KR20140005781A - 펄스 레이저 광선 탐지 방법 및 영상 레이저 경고장치 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 입사 방향의 2차원적 해상도를 가지는 펄스 레이저 광선(10)의 탐지 방법에 관한 것으로, 영상 광학물(2)을 가진 CCD 센서(1)가 탐지에 사용되고, 적어도 5kHz의 샘플링 주파수를 가지는 제1 신호 처리부(4)에서, CCD 센서(1)의 각 픽셀값을 임계값과 비교하고, 후속 처리를 위하여 임계값을 초과하는 픽셀값만을 저장함으로써, 단일 영상들을 생성하는 단계, 제1 신호 처리부(4)에서, 적어도 10개의 단일 영상들의 저장된 픽셀값들에 대한 평균값 또는 피크값을 픽셀단위로 획득하여 신호 영상을 획득하는 단계, 제1 신호 처리부(4)에서 획득된 신호 영상을 10Hz 내지 500Hz의 범위의 영상 주파수로 제2 신호 처리부(5)로 전달하는 단계, 및 제2 신호 처리부(5)에서, 입사하는 레이저 광선을 나타내는 신호 픽셀을 신호 영상으로부터 식별하는 단계를 포함하고, 레이저 광선에 대한 입사 방향은 신호 영상 내의 신호 픽셀의 위치로 결정 되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법에 관한 것이다. 본원 발명의 방법에서 사용되는 CCD 센서 및 본원 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 이미지 레이저 경고장치 또한 본원 발명에 해당된다.

Description

펄스 레이저 광선 탐지 방법 및 영상 레이저 경고장치{METHOD FOR THE DETECTION OF PULSED LASER RADIATION AND IMAGING LASER ALERTER}

본 발명은 펄스 레이저 광선 탐지 방법과 상기 방법을 이용하는 영상 레이저 경고장치에 관한 것이다. 상기 펄스 레이저 광선 탐지 방법 및 이에 상응하는 상기 영상 레이저 경고장치는, 예를 들어, 입사 펄스 레이저 광선의 탐지 및 2차원 방향 결정, 특히 레이저에 의해 제어되는 미사일(전파 유도 미사일(beam rider guided missile))에서 조종 레이저(steering laser)에 의해 발생되는 낮은 광도의 입사 펄스 레이저 광선의 탐지 및 2차원 방향 결정에 이용될 수 있다.

전파 유도 미사일은 고수준의 군사적 위협이 된다. 이는 상기 조종 레이저에 기초하여 원론적으로 초기에 탐지될 수 있다. 그러나, 목적물에 입사하는 조종 레이저는 매우 낮은 레이저 펄스 에너지 레벨, 예를 들어, 적어도 낮 동안의 주변 밝기에 의해서도 완전히 커버될 수 있는 수 fJ/cm² 범위를 가지기 때문에 상기 조종 레이저의 탐지는 매우 어렵다. 이러한 초기 탐지와 더불어, 가능한 한 대략 1도 단위의 입사 방향의 정밀한 결정 및 이러한 위협이 발생되는 고도의 정밀한 결정은 가능한 대항책 수립을 위해 매우 중요한 것이다.

종래 기술에 따르면, 전파 유도 미사일 탐지를 위한 탐지기로 대면적 포토 다이오드들이 사용되는데, 여기서 일반적으로 포토다이오드들의 구조 및 특정한 전자 회로를 이용하여 탐지 대역폭의 높은 한계 주파수가 가능해진다. 필요한 전체 탐지각을 커버하기 위하여 일반적으로 하나의 탐지기를 이용하여 복수 개의 탐지 섹터들, 일반적으로 4분면들 각각이 모니터된다.

대면적으로 인해, 상기 탐지기로 입사하는 총 신호 광도가 증가된다. 높은 한계 주파수로 인해, 밝은 배경 신호로부터 조종 레이저의 펄스 신호에 대한 최상의 분리가 가능해진다. 그러나, 포토 다이오드의 대면적 때문에 축전 용량이 증가하고, 그 결과 탐지 한계 주파수가 감소하기 때문에 얻을 수 있는 탐지기의 배경 잡음비(S/B, signal-to background ratio)는 원칙적으로 한계가 있다.

