, 예를들면, 레이(12,14) 및 두꺼운 화살표(16,18)로 표시된 적외선(IR) 방사를 적외선 광도체 검출기(D1)로 집속하는 대물 렌즈(L1)를 채용한다. 미러 시스템(M1)은 극단(O1,O2)(회색 색상으로 표시됨)에 의해서 도면의 평면내에 규정된, 측정 위치의 범위를 통해서 스캔되거나 또는 불연속적으로 교정 위치(C)(흑색)으로 이동된다. 미러(M1)에 의해서 수행된 스캐닝은 이것 또는 합성 미러 시스템이 도면에 도시되지 않는다 할지라도, 이차원이다. 화상 처리되는 화면의 선형 표시는 22로 표시되며 두 개의 극단 영역은 24,26으로 표시된다. 적외선 발광 다이오드(IRLED)(28)는 펠티어 쿨러/히터 장치(30)상에 장착된다. 미러(M1)가 교정 위치(C)에 있을 때 IRLED(28)에 의해 방출된 IR 방사는 이러한 미러로부터 반사되며 레이 경로(32,34)에 의해서 도시된바와같이 검출기(D1)에 도달한다. 검출기(D1)는 전자 처리 회로(35)에 접속된다. 컴퓨터(36)는 회로로부터 수신된 정보를 처리하며 정보를 디스플레이 장치(38)에 전달한다. 이것은 종래의 적외선 화상 처리 수단이며 더 이상 설명되지 않는다. 박스로된 영역(80)내의 시스템 성분은 도 4에 더 상세히 기술된다.

도 2는 일련의 스캔 라인으로 이차원 화면(22)을 구분하는 것을 도시한다. 그것은 도 1의 광 시스템의 중심축을 따라서 절취된 면으로서 미러(M1)을 통해서 화면(22)으로 검출기(D1)의 투사를 표시한다. 도 1의 극단 영역(24,26)은 사실상 화면(22)의 수평 극단에 대응하는 라인이다. 시간상에서 특별한 경우에 도 1의 열 이미저(10)는 단일 화소 영역(40)을 화상 처리한다. 스캔 라인은 수평 라인(42,44 및 46,48)에 의해서 표시된다. 제 2 단일 화소 영역(50)은 전체 영역(S1)이 화상 처리되기 위해서 연속되는 스캔 라인에서 화소를 오버랩하는 것을 도시한다.

도 3은 이미저(10)의 동작을 표시한다. 화소(60)는 어떠 특정 시점에서 화상 처리되는 화면의 부분과 일치한다. 화살표(66)는 이미저(10)의 스캐닝 방향을 표시한다. 두 개의 화면이 이러한 도면에 도시되어 있다. 온도 T1의 열 기준 소스(62), 평균 온도 T3의 관측하에서 화면. 상기 도시된 영역은 각 소스를 측정하는데 소비된 시간의 비례를 표시한다.

도 4는 전자 처리 시스템(80)과 함께 검출기(D1)을 더 상세히 도시한다. 검출기(D1)으로 부터의 출력은 결합 캐패시터(C1) 및 저항(R1)을 포함하는 RC 회로에 대한 입력이다. 이러한 회로로 부터의 출력은 증폭기(82)로 전달되며 디스플레이 장치(38)을 위해서 적당한 형태로 화상을 재구성하는 컴퓨터 시스템(36)에 전달된다. 제 2 저항(R2)은 R1 보다 훨씬 더 작은 저항을 갖으며 따라서 스위치(84)가 닫힐 때 캐피시터(C1)은 R2를 통해서 방전된다. R2와 결합된 모니터(86)는 캐패시터가 방전됨에 따라서 R2를 통해서 흐르는 전류를 모으는 기능을 수행한다. 제어 회로(88)는 모니터(86)로부터 수신되는 신호 강도에 응답하여 IRLED(28)를 통해서 흐르는 전류를 조절한다. 동작시에, 검출기(D1) 출력 신호는 C1 및 R1 또는 R2 사이의 점(90)의 전압을 상승시키며, 이는 후술된다.

도 5는 특정한 입력 전압을 예시하며 RC 회로의 저항의 출력 전압에 대응하는 두 개의 그래프(102,103)를 도시한다. 강도 Vin 및 지속 시간 τ의 스텝 함수 입력은 라인(104)에 의해서 표시된다. 최대 값 Vout을 갖는 출력 전압은 라인(106)에 의해서 표시된다. 드롭 및 언더슈트의 현상은 108 및 110으로 표시된 라인(6)의 부분에 의해서 예시된다.

