KR20000044341A - Infra red thermal image apparatus including 2d arrangement detection part - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적외선 열영상 장치에 관한 것으로, 특히 2차원배열 검출부를 구비한 적외선 열영상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared thermal imaging apparatus, and more particularly, to an infrared thermal imaging apparatus having a two-dimensional array detection unit.
일반적인 적외선 열영상 장치의 동작은 영상화시키기 위한 물체로부터 열에 따른 상을 감지하고 그 열 상을 수직주사와 수평주사하여 열 상을 전기적인 아날로그 신호로 변환시키기 위해 검출부에 인가한다. 상기 검출부에서 검출된 전기적인 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환하여 영상 출력을 위한 신호로 처리된 후 다시 아날로그 신호로 처리되어 영상 출력된다. 적외선 열영상 장치는 영상 출력이 일반 텔레비젼 화면과 같은 RS170형태이기 때문에 유효 수직라인은 480이상 수평화소는 600이상이 되어야 통상적으로 보는데 지장이 없다. 일반적인 전하 결합 소자(CCD:Charge Couple Device)카메라와 같이 검출부의 화소수가 수직/수평이 480×600이상의 수량이 되면 별도의 주사장치 없이 화면을 재생할 수 있다. 그러나 열을 감지하는 검출부는 수직 라인이 약 8∼120라인 정도이며 수평으로 1∼8정도의 화소수만 갖는 부품밖에 없기 때문에 화면 프레임(Frame) 재생 시간 이내에 수직으로 주사를 하고 수평으로 주사를 해야만 원하는 영상 출력을 얻을 수 있다. 일반 검출부 화소수인 480∼600으로 화면을 재생하기 위해서 120∼8의 수직/수평 화소라인을 화면 재생 시간이내에 수직으로 1회 주사 시에 수평으로 60회 주사하고, 이와 같은 주사 방식을 사용하여 수직으로 4회주사를 반복해야 원하는 영상 출력을 얻을 수 있다. 즉 물체에 대한 열 상을 감지하여 그 열 상을 수직 주사기가 텔레비젼 화면에 맞는 주사를 해야하고 수직 주사와 동기가 맞게 수평 주사를 하여 검출부는 매 주사 시마다 신호를 받아들여 순차적으로 저장하여 텔레비젼 영상과 같은 신호를 만들어 내게 된다.The operation of a general infrared thermal imaging apparatus detects an image according to a heat from an object to be imaged and applies the detection unit to convert the thermal image into an electrical analog signal by horizontally scanning the thermal image with a vertical scan. The electrical analog signal detected by the detector is converted into a digital signal, processed into a signal for image output, and then processed into an analog signal and outputted as an image. Infrared thermal imaging device has the same type of video output as RS170, so the effective vertical line should be 480 or more and horizontal pixels should be 600 or more. Similar to a Charge Couple Device (CCD) camera, when the number of pixels in the detection unit is greater than or equal to 480 × 600, the screen can be reproduced without a separate scanning device. However, since the heat detecting unit has only about 8 to 120 lines of vertical lines and only parts having 1 to 8 pixels horizontally, it is necessary to scan vertically and horizontally within the frame frame playback time. You can get video output. In order to reproduce the screen with 480 to 600, the number of pixels of the general detection unit, 120 to 8 vertical / horizontal pixel lines are scanned 60 times horizontally in one vertical scan within the screen reproduction time. If you repeat the scan 4 times, you can get the desired video output. In other words, the thermal image of the object is detected, and the vertical syringe has to scan the TV screen and the horizontal image is scanned in synchronization with the vertical scan. The detector receives signals from each scan and stores them sequentially, Will produce the same signal.
따라서 상기한 바와 같이 종래의 적외선 열영상 장치는 주사 시간을 화면 프레임 시간에 맞추기 위해 고속으로 수평 및 수직주사하는 것이 필요한데 이에 따라 시스템의 크기가 커지며 전력소모도 많아 지는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 본원 출원인에 의해 "적외선 영상장치"라는 제목으로 1997년 09월 22일에 출원된 국내특허출원 96-48055호 명세서에는 수직라인을 커버할 수 있는 검출부를 구비하여 수평주사만으로도 영상재생이 가능하도록 한 적외선 열영상 장치에 대해 개시되어 있습니다.Therefore, as described above, the conventional infrared thermal imaging apparatus needs to scan horizontally and vertically at high speed in order to adjust the scanning time to the screen frame time, thereby increasing the size of the system and increasing power consumption. To solve this problem, Korean patent application No. 96-48055 filed on September 22, 1997, entitled "Infrared Imaging Device" by the applicant of the present application, has a detection unit that can cover a vertical line, and reproduces the image using only horizontal scanning. This is disclosed for one infrared thermal imaging device.