종래 기술의 추가적인 실질적 단점은, 상기 탐지 섹터들의 개수가 기술적 비용의 한계로 인하여 작은 수로 유지되기 때문에, 정교한 방향 탐지가 가능하지 않다는 것이다. 또한, 배경 광이 원칙적으로 탐지기의 전체 탐지 섹터들로 수집되기 때문에 배경 신호를 억제하는 것은 제한된 범위까지만 가능하다는 단점도 있다. 태양이 섹터에 입사하는 경우에 전파 유도 미사일 탐지는 일반적으로 거의 불가능하거나 감도가 극히 떨어질 수 있다.

미국 특허 제7,683,310호에 의해 알려진 해결책에 의하면, 탐지기들의 어레이를 이용하여 방향 정밀성이 증가될 수 있고, 동시에 파장이 분리된 복수 개의 탐지기 층들을 이용하여 추가 정보를 얻으면서 배경 광을 억제하는 것이 가능하다는 것이 제안되었다. 상기 해결책의 단점은 높은 각 해상도를 위하여 과도한 비용이 드는 것이다. 즉, 절반의 공간에 대한 대략 1도 각도 단위의 입사 방향 결정을 위하여 대략 27,000개의 탐지소자를 가진 어레이가 필요하고, 이에 따른 복수 개의 포토 다이오드 층들과 상응하는 증폭기 전자소자가 필요하다.

미국 특허 제5,280,167호에서는 향상된 방향 결정을 위하여 방향 결정 기능과 탐지 기능을 분리했다. 탐지를 위하여 하나의 사분면을 탐지하는 각각의 대면적 포토다이오드를 다시 사용한다. 상기 탐지기로부터 얻어지는 펄스를 이용하여, 코드 브레이커로 불리는 복잡한 로직 회로에서 다음 입사할 펄스에 대한 예측이 이루어지며 상기 예측을 이용하여 영상 증폭 카메라가 작동된다. 펄스 예측이 정확한 경우에 상기 영상 증폭 카메라의 영상에는 더 낮은 배경 신호 및 더 높은 영역 해상도로 전파 유도 미사일의 위치를 알 수 있게 된다. 이 조합의 단점은 포토 다이오드를 이용한 탐지기의 탐지 능력이 원칙적으로 앞서 설명한 대면적의 탐지기에서와 같이 제한된다는 것이다. 추가적인 단점은 높은 비용에 있다. 복잡한 로직 회로에 더하여, 게이트라 불리는 폐쇄장치가 부착된 영상 증폭 카메라가 필요하다. 또한 상기 영상 증폭 카메라는 더 높은 영역 해상도를 얻기 위하여 작은 시야 각도를 가져야 한다. 상기 문제에 따른 개선책으로써, 미국 특허 제5,280,167호에서는 상기 영상 증폭 카메라가 피벗 기능과 틸트 기능이 있는 헤드 위에 설치된다. 이것은 비용의 증가를 발생시키고, 상기 헤드를 정렬하기 위한 시간 지연이 발생한다. 또한, 이러한 개념은, 펄스 예측이 필요하기 때문에, 특성이 충분히 알려진 예측 가능한 전파 유도 미사일에 대한 탐지로 한정된다.

