KR20030044699A - 디지털 적외선 열 촬상 시스템 - Google Patents

디지털 적외선 열 촬상 시스템 Download PDF

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KR20030044699A
KR20030044699A KR1020010075544A KR20010075544A KR20030044699A KR 20030044699 A KR20030044699 A KR 20030044699A KR 1020010075544 A KR1020010075544 A KR 1020010075544A KR 20010075544 A KR20010075544 A KR 20010075544A KR 20030044699 A KR20030044699 A KR 20030044699A
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KR1020010075544A
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창데이비드오
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텔레시스 테크놀러지스 인코포레이티드
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
    • A61B5/015—By temperature mapping of body part
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry

Abstract

본 발명에 따른 디지털 적외선 열 촬상 시스템은 적외선 검출기(1), 제어 회로(2) 및 표시 유닛(3)을 구비한다. 적외선 검출기(1)는 테스트 중인 피검체의 검출 평면 영역으로부터의 적외선 방사의 강도 레벨에 대응하는 디지털 데이터를 생성한다. 제어 회로(2)는 적외선 검출기(1)에 접속되어, 그 적외선 검출기(1)로부터 디지털 데이터를 수신해서, 그 디지털 데이터를 처리하여 이미지 프레임 데이터를 생성한다. 이 이미지 프레임 데이터는 테스트 중인 피검체의 검출 평면 영역으로부터의 적외선 방사의 강도 레벨을 반영한다. 표시 유닛(3)은 제어 회로(2)에 접속되어 이미지 프레임 데이터에 대응하는 시각적인 출력을 발생한다.

Description

디지털 적외선 열 촬상 시스템{DIGITAL INFRARED THERMAL IMAGING SYSTEM}
본 발명은 디지털 적외선 열 촬상 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 의학 용도로 사용되는 것에 관한 것이다.
적외선 열 촬상 시스템은 피검체에 의해 방사되는 열 에너지의 가시적 표시를 제공하는 검출기와 정밀 광학 플랫폼을 포함한다. 특히, 적외선 열 촬상 시스템은 검사중에 있는 피검체의 위치, 온도 및 외형의 검출을 가능하게 한다. 의료 기구 분야에서, 적외선 열 촬상은, 통상 MRI, X-레이, 또는 초음파 장치와 같은 다른 촬상 시스템과 연관된 건강 위험을 피할 수 있는 장점이 있다는 관점에서 인체를 모니터링할 때 비침습성 선택(non-invasive choice)이다.
미국 특허 제 6,023,637 호에 개시된 바와 같이, 통상적인 적외선 열 촬상 시스템의 동작 절차는 검출된 열 방사속에 선형적으로 비례하여 전기 신호를 발생하는 단계와, 이 전기 신호를 처리하여 상이한 온도에 대응하는 다양한 컬러로 열이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
이러한 통상의 적외선 열 촬상 시스템에는 다음과 같은 몇가지 단점이 있다.
1. 이미지의 획득이 점 스캐닝을 통해 이루어지므로, 저속이고 비실시간 이미지 형성을 초래한다. 몇몇 경우에, 열 이미지를 형성하는 최고 5분이 걸릴 수도 있다.
2. 통상 이용되는 채도 분포가 열 방사속의 사전저장된 최대치와 최소치에 관련된다. 따라서, 획득된 온도는 상대적인 온도이고 절대 온도가 아니며, 주변 환경의 변동 영향을 무시한다. 이것은 실시에 있어 오진단을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상 언급된 결점을 극복할 수 있는 디지털 적외선 열 촬상 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 시스템은 적외선 검출기, 제어 회로 및 디스플레이 유닛을 포함한다. 적외선 검출기는 검사중에 있는 피검체의 검출된 평면 영역으로부터 적외선 방사의 강도 레벨에 대응하는 디지털 데이터를 발생한다. 제어 회로는 적외선 검출기에 결합되어 그로부터 디지털 데이터를 수신하며, 이 디지털 데이터를 처리하여 검사중에 있는 피검체의 검출된 평면 영역으로부터의 적외선 방사 강도 레벨을 반영하는 대응하는 이미지 프레임 데이터를 발생한다. 디스플레이 유닛은 제어 회로에 결합되어 이미지 프레임 데이터에 대응하는 가시적 출력을 발생한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 적외선 열사진법 시스템의 바람직한 실시예의 개략적인 회로 블록도,
도 2는 바람직한 실시예의 제어 회로의 개략적인 회로 블록도,
도 3은 바람직한 실시예의 적외선 검출기의 구성요소를 예시하는 확대 사시도,
도 4는 바람직한 실시예에 있어서 열 방사선이 산출되는 방법을 예시하는 블록도,
도 5는 바람직한 실시예의 동작을 예시하는 흐름도,
도 6은 바람직한 실시예에 의해 생성된 예시적인 화상 데이터에 대한 픽셀 사이즈 분포 대 각종 온도를 예시하는 도면,
도 7은 바람직한 실시예의 동작 플랫폼을 도시하는 사시도,
도 8은 바람직한 실시예의 다른 동작 플랫폼을 도시하는 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 적외선 검출기2 : 제어 회로
3 : 디스플레이 유닛11 : 적외선 광학 세트
12 : 열전기 냉각기13 : 초점면 어레이 검출기
14 : 증폭기 모듈
15 : 아날로그-디지털 변환기 모듈
16 : 접속기 포트17 : 시스템 전원 모듈
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 적외선 열사진법 시스템의 바람직한 실시예에는, 적외선 검출기(1), 제어 회로(2), 디스플레이 유닛(3)을 포함하는 것이 도시되어 있다.