그러나 상기 본원 출원인에 의해 기출원된 "적외선 영상장치"는 수직라인을 모두 커버할 수 있는 검출부를 구비하여 종래 적외선 열영상 장치에서 수직주사를 위해 구비되던 수직 주사기를 제거함으로써 적외선 열영상 장치의 구성을 다소간 간단히 하였으나, 여전히 수평주사를 고속으로 실시하여야 하기 때문에 시스템의 크기 및 전력소모는 크게 감소되지 않는 문제점이 남아 있었다.However, the "infrared imaging apparatus" previously filed by the present applicant has a detection unit that can cover all the vertical lines to remove the vertical syringe provided for vertical scanning in the conventional infrared thermal imaging apparatus to configure the infrared thermal imaging apparatus Slightly simplified, but the size and power consumption of the system was not significantly reduced because the horizontal scanning still needs to be performed at a high speed.
상술한 바와 같이 종래 적외선 열영상장치는 여전히 수평주사를 실시하여야 함으로 인해 시스템의 크기 및 전력소모는 크게 감소되지 않는 문제점이 있었다.As described above, the conventional infrared thermal imaging apparatus still needs to perform horizontal scanning, which causes a problem that the size and power consumption of the system are not greatly reduced.
따라서 본 발명의 목적은 수직/수평주사를 실시하지 않고도 영상을 재현할 수 있도록 하여 시스템의 크기와 전력소모를 크게 줄일 수 있는 적외선 열영상 장치를 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an infrared thermal imaging apparatus capable of reproducing an image without performing vertical / horizontal scanning, thereby greatly reducing the size and power consumption of the system.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 열영상 장치의 블록 구성도,1 is a block diagram of an infrared thermal imaging apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 상기 도 1에 도시된 장치중 검출기의 상세도.FIG. 2 is a detailed view of the detector of the device shown in FIG. 1; FIG.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적외선 열영상 장치에 있어서, 피사체를 열감지하여 열감지된 적외선 신호를 발생하는 적외선 광학부와, 상기 적외선 광학부로부터 입력되는 적외선 신호를 편향시키는 반사경과, 상기 반사경에 의해 편향되어 입력되는 상기 적외선 신호를 정밀주사하는 정밀주사부와, 상기 정밀주사부로부터 입력되는 적외선 신호의 수직/수평라인을 커버할 수 있는 2차원의 수직/수평 화소배열로 구성되고 상기 적외선 신호를 각 적외선 신호의 크기에 해당하는 전기적인 아날로그 신호로 검출하는 검출부와, 상기 검출부에서 검출된 전기적인 아날로그 신호를 영상신호로 처리하는 영상신호처리부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an infrared thermal imaging apparatus comprising: an infrared optical unit for thermally sensing a subject to generate a thermally sensed infrared signal, a reflector for deflecting an infrared signal input from the infrared optical unit; A precision scanning unit for precisely scanning the infrared signal input by being deflected by the reflector, and a two-dimensional vertical / horizontal pixel array capable of covering vertical / horizontal lines of the infrared signal input from the precision scanning unit; And a detection unit for detecting the infrared signal as an electrical analog signal corresponding to the size of each infrared signal, and a video signal processing unit for processing the electrical analog signal detected by the detection unit as an image signal.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 회로 구성과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Many specific details are set forth in the following description and in the accompanying drawings to provide a more general understanding of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 열영상 장치의 블록 구성을 도시한 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 적외선 열영상 장치는 피사체로부터 제공되는 열을 감지하여 열감지에 따른 적외선신호를 출력시키는 적외선 광학부(100), 상기 적외선 광학부(100)로부터 출력되는 적외선 신호를 편향시키는 반사부(102), 미세하게(예를 들면, 1화소크기 정도, 통상적으로 수십미크론미터 정도의 크기로) 상하좌우로 이동되어 상기 반사부(102)로부터 편향되어 입력되는 적외선 신호를 동기에 맞게 정밀주사하는 정밀주사부(104), 상기 정밀주사부(104)로부터 주사된 피사체의 상에 대한 적외선 신호의 수직/수평 라인을 모두 커버할 수 있을 정도의 2차원 수직/수평 화소배열로 구성되어 상기 적외선 신호를 각 적외선 신호의 크기에 해당하는 전기적인 아날로그 신호로 검출하는 검출부(106), 상기 검출부(106)에서 검출되는 전기적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(ADC : Analog-Digital Converter)(110), 시스템 타이밍 콘트롤(STC : System Timing Control)신호에 의해 아날로그-디지털 변환부(110)에서 변환시킨 디지털 신호를 선택적으로 통과시키는 멀티플렉서(MUX : Multiplexer)(112), 상기 멀티플렉서(112)에서 선택적으로 통과시킨 디지털 신호를 아날로그 영상신호로 변환시키는 디지털-아날로그 변환부(DAC : Digital-Analog Converter)(114), 상기 디지털-아날로그 변환부(114)에서 변환시킨 아날로그 영상신호중 비디오 