본 발명의 목적은 전술한 난점들의 적어도 하나를 실질적으로 극복하거나 적어도 개선하는 것이다.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예들에 따른 펄스 레이저 광선 탐지 방법은 입사 방향의 2차원적 해상도를 가진 펄스 레이저 광선의 탐지 방법에 있어서, 영상 광학물(2)을 가진 CCD 센서(1)가 탐지에 사용되는 단계, 최소한 5kHz 샘플링 주파수를 가지는 제1 신호 처리부(4)에서 상기 CCD 센서(1)의 각 픽셀값을 임계값과 비교하고 임계값을 초과하는 픽셀값만 저장함으로 단일 영상들을 생성하는 단계, 상기 제1 신호처리부(4)에서 상기 단일 영상의 최소 10개 이상의 픽셀값들에 대한 평균값 혹은 피크값을 픽셀단위로 획득하여 신호 영상을 구비하는 단계, 상기 제1 신호처리부(4)에서 획득된 상기 신호 영상이 10Hz 내지 500Hz의 범위의 영상 주파수로 제2 신호 처리부로 전달되는 단계 및 상기 제2 신호처리부(5)에서 입사하는 레이저 광선을 나타내는 신호 픽셀을 상기 신호 영상으로부터 식별하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 광선에 대한 입사 방향 결정은 신호 영상 내의 신호 픽셀들의 위치로 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 제1 신호 처리부(4)의 임계값 비교시 사용되는 현재 임계값은 제2 신호 처리부(5)에서 시간 대비 이전 신호 영상으로부터 유래된 것이고, 상기 신호 영상의 비어있지 않는 픽셀의 고정 시간이 초과되거나 미달되는 경우 상기 현재 임계값은 각각 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 전체적 영상에 대해 상수인 임계값이 제1 신호 처리부(4)에서 임계값 비교를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 상기 제1 신호 처리부(4)에서 위치적으로 서로 다른 임계값을 가진 임계값 영상이 임계값 비교를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 상기 제2 신호 처리부(5)에서 신호 영상 안의 소정에 위치한 신호 픽셀의 픽셀값이 지속되는 경우에 상기 위치에 해당하는 임계값을 증가시키는 것으로 상기 임계값 영상을 연속적으로 획득하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 제1 신호 처리부(4)에서 시간 대비 현재 임계값 비교에 선행하는 최소한 2개 단일 영상들에 대해 픽셀단위로 평균값을 형성하고, 상기 임계값에 추가적인 양수를 더하는 것으로 상기 임계값 영상을 연속적을 획득하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 상기 제1 신호 처리부(4)는 상기 CCD 센서(1)에서 구현되고, 상기 신호 영상들은 CCD 센서(1)에서 리드 아웃 되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법을 제공한다.

또한, 전술한 방법에 따른 제1 신호 처리부(5)가 구현되고, 상기 방법에서 사용되는 CCD 센서(1)을 제공한다.

또한, CCD 센서(1) 및 영상 광학물(2)을 포함하고, 상기 방법에 따른 제1 및 제2 신호 처리부(4,5)가 구현된 것을 특징으로 하는 영상 레이저 경고장치(20)를 제공한다.

본 발명에 따른 탐지 방법은 일광 배경에서도 전파 유도 미사일 조종 레이저의 탐지에 대한 높은 감도를 가지고, 알려지지 않은 예측할 수 없는 펄스 레이저 위협에 대한 탐지가 가능하면서, 동시에 최소한 대략 1도의 레이저 광선의 입사 방향의 2차원적 방향 해상도가 가능하며, 예를 들어 기계적인 추적으로 인한, 시간 지연이 없는 즉각적 탐지를 달성할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시적인 것으로서만 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도면에 있어서,
도 1은 영상 레이저 경고장치의 구조를 나타내는 평면도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

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 설시된 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본원 발명의 목적은 청구항 1항에 따른 방법으로 달성할 수 있다. 본원 발명의 일실시예들은 종속항들에 나타나 있다.

본원 발명에 따른 방법에 사용되는 CCD 센서는 청구항 8항에 나타나 있다.

본원 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 영상 레이저 경고장치는 청구항 9항에 나타나 있다.

본원 발명은 도면을 참고로 실시예를 기초로 자세히 설명될 것이다. 도 1은 본원 발명에 따른 영상 경고 장치(20)의 수신부 구조에 대한 대략적인 스케치를 보여준다.

도 1을 참조하면, 영상 레이저 경고장치는 CCD 센서(1)에 입사하는 펄스 레이저 광선(10)을 탐지하고 입사 방향 결정을 위해, 높은 광도를 위한 대물렌즈, 예를 들어, 기존 카메라 구조의 F1/1.4를 가진 대물 렌즈(2)가 함께 사용될 수 있다. 배경 광도의 우선적인 감소를 위하여, 상응하는 간섭 혹은 컬러 필터(3)을 이용하는 스펙트럼 필터링이 선택적으로 수행될 수 있다. 그러나, 일반적인 CCD 센서는 예를 들어, 햇빛의 강하고 균일한 배경 광과 구별하여 순간적인 펄스 레이저를 탐지할 수 없다.

본 발명에 따르면, 이하 센서 근접 신호 처리부라고 명명되는 제1 신호 처리부가 구현된 특별한 CCD 센서가 사용되는데, 상기 제1 신호 처리부는 높은 샘플링 주파수로 상기 CCD 센서의 각 픽셀값과 임계값을 비교하며 이하 상기 각 픽셀값과 임계값을 비교(이하, 래피드 샘플링이라 명명함)한다. 상기 픽셀값은 픽셀 내에 저장되는 빛의 광도 등이 될 수 있다.

