KR20220032846A - 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서, 적외선을 검출하여 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 멀티 코어 프로세서를 포함한다.

Description

적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법{INFRARED RAY PHOTOGRAPHY APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
적외선 촬영 장치는 빛이 없는 암흑 상태에서도 물체로부터 발산하는 적외선(열)을 탐지하여 이를 영상으로 제공하는 장치이다. 이러한 적외선 촬영 장치는 다양한 군수 분야에 활용되고 있다.
최근, 적외선 촬영 장치의 제품 가격이 낮아지고 제품의 성능이 향상됨으로써 군수 분야를 넘어서 민수 분야까지 그 활용도가 증가하고 있다. 민수 분야에서 적외선 촬영 장치는 주로 차량의 나이트 비전, 자율 주행 및 감시 시스템 등에 활용되고 있으며, 현재는 높은 가격의 차종 위주로 활용되고 있으나, 추후에는 활용 대수가 크게 증가하여 관련 수요가 폭발적으로 증대될 것으로 예상된다.
적외선 촬영 장치 중 냉각형 적외선 촬영 장치는 고성능의 영상을 제공하지만 높은 비용, 장비의 부피, 시스템 초기화 시간 등 많은 단점으로 인해 현재 민수 분야에서는 거의 활용되고 있지 않은 실정이다. 한편, 비냉각형 적외선 촬영 장치는 과거 검출기 내부에 냉각기 기능을 하는 열전소자(TEC: Thermal Electric Cooler)를 탑재하여 냉각기의 기능을 대신하였지만, 최근에는 열전소자를 제거하여 단가를 낮추고 제품을 소형화하기 위한 시도가 계속되고 있으며, 이를 위하여 다양한 이미지 처리 기법이 활용되고 있다.
그러나, 현재 적외선 촬영 장치는 대부분 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반으로 이미지 처리를 수행하도록 설계되어 공급되고 있다. 이는 FPGA를 기반으로 하는 설계가 진입 장벽이 낮고, 이미지 처리가 용이하여 제품 개발에 대한 리스크가 낮기 때문이다. 현재까지는 대부분의 적외선 촬영 장치가 성능 관련 요구 사항이 명확한 방산 제품으로 개발이 이루어져 왔었기 때문에 이와 같은 FPGA 기반 설계가 문제가 되지 않았다. 그러나 민수 분야의 경우 성능 관련 요구 사항이 다양하여 그에 따른 설계 변경이 필요하며, 기존의 FPGA 기반의 설계 방식은 이와 같은 고객의 다양한 요구 사항을 모두 만족시키는데 한계를 가지는 문제점이 있었다.
KR 10-0390316 B1
본 발명은 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치에 있어서, 상용되는 가시광선 촬영 장치를 활용할 수 있는 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는, 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서, 적외선을 검출하여 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 멀티 코어 프로세서를 포함한다.
상기 멀티 코어 프로세서는, 각 코어에 저장된 소프트웨어의 수정이 자유로운 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는, 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상 데이터를 생성하기 위한 검출부; 상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 신호 처리부; 및 상기 신호 처리부로부터 처리된 영상 데이터를 영상으로 출력하기 위한 디스플레이부;를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터의 출력 값을 보정하기 위한 제1 신호 처리부; 및 상기 제1 신호 처리부와 별개로 마련되어, 상기 제1 신호 처리부로터 보정된 영상 데이터의 분포 상태를 조절하기 위한 제2 신호 처리부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 신호 처리부는, 제1 기준 값을 이용하여, 상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터를 불균일 보정하는 불균일 보정부; 및 제2 기준 값을 이용하여, 상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터를 온도 보정하는 온도 보정부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 기준 값 및 제2 기준 값이 미리 저장되기 위한 저장부;를 더 포함하고, 상기 저장부는 DMA(Direct Memory Access) 방식으로 상기 제1 신호 처리부에 기준 값을 전달할 수 있다.