도 6은 스위치(84)가 영구적으로 개방되며 이미저(10)가 시간 t_ref에 대한 기준 온도 T를 보여주며 시간 t_scan에 대한 평균 온도 Ts에서 화면을 스캔할 때 도 4의 점(90)의 전압 동작을 도식적으로 도시한다. 90(y-축)에서 출력 전압의 형태는 시간(x-축)에 대해서 구획된다. Ts>T1이라고 가정하면, 전압 곡선은 일반적으로 120으로 표시된다. 각각의 출력 스텝(122,124)은 디케잉 스텝 출력(도 5의 108)에서 중첩된 화면내의 온도차의 결과이다.

도 7은 스위치(64)가 후술되드시 동작하며 이미저(10)가 시간 t_ref에 대한 기준 소스 온도 T를 보여주며 시간 t_scan에 대한 평균 온도 Ts에서 화면을 스캔할 때 90의 전압 동작을 도식적으로 도시한다. 스위치(84)는 이미저가 화면을 스캔하는 동안에 시간 t_scan에 대해서 개방되며 기준 온도가 관측될 때 시간 t_ref에 대해서 닫힌다. 연속되는 스캔 라인(140,144,148)은 이것이 평균 온도 Ts에서 스캔으로부터 방출되는 것에 응답할 때 까지 IRLED(28)의 IR 방사가 증가함에 따라서 더 작은 전압 불연속(142,146)에 전달된다.

본 발명의 동작 모드는 이하 더 상세히 기술된다.

도 1을 다시 참조하여, 화면(22)내에서 위치(24)로부터 방출되는 적외선 방사는 위치(O1)에서 미러(M1)에 의해서 선택되며 화살표(16) 및 레이(12,34)에 의해서 표시된 경로를 통해서 집속된다. 유사하게, 화면(22)의 반대 극단(26)으로부터 나오는 적외선 방사는 미러(M1)가 화살표(18) 및 레이(14,34)에 의해서 표시된 경로를 통해서 위치(O2)에 놓일 때 검출기(D1)으로 집속된다. 동작시에, 미러(M1)는 범위(O1 내지 O2)를 횡단하며 이것은 렌즈(L1)에 의해서 적외선 검출기(D1)로 집속되는 화면내의 24 및 26 사이의 모든 위치로부터 나오는 방사를 가능하게 한다. 이와같이, 기준으로서 화면을 취할 때, 이미저(10)는 위치(24,26)사이의 화면(22)을 스캔한다.

스캐닝 처리는 도 2에서 더 완전하게 예시된다. 이차원 화면의 커버리지는 상기 영역을 일련의 스캔 라인으로 분할하므로서 수행된다. 화상 처리는 수직 방향으로 연속되지 않지만 중첩되는 스캔 수단의 각 점의 화상 처리된 영역의 한정된 크기는 40 및 50과 같은 수직으로 배치된 화소사이에서 배치될 수 있다. 이러한 영역 브레이크다운을 수행하기 위해서 미러 시스템(M1)(도시되지 않음)은 위치(46)로 빠르게 리셋트하므로서 빠른 리셋트가 따르는 위치(44)로 수평 스캔을 발생하기 위해서 배치된다. 이러한 모드는 반복되며 제 2 스캔 라인은 46으로부터 위치(48)로 연장된다. 빠른 리셋트는 IR 방사를 화면 에지(24) 하부의 위치로부터 검출기(D1)으로 유도하며 전체 스캐닝 처리는 영역(S1)이 검출기(D1)으로 화상 처리될 때 까지 반복된다.