상기 제1 신호 처리부는 CCD 센서에 직접적으로, 예를 들어 직접 온-칩으로 구현될 수 있다.

본 발명에 따라 사용되는 샘플링 주파수는 샘플링 주기 동안 CCD 픽셀 캐패시터의 포화를 피하기 위하여 충분히 커야 한다. 햇빛 배경의 경우에, 최소한 대략 5 kHz의 샘플링 주파수 하에서는 매 200μs마다 상기 CCD 센서의 각 픽셀값을 리드아웃(read out)하고 임계값과 비교할 수 있다.

예를 들어, 포트론사 (Photron, Inc., San Diego, CA (www.photron.com))의 Fastcam IS-1M 모델의 카메라는 312*260의 픽셀의 해상도와 1 MHz의 영상 주파수를 가지고 있으며, 필요한 높은 샘플링 레이트가 현재 CCD 기술로 구현될 수 있음을 보여준다. 프린스턴사(Princeton Scientific Instruments, Inc., New Jersey, USA (www.prinsci.com))는 PSI-3 모델의 카메라로 5 MHz의 영상 주파수를 가지는 CCD 카메라를 제공한다. 30ns 이하의 더 짧은 리드아웃 시간을 가지는 Fraunhofer IMS의 프로토타입이 전시되었다. (annual report 2011, Fraunhofer IMS, 47-49 페이지)

상기 제1 신호 처리부에 의해 수행되는 픽셀단위로 픽셀값과 임계값과의 직접 비교에 대한 실용적인 실현 가능성은 레만(M. Lehmann et al.)에 의해 개시된 스마트 픽셀 개념을 참조할 수 있다. 즉 스마트 픽셀 개념에서는 단일 픽셀에 기초한 임계값 비교를 통하여 노출 조절이 수행된다. (M. Lehmann et al., Smart pixels for Future 3D-TOF sensors, CSEM SA, Photonics Division, ID R28 페이지)

일반적으로 탐지되는 펄스 레이저는 수십 나노초의 범위의 펄스 지속 시간을 가진다. 그러므로, 결과적인 배경 잡음비는 대략 10 Mhz 범위의 샘플링 주파수까지 상승할 수 있다. 따라서, 샘플링 주파수는 가능한 높을수록 바람직하며, 100kHz 이상일 것이 바람직하다.

먼저, 제1 신호 처리부(4)에서 임계값을 초과하는 픽셀값만이 이후에 사용된다. 임계 값을 모두 비교한 후에 저장된 픽셀들로 제공되는 영상은 이하 단일 영상이라고 명명한다.

데이터의 제1 감소를 위하여 상기 샘플링 주파수에 따라 생성되는 개별적인 단일 영상은 하나의 신호 영상을 형성하기 위하여 N개의 단일 영상들을 평균하거나 피크값 결정으로 집계된다. 이 경우에 숫자 N은 선택된 샘플링 주파수의 함수로 선택될 수 있고, 일반적인 영상 처리 하드웨어를 이용하여 처리되는 신호 영상의 영상 주파수가 결정된다. 40kHz의 상기 래피드 샘플링의 경우, 예를 들어 N이 200인 경우는 200 Hz의 신호 영상의 영상 주파수가 된다. 래피드 샘플링이 200kHz에서 수행된다면, N이 2000인 경우로 100Hz의 신호 영상 주파수가 된다.

신호 영상은 CCD 카메라 기술의 일상적인 방법에 따라 리드 아웃되어 제2 신호 처리부(5)으로 적절한 인터페이스(아날로그 비디오 신호, 카메라 연결, GigE, USB 등)를 통해 입력된다. 제2 신호 처리부는 신호 영상 안에서 펄스 레이저에 의한 신호 픽셀을 식별한다. 레이저 광선의 입사 방향은 신호 영상의 신호 픽셀 위치로부터 알 수 있다. 제2 신호 처리부(5)의 영상 데이터 처리는 예를 들어, 새로운 임계값 형성, 적절한 노이즈 필터링 및 추가적인 시그니처 필터링(신호 영상에서 상기 레이저 광선의 시그니처 시간 동안의 형태, 크기, 전개)을 이용하는 일반적인 영상 처리 기술에 의해 수행될 수 있다.