신호만을 추출하는 비디오 신호처리부(Video Signal Processor)(116), 상기 비디오 신호처리부(116)에서 추출된 비디오 신호를 화면에 디스플레이시키는 디스플레이부(118)로 구성된다.1 is a block diagram illustrating an infrared thermal imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the infrared thermal imaging apparatus detects heat provided from a subject and outputs an infrared signal according to thermal detection, and an infrared signal output from the infrared optical unit 100. Reflector 102 deflects finely (for example, about one pixel in size, typically several tens of micrometers), and moves up, down, left, and right to deflect infrared signals that are deflected from the reflector 102 to be synchronized. The two-dimensional vertical / horizontal pixel array that can cover both the vertical scanning unit 104 and the vertical / horizontal line of the infrared signal with respect to the image of the subject scanned from the precision scanning unit 104. A detector 106 configured to detect the infrared signal as an electrical analog signal corresponding to the magnitude of each infrared signal, and an electrical analog signal detected by the detector 106. Analog-to-Digital Converter (ADC) 110 converts the digital signal into a digital signal, and converts the digital signal converted by the Analog-to-Digital Converter 110 by a System Timing Control (STC) signal. A multiplexer (MUX) 112 to be passed through, a digital-to-analog converter (DAC) 114 to convert a digital signal selectively passed by the multiplexer 112 into an analog video signal (DAC) (114), A video signal processor 116 extracting only a video signal from analog video signals converted by the digital-analog converter 114 and a display unit displaying the video signal extracted by the video signal processor 116 on a screen. It consists of 118.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 상기 도 1의 적외선 열영상 장치중 검출부의 상세도를 도시한 것이다. 이하 상기 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 열영상 장치의 동작을 상세히 설명한다.FIG. 2 is a detailed view of a detector of the infrared thermal imaging apparatus of FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, the operation of the infrared thermal imaging apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
적외선 열영상 장치는 야간에 잘 보이지 않는 물체의 형상을 확인하기 위해 그 물체에서 감지되는 열에 따른 상을 전기적인 신호로 변환하여 영상화시키는 장치이다. 적외선 광학부(100)는 영상으로 출력하고자 하는 피사체로부터 제공되는 적외선을 감지한다. 적외선 광학부(100)는 전하 결합 소자 카메라와 비교시에 렌즈에 해당하는 부분으로 피사체로부터 제공되는 가시광선이나 자외선은 통과시키지 않고, 열 즉, 적외선만 통과시켜 열에 따른 상을 감지한다. 반사부(102)는 적외선 광학부(100)에서 감지한 적외선에 의한 피사체의 상을 편향시킨다. 일반 검출부(106)의 수직/수평라인은 480×600이고, 본 발명의 실시 예에 따른 검출부(106)의 수직/수평라인은 상기 도 2에 도시된 바와 같이 240×320(b) 또는 480×640(a)이므로 별도의 수직/수평주사기 없이도 화면을 재생시킬 수 있기 때문에 적외선 광학부(100)에서 출력되는 적외선 신호에 의한 피사체의 열상의 수직/수평라인을 반사부(102)를 이용하여 편향시킨다.An infrared thermal imaging apparatus is an apparatus that converts an image according to heat detected from an object into an electrical signal to image an object that is hardly visible at night. The infrared optical unit 100 detects infrared rays provided from a subject to be output as an image. The infrared optical unit 100 is a portion corresponding to the lens as compared to the charge coupled device camera, and does not pass visible light or ultraviolet rays provided from a subject, and passes only heat, that is, infrared light, to detect an image according to heat. The reflector 102 deflects the image of the subject due to the infrared rays detected by the infrared optical unit 100. The vertical / horizontal line of the general detection unit 106 is 480 × 600, and the vertical / horizontal line of the detection unit 106 according to the embodiment of the present invention is 240 × 320 (b) or 480 × as shown in FIG. 2. Since it is 640 (a), the screen can be reproduced without a separate vertical / horizontal scanner, so the vertical / horizontal line of the subject's thermal image by the infrared signal output from the infrared optical unit 100 is deflected using the reflector 102. Let's do it.