방사 평형의 상태에서, IRLED(28)는 주변으로 흡수하는 방사선을 방사한다. 그러나, 이러한 평형 상태는 전기 전류를 인가하므로서 분배된다. 그러한 상태에서 IRLED(28)는 넷트 방사기(포지티브하게 조사함)가 되거나 또는 IR 방사의 네트 흡수기(네거티브하게 조사함)가 될 수 있다. 네거티브 조사는 공지된 현상이며 더 이상의 설명을 생략한다(피. 베르달 등의 적외선 물리 29(2-4) 667면(1989년) 참조). 동작 모드는 IRLED가 순방향으로 바이어스 되어 있는지 역방향으로 바이어스되어 있는지에 따라서 좌우된다. 방출된 IR 방사선의 강도는 바이어스 전류 크기에 의존한다. 바이어스 전류의 특정 값 및 방향에 대해서 IRLED(28)는 특정한 온도 t_ref에서 흑체에 의해 방출되는 것과 같은 강도를 갖는 IR 방사선을 방출한다. IRLED(28)가 전방향으로 바이어스되면 t_ref는 주변 온도보다 더 높으며 IRLED(28)가 역방향으로 바이어스되면 t_ref는 주변보다 더 낮다. IRLED(28)을 통한 전류가 증가되면 방사된 플럭스는 전방향 바이어싱의 경우에 더 온도가 높은 바디에 의해서 그리고 역방향 바이어싱의 경우에 더 낮은 바디에 의해서 방출된 것과 같게된다. IRLED(28)는 측정되어 흐르는 전류의 특정 값과 IRLED에 의해서 방사된 그리고 흡수된 IR 방사선의 강도를 바이어싱 한다는 의미에 대해서 흑체 온도 등가물이 공지된다. 펠티어 장치(30)는 IR 방사가 측정되는 온도로 IRLED(28)의 온도를 안정되게 유지한다. IRLED(28)는 측정 프로세스를 더 복잡하게 할지라도 펠티어 장치(30)에 대한 필요를 없애는 이미저가 동작하도록 예상되는 온도 범위에서 측정된다.

스캐닝 열 이미저에서 일반적이드시, 검출기는 ac 결합되며, 즉, 전치 검출기 전자장치가 스캔이 진행됨에 따라서 측정된 온도에서 변화에 응답하며 증폭시킨다. 이러한 콘트라스트만의 화상은 획득되는 해상도를 개선하지만 절대 화면 온도를 잃는다. 화상에 대한 어떤 절대 온도 기준을 복원하기 위해서 기준 신호는 스캔하는 동안의 기간에 검출기로 주어진다. 도 1은 미러(M1)가 위치(C)에 있을 때 화상 처리 시스템(10)이 IRLED(28)에 의해서 제공된 기준 신호를 측정하는 방법을 도시한다. 도 3은 이미저가 그 필드 오브 뷰 화소(60)를 통해서, 열 기준 소스(62)를 측정하며 관심 화면(64)의 액티브 스캔을 수행하는 순서를 도시한다. 열 기준 소스는 온도 T1에서 일정한 강도를 갖는 IRLED(28) 방출 IR 방사이며 관심 화면은 그것이 이미저(10)에 의해서 측정되는 이러한 점에 대해서 온도 변동이라 할지라도 평균 온도 Ts를 갖는다.

도 4는 검출기 소자(D1)으로부터 출력된 신호를 처리하는 것을 도시한다. ac 결합은, 검출기(D1)으로부터 출력 전압의 저주파 성분을 감쇄하는 고역 필터를 형성하는 캐패시터(C1) 및 저항(R1)에 의해서 제공된다. 이러한 신호의 고주파 성분(화면에서 화소대 화소 온도차에 대응하는 성분)은 증폭기(82)로 통과하며 그후 디스플레이(38)에 대한 적당한 형태로 화상을 재구성하는 컴퓨터 시스템(36)으로 통과된다. 스위치(84)는 이미저(10)가 열 화면을 스캐닝하는 동안에 개방되며 IRLED(28)로부터 기준 신호가 관측될 때 닫힌다. 저항(R2)는 저항(R1) 보다 훨씬 더 작은 저항을 갖으며 스위치(84)가 닫힐 때 R2를 통하는 전류는 적분기(86)에 의해서 적분 및 유지된다. 캐패시터(C1)이 평균 화면 온도와 일치하는 레벨로부터 IRLED(28)의 유효 온도와 일치하는 레벨로 방전(또는 변화)할 때 화면의 액티브 스캐닝으로부터 기준 신호의 관측으로 시스템이 스위치됨에 따라서 전류의 흐름이 발생된다. IRLED(28)에 의해서 발생된 IR 플럭스가 온도 T1의 흑체에 의해서 방출된 것과 대응하며 화면의 평균 온도가 Ts일 때 적분된 전류는 화면으로 부터의 평균 열 플럭스와 Ts-T1인 기준 다이오드로부터의 플러스 사이의 차이의 값이다. 제어 회로(88)는 이러한 차이를 최소화하기 위해서 IRLED(28)를 통해서 흐르는 전류를 조절한다. 적분기(86)는 신호를 회로(88)로 전달하는데 그 크기는 두 개의 온도가 다른 정도에 비례하며 그 부호는 T1에서 차이가 Ts에서 화면보다 더 높거나 더 낮은지 여부를 표시한다. 제어 회로(88)는 먼저 IRLED(28)을 통한 전류를 조절하며 필요하면 바이어싱 방향을 조절하는데 이는 기준 온도가 평균 화면 온도와 같게 될 수 있도록 하기 위해서이다. 따라서 IRLED(28)의 포지티브 및 네거티브 조사 기능이 이용되며 소스 및 평균 화면은 화면이 이미저의 주변 온도보다 더 높거나 낮은지에 관계없이 평준화될 수 있다.