상기 제2 신호 처리부는, 상기 제1 신호 처리부로터 보정된 영상 데이터의 대조비를 증가시키는 대조비 개선부;를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 상기 제1 신호 처리부 및 상기 제2 신호 처리부와 별개로 마련되어, 상기 제2 신호 처리부로부터 분포 상태가 조절된 영상 데이터의 노이즈를 제거하기 위한 제3 신호 처리부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 제조 방법은, 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치의 제조 방법으로서, 가시광선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 가시광선 촬영 장치의 소프트 웨어를 수정하여, 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치를 제조한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 제조 방법은, 가시광선 촬영 장치를 마련하는 과정; 상기 가시광선 촬영 장치에 탑재된 소프트웨어 중 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정; 및 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 것으로 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정은, 상기 가시광선 촬영 장치에서 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어, 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어 및 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 상기 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어로 선별할 수 있다.
상기 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정은, 상기 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어를 불균일 보정을 위한 소프트웨어로 수정하는 과정; 상기 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어를 온도 보정을 위한 소프트웨어로 수정하는 과정; 및 상기 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 노이즈 제거를 위한 소프트웨어로 수정하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법에 의하면, 현재 널리 사용되고 있는 가시광선 촬영 장치와 동일하게 멀티 코어 프로세서 기반으로 적외선 촬영 장치를 설계함으로써 기존의 가시광선 촬영 장치를 활용하여 적외선 촬영 장치를 제조할 수 있다.
즉, 기존의 가시광선 촬영 장치에서 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어만을 선별하여 적외선 촬영 장치에 적합한 소프트웨어로 수정함으로써 고객의 다양한 성능 요구 사항에 부합하는 적외선 촬영 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 나타내는 도면.
도 2는 상용 가시광선 촬영 장치의 소프트웨어를 적외선 촬영 장치에 적용 가능한 소프트웨어로 수정하는 모습을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치로부터 분해 가능한 온도 차이 값을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 전력 소모 값을 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 불균일 보정을 수행하는 모습을 나타내는 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 온도 보정을 수행하는 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
적외선 촬영 장치의 영상 처리 기법은 크게 3가지로 구분될 수 있다. 즉, 적외선 촬영 장치의 영상 처리 기법은 첫째로 적외선 센서의 고정 패턴 노이즈(FPN; Fixed Pattern Noise)를 제거하기 위한 불균일 보정(NUC; Non Uniformity Correction), 둘째로 적외선 센서의 온도 변화에 따른 출력 값을 보정하기 위한 온도 보정(TEC-less; Thermal Electric Cooler-less) 및 셋째로 온도 보정 후의 대조비를 개선하기 위한 대조비 개선(CEM; Contrast Enhancement Mapping)으로 구분될 수 있다.
불균일 보정은 적외선 센서의 고정 패턴 노이즈를 제거하는 알고리즘이다. 다차원으로 배열된 모든 적외선 센서는 각 픽셀 엘리먼트 간의 기하학적인 차이나 전송 및 증폭 단의 이득의 차이로 고정적인 패턴이 나타나는데, 이를 고정 패턴 노이즈라고 한다. 이러한 고정 패턴 노이즈는 가시광선 대역을 검출하는 가시광선을 검출하여 촬영하는 가시광선 촬영 장치보다는 적외선 촬영 장치에서 주로 발생한다. 또한, 적외선 촬영 장치에서도 고정 패턴 노이즈는 적외선 센서가 1차원으로 배열된 1차원 적외선 촬영 장치보다 적외선 센서가 2차원으로 배열된 2차원 적외선 촬영 장치에서 보다 많이 발생하며, 냉각형 적외선 촬영 장치보다는 비냉각형 적외선 촬영 장치에서 보다 많이 발생한다. 이에, 비냉각형의 2차원 적외선 촬영 장치에서는 수평 및 수직 방향으로 발생하는 고정 패턴 노이즈를 제거할 필요성이 보다 높다.
온도 보정은 비냉각형 적외선 촬영 장치에서 온도에 따른 적외선 센서의 출력 변화를 일정한 값으로 보상하여 유지하는 알고리즘이다. 비냉각형 적외선 촬영 장치는 항온 유지 장치가 없기 때문에 동일한 촬영 대상에 대한 영상 출력 값이 일정하지 않게 되어 고정 패턴 노이즈가 추가적으로 발생하게 된다. 따라서, 온도 보정에서는 일정한 온도에서 각 픽셀로부터 측정된 영상 데이터가 온도에 따라 변화하는 양을 감지하고, 단위 온도(예를 들어 1°)당 변화하는 출력 값을 저장한 후 각 온도에 맞추어 실시간으로 적용한다. 일반적으로 큰 범위에서의 온도 변화가 발생하는 경우 수행되며, 주로 불균일 보정과 함께 적용된다.