적외선 검출기(1)는 테스트중인 피검체의 검출된 평면 영역으로부터 적외선의 세기 레벨에 대응하는 디지털 데이터를 생성하는데 사용된다. 적외선 검출기(1)는, 적외선 광학 세트(11), 열전기 냉각기(12), 초점면 어레이 검출기(13), 증폭기 모듈(14), 아날로그-디지털 변환기 모듈(15)(회로 클러스터 모듈의 형태), 접속기 포트(16)(입/출력 회로 클러스터 모듈의 형태), 시스템 전원 모듈(17)(또한 회로 클러스터 모듈의 형태)을 포함한다.
적외선 광학 세트(11)는 특정의 파장을 갖는 적외선 광만을 선택적으로 통과하게 한다. 적외선 광학 세트(11)는 광 필터(도시하지 않음), 광 셔터(도시하지 않음), 및 접속기 포트(16)를 통해 제어 회로(2)에 접속되고 제어되어 적외선 광학 세트(11)를 통과하는 적외선 광의 세기 레벨을 조정하는 흑체 소스(111)를 포함한다. 흑체 소스(111)는 제어 회로(2)로부터 수신된 전류량에 따라 가변되는 온도를 갖는다.
캘리브레이션 동작 동안, 광 셔터는 제어 회로(2)에 의해 제어되어 적외선 광학 세트(11)를 통과하는 광 통로를 차단한다. 흑체 소스(111)는 다음에 제어회로(2)에 의해 매체 온도, 상기 매체 온도보다 높은 온도, 및 상기 매체 온도보다 낮은 온도에 동조된다. 이 때 적외선 검출기(1)로부터 제어 회로(2)에 의해 획득되는 데이터는 배경 이미지 데이터를 생성하고 이미지 보상 목적의 상관 계수를 계산하는데 사용될 수 있다. 주목할 것은, 상기 적외선 광학 세트(11)에 의해 검출되는 열 소스(즉, 적외선 열선)는 결함 범위 내에 존재할 수 없다는 것이다. 열 소스가 결함 범위보다 낮거나 높을 때, 제어 회로(2)는 그에 대응하게 흑체 소스(111)의 온도를 증가시키거나 감소시키도록 작동될 수 있다.
적외선 광학 세트(11)의 세부사항은 어레이 검출기(13)에 의해 검출될 적외선 파장에 일치하도록 선택된다. 가령, 테스트중인 피검체가 8 내지 12㎛의 적외선 파장으로 열을 방출하는 인체라고 한다면, 적외선 광학 세트(11)는 8 내지 12㎛의 파장을 갖는 광이 자신을 통과하도록 선택된다.
어레이 검출기(13)는, 적외선 광학 세트(11)로부터 적외선 광을 수신하고 테스트중인 피검체의 검출된 평면 영역으로부터 적외선 방사의 강도 레벨에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 다수의 적외선 검출기 셀을 포함한다. 어레이 검출기(13)는 InSb(인듐 안티모나이드), PtSi(플라티늄 실리사이드), MCT(머큐리 카드뮴 텔러라이드) 및 열 방사 마이크로 볼로미터를 포함하는 적외선 검출기 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이 실시예에서, 어레이 검출기(13)는 마이크로 볼로미터를 포함하는 서미스터(thermister)이다. 전자 구성요소의 장기간 동작으로 인해 온도가 상승하는 상태에서도 어레이 검출기(13)의 정상 동작을 보장하기 위해, 열전기 냉각기(thermoelectric cooler)(12)가 어레이 검출기(13)의 전단에 설치되어 적절한 온도로 냉각시킨다. 또한, 어레이 검출기(13)는 2차원 스캐닝을 가능하게 하여, 종래의 적외선 열 촬상 시스템에서 통상적으로 사용되는 포인트 스캐닝 방안에 비해 열적 이미지 데이터의 액세스 시간을 크게 감소시킬 수 있다.
어레이 검출기(13)에 결합되는 증폭기 모듈(14)은 어레이 검출기(13)로부터의 아날로그 신호를 변환기 모듈(15)로 수신하기 전에 증폭시키는데 사용된다. 증폭기 모듈(14)은 아날로그 신호를 적당한 전압 범위(가령, -1 내지 1볼트)로 증폭시키는 전치증폭기(141)와, 시스템 전원 모듈(17)에 결합되어 전력을 전치증폭기(141)에 공급하는 전력 증폭기(141)를 포함한다.
증폭기 모듈(14)에 결합되는 변환기 모듈(15)은 증폭기 모듈(14)로부터의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는데 이용된다.