도 5는 RC 회로의 응답(103)을 예시하는 그래프를 스텝 함수 입력 전압(102)에 제공한다. 이상적으로 0로부터 Vin으로 입력 전압 스텝은 시간 τ에서 일정하게 유지되며 라인(104)에 의해서 도시된 바와같이 갑자기 0로 강하한다. 도 4에서, 저항(R1)상에서 측정된 바와같이, 출력 전압은 Vin에 대한 입력 스텝에 응답하여 최대 값 Vout에 급하게 상승하며, 캐패시터(C1)(도 4에서)가 입력 전압이 일정하게 유지되는 시간 τ 동안 시정수 R1C1으로 방전되며 Vout에 의해서 0 이하의 값으로 강하된다. 출력 전압의 동작은 라인(106)에 의해서 표시된다. 라인(16)의 일부는, 시정수(R1C1)을 갖는 전압이 강하됨에 따라서 드롭으로 공지되며 출력 전압이 제로(110)이하인 주기는 언더슈트로 공지된다. 드롭 및 언더슈트는 열 화상을 열화시킨다. 드롭은 시정수 R1C1을 증가시킴에 따라서 감소될 수 있지만 이것은 언더슈트의 길이를 증가시킨다. 이러한 실시예에서 시정수 R1C1은 드롭을 최소화하기 위해서 화면의 라인을 스캔하기 위해서 취해진 시간과 비교해서 길다.

C1 과 R1 또는 R2 사이의 도 4에 도시된 점(90)을 고려해 볼 수 있다. 스위치(84)가 개방으로 유지되며 이미저가 시간 t_ref동안 기준 온도 T1을 관측하며 시간 t_scan동안 평균 온도 Ts에서 화면을 스캔하면 점(90)의 전압은 도 6에 도시된 바와같이 변동된다. 이러한 도면은 시간(x-축)에 대해서 점(90)에서 관측된 검출기(D1)로부터 출력 전압(y-축)의 도식적 표시이다. Ts>T1이라고 가정하면, 120으로 표시된 전압 곡선은 다음과 같이 설명된다. 이미저(10)가 기준 온도 T1을 관측함에 따라, 검출기(D1)의 출력 전압에서 변동이 없으며 RC 회로 입력의 ac 성분이 없다. 점(90)의 전압은 시간 t_ref이다. 이미저가 화면 스캐닝을 시작함에 따라서 온도 변화 Ts-T1에 대응하는 RC 회로 입력 전압에서 불연속이 있다. 스캔이 화면상에서 진행됨에 따라서, 화면내의 온도 차이는 122에 도시된 바와같이 디케잉 스텝 출력(도 5의 108)상에서 중첩되어 표시된다. 스캔 라인의 단부에서, 이미저는 다시 기준 IRLED(28)를 측정하며 온도 변화 T1-Ts에 대응하는 입력 전압에서 또다른 불연속이 있다. 90의 전압은 이미저가 제 2 스캔 라인(124)를 시작할 때 까지 시간 t_ref동안 0 이하로 떨어진다.