영상 데이터를 처리한 후 이를 그대로 영상으로 출력하는 경우, 영상 출력 값의 차이가 매우 작아서 그 차이를 구분하기가 어렵게 된다. 즉, 일정 범위에만 영상 데이터의 출력 값이 몰려 있게 되는 상태로 되어 대조비가 저하된다. 따라서, 근소한 차이를 가지는 영상 데이터의 출력 값의 분포를 균등하게 재배치하여 명암 대비를 향상시킬 필요가 있다.
그러나, 현재 대부분의 적외선 촬영 장치의 영상 처리 기법은 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반 프로세서 상에서 제작되어 수행되고 있다. FPGA 기반 시스템은 사용자의 요구사항에 적합한 시스템 설계가 용이하며 내부 연산 구조가 간단해지는 장점이 있으나, 많은 단점을 보유한다.
FPGA 기반 시스템의 단점 중 첫째는 입출력 표준 인터페이스 지원의 부족이다. 즉, FPGA 기반 시스템의 경우 정해진 특정 인터페이스만 지원이 가능하다. 예를 들어 제품의 센서 모듈 변경 시에도 그에 맞는 로직을 재구성해야 하는 문제점이 있다. 그러므로 제품 요구 사항의 다변화에 적용하기 어렵다.
둘째는 낮은 시스템 재활용성이다. FPGA 기반 시스템은 하드웨어 로직 기반으로 기본 시스템이 구성되어 있어서 소프트웨어로의 모듈화가 어려우므로, 시스템을 변경하기 위하여는 칩셋(Chip-set)이 변경되거나 시스템을 새로 설계하여 구현해야한다. 이와 같이 FPGA 기반 시스템은 재활용성이 낮은 문제점을 가지고 있어 개발 비용 및 개발 기간이 증대될 수 밖에 없다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 기존의 FPGA 기반 시스템과 다른 방식인 멀티 코어 프로세서 기반의 시스템으로 적외선 촬영 장치를 구성한다. 여기서, 일반적으로 가시광선을 검출하여 영상으로 출력하기 위하여 사용되는 가시광선 촬영 장치는 멀티 코어 프로세서 기반의 시스템으로 설계되나, 전술한 바와 같이 기존의 적외선 촬영 장치는 FPGA 기반 시스템으로 설계되어 있기 때문에 그 전용이 불가하였다. 그러나, 적외선 촬영 장치를 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서와 같은 멀티 코어 프로세서 기반의 시스템으로 구성하는 경우, 각 코어에 저장된 소프트웨어의 수정이 자유롭게 되어 최적화 설계만으로도 상용되는 가시광선 촬영 장치를 활용하여 제조될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 상용 가시광선 촬영 장치의 소프트웨어를 적외선 촬영 장치에 적용 가능한 소프트웨어로 수정하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서, 적외선을 검출하여 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 멀티 코어 프로세서를 포함한다. 여기서, 멀티 코어 프로세서는 각 코어에 저장된 소프트웨어의 수정이 자유로운 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상 데이터를 생성하기 위한 검출부(100), 상기 검출부(100)로부터 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 신호 처리부(200) 및 상기 신호 처리부(200)로부터 처리된 영상 데이터를 영상으로 출력하기 위한 디스플레이부(300)를 포함할 수 있다.
검출부(100)는 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상 데이터를 생성한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 멀티 코어 프로세서 기반의 시스템으로 구성되어 상용되는 가시광선 촬영 장치를 활용하여 제조된다. 여기서, 검출부(100)는 상용되는 가시광선 촬영 장치의 검출부(100)와 동일한 센서를 사용할 수 있다. 즉, 가시광선 촬영 장치에서 가시광선을 전기적 신호로 변환하여 영상 데이터를 생성하는 센서는 적외선 촬영 장치에서 적외선을 전기적 신호로 변환하여 영상 데이터를 생성하는 데 동일하게 적용될 수 있으므로, 검출부(100)는 상용되는 가시광선 촬영 장치의 센서와 동일한 센서, 예를 들어 CCD(Charged Coupled Device)를 적외선 센서로 사용할 수 있다.