그리고 정밀주사부(104)는 반사부(102)로부터 반사된 적외선 신호에 의한 피사체의 열상을 미세하게(예를 들면, 1화소크기 정도, 통상적으로 수십미크론미터 정도의 크기로) 상하좌우로 이동시켜 상기 편향되어 입력되는 적외선 신호를 동기에 맞게 정밀주사한다. 검출부(106)는 반사부(102)로부터 편향되어 입력되는 피사체의 열상에 대한 적외선 신호의 수직/수평라인을 모두 커버할 수 있도록 상기 도 2에 도시된 바와 같이 240×320(b) 또는 480×640(a)의 2차원 수직/수평화소배열로 구성하여 상기 적외선 신호를 상기 적외선 신호의 크기에 해당하는 전기적인 아날로그 신호로 검출한다. 즉, 종래 480×4화소배열로 구성된 검출부(106)에서는 일반 검출부 화소수인 480×600으로 화면을 재생하기 위해서 480×4의 수직/수평 화소라인을 화면 재생시간이내에 수직으로 1회 주사 시에 수평으로 150회 주사하여야 원하는 영상 출력을 얻을 수 있었던 것에 반해, 본 발명의 실시 예의 검출부(106)는 상기한 바와 같이 240×320(b) 또는 480×640(a)의 수직/수평 화소배열을 가짐으로 인해 수직/수평주사없이도 원하는 영상 출력을 얻을 수 있게 된다. 좀더 자세히 살펴보면, 상기 검출부(106)가 240×320(b)의 2차원으로 구성된 수직/수평화소배열을 가지는 경우 영상신호처리부(120)는 상기 화소수를 두배로 늘려 화면에 재생시키며, 상기 정밀주사부(104)로부터 상하좌우로 동기되어 미세하게 편향된 적외선신호가 상기 240×320(b)의 2차원으로 구성된 수직/수평화소배열을 가지는 검출부(106)로 입력되는 경우에는 상기 검출부(106)가 480×640(a)에 대응하는 신호를 받아들이도록 하여 화소수를 2배로 늘리지 않고, 그대로 신호처리하여 화면에 재생시켜 영상 출력을 얻을 수 있게 된다. 또한 상기 검출부(106)가 480×640(a)의 2차원으로 구성된 수직/수평화소배열을 가지는 경우에는 상기 검출부(106)로부터 출력되는 전기적인 아날로그 신호를 그대로 신호처리하여 화면에 재생시킴으로써 영상 출력을 얻을 수 있게 된다.The precision scanning unit 104 moves the image of the subject by the infrared signal reflected from the reflecting unit 102 finely (for example, about one pixel size, typically about tens of microns). To precisely scan the deflected infrared signal in synchronization. As shown in FIG. 2, the detector 106 may cover both vertical and horizontal lines of the infrared signal with respect to the thermal image of the subject that is deflected from the reflector 102 and is 240 × 320 (b) or 480 ×. The infrared signal is detected as an electrical analog signal corresponding to the magnitude of the infrared signal by configuring a two-dimensional vertical / horizontal pixel array of 640 (a). That is, in the conventional detection unit 106 composed of 480 × 4 pixel arrays, when the 480 × 4 vertical / horizontal pixel lines are scanned vertically once within the screen reproduction time in order to reproduce the screen at 480 × 600, which is the number of normal detection unit pixels While the desired image output can be obtained by scanning 150 times horizontally, the detector 106 of the embodiment of the present invention performs a vertical / horizontal pixel arrangement of 240 × 320 (b) or 480 × 640 (a) as described above. This allows you to achieve the desired image output without vertical or horizontal scanning. In detail, when the detector 106 has a vertical / horizontal pixel array configured in two dimensions of 240 × 320 (b), the image signal processor 120 doubles the number of pixels to reproduce the screen on the screen. When the infrared signal, which is finely deflected from up and down, left and right from the scanning unit 104, is input to the detection unit 106 having a vertical / horizontal pixel arrangement configured in two dimensions of 240 × 320 (b), the detection unit 106 is used. Does not double the number of pixels by accepting a signal corresponding to 480 x 640 (a), and reproduces the signal as it is on the screen to obtain an image output. In addition, when the detector 106 has a vertical / horizontal pixel array composed of two dimensions of 480 × 640 (a), an image is output by processing the analog signal output from the detector 106 as it is and processing it on a screen. You will get