스위치(84)가 다음과 같이 동작되면 IRLED(28)로 부터의 IR 방사 강도는 피드백 메카니즘을 통해서 제어된다. 도 7은 도 6에서와 같은 방식으로 90의 전압을 도식적으로 도시한다. 그러나 이 경우에 IRLED(28)로부터 IR 방사와 화면으로부터 방사된 것의 평균 레벨을 이퀄라이즈하기 위해서 작용하는 피드백의 효과가 포함된다. 제 1 스캔 라인(140) 동안에 스위치(84)는 개방되어 유지된다. 이러한 스캔 라인을 완성하여 스위치는 닫히며 전류는 전압을 90에서 0로 감소시키기 위해서 저항 R2를 통해서 흐른다. 흐르는 적분된 전류(또는 전하)는 드롭을 통해서 일부 손실보다 차이 Ts-T1 값이다. 이러한 신호는 기준 온도가 T1에서 T1'으로 증가되는 방식으로 IRLED(28)를 통해서 전류를 조절하기 위해 제어 회로(88)에 의해서 사용된다. 다음 스캔 라인(144)후에 온도차 및 90에서 전압 강하는 드롭을 통한 손실된 전하로 인한 것보다 작은 Ts-T1'으로 감소되었다. 이러한 처리는 IRLED(28)에 의해 제공된 기준 온도가 측정(148)하에서 화면의 평균 온도와 같을 때 까지 계속된다. 드롭에 의해서 측정된 전압 강하로 유도된 에러는 도 7에서 연속되는 화면(140,144,148)로부터 보여질 수 있다.

컴퓨터(36)는 검출기(D1)으로부터의 신호를 처리하는 전자 장치(35)로부터 출력되는 화면 온도에서 변동을 설명하는 정보를 수신한다. 그것은 또한 동일 소스로부터 IRLED(28)로 입력된 바이어스 전류에 대한 정보를 수신한다. 디스플레이는 IRLED 기준에 의해서 제공된 절대 온도상에서 중첩된 화면 변동을 제공하기 위해서 배치되며 상기 기준은, IRLED(28)의 성능이 측정되므로, 바이어스 전류를 알므로서 추론된다. IRLED(28)에 의해서 방출된 기준 IR 플럭스와 화면(22)에 의해서 방출된 편균 레벨 사이의 차이가 최소화되었을 때 화면의 절대 온도는 측정하에서 화면의 온도에 관계없는 열 화상으로 복원디며 드롭 및 언더슈트로부터 야기되는 화상 결함은 감소된다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 것이다. 도면은 그 결합된 전자 처리 회로(80)와 함께, 검출기 어레이(도시되지 않음)의 한 성분으로서 검출기(D1)를 개략적으로 예시한다. 각각의 검출기 타입(D1)은 결합 캐패시터(C1) 저항(R1)을 포함하는 RC 회로에 접속된다. 이러한 회로로 부터의 출력은 증폭기(82)에 대한 입력이다. 컴퓨터(94)는 이러한 증폭기(82)로부터 신호를 수신하며 또한 다수의 다른 증폭기(도시되지 않음)로부터 (화살표 93으로 표시된 바와같이) 수신되며 그 각각은 도시된 것과 일치하는 어레이 및 회로의 각 검출 소자에 접속된다. 컴퓨터(94)로부터 출력된 신호는 단일 디스플레이 장치(38)로 통과된다. 제 2 저항(R2)은 R1 보다 훨씬 더 작은 저항을 갖으며 따라서 스위치(84)가 닫힐 때 캐패시터(C1)가 R2를 통해서 방전된다. R2를 통해서 흐르는 전류는 적분기(86)에 의해서 적분 및 유지된다. 합산 회로(92)는 86과 동일한 방식으로 기능을 발휘하는 여러 적분기로부터 수신된 신호를 편균하며 제어 회로(88)로 결과적인 정보를 통과시킨다. 제어 회로(88)는 합산 회로(92)로부터 수신되는 신호의 강도에 응답하여 IRLED(28)을 통해서 흐르는 전류를 조절한다.