변환기 모듈(15)에 결합되는 접속기 포트(16)는 변환기 모듈(15)로부터 제어 회로(2)로의 디지털 데이터에 관한 데이터 경로를 제공한다.
시스템 전원 모듈(17)은 변환기 모듈(15), 접속기 포트(16) 및 증폭기 모듈(14)에 결합되어 전력을 동일하게 제공한다.
도 3을 더 참조하면, 어레이 검출기(13), 증폭기 모듈(14), 변환기 모듈(15), 접속기 포트(16) 및 시스템 전원 모듈(17)은 모듈로 구현되어 동일한 회로 보드상에서 함께 어셈블링된 구성 요소를 갖는 종래의 적외선 열 촬상 시스템과는 달리 유지 및 보수를 용이하게 한다. 이 실시예의 적외선 검출기(1)의 레이아웃은 명백히 수고와 비용을 줄여준다.
제어 유닛(2)은 적외선 검출기(1)로부터 디지털 데이터를 수신하기 위해 적외선 검출기(1)에 결합된다. 제어 유닛(2)은 디지털 데이터를 처리하여 테스트중인 피검체의 검출된 평면 영역으로부터 적외선 방사선의 강도 레벨을 반영하는 대응 이미지 프레임 데이터를 생성한다. 도 2를 참조하면, 이 실시예의 제어 유닛(2)은 PCI(Peripheral Component Interconnect) 인터페이스 카드로서 모듈화를 위해 회로 보드상에 장착되고, 접속기 포트(21)(HOT 링크 트랜시버의 형태인), 16-비트 래치(22), PCI 인터페이스(25) 및 PCI 버스(26)를 포함한다.
접속기 포트(21)는 디지털 데이터가 래치(22)에 의해 래칭될 수 있도록 적외선 검출기(1)를 제어 유닛(2)에 결합하는데 이용된다.
이득/오프셋 RAM(23)은 다수 세트의 이득 및 오프셋 계수를 저장하는데 이용되고, 하나의 세트의 계수는 예를 들어, 밀폐된 방에서 21℃와 같이 특정한 동작 환경에 맞춰 설정된다.
신호 처리 회로(24)는 래치(22) 및 이득/오프셋 RAM(23)에 전기적으로 결합되고, 적외선 검출기(1)로부터의 디지털 데이터를 처리하여 PCI 이미지 프레임 데이터를 제공하기 위해 이득/오프셋 RAM(23)으로부터의 적합한 이득/오프셋 계수를 인가한다. 신호 처리 회로(24)는 이득 승산 유닛(241), 오프셋 유닛(242) 및 인터페이스 회로(243)에 의해 구성되는 렌더링 회로, 버퍼(244)(선입선출 메모리 형태인) 및 PCI 프레임 데이터 레지스터(245)를 포함한다. 이득 승산 유닛(241)은 이득/오프셋 RAM(23)으로부터의 이득 계수 중 적합한 하나의 계수에 따라서 래치(22)로부터의 디지털 데이터를 조절하기 위해 래치(22)와 이득/오프셋 RAM(23)에 결합된다. 오프셋 유닛(242)은 이득/오프셋 RAM으로부터의 오프셋 계수 중 적합한 하나의 계수에 따라서 이득 승산 유닛(241)으로부터의 디지털 데이터를 조절하기 위해 이득 승산 유닛(241)과 이득/오프셋 RAM(23)에 결합된다. 인터페이스 회로(243)는 오프셋 유닛(241)에 결합되고, 오프셋 유닛(241)으로부터의 이미지 데이터를 구성하고 PCI 인터페이스(25)를 통해 출력에 관한 PCI 프레임 데이터를 제공하는데 이용된다. 이 실시예에서, 오프셋 유닛(242)과 인터페이스 회로(243) 각각은 전기적으로 프로그램 가능한 로직 장치로 구현된다. 테스트중인 피검체에 관한 디지털 데이터의 다수의 연속 검색과 고해상도 이미지의 저장을 허용하기 위해, 버퍼(244)는 오프셋 유닛(242)에 결합되어 인터페이스 회로(243)에 의해 구성된 PCI 프레임 데이터를 FIFO 방식으로 저장하기 위해 PCI 프레임 데이터 레지스터(245)에 제공한다. PCI 표준은 이미지 프레임 데이터의 전송 속도가 250Mbps(초당 메가비트) 정도로 고속이도록 한다. 당업자라면 PCI 표준이 바람직한 실시예에서 이용되지만, 다른 알려진 전송 표준이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서 유사하게 이용될 수 있다는 점을 알 것이다.
인터페이스 회로(243)에 결합된 PCI 인터페이스(25)는 신호 처리 회로(24) 및 PCI 버스(26) 사이에서 PCI 이미지 프레임 데이터를 송신하는데 이용된다.
PCI 인터페이스(25)와 결합된 PCI 버스(26)는 PCI 인터페이스(25)로부터 프레임 데이터를 수신하고 이를 디스플레이 유닛(3)으로 송신하는데 이용된다.
