KR20130062755A - 밀리미터파 영상화 시스템 및 방법 - Google Patents

밀리미터파 영상화 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

밀리미터파 영상화 시스템 및 방법이 개시된다. 밀리미터파 영상화 시스템은 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 수신하는 밀리미터파 이미지 센서 모듈, 측정 대상을 촬영하여 가시광선 영상을 획득하는 제1 카메라, 적외선을 이용하여 측정 대상을 촬영하여 적외선 영상을 획득하는 제2 카메라 및 가시광선 영상 및 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출하고, 추출된 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호를 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성하는 영상처리장치를 포함한다.

Description

밀리미터파 영상화 시스템 및 방법{System and Method For Visualizing Millimeter Wave}
본 발명은 밀리미터파 영상화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
기존의 밀리미터파 영상화 시스템은 밀리미터파 수동 이미징 센서로부터 출력되는 전압을 측정하고, 최소값과 최대값 사이를 0~255 사이의 값으로 맵핑하여 영상을 획득한다.
하지만, 이러한 방법은 불필요한 부분의 신호를 포함하여 변환하기 때문에 노이즈가 심한 경우, 측정하고자 하는 부분의 픽셀 변화량보다 노이즈 변화가 크면 영상으로 변환 했을 때 픽셀의 차이가 적어서 은닉된 물체의 감지가 어렵다. 따라서, 측정 대상의 신호만을 이용한 영상 획득 방법이 필요하다.
발명의 배경기술로는 밀리미터파 이미지 센서 모듈 및 밀리미터파 영상화 시스템에 관한 특허문헌이 있으며, 복수 개의 도파관 안테나를 이용하여 밀리미터파 신호를 수신함으로써 검색 가능한 영역의 크기를 크게 제공하는 것에 대하여 개시하고 있다.
KR 0896343 B1 2009. 04. 28 도면 1, 2
본 발명은 밀리미터파 이미지 센서에서 측정된 신호에서 측정 대상에 해당하는 신호만을 이용하여 영상을 획득하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 밀리미터파 영상화 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 영상화 시스템은 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 수신하는 밀리미터파 이미지 센서 모듈, 측정 대상을 촬영하여 가시광선 영상을 획득하는 제1 카메라, 적외선을 이용하여 측정 대상을 촬영하여 적외선 영상을 획득하는 제2 카메라 및 상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출하고, 추출된 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호를 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성하는 영상처리장치를 포함한다.
여기서, 상기 측정 대상은 사람이고, 상기 영상처리장치는 상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 합성하여 사람영역을 추출하고, 상기 밀리미터파 신호에서 사람영역에 해당하는 부분의 신호를 마스킹(masking) 처리하여 밀리미터파 영상으로 변환한다.
여기서, 상기 제1 카메라는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라이고, 상기 제2 카메라는 적외선 카메라이다.
여기서, 상기 밀리미터파 이미지 센서 모듈로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 영상처리장치로 전달하는 변환기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 밀리미터파 영상화 시스템이 수행하는 밀리미터파 영상화 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 영상화 방법은 상기 시스템의 밀리미터파 이미지 센서 모듈이 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 획득하는 단계, 상기 시스템의 제1 카메라가 측정 대상을 촬영하여 가시광선 영상을 획득하는 단계, 상기 시스템의 제2 카메라가 적외선을 이용하여 측정 대상을 촬영하여 적외선 영상을 획득하는 단계, 상기 시스템의 영상처리장치가 상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출하는 단계 및 상기 영상처리장치가 상기 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호를 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 측정 대상은 사람이고, 상기 측정 대상의 영역을 추출하는 단계는 상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 합성하여 사람영역을 추출하고, 상기 밀리미터파 영상을 생성하는 단계는 상기 밀리미터파 신호에서 사람영역에 해당하는 부분의 신호를 마스킹(masking) 처리하여 밀리미터파 영상으로 변환한다.
여기서, 상기 제1 카메라는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라이고, 상기 제2 카메라는 적외선 카메라이다.