신호 처리부(200)는 검출부(100)로부터 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리한다. 이와 같은 신호 처리부(200)는 적외선을 검출하여 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 멀티 코어 프로세서로 구성될 수 있다. 멀티 코어 프로세스는 예를 들어, 각 코어에 저장된 소프트웨어의 수정이 자유로운 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서를 포함할 수 있다.
여기서, 신호 처리부(200)는 상기 검출부(100)로부터 생성된 영상 데이터의 출력 값을 보정하기 위한 제1 신호 처리부(210) 및 상기 제1 신호 처리부(210)와 별개로 마련되어, 상기 제1 신호 처리부(210)로터 보정된 영상 데이터의 분포 상태를 조절하기 위한 제2 신호 처리부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 신호 처리부(200)는 상기 제1 신호 처리부(210) 및 상기 제2 신호 처리부(220)와 별개로 마련되어, 상기 제2 신호 처리부(220)로부터 분포 상태가 조절된 영상 데이터의 노이즈를 제거하기 위한 제3 신호 처리부(230)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 제1 신호 처리부(210), 제2 신호 처리부(220) 및 제3 신호 처리부(230)는 멀티 코어 프로세서의 각 코어에 저장된 소프트웨어로 구현되어 각각 별개로 마련될 수 있다.
제1 신호 처리부(210)는 검출부(100)로부터 생성된 영상 데이터의 출력 값을 보정한다. 보다 상세하게는, 제1 신호 처리부(210)는 제1 기준 값을 이용하여, 상기 검출부(100)로부터 생성된 영상 데이터를 불균일 보정하는 불균일 보정부 및 제2 기준 값을 이용하여, 상기 검출부(100)로부터 생성된 영상 데이터를 온도 보정하는 온도 보정부를 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 기준 값 및 제2 기준 값을 이용하여 불균일 보정 및 온도 보정을 수행하는 제1 신호 처리부(210)는 DSP(Digital Signal Processor)로 구현될 수 있다.
제1 신호 처리부(210)는 적외선 촬영 장치의 핵심 기능인 불균일 보정과 온도 보정을 수행한다. 여기서, DSP(Digital Signal Processor)는 아날로그 신호를 아날로그-디지털 변환하여 얻어진 디지털 데이터에 대수적인 연산을 하여 필터링이나 스펙트럼 분석 등의 신호 처리를 하는 것을 말한다. 즉, DSP는 기본적으로 아날로그 신호의 실시간 디지털 처리를 목적으로 한다.
제1 신호 처리부(210)는 입력되는 영상 데이터의 프레임 손실 방지를 위한 내부 버퍼, 불균일 보정 및 온도 보정이 수행되는 불균일 보정 및 온도 보정 블록을 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 제1 기준 값 및 제2 기준 값이 미리 저장되기 위한 저장부(400)를 더 포함할 수 있다. 저장부(400)에는 불균일 보정 및 온도 보정을 수행하기 위한 이득 데이터 및 오프셋 데이터가 저장될 수 있으며, 이득 데이터 및 오프셋 데이터는 룩업 테이블 데이터(LUT Data)로 구성될 수 있다. 여기서, 저장부(400)는 DMA(Direct Memory Access) 방식으로 상기 제1 신호 처리부(210)에 기준 값을 전달할 수 있다.
제2 신호 처리부(220)는 상기 제1 신호 처리부(210)와 별개로 마련되어, 상기 제1 신호 처리부(210)로터 보정된 영상 데이터의 분포 상태를 조절한다. 이와 같은 제2 신호 처리부(220)는 제1 신호 처리부(210)와 동일하게 DSP(Digital Signal Processor)로 구현될 수 있다. 이를 위하여 제2 신호 처리부(220)는 입력 영상의 프레임 손실 방지를 위한 내부 버퍼, 입력 프레임에 히스토그램(histogram)을 적용하기 위한 픽셀 카운트 테이블, 입력 영상의 데이터 수집을 위한 데이터 카운트, 히스토그램을 수행하는 히스토그램 블록 및 대조비 재배치를 위한 재배치 블록을 포함할 수 있다. 또한, 저장부(400)에는 대조비 개선을 수행하기 위한 대조비 매핑(CEM Data; Contrast Enhancement Mapping Data)가 저장될 수 있다.