우선 도 1을 참조하면, 디스플레이 유닛(3)은 촬상 작동 플랫폼(imaging operating platform)을 구비한 컴퓨터 시스템이다. 디스플레이 유닛(3)은 이미지 프레임 데이터에 대응하는 시각적 출력(visual output)을 생성하는 제어 회로에 결합되며, 일반적으로 컴퓨터(31) 및 모니터(32)를 포함한다. 컴퓨터(31)는 전술한 제어 회로(2)와 플러그(plug)될 수 있는 PCI 버스(310)에 마련된 마더보드(motherboard)(311)를 포함하며, 이에 따라 제어 회로(2)와 마더보드(311) 사이에서 전기적 연결이 형성된다. 본 실시예에서 컴퓨터(31)가 공통 컴퓨터 시스템(common computer system)이라면, 전원(power supply)(33), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive)(34), 플로피 디스크 드라이브(floppy disk drive)(35), 광 디스크 드라이브(optical disk drive)(36), 그리고 모뎀(modem)(37)을 더 포함한다. 또한, 마더보드(311)는 마이크로프로세서(312), 비디오 카드(video card)(313), 그리고 프린터(38) 연결용 병렬 포트(314)를 포함한다. 제어 회로(2)로부터의 PCI 프레임 데이터가 PCI 버스(310)를 거쳐 컴퓨터에 의해서 수신될 것이며, 이미지를 처리하고 이어서 모니터(32)로 출력하기 위하여 비디오 카드(313)로 전송될 것이다. 본 실시예에서, 모니터(32)는 PC 모니터이지만, 텔레비전 모니터(32')도 이용될 수 있다. 바람직하게, 본 실시예에서 이용되는 PCI 프레임 데이터 레지스터(245)는 대량의 데이터를 포함할 수 있으며, 이미지 해상도는 320×240 픽셀이나, 640×480 픽셀이나 또는 1024×980 픽셀일 수 있다. 각 픽셀에서 보여지는 컬러는 테스트 중인 피검체의 특정 스폿(spot)에서 발산되는 열 방사(heat radiation)로부터 변환된 온도에 대응하며, 픽셀 컬러간의 차이는 스폿 온도간의 차이를 반영하고 있다. 프린터(38)(바람직하게, 컬러 프린터)가 열적 이미지의 출력을 제공하도록 이용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서 제어 회로(2)에 의하여 수행되는 계산이 다음과 같이 표시된다.
1. 방사속 계산
플랑크 법칙(Plank's law)에 따라, 인체 체온 범위내에서, 테스트 중인 피검체로부터 발산되는 광의 세기(light intensity) 대 적외선 파장 및 온도의 관계가 다음의 수학식 1로 표시될 수 있다.
여기서, LE는 광의 세기이고, λ는 테스트 중인 피검체의 절대 온도이며, C1은 상수 11,911㎛5watts/cm2-sr-㎛)이며, C2는 상수 14,388㎛-K이다.
적외선 광학 세트(11)에 의해서 집광된 파장의 특정 영역의 방사속(radiant flux)은 아래의 수학식 2와 같이 나타난다.
여기서 ΦE= 방사속, Ad= 이득, F = 적외선 주파수, τo= 시간 간격이다.
2. 어레이 검출기(array detector)(13)에 의해서 생성된 아날로그 신호의 측정
방사속과 어레이 검출기(13)에 의해서 생성된 아날로그 신호 사이에는 선형 관계가 존재하는데, 이는 아래의 수학식 3에 나타난다.
여기서, ΦE= 방사속, R = 상수, v = 검출기 출력이다.
3. 변환기 모듈(converter module)(15)에 제공되는 아날로그 신호의 측정
아날로그 신호의 전송 동안에는 오프셋 쉬프트(offset shift)가 존재할 것이며, 증폭기 모듈(14)은 이 아날로그 신호를 증폭할 것이므로, 변환기 모듈(15)에 제공되는 아날로그 신호와 어레이 검출기(13)에 의해서 제공되는 아날로그 신호 사이의 관계는 아래의 수학식 4에 나타난 바와 같다.
여기서, v = ADC(A/D 변환기 모듈) 입력, G = 증폭기 이득, vo= 오프셋 값이다.
4. 변환기 모듈(15)에 의해서 생성된 디지털 데이터의 측정
변환기 모듈(15)에 의해서 수신된 아날로그 신호와 이 변환기 모듈(15)의 디지털 데이터 출력 사이의 관계는 아래의 수학식 5에 나타난 바와 같다.
여기서, V = ADC(A/D 변환기 모듈) 출력, r = 4095/2 회/볼트이다.
요약하면, 제어 회로(2)가 적외선 검출기(1)로부터 출력을 수신하는 때에, 이 출력을 상기 수학식에 적용하여 이득 승산기 유닛(gain multiplier unit)(241) 및 오프셋 유닛(242)이 출력을 올바르게 처리하고 정확한 영상 프레임 데이터를 디스플레이 유닛(3)에 제공하도록 이득/오프셋 RAM(23)에서 적절한 이득 및 오프셋 계수를 선택한다. 디스플레이 유닛(3)에 의해서 나타나는 가시 출력은 상이한 검출된 온도에 상응하는 상이한 컬러를 가진다. 가시적 출력의 관점에서, 테스트중인 피검체의 검출된 평면 영역의 온도 분포는 온도 이상(temperature abnormality)의 존재를 판정할 수 있도록 관측될 수 있다.