일반적인 광선 조건들에 자동으로 적응이 되도록 상기 제1 신호 처리부(4)에서 임계값 비교를 위한 임계값 형성은 상기 영상 레이저 경고장치의 모니터링 절차 동안에 수행될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 제2 신호 처리부(5)는 상기 신호 영상에서 비어있지 않은 픽셀들의 개수가 미리 정해진 대역폭을 초과하지 않도록 래피드 샘플링에 사용되는 새로운 임계값을 형성한다. 상기 개수가 상기 대역폭 이하로 떨어지는 경우, 새로운 임계값은 다음 신호 영상을 뚜렷하게 하기 위해 기존의 임계값보다 감소한다. 상기 대역폭이 초과되는 경우, 새로운 임계값은 기존의 임계값보다 증가한다. 이런 방법으로 한편으로는 탐지기가 항상 탐지 한계에서 작동되게 되고, 다른 한편으로는 신호 영상의 포화를 피할 수 있도록 한다.

가장 단순한 경우는 래피드 샘플링을 수행할 때, 영상의 모든 픽셀값을 동일한 임계값과 비교할 수 있다.

그러나, 배경 밝기에 따라 위치상 서로 다른 임계값으로 비교될 수 있도록 임계값 영상을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 임계값 영상은 제2 신호 처리부(5)에서 신호 영상의 영상 처리 시에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 소정에 위치한 신호 픽셀의 픽셀값이 지속되는 경우에 임계값 영상의 상기 위치에 대한 임계값에 대해서만 증가하도록 한다.

일 실시예에 있어서, 제1 신호 처리부(4)에서 상기 임계값 영상을 연속적으로 형성하는 것이 바람직하다. 임계값 영상을 형성하기 위해 시간 대비 현재의 임계값 비교보다 선행된 최소한 두 개의 단일 영상으로부터 픽셀단위로 평균값을 형성하고 상기 임계값 영상의 임계값에 추가적인 값을 더할 수 있다.

상기 전술한 방법에 의해 높은 배경 밝기로부터 기인하고 래피드 샘플링 주파수에 비해 느리게 변하는 신호 영상의 오류 신호를 효과적으로 피할 수 있다. 예를 들어, 200kHz의 래피드 샘플링의 경우에 만약 이전의 4개의 단일 영상들에 대해 평균된 영상이 임계값 영상 형성을 위한 기초로 사용된다면, 5μs의 샘플링 주기 안에 존재하는 픽셀 광도의 중요한 변화, 즉 추가적인 값이 더해짐으로 발생하는 변화가 있는 경우에, 비어있지 않은 픽셀들만 신호 영상 안에 존재할 수 있다. 20μs보다 느린 모든 변화는 상기 기술된 임계값 영상의 사용으로 매우 효율적으로 필터링 될 수 있다. 자연 배경의 광도, 예를 들어, 물에 반사된 태양에 의한 광도는 일반적으로 매우 천천히 변하기 때문에, 오류 신호에 대한 효과적인 억제는 제1 신호 처리부(4)에서 수행된다.

첫 번째 제1 신호 처리부(4)의 래피드 샘플링 시에 데이터 레이트가 매우 높게 오를 수 있다. 상기 전술된 것처럼, 상기 제1 신호 처리부(4)는 CCD 센서 칩에 직접 구현되는 것이 바람직하다. 일반적인 데이터 레이트(일반적인 CCD 카메라)하의 신호 영상들은 CCD 센서 칩에서 리드아웃 되어야 한다.

제1 신호 처리부(4)를 CCD 센서 칩에 직접 구현하는 것에 대한 대안으로 니어 센서 신호 처리를 전적으로 예를 들어, Xilinx사(Xilinx Inc., San Jose, CA)의 빠른 데이터 링크 관련된 FPGA 기술에 기초하여 디지털적으로 구현할 수 있다. 물론, 복수 개의 병렬 데이터 링크의 사용 또한 가능하다.

요약하면, 본 발명의 중요한 장점은 다음과 같다. 햇빛 배경에서도 전파 유도 미사일의 조종 레이저 탐지에 대한 높은 감도, 알려지지 않은, 예측할 수 없는 펄스 레이저 광선에 대한 탐지, 최소한 대략 1도의 레이저 광선의 입사 방향의 2차원적 방향 해상도, 기계적인 추적으로 인한 시간 지연 없는 빠른 탐지 등이다. 본 발명이 구현된 영상 레이저 경고장치는 컴팩트한 구조로 가능하다.