제3 신호 처리부(230)는 상기 제1 신호 처리부(210) 및 상기 제2 신호 처리부(220)와 별개로 마련되어, 상기 제2 신호 처리부(220)로부터 분포 상태가 조절된 영상 데이터의 노이즈를 제거한다. 여기서, 제3 신호 처리부(230)는 추가 영상 개선을 위한 영상 엔진으로 구성될 수 있다. 이와 같은 영상 엔진으로는 EVE(Embedded Vision Engine)을 사용할 수 있다. 또한, 제3 신호 처리부(230)는 데드 픽셀을 처리하기 위한 데드 픽셀 보정 블록, 영상 노이즈 개선을 위한 노이즈 필터 블록 및 흑백으로 표현되는 적외선 영상에 컬러 적용을 위한 컬러 컨버터 블록을 포함할 수 있다.
디스플레이부(300)는 신호 처리부(200)로부터 처리된 영상 데이터를 적외선 영상으로 출력한다. 여기서, 디스플레이부(300)는 상용되는 가시광선 촬영 장치의 디스플레이부(300)와 동일한 하드웨어를 사용할 수 있다. 즉, 가시광선 촬영 장치에서 영상 데이터를 가시광선 영상으로 출력하는 하드웨어는 적외선 촬영 장치에서 영상 데이터를 적외선 영상으로 출력하는 데 동일하게 적용될 수 있으므로, 디스플레이부(300)는 상용되는 가시광선 촬영 장치의 디스플레이부(300)와 동일한 하드웨어를 사용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 적외선 촬영 장치는 기존에 가시광선 촬영 장치에서 사용되는 검출부(100) 및 디스플레이부(300)를 그대로 사용하고, 신호 처리부(200)만을 적외선 촬영 장치에 적합하도록 수정한다. 이때, 신호 처리부(200)는 신호를 순차적으로 처리하기 위한 복수의 소프트웨어로 구성되며, 각 소프트웨어는 멀티 코어 프로세서의 각 코어에 저장된다. 여기서, 각 코어에 저장된 소프트웨어는 수정이 자유로운 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서로 구현되어, 적외선 촬영 장치에 적합하도록 수정될 수 있다.
보다 상세하게는, 가시광선 촬영 장치에 사용되는 기존 시스템의 경우 RGB의 색상 값을 가지는 데이터로 구성이 되어 있지만, 적외선 촬영 장치에 사용되는 시스템의 경우 RGB 색상값이 아닌 대상의 열 수치만으로 데이터가 구성이 됨에 따라 기존의 가시광선 촬영 장치와는 처리 구조가 맞지 않아 영상화가 불가능하다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 시스템의 처리 방식을 변경하여 적외선 촬영 장치의 시스템을 재구성한다.
한편, 종래의 적외선 촬영 장치의 경우 FPGA를 기반으로 설계되어 영상 데이터를 처리하기 위한 블록이 내부 하드웨어로 구성되어 수정이 불가능하다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 멀티 코어 프로세서를 이용하여 가시광선 촬영 장치에 사용되는 방식을 활용하고 추가 혹은 수정이 필요한 블록, 즉 소프트웨어에 대해서는 DSP를 재구성하는 방식으로 내부 시스템을 설계한다.