여기서, 상기 시스템의 변환기가 상기 밀리미터파 이미지 센서 모듈로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 영상처리장치로 전달하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 밀리미터파 이미지 센서에서 측정된 신호에서 측정 대상에 해당하는 신호만을 이용하여 영상을 획득함으로써, 영상의 화질을 개선할 수 있다.
도 1은 밀리미터파 영상화 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 구성도.
도 2 및 도 3은 변환기에서 측정된 밀리미터파 신호를 예시한 도면.
도 4는 전체 영역의 밀리미터파 신호를 이용하여 생성된 밀리미터파 영상을 예시한 도면.
도 5는 사람영역의 추출을 예시한 도면.
도 6은 사람영역의 밀리미터파 신호만을 영상 처리하는 것을 예시한 도면.
도 7은 사람영역의 밀리미터파 신호를 이용하여 생성된 밀리미터파 영상을 예시한 도면.
도 8은 밀리미터파 영상화 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 밀리미터파 영상화 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 밀리미터파 영상화 시스템은 밀리미터파 이미지 센서 모듈(10), 제1 카메라(20), 제2 카메라(30), 변환기(40) 및 영상처리장치(50)를 포함한다.
밀리미터파 이미지 센서 모듈(10)은 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 수신하고, 이를 아날로그 신호의 형태로 출력한다. 밀리미터파 이미지 센서 모듈(10)은 안테나(11), 저잡음 증폭기(12) 및 검출기(13)를 포함한다.
안테나(11)는 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 수신한다.
저잡음 증폭기(12)는 안테나(11)를 통해 수신된 밀리미터파 신호를 증폭한다. 밀리미터파 신호는 신호 세기가 미약한 열잡음이므로, 저잡음 증폭기(12)는 고이득 및 저잡음의 소자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 최대 이득 50 dB 이상의 성능을 얻기 위하여, 잡음지수(noise figure)가 6 dB인 이득 28 dB의 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)가 2단으로 사용될 수 있다. 즉, 저잡음 증폭기(12)는 동일한 성능 혹은 서로 다른 성능의 증폭기가 2개 이상 연결되어 구현될 수 있다.
검출기(13)는 저잡음 증폭기(12)를 통해 증폭된 밀리미터파 신호를 직류 전압으로 변환하여 이를 변환기(40)로 전달한다. 예를 들어, 검출기(13)는 저잡음 증폭기(12)에서 증폭된 94GHz 대역의 신호를 정류하여 직류 전압을 획득할 수 있다. 검출기(13)의 구성 예를 들면, 감도가 500mV/mW인 75~110 GHz의 광대역 다이오드 검출기가 적용될 수 있고, 직류출력은 SMA 단자로 구성되며, 바이어스 없이 동작할 수 있다.
변환기(40)는 밀리미터파 이미지 센서 모듈(10)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 변환기(40)는 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter; ADC)가 될 수 있으며, 검출기(13)에서 출력되는 직류 전압이 그 크기가 매우 작기 때문에 16 bit 이상의 분해능을 가질 수 있다. 변환기(40)는 밀리미터파 이미지 센서 모듈(10) 또는 영상처리장치(50) 중 어느 하나에 포함될 수 있다.
제1 카메라(20)는 측정 대상을 촬영하여 가시광선 영상을 획득하고, 가시광선 영상을 전기 신호로 변환하여 처리한다. 예를 들어, 제1 카메라(20)는 CCD 카메라가 될 수 있다. CCD 카메라는 디지털 카메라의 하나로, 전하 결합 소자(Charge Coupled Device)룰 사용하여 약 380~770nm의 파장을 가지는 가시광선 영역에서 영상을 전기 신호로 변환하고, 디지털 데이터로 플래시 메모리 등의 기억 매체에 저장하는 장치이다. CCD 카메라는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 이용하기도 한다.