의학적인 응용예에 사용되는 적외선 열 촬상 시스템은 병원의 병실 용도로 일정 온도, 예를 들어 22℃로 밀폐된 작은 공간내에 일반적으로 배치되어 있다. 본 실시예에서, 먼저, 디지털 적외선 열 촬상 시스템은 일정 온도에서 적외선 광학 세트(11)에 의해 수집된 방사속을 추후 참조를 위해 사전 저장할 것이다. 이와 같이, 피검체로부터의 방사속이 수집된 경우에, 이 방사속은 그 사전 저장된 데이터와 대조적이기 때문에 제어 회로(2)에 의해 보상될 것이다. 그 다음, 최종 이미지 프레임 데이터는 디스플레이 유닛(3)의 모니터(32) 상에 가시적인 출력으로서 보여질 것이다. 그러므로, 본 발명의 시스템을 이용하는 경우에 사용자가 사전 설정된 복수의 데이터를 입력할 필요가 없기 때문에, 결과적으로 비용 및 노동을 줄일 수 있다. 또한, 적외선 검출기(1)가 피검체로부터 방사속을 수집하기 전에, 적외선 광학 세트(11)의 광 셔터는 동작하여 모든 입사 적외선 광을 차단한다. 그러므로, 이러한 조건에서 고온, 중간 온도, 및 저온의 배경 이미지 데이터를 수집하게 될 것이다. 다음에, 광 셔터는 피검체로부터의 방사속을 수집하기 위해 적외선 광을 통과시키도록 열리게 될 것이다. 그 다음, 수집된 방사속은 이전의 배경 이미지 데이터와 대조적일 것이다. 따라서, 적외선 검출기 셀들이 다르게 작동하는 조건(예를 들어, 일부 적외선 검출기 셀들이 동일 방사속에 다르게 반응하여 수학식 3에서의 R 값이 다르게 되는 조건)일지라도, 여전히, 정확한 이미지 프레임 데이터를 생성할 수 있다.
도 5는 바람직한 실시예의 시스템의 동작을 예시하는 흐름도이다. 본 실시예에서는, 사전 설정된 온도 하에서 자동 및 실시간으로 정정하여 본 시스템을 동작시킬 때의 어려움을 최소화하기 위해 제어 소프트웨어를 사용한다. 먼저, 적외선 열 촬상 시스템이 동작한 후에는, 단계(61)로 진행하고, 여기서, 어레이 검출기(13)는 입력 모드로 동작되고, 적외선 검출기(1)와 제어 회로(2)에 대한 관련 데이터가 설정되고, 적외선 광학 세트(11)의 광 셔터가 동작하여, 배경 이미지 데이터가 수집될 수 있도록 적외선 광의 입사를 차단하게 된다. 그 다음, 단계(62)에서, 어레이 검출기(13)는 적절한 양의 전류를 흑체 소스(Blackboby source)(111)로 전달함으로써 제어될 수 있는 특정의 중간 온도(예를 들어, 21℃)로 설정된다. 단계(63)에서, 상술한 수학식들은 중간 온도 조건하에서 적용되어 변환기 모듈(15)의 온도(T1)와 출력(Nt)간의 관계를 조정한다. 단계(64)에서, 중간 온도에 대응하는 초기 이득 계수 1은 이득 승산 유닛(241)으로 보내진다. 단계(65)에서, 초기 오프셋 계수가 결정되어 오프셋 유닛(242)으로 보내진다. 단계(64)와 단계(65)는 최적의 오프셋을 얻을 수 있도록 실행된다. 다음에, 단계(66)에서, 오프셋 유닛(242)으로부터의 초기 이득 계수는 이득/오프셋 RAM(23)에 저장된다. 단계(67)에서, 설정된 상기 계수는 적용되어, 이미지 프레임데이터(배경 이미지 데이터)의 평균값과 중간 온도의 이미지 프레임 데이터를 얻게 된다. 그 다음, 단계(68)에서, 단계(67)에서 얻어진 데이터는 적정의 오프셋 계수를 계산하기 위해 사용된다. 단계(68)에서, 그 적정의 오프셋 계수는 오프셋 유닛(242)에 제공된다.
이어서, 단계(70)에서, 어레이 검출기(13)가 출력 모드로 동작되고, 적외선 광학 세트(11)의 광 셔터가 어레이 검출기(13)가 테스트중인 피검체로부터 적외선 방사를 수신하도록 동작된다. 단계(71)에서, 데이터 전송이 신속한 전송 속도 및 최적 전송 효율을 위해 DMA(Direct Memory Access)의 제어 하에 진행된다. 단(71)에서, 화면 모드 제어가 PC 모니터(32) 상에 시각적 출력을 나타낼 준비를 하면서 수행된다. 단계(74)에서, 라이프 이미저리(Life Imagery)가 PC 모니터(32) 상에 시각적 출력을 나타내기 위해 수행된다.