예를 들어, 블랙 레벨 조절(Black Level Adjustment) 기능은 적외선 촬영 장치에는 필요 없는 기능이다. 따라서, 블랙 레벨 조절을 위한 소프트웨어 대신에 불균일 보정을 수행하는 소프트웨어를 탑재하는 방식으로 시스템을 재구성한다. 한편, 적외선 촬영 장치의 전체 시스템 부하를 감소시키기 위해 공용으로 활용되는 블록은 그대로 활용한다. 적외선 영상 데이터가 가시광선 촬영 장치에 사용 가능한 이유는 가시광선 촬영 장치에서 영상 데이터를 출력하는 방식과 동일한 방식으로 데이터를 변환하기 때문이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 제조 방법은 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치의 제조 방법으로서, 가시광선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 가시광선 촬영 장치의 소프트웨어를 수정하여, 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치를 제조한다. 이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 제조 방법은 가시광선 촬영 장치를 마련하는 과정(S100), 상기 가시광선 촬영 장치에 탑재된 소프트웨어 중 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정(S200) 및 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 것으로 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정(S300)을 포함할 수 있다.
가시광선 촬영 장치를 마련하는 과정(S100)은 가시광선을 검출하여 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 멀티 코어 프로세서를 포함하는 가시광선 촬영 장치를 마련한다. 여기서, 상기 멀티 코어 프로세서는, 각 코어에 저장된 소프트웨어의 수정이 자유로운 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서를 포함할 수 있다.
적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정(S200)은 가시광선 촬영 장치에 탑재된 소프트웨어 중 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별한다. 여기서, 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정(S200)은, 상기 가시광선 촬영 장치에서 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어, 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어 및 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 상기 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어로 선별할 수 있다. 반면, 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정(S200)은 상기 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어, 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어 및 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 제외한 나머지 소프트웨어, 예를 들어, 데드 픽셀 보정 소프트웨어, 영상 크기 조절 소프트웨어 및 영상 출력 소프트웨어 등은 적외선 촬영 장치에 그대로 적용 가능한 소프트웨어로 선별할 수 있다.
선별된 소프트웨어를 수정하는 과정(S300)은 가시광선 촬영 장치에 탑재된 소프트웨어 중 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 것으로 선별된 소프트웨어를 수정한다. 즉, 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정(S300) 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 것으로 선별된 소프트웨어를 적외선 촬영 장치에 적용 가능한 소프트웨어로 교체 또는 재작성하여 수정한다.
여기서, 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정(S300)은, 상기 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어를 불균일 보정을 수행하기 위한 소프트웨어로 수정하는 과정, 상기 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어를 온도 보정을 수행하기 위한 소프트웨어로 수정하는 과정 및 상기 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 노이즈를 제거하기 위한 소프트웨어로 수정하는 과정을 포함할 수 있다. 이와 같은 소프트웨어 모듈은 다른 프로세서에도 적용이 가능하도록 모듈화 설계되어 있으며, 추후 프로세서의 업그레이드시에도 인터페이스 작업만으로 수정하여 구동될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치로부터 분해 가능한 온도 차이 값을 나타내는 도면이다.
도 4에서는 적외선 영상의 품질을 확인할 수 있는 NETD(Noise Equivalent Temperature Difference)를 바탕으로 성능을 비교하였다. NETD는 적외선 촬영 장치가 분해할 수 있는 최소 가능한 온도 차이에 대한 숫자이며 값이 작을수록 측정 해상도가 높아진다. 현재 시스템 개발 완료 시 핵심 요구 사항은 기존의 가시광선 촬영 장치를 활용하여 적외선 촬영 장치를 구현하는 경우 시스템의 NETD가 기존의 FPGA 기반의 시스템과 동일 수준을 보장하는지 여부이다. 여기서, 비교예-1은 17㎛ 적외선 센서에 F 1.5 렌즈를 장착하였으며, 실시예-1은 12㎛ 적외선 센서에 F 1.0 렌즈를 장착하였고, 실시예-2는 12㎛ 적외선 센서에 F 1.4 렌즈를 장착하였다. 비록, 완전히 동일한 테스트 환경이 아니지만 17㎛ 센서와 12㎛ 센서의 성능 차이를 약 10 내지 20% 수준으로 감안하고, 렌즈의 F 넘버 차이의 경우 F 1.0과 F 1.4의 차이가 평균 21/2 정도의 수치 차이를 나타내는 것을 감안하여 테스트하였다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 실시예-1 및 실시예-2의 경우 비교예-1과 비교하여 동등한 성능을 보이고 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치의 전력 소모 값을 나타내는 도면이다.