또한 검출부(106)로 입력되는 신호는 피사체로부터 감지된 열상에 대한 적외선의 크기에 따른 신호이기 때문에 온도가 존재하는데 상기 검출부(106)는 적외선의 크기 즉, 온도에 따라 상이한 컬러의 형태로 나타나는 피사체로부터 상기 컬러에 따라 전압을 설정하여 컬러 값에 따른 아날로그 신호를 출력시키게 된다. 증폭부(108)는 검출부(106)에서 검출된 전기적인 아날로그 신호를 증폭한다. 통상적으로 검출부(106)에서 출력되는 피사체에 대한 전기적인 아날로그 신호는 미약할 뿐만 아니라 잡음 또한 섞여 있기 때문에 영상신호를 출력하기가 어렵게 되는데 이에 따라 증폭부(108)는 상기한 바와 같이 검출부(106)에서 출력되는 피사체에 대한 전기적인 아날로그 신호를 이후의 신호처리에 사용할 수 있도록 미리 설정된 증폭양만큼 적정하게 증폭시키게 된다. 아날로그-디지털 변환부(110)는 증폭부(108)에서 증폭된 전기적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨다.In addition, since the signal input to the detector 106 is a signal according to the size of the infrared rays detected by the subject, the temperature is present. The detector 106 is a subject of a different color according to the size of the infrared rays, that is, the temperature. From the voltage is set according to the color to output an analog signal according to the color value. The amplifier 108 amplifies the electrical analog signal detected by the detector 106. In general, since the electric analog signal for the subject output from the detector 106 is not only weak but also mixed with noise, it is difficult to output an image signal. Accordingly, the amplification unit 108 is the detector 106 as described above. The electrical analog signal for the subject output from is amplified appropriately by a preset amount of amplification for use in subsequent signal processing. The analog-digital converter 110 converts the electrical analog signal amplified by the amplifier 108 into a digital signal.
멀티플렉서(112)는 시스템 타이밍 콘트롤 신호에 의해 아날로그-디지털 변환부에서 변환시킨 디지털 신호를 선택적으로 통과시킨다. 따라서 원하지 않는 물체의 적외선이 입력되었다 하더라도 상기 시스템 타이밍 콘트롤 신호로 멀티플렉서(112)를 제어하여 상기 적외선이 영상신호로 출력되지 않도록 할 수 있게 된다. 디지털-아날로그 변환부(114)는 멀티플렉서(112)에서 선택적으로 통과시킨 디지털 신호를 아날로그 영상신호로 변환시켜 영상신호로 출력시키게 된다. 비디오 신호처리부(116)는 디지털-아날로그 변환부(114)에서 변환시킨 아날로그 영상 신호중 비디오 신호만을 추출한다. 영상신호에는 오디오 신호와 비디오 신호가 있는데 본 발명에서 원하는 신호는 비디오 신호이기 때문에 비디오 신호만을 추출한다. 디스플레이부(118)는 비디오 신호처리부(116)에서 추출한 비디오 신호를 화면에 디스플레이한다.The multiplexer 112 selectively passes the digital signal converted by the analog-digital converter by the system timing control signal. Therefore, even if an infrared ray of an unwanted object is input, the multiplexer 112 is controlled by the system timing control signal so that the infrared ray is not output as an image signal. The digital-analog converter 114 converts the digital signal selectively passed by the multiplexer 112 into an analog video signal and outputs the analog video signal. The video signal processor 116 extracts only the video signal from the analog video signal converted by the digital-analog converter 114. The video signal includes an audio signal and a video signal. In the present invention, since the desired signal is a video signal, only the video signal is extracted. The display unit 118 displays the video signal extracted by the video signal processor 116 on the screen.
상술한 바와 같이 본 발명은 적외선 열영상 장치에서 수직/수평화소수를 일반화면을 재생할 수 있을 정도로 구성한 검출부를 이용하여 화면재생시 수직/수평주사가 필요없도록 함으로써 종래 적외선 열영상 장치에 구비되던 수직/수평주사기를 제거하도록 함으로써 시스템의 구성을 간략화할 수 있으며, 전력소모도 감소시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention eliminates the need for vertical / horizontal scanning when reproducing a screen by using a detector configured to reproduce a normal screen with a vertical / horizontal pixel in the infrared thermal imaging apparatus. By eliminating the horizontal syringe, the configuration of the system can be simplified and the power consumption can be reduced.
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