이러한 실시예에서 스캐닝 메카니즘(도시되지 않음)은 관심 화면(도시되지 않음)으로부터 타입(D1)의 검출기 어레이로 적외선 방출을 유도한다. 동일 번호의 소자는 도 4와 같은 기능을 수행한다. 그러나 검출기 어레이로부터 열 화상을 재구성하기 위해서 컴퓨터(94)는 이러한 증폭기(82)로부터 신호를 처리하며 또한 각각 어레이의 소자를 검출하는 것에 도시된 예에서 접속되는 다른 증폭기로부터 처리된다. 다른 검출기로 부터의 신호는 컴퓨터(94)에 의해서 통합되는데 여기서 단일 디스플레이 장치(38)로 적당히 통과된다. 단일 합산 회로(92)는 86과 같은 모든 적분기로부터 신호를 수신하며 이는 D1과 같은 단일 검출기 소자와 결합되는 것이다. 일치하는 스캔 라인을 완성할 때 발생하는 신호는 제어 회로(88)로 통과되기 전에 합산 회로(92)에 의해서 평균된다. 각각의 신호는 샘플된 화면의 일부의 평균 온도와 IRLED 기준 소스의 온도 사이의 차이에 대응한다. IRLED(28)를 통하는 전류는 어레이내의 모든 검출기상의 평균 측정된 온도 차이를 최소화하기 위해서 조절된다.

본 발명의 또다른 실시예에서 디지털 처리는 IRLED 강도 조절에 대한 피드백을 제공하기 위해서 사용된다. 화면 정보는 계수화된다. 즉, 각각의 검출기(D1)으로부터의 출력은 증폭기 및 멀티플렉서를 통해서 아날로그/디지탈(A/D) 변화기에 ac 결합된다. A/D 변환기로 부터의 출력은 프레인 스토어로 이동된다. 이미저가 기준 IRLED(28)를 측정할 때 전압 출력은 화면 라인을 따라서 저장된 전압 출력으로부터 감산된다. 이것은 화면을 볼 때 검출기로부터 출력된 평균 출력이 IRLED를 볼 때의 출력과 같아지도록 IRLED를 통한 전류가 조절되는 정도까지 측정한다. 이러한 실시예는 더 많은 융통성을 제공하여 전체 영역으로부터 평균 방사보다 화면의 일부에만 IRLED 출력을 매칭하는 것이 가능하다.

본 발명을 실시하므로서 다음과 같은 효과를 얻을수 있다. 즉, 시스템(10)이 화면과 다이오드 측정 사이에서 스위치될 때 발생된 신호는 평균 화면 온도와 다이오드 유효 온도 사이의 차이의 값이다. 이러한 디지털에 응답하여, 제어 수단은 온도 차이를 감소시키기 위해서 다이오드(28)를 통한 바이어스 전류를 조절한다. 기준 온도는 이러한 처리가 반복됨에 따라서 평균 화면 온도로 수렴한다. 절대 온도는 이처럼 복원되며 일부 화상의 결함은 제거된다.

Claims (18)