제2 카메라(30)는 적외선을 이용하여 측정 대상을 촬영하여 적외선 영상을 획득한다. 예를 들어, 제2 카메라(30)는 적외선 카메라가 될 수 있다. 적외선 카메라는 적외선 건판을 사용하여 촬영하는 카메라로서, 일반적으로 원경 촬영, 특수 감열체에 의한 열 사진 촬영, 방사도의 측정 및 미소 온도 차의 검출 등에 이용된다.
영상처리장치(50)는 제1 카메라(20) 및 제2 카메라(30)에 의하여 획득된 가시광선 영상 및 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출하고, 추출된 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호만을 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성한다. 영상처리장치(50)는 영역 검출부(51), 영상 처리부(52), 저장부(53), 표시부(54) 및 제어부(55)를 포함한다. 예를 들어, 영상처리장치(50)는 PC(Personal Computer)와 같은 컴퓨팅 시스템이 될 수 있다.
영역 검출부(51)는 제1 카메라(20) 및 제2 카메라(30)에 의하여 획득된 가시광선 영상 및 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출한다.
영상 처리부(52)는 영역 검출부(51)에 의하여 추출된 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호만을 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성한다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 영역 검출부(51) 및 영상 처리부(52)에 대하여 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 변환기에서 측정된 밀리미터파 신호를 예시한 도면이고, 도 4는 전체 영역의 밀리미터파 신호를 이용하여 생성된 밀리미터파 영상을 예시한 도면이다.
기존에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정된 밀리미터파 신호 전체에서 최대 및 최소의 범위가 설정되고, 이 범위에 따라 0~255 그레이 스케일(gray scale)로 밀리미터파 영상이 생성된다. 이와 같이 생성된 밀리미터파 영상은 도 4에 도시된 바와 같이 선명하지 않다. 즉, 기존에는 밀리미터파 신호 전체가 이용되므로, 임의의 영역에 큰 노이즈가 존재하면 최대 및 최소의 범위가 확장되어 선명도가 떨어질 수 있다.
도 5는 사람영역의 추출을 예시한 도면이고, 도 6은 사람영역의 밀리미터파 신호만을 영상 처리하는 것을 예시한 도면이고, 도 7은 사람영역의 밀리미터파 신호를 이용하여 생성된 밀리미터파 영상을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 영역 검출부(51)는 적외선 영상과 가시광선 영상(CCD 영상)을 합성하여 사람영역을 추출할 수 있다. 예를 들어, 영역 검출부(51)는 적외선 영상에서 열을 발생하는 영역(즉, 사람 영역)을 가시광선 영상에서 제거하고, 나머지 영역을 흑색으로 처리하여 사람영역을 추출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 영상 처리부(52)는 영역 검출부(51)에 의하여 추출된 사람영역을 이용하여, 전체 밀리미터파 신호에서 사람영역에 해당하는 부분의 신호만을 마스킹(masking) 처리하고, 0~255 그레이 스케일의 밀리미터파 영상으로 변환할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 사람영역에 대해서만 최대 및 최소의 범위가 설정되므로, 범위가 감소할 수 있어, 도 7에 도시된 바와 같이, 보다 선명한 밀리미터파 영상이 획득될 수 있다.
저장부(53)는 밀리미터파 영상화 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 소정의 프로그램을 저장하고 있으며, 제어부(55)에 의해 밀리미터파 영상화 시스템의 전반적인 동작이 수행될 때, 입출력되는 데이터 및 처리되는 각종 데이터를 저장한다. 또한, 저장부(53)는 변환기(40)를 통해 출력되는 디지털 신호를 임시 또는 영구적으로 저장할 수 있다. 또한, 저장부(53)는 영상 처리부(52)에서 구성된 밀리미터파 영상을 임시 또는 영구적으로 저장할 수 있다.
표시부(54)는 제어부(55)의 제어에 따라 밀리미터파 영상화 시스템의 상태 또는 각종 정보를 디스플레이한다.
제어부(55)는 밀리미터파 영상화 시스템의 구성 요소를 제어한다.
도 8은 밀리미터파 영상화 방법을 나타낸 흐름도이다.