다음에, 단계(75)에서, 어레이 검출기(13)는 다시 한 번 입력 모드로 동작된다. 단계(76)에서, 어레이 검출기(13)는 전술한 중간 온도보다 높으며 적당한 양의 전류를 흑체 소스(111)에 공급함으로써 제어될 수 있는 특정 고온으로 설정된다. 단계(77)에서, 전술한 수학식이 고온 조건에서 적용되어 변환기 모듈(15)의 출력으로부터 디지털 데이터를 생성한다. 단계(78)에서, 어레이 검출기(13)는 전술한 중간 온도보다 낮으며 적당한 양의 전류를 흑체 소스(111)에 공급함으로써 제어될 수 있는 특정 저온으로 설정된다. 전술한 수학식은 저온 조건에서 적용되어 변환기 모듈(15)의 출력으로부터 디지털 데이터를 생성한다.
이어서, 단계(79)에서 고온 및 저온 간에 존재하는 적당한 중간 온도는 이후단계(87)에서 획득된 결과를 기초로 하여 결정되며, 어레이 검출기(13)는 이 적당한 중간 온도로 설정되는데, 이 온도는 단계(62)에서 사용된 특정 중간 온도와는 다를 수 있다. 단계(80)에서, 전술한 수학식이 이 적당한 중간 온도 조건에서 적용되어 변환기 모듈(15)의 출력으로부터 디지털 데이터를 생성한다. 단계(81)에서, 정확한 온도가 계산된 결과로부터 설정된다.
단계(82)에서, 어레이 검출기(13)는 출력 모드로 동작된다. 이 실시예에서, 데이터베이스는 하드 디스크 드라이브(34) 내에 저장되며 상이한 환경 및 상이한 온도에 대한 셋업 데이터를 포함한다.
이어서, 단계(83)에서, 어레이 검출기(13)로부터의 입력 신호가 데이터베이스 내에 이미 존재하는지 여부가 결정된다. 만약 그렇다면, 단계(84)로 진행되며, 단계(84)에서 셋업 데이터가 데이터베이스로부터 검색되어 촬상 동작을 가속화하고, 이어서 단계(84)로 진행되고, 이 단계(84) 동안 렌더링이 이미지 프레임 데이터를 얻기 위해 수행된다. 만약 단계(83)에서 입력 신호가 데이터베이스 내에 존재하지 않는다면, 단계(85)로 바로 진행되며, 단계(85) 동안 전술한 수학식이 적용되어 이미지 프레임 데이터를 렌더링한다. 단계(86)에서, 이미지 프레임 데이터 및 방사 기록은 데이터베이스에 저장된다. 단계(87)에서, 이미지 렌더링의 성공 여부를 결정한다. 만약 성공적이지 않다면, 단계(83)로 되돌아간다. 만약 성공적이면, 단계(88)로 진행되어 PC 모니터(32) 상에 시각적 출력을 나타내기 위해 라이프 이미저리를 수행한다.
이어서, 단계(89)에서, 이미지 데이터 프레임이 단계(73)의 것과 동일한 지가 결정된다. 그렇다면, 단계(73)로 돌아간다. 그렇지 않다면, 단계(90)로 진행되어, 셋업 계수가 단계(73)의 것과 동일한지가 결정된다. 만약 동일하다면, 단계(67)로 돌아간다. 그렇지 않다면, 단계(61)로 돌아간다.
요컨대, 이러한 실시예는 온도를 제어하기 위해 전류를 인가하여, 온도의 설정이 정확하고 안정된 방식으로 진행될 수 있고 주변 환경에 의해 악영향을 받지 않도록 한다. 더욱이, 정확한 중간, 저온 및 고온에 대응하는 색조(hues) 및 디지털 데이터를 계산하기 위해 전술한 수학식을 적용함으로써, 이들 값은 테스트 중인 피검체의 라이프 이미지(Life Imagery)가 더 정밀하게 되도록 테스트 중인 피검체에 용이하게 사용될 수 있다. 각각의 픽셀 온도를 계산하는 것 외에, 본 발명에서 구현되는 적외선 열 촬상 시스템은 각각의 온도에 대해 픽셀 수에 대한 통계적 계산을 수행하고 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 온도에 대한 픽셀 수의 분포도를 디스플레이 유닛(3) 상에 나타낸다. 경계선(91, 92)은 픽셀의 온도에 따라 경계선 사이에 들어가는 픽셀이 색상을 변화시키는 것을 도시하지만, 경계선 밖의 픽셀은 동일한 특정 색을 가지도록 설정된다. 그러한 것과 같은 메카니즘은 이미지 프레임 데이터를 선택된 범위 밖으로 영사할 수 있다. 경계선(91, 92)의 위치는 원하는 온도의 범위를 변화시키도록 이동될 수 있는데, 경계선(91, 92)의 위치가 조정될 경우에는 선택된 온도 범위 내의 픽셀들만이 모니터(32) 상에 나타날 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 적외선 열 촬상 시스템은 동작 플랫폼 위에 장착되는 디스플레이 유닛(3)을 구비하는 동작 플랫폼(an operating platform)(4)을 더 포함한다. 동작 플랫폼(4)에는 휠(wheels)(43)이 제공되고 모니터(32)가 위치하는 상부 면을 갖는다. 수평 플레이트(42)는 동작 키보드 또는 컴퓨터 마우스를 자체 상에 위치시키기 위한 플랫폼(4)으로부터 전방으로 연장한다. 동작 플랫폼(4)은 수직으로 연장하는 갠트리(gantry)(44)를 더 구비한다. 카메라의 일부를 형성하는 적외선 검출기(1)는 갠트리를 따라 수직으로 이동 가능하도록 갠트리(44) 상에 장착된다. 휠(43) 및 갠트리(44)가 있기 때문에, 적외선 검출기(1)는 테스트중인 피검체에 대해 3차원 공간 내에서 이동할 수 있다.