실시예

예시적인 실시예들에 있어서, 256*256 픽셀 해상도 및 50μm 픽셀 그리드를 가진 CCD 센서가 사용될 수 있다. (예를 들어, 씨모스 CCD). 8mm의 초점 폭을 가진 대물렌즈로 수직과 수평방향의 92도의 조리개 각도가 될 수 있다. 픽셀 당 탐지각은 0.36도가 될 수 있으며, 상기 탐지각에 의해 대략 1도보다 더 좋은 각도 해상도가 얻어질 수 있다.

1/1.4의 대물렌즈 조리개의 경우에는 10 fJ/cm²의 입사 펄스 에너지 밀도에서 근적외선 범위에 놓여진 레이저 파장 펄스 당 대략 10000 포톤을 수집할 수 있다. 픽셀 모서리에 초점이 맞춰진 경우에 상기 포톤들은 4개의 픽셀들에 나눠질 수 있고, 픽셀 당 2500개의 포톤들이 입사되며, 상기 포톤의 개수의 승수는 CCD 센서를 사용하여 잘 탐지 될 수 있는 승수이다. 원하는 탐지 감도가 얻어질 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims (9)

1. 입사 방향의 2차원적 해상도를 가진 펄스 레이저 광선(10)의 탐지 방법에 있어서, 영상 광학물(2)을 가진 CCD 센서(1)가 상기 탐지에 사용되고,
   적어도 5kHz의 샘플링 주파수를 가지는 제1 신호 처리부(4)에서, 상기 CCD 센서(1)의 각 픽셀값을 임계값과 비교하고, 후속 처리를 위하여 상기 임계값을 초과하는 상기 픽셀값만을 저장함으로써, 단일 영상들을 생성하는 단계;
   상기 제1 신호 처리부(4)에서, 적어도 10개의 상기 단일 영상들의 저장된 픽셀값들에 대한 평균값 또는 피크값을 픽셀단위로 획득하여 신호 영상을 획득하는 단계;
   상기 제1 신호 처리부(4)에서 획득된 상기 신호 영상을 10Hz 내지 500Hz의 범위의 영상 주파수로 제2 신호 처리부(5)로 전달하는 단계; 및
   상기 제2 신호 처리부(5)에서, 입사하는 레이저 광선을 나타내는 신호 픽셀을 상기 신호 영상으로부터 식별하는 단계를 포함하고,
   상기 레이저 광선에 대한 입사 방향은 상기 신호 영상 내의 상기 신호 픽셀의 위치로 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 신호 처리부(4)의 현재 임계값 비교 시 사용되는 상기 임계값은 상기 제2 신호 처리부(5)에서 시간적으로 선행하는 상기 신호 영상으로부터 연속적으로 도출되고, 상기 신호 영상에서 비어있지 않는 상기 신호 픽셀의 고정 시간이 초과되거나 미달되는 경우 상기 임계값이 각각 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전체적 영상에 대해 상수인 임계값이 상기 제1 신호 처리부(4)에서의 임계값 비교를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 국부적으로 서로 다른 임계값들을 가진 임계값 영상이 상기 제1 신호 처리부(4)에서의 임계값 비교를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 임계값 영상은 상기 제2 신호 처리부(5)에서 연속적으로 획득되고, 상기 신호 영상에서 상기 신호 픽셀이 국부적으로 축적되는 경우에 상기 임계값은 상기 신호 픽셀이 축적되는 영상 영역에서만 증가되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 신호 처리부(4)가 현재 임계값 비교에 시간적으로 선행하는 적어도 2개의 단일 영상들에 대해 상기 평균값을 형성하고, 상기 평균값에 추가적인 양수를 더하여 상기 임계값 영상을 연속적으로 획득하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 신호 처리부(4)는 상기 CCD 센서(1) 자체에서 구현되고, 상기 신호 영상은 상기 CCD 센서(1)로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 광선의 탐지 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 펄스 레이저 광선의 탐지 방법에서 사용되는 CCD 센서(1)에 있어서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 상기 제1 신호 처리부(5)가 구현된 것을 특징으로 하는 CCD 센서.
9. CCD 센서(1) 및 영상 광학물(2)을 가지는 영상 레이저 경고장치(20)에 있어서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 제1 및 제2 신호 처리부(4, 5)가 구현된 것을 특징으로 하는 영상 레이저 경고장치.

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