S810 단계에서, 밀리미터파 이미지 센서 모듈(10)은 측정대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 획득한다. 여기서, 측정대상은 사람으로 가정한다.
S820 단계에서, 제1 카메라(20) 및 제2 카메라(30)는 측정대상을 촬영하여 가시광선 영상(CCD 영상) 및 적외선 영상을 획득한다.
S830 단계에서, 영상처리장치(50)는 제1 카메라(20) 및 제2 카메라(30)에 의하여 획득된 가시광선 영상 및 적외선 영상을 이용하여 사람 역을 추출한다. 예를 들어, 영상처리장치(50)는 적외선 영상과 가시광선 영상(CCD 영상)을 합성하여 사람영역을 추출할 수 있다. 즉, 영상처리장치(50)는 적외선 영상에서 열을 발생하는 영역(즉, 사람 영역)을 가시광선 영상에서 제거하고, 나머지 영역을 흑색으로 처리하여 사람영역을 추출할 수 있다.
S840 단계에서, 영상처리장치(50)는 추출된 사람영역을 이용하여 밀리미터파 영상을 획득한다. 즉, 영상처리장치(50)는 사람영역의 밀리미터파 신호만을 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 밀리미터파 이미지 센서 모듈
11: 안테나
12: 저잡음 증폭기
13: 검출기
20: 제1 카메라
30: 제2 카메라
40: 변환기
50: 영상처리장치
51: 영역 검출부
52: 영상 처리부
53: 저장부
54: 표시부
55: 제어부

Claims (8)

  1. 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 수신하는 밀리미터파 이미지 센서 모듈;
    측정 대상을 촬영하여 가시광선 영상을 획득하는 제1 카메라;
    적외선을 이용하여 측정 대상을 촬영하여 적외선 영상을 획득하는 제2 카메라; 및
    상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출하고, 추출된 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호를 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성하는 영상처리장치를 포함하는 밀리미터파 영상화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상은 사람이고,
    상기 영상처리장치는 상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 합성하여 사람영역을 추출하고, 상기 밀리미터파 신호에서 사람영역에 해당하는 부분의 신호를 마스킹(masking) 처리하여 밀리미터파 영상으로 변환하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 영상화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 카메라는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라이고, 상기 제2 카메라는 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 영상화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밀리미터파 이미지 센서 모듈로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 영상처리장치로 전달하는 변환기를 더 포함하는 밀리미터파 영상화 시스템.
  5. 밀리미터파 영상화 시스템이 수행하는 밀리미터파 영상화 방법에 있어서,
    상기 시스템의 밀리미터파 이미지 센서 모듈이 측정 대상으로부터 방사되는 밀리미터파 신호를 획득하는 단계;
    상기 시스템의 제1 카메라가 측정 대상을 촬영하여 가시광선 영상을 획득하는 단계;
    상기 시스템의 제2 카메라가 적외선을 이용하여 측정 대상을 촬영하여 적외선 영상을 획득하는 단계;
    상기 시스템의 영상처리장치가 상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여 측정 대상의 영역을 추출하는 단계; 및
    상기 영상처리장치가 상기 측정 대상의 영역의 밀리미터파 신호를 영상으로 변환하여 밀리미터파 영상을 생성하는 단계를 포함하는 밀리미터파 영상화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측정 대상은 사람이고,
    상기 측정 대상의 영역을 추출하는 단계는
    상기 가시광선 영상 및 상기 적외선 영상을 합성하여 사람영역을 추출하고,
    상기 밀리미터파 영상을 생성하는 단계는
    상기 밀리미터파 신호에서 사람영역에 해당하는 부분의 신호를 마스킹(masking) 처리하여 밀리미터파 영상으로 변환하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 영상화 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 카메라는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라이고, 상기 제2 카메라는 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 영상화 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 시스템의 변환기가 상기 밀리미터파 이미지 센서 모듈로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 영상처리장치로 전달하는 단계를 더 포함하는 밀리미터파 영상화 방법.
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