도 8은 적외선 실시예의 바람직한 동작 플랫폼(4')을 도시한다. 도 7의 동작 플랫폼(4)과는 달리, 갠트리(44')는 수직 로드부(a vertical rod portion)(440')와, 로드부(440')의 상부 단부(441')에 접속되는 하나의 단부(451')를 갖는 행거 로드(a hanger rod)(45')를 갖는다. 카메라의 일부를 형성하는 적외선 검출기(1)는 행거 로드(45')의 다른 단부(452') 상에 장착된다. 이러한 메카니즘은 적외선 검출기(1)에 더 큰 이동도(a greater degree of movement)를 허용한다.
요약하면, 본 발명의 적외선 열 촬상 시스템은 다음과 같은 이점을 갖는다.
1. 높은 정밀성.
인체내의 온도와 가열 방사선 사이의 관계를 계산하는 절차에 있어서,
(a) 적외선을 차단하는데 광선 셔터가 사용되며, 표준 가열 소스로서 흑체 소스가 이용되어, 환경 요인에 의해 악영향을 받지 않는 배경 이미지 데이터를 획득할 수 있다.
(b) 특정 온도에서 사전저장된 참조 데이터가 단계 (a)에서 렌더링된 데이터에 적용되어, 정확한 계수가 획득된다. 그 후, 전술한 배경 이미지 데이터를 이용하여 촬상 동안의 표준 값을 계산하고, 정확한 온도 분포를 계산한다.
전술한 두 단계는 통상적인 적외선 열 촬상 시스템에서 나타나는 문제점, 즉 인체내의 온도와 가열 방사선 사이의 관계를 정확하게 규정하기 어렵다는 문제점을 해결한다. 더욱이, 결함 부분 또는 외부 온도 변화의 변동으로 인한 부정확한 이미지의 문제점 또한 제거할 수 있다.
2. 동작의 용이성
본 발명의 시스템이 특정 온도의 밀폐실내에 위치될 때, 제어 소프트웨어는 중간 온도, 저온 및 고온에 대한 데이터 조정을 자동으로 수행하여, 그 결과를 설정 단계에서 참조 데이터로서 저장할 수 있다. 따라서, 사용자는 테스트중인 피검체의 열 방사선을 수집하기만 하면 되고, 따라서 종래의 시스템에서 요구되는 것으로서 사전 설정된 데이터를 미리 입력하는 지루한 절차가 단축된다.
3. 유지 및 보수의 편리성
적외선 검출기(1)의 구성 요소인 어레이 검출기(13), 증폭기 모듈(14), 변환기 모듈(15), 접속기 포트(16) 및 시스템 전원 모듈(17)이 모듈화되어 유지 및 보수가 용이해진다. 더욱이, 요구되는 이미지 처리를 위해 특정 비디오 카드가 주문제작되어야 하는 종래의 적외선 열 촬상 시스템과는 달리, 본 발명에서의 이미지 처리 하드웨어는 일반적인 컴퓨터에 직접 플러그될 수 있는 PCI 인터페이스 카드에서 구현된 제어 회로(2)이므로 비용이 크게 감소된다.
본 발명은 가장 실용적이고 바람직한 실시예로서 고려되는 것과 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 가장 넓은 의미에 있어서의 본 발명의 정신 및 영역내에 포함되는 다양한 구성을 커버하도록 의도된 것으로서, 그러한 구성의 변형 및 등가의 구성을 모두 포함한다.