1. 검출 수단(D1)상으로 관측된 화면을 스캐닝하는 스캐닝 메카니즘을 통합하는 열 화상 처리 시스템(10)에 있어서, 기준 레벨로 상기 검출 수단(D1)의 조사를 제공하는 가변 조사 장치(28) 및, 상기 가변 조사 장치로부터 출력 방사 강도를 조절하기 위한 수단을 포함하여 관측되는 화면의 평균 방사 강도에 더 근접하여 대응하는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 가변 조사 장치(28)는 10 초 이하로 시간을 설정하여 정상 상태 값의 10% 내로 플럭스 방사의 강도를 재조절하도록 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화면을 모니터링하는 것과 가변 조사 장치(28)를 모니터링하는 것 사이에서 검출 수단(D1)를 스위칭하는 스위칭 수단을 포함하며, 장치의 모니터링은 화면 모니터링 간격 사이에서 발생되는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은, 관측되는 화면으로부터의 방사가 검출 수단(D1)상에 입사되는 제 1 구성과, 가변 조사 장치(28)로부터의 방사가 검출 수단상에 입사되는 제 2 구성 사이에서 스위칭 가능한 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 구성의 상기 스위칭 수단은 스캐닝 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스캐닝 기능은 이차원인 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 조사 장치(28)는 전기적으로 제어가능하며, 일초 이하의 설정 시간에서 정상 상태 값의 1% 내에서 플럭스 방사의 강도를 재조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 가변 조사 장치(28)는 적어도 하나의 포지티브 및 네거티브 조사를 제공하는 반도체 장치인 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 가변 조사 장치(28)는 포지티브 및 네거티브의 적외선 조사 방사를 제공하며 따라서 시스템 환경에 제한되지 않은 유효 기준 온도를 제공하도록 전기적으로 바이어스되는 적외선 발광 다이오드(IRLED)인 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
10. 제 7 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 처리 시스템(10)은 화면을 모니터링하는 것과 IRLED(28)를 모니터링하는 것 사이에서 주기적으로 검출 수단(D1)를 스위칭하는 스위칭 수단을 포함하며, 바이어스 전류를 상기 가변 조사 장치(28)에 공급하는 제어 수단을 또한 포함하며, 제어 수단은, 시스템이 화면으로부터 조사 장치 관측으로 스위칭될 때 평균 화면 온도와 유효 조사 장치 온도 사이의 차이에 해당하는 신호를 발생하며, 상기 바이어스 전류를 조절하고 따라서 상기 신호의 크기에 따라 상기 온도 차이를 감소시키는 방향으로 상기 조사 장치의 유효 온도를 조절함으로써 상기 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 검출 수단(D1)는 dc 성분을 저장하는 캐패시터(C1)에 출력 신호를 공급하며, 상기 제어 수단은 가변 조사 장치(28)에 바이어스 전류를 공급하는 제어 회로(88), 입력 전류를 적분하는 적분기(86) 및, 저장된 dc 성분이 변화됨에 따라서 캐패시터(C1)로부터 흐르는 전하를 적분기(86)를 향하게 하는 제 2 스위칭 수단(84)을 포함하며, 스위칭 수단(84)은 화상 처리 시스템(10)이 화면 관측으로부터 조사 장치 관측으로 스위칭될 때 동작하여 평균 화면 온도와 유효 조사 장치 온도 사이의 차이에 대응하는 신호를 상기 제어 회로(88)에 제공하는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어 회로(88)는, 화면으로부터 조사 장치 관측으로의 각각의 스위칭 후에 상기 가변 조사 장치(28)를 통하는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 복원된 절대 온도를 갖는 화상을 제공하기 위해서 상기 가변 조사 장치(28)로부터 적외선 방사에 의해서 제공된 온도 레벨상에 중첩된 관측된 화면의 ac 온도 변동을 표시하는 디스플레이 수단(38)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
14. 제 1 항 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 조사 장치(28)는 카드뮴 머큐리 텔루라이드(cadmium mercury telluride) 또는 인듐 안티모나이드(indium antimonide)에 기초한 물질의 적외선 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 열 화상 처리 시스템.
15. 스캐닝 열 화상 처리 시스템(10)을 위한 기준 온도(T₁)를 발생시키는 방법에 있어서,

    (a) 전기 제어 가능한 가변 조사 장치(28)로부터 적외선 방사의 기준 강도로 검출 수단(D1)를 조사하는 단계;

    (b) 화면 관측 상태와 기준 신호 관측 상태 사이에서 스위칭하여, 관측되는 화면에 의해서 방출된 평균 적외선 방사 강도와 가변 조사 장치에 의해서 방출된 평균 적외선 방사 강도 사이의 차이에 대응하는 차이 신호를 발생하는 단계;

    (c) 상기 가변 조사 장치(28)를 통하는 전류를 조절하여 단계 (b)에서 발생된 차이 신호를 감소시킴으로써 기준 강도를 관측되는 화면으로부터의 평균 적외선 방출 레벨의 강도에 더 근접하여 대응하게 하는 단계;

    (d) 상기 가변 조사 장치에 의해서 제공된 절대 기준 레벨상에 온도의 화면 변동을 중첩함으로써 관측된 화면의 열 화상을 재구성하는 단계를 포함하며,

    발생된 기준 온도는 관측되는 화면의 평균 온도를 향하여 동적으로 수렴되며 절대 온도는 화면의 열 화상으로 복원되는 것을 특징으로 하는 기준 온도 발생 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 단계 (b) 및 (c)는, 상기 가변 조사 장치(28)로부터의 적외선 방사 강도가 피드백 메카니즘을 통해서 관측된 화면으로부터의 평균 방사 강도에 접근하도록 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 기준 온도 발생 방법.
17. 제 15 항 또는 16 항에 있어서, 상기 가변 조사 장치(28)는 포지티브 및 네거티브 적외선 조사를 제공하도록 전기적으로 바이어스될 수 있는 적외선 발광 다이오드(IRLED)인 것을 특징으로 하는 기준 온도 발생 방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 가변 조사 장치(28)는 카드뮴 머큐리 텔루라이드 또는 인듐 안티모나이드에 기초한 물질의 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 기준 온도 발생 방법.