Claims (11)

  1. 디지털 적외선 열 촬상 시스템에 있어서:
    테스트중인 피검체의 검출 평탄면으로부터 적외선 방사의 강도 레벨에 대응하는 디지털 데이터를 생성하는 적외선 검출기(1)와;
    상기 적외선 검출기(1)에 결합되어, 상기 적외선 검출기(1)로 부터 디지털 데이터를 수신하기 위한 것으로, 상기 디지털 데이터를 처리하여 상기 테스트중인 피검체의 검출된 평탄 영역으로부터 적외선 방사의 강도 레벨을 반영하는 대응하는 이미지 프레임 데이터를 생성하는 제어 회로(2); 및
    상기 제어 회로(2)에 결합되어, 상기 이미지 프레임 데이터에 대응하는 가시적인 출력을 생성하는 디스플레이 유닛(3)을 포함하는,
    디지털 적외선 열 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 검출기(1)는 단지 특정 파장을 가진 적외선 광만이 선택적으로 통과할 수 있도록 작동하는 적외선 광학 세트(11)로서, 상기 제어 회로(2)에 연결되고 그에 의해 제어되어 상기 적외선 광학 세트(11)를 통과하는 적외선 광의 강도 레벨을 조정하는 흑체 소스(111)를 포함하는 상기 적외선 광학 세트(11)와;
    상기 적외선 광학 세트(11)로 부터 적외선 광을 수신하고, 상기 테스트 중인피검체의 검출된 평탄 영역으로부터 적외선 방사의 강도 레벨에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 다수의 적외선 검출기 셀을 포함하는 어레이 검출기(13)와;
    상기 어레이 검출기(13)에 결합되어, 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(15); 및
    상기 변환기 모듈(15)에 결합되어, 상기 디지털 데이터를 상기 제어 회로(2)에 제공하는 접속기 포트(16)를 포함하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 검출기(1)는 상기 어레이 검출기(13)를 냉각시키기 위한 열전기 냉각기(12)를 더 포함하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 검출기(1)는 상기 어레이 검출기(13)에 상기 변환기 모듈(15)을 접속시키고, 상기 변환기 모듈(15)에 의해 그의 수신 전에 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기 모듈(14)을 더 포함하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 흑체 소스(111)는 상기 제어 회로(2)로부터 수신된 전류량에 따라 가변하는 온도를 가지는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 회로(2)는 캘리브레이션 모드로 작동할 수 있으며,
    상기 적외선 광학 세트(11)를 제어하여 상기 적외선 광의 통과를 차단하며,
    상기 흑체 소스(111)에 캘리브레이션 전류 신호를 제공하고,
    상기 캘리브레이션 전류 신호에 응답하여 상기 적외선 검출기(1)에 의해 생성된 디지털 데이터로부터, 상기 이미지 프레임 데이터를 보상하기 위한 방사속과 작동 온도 사이의 적당한 상관 계수를 판정하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(2)는
    상기 적외선 검출기(11)에 결합되어 상기 적외선 검출기(11)로부터 상기 디지털 데이터를 수신하는 접속기 포트(21)와;
    다수의 이득 및 오프셋 계수 세트를 저장하는 이득/오프셋 메모리(23)와;
    상기 접속기 포트(21)와 상기 이득/오프셋 메모리(23)에 결합되어, 상기 이득/오프셋 메모리(23)로부터의 적당한 이득 및 오프셋 계수에 따라 상기 접속기 포트(21)로부터 디지털 데이터를 처리하여 이미지 프레임 데이터를 생성하는 신호 처리 회로(24)를 포함하는
    디지털 적외선 열 촬상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로(24)는,
    상기 접속기 포트(21) 및 상기 이득/오프셋 RAM(23)과 접속되어, 상기 이득 계수들 중에서 적절한 이득 계수에 따라서 상기 접속기 포트(21)로부터의 디지털 데이터를 조정하는 이득 승산 유닛(241)과,
    상기 이득 승산 유닛(241) 및 상기 이득/오프셋 메모리(23)와 접속되어, 상기 계수들 중에서 적절한 계수에 따라서 상기 이득 승산 유닛(241)으로부터의 디지털 데이터를 조정하는 오프셋 유닛(242)과,
    상기 오프셋 유닛(242)과 접속되어, 상기 오프셋 유닛(242)으로부터 획득된 디지털 데이터로부터 이미지 프레임 데이터를 렌더링하는 렌더링 회로(243)를 구비하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(2)가 마련된 회로 보드를 더 구비하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 유닛(3)이 설치된 작동 플랫폼(4, 4')을 더 구비하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 작동 플랫폼(4, 4') 상에서 이동할 수 있는 상기 적외선 검출기(1)를 설치하기 위한 갠트리(44, 44')를 더 구비하는 디지털 적외선 열 촬상 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5413106A (en) * 1993-02-25 1995-05-09 S.S.B. Co., Ltd. Multi-dimensional visualization apparatus for observing tissue
US5836872A (en) * 1989-04-13 1998-11-17 Vanguard Imaging, Ltd. Digital optical visualization, enhancement, quantification, and classification of surface and subsurface features of body surfaces
US6023637A (en) * 1997-03-31 2000-02-08 Liu; Zhong Qi Method and apparatus for thermal radiation imaging
US6442419B1 (en) * 2000-09-20 2002-08-27 Industrial Technology Research Institute Infrared 3D scanning system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5836872A (en) * 1989-04-13 1998-11-17 Vanguard Imaging, Ltd. Digital optical visualization, enhancement, quantification, and classification of surface and subsurface features of body surfaces
US5413106A (en) * 1993-02-25 1995-05-09 S.S.B. Co., Ltd. Multi-dimensional visualization apparatus for observing tissue
US6023637A (en) * 1997-03-31 2000-02-08 Liu; Zhong Qi Method and apparatus for thermal radiation imaging
US6442419B1 (en) * 2000-09-20 2002-08-27 Industrial Technology Research Institute Infrared 3D scanning system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8080795B2 (en) 2007-08-02 2011-12-20 Technische Universitaet Muenchen Device for imaging and method for producing the device

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