비교예-2 및 비교예-3은 기존 FPGA 기반으로 출시된 제품 (FLIR 社의 TAU-2, BAE社의 TWV640)과 실시예-1의 전력 소모를 비교한 자료이다. 기존 제품의 출력과 비교하면 약 10% 정도의 성능 향상을 보이며 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 슬립 모드(Sleep mode)로 전환 시 50%의 전력소모 감소를 나타냄을 알 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 불균일 보정을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.
여기서, 도 6은 원본 영상 히스토그램과 1 Point NUC의 히스토그램을 비교한 모습을 나타내며, 도 6에서는 원본 영상에서 불필요한 노이즈와 불균일성의 데이터들이 처리가 된 모습의 확인이 가능하다. 한편, 도 7은 히스토그램 평활화가 수행되기 전과 수행된 후의 영상을 나타낸다. 적외선 영상의 경우 데이터 분포도가 좁은 형태로 출력되기 때문에 이와 같은 히스토그램의 평활화는 필수적이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 온도 보정을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.
여기서, 도 8은 불균일 보정 영상과 대조비 개선 영상을 비교한 히스토그램이다. 적외선 영상의 경우에는 가시광선 영상의 평활화화는 다르게 데이터 분포의 폭이 좁기 때문에 평활화의 성능에 따라 영상의 화질이 확연하게 차이가 나게 된다. 한편, 도 9는 온도 보정 적용 전과 옹도 보정 적용 후의 영상을 나타낸다. 본 발명의 실시 예에 따라 온도 보정을 적용하게 되면, 출력되는 영상의 세로 패턴이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치 및 이의 제조 방법에 의하면, 현재 널리 사용되고 있는 가시광선 촬영 장치와 동일하게 멀티 코어 프로세서 기반으로 적외선 촬영 장치를 설계함으로써 기존의 가시광선 촬영 장치를 활용하여 적외선 촬영 장치를 제조할 수 있다.
즉, 기존의 가시광선 촬영 장치에서 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어만을 선별하여 적외선 촬영 장치에 적합한 소프트웨어로 수정함으로써 고객의 다양한 성능 요구 사항에 부합하는 적외선 촬영 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 검출부 200: 신호 처리부
210: 제1 신호 처리부 220: 제2 신호 처리부
230: 제3 신호 처리부 300: 디스플레이부
400: 저장부

Claims (12)

  1. 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서,
    적외선을 검출하여 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 멀티 코어 프로세서를 포함하는 적외선 촬영 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 멀티 코어 프로세서는,
    각 코어에 저장된 소프트웨어의 수정이 자유로운 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서를 포함하는 적외선 촬영 장치.
  3. 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상 데이터를 생성하기 위한 검출부;
    상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터를 다중으로 처리하기 위한 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부로부터 처리된 영상 데이터를 영상으로 출력하기 위한 디스플레이부;를 포함하는 적외선 촬영 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터의 출력 값을 보정하기 위한 제1 신호 처리부; 및
    상기 제1 신호 처리부와 별개로 마련되어, 상기 제1 신호 처리부로터 보정된 영상 데이터의 분포 상태를 조절하기 위한 제2 신호 처리부;를 포함하는 적외선 촬영 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    제1 기준 값을 이용하여, 상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터를 불균일 보정하는 불균일 보정부; 및
    제2 기준 값을 이용하여, 상기 검출부로부터 생성된 영상 데이터를 온도 보정하는 온도 보정부;를 포함하는 적외선 촬영 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 기준 값 및 제2 기준 값이 미리 저장되기 위한 저장부;를 더 포함하고,
    상기 저장부는 DMA(Direct Memory Access) 방식으로 상기 제1 신호 처리부에 기준 값을 전달하는 적외선 촬영 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 제1 신호 처리부로터 보정된 영상 데이터의 대조비를 증가시키는 대조비 개선부;를 포함하는 적외선 촬영 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 제1 신호 처리부 및 상기 제2 신호 처리부와 별개로 마련되어, 상기 제2 신호 처리부로부터 분포 상태가 조절된 영상 데이터의 노이즈를 제거하기 위한 제3 신호 처리부;를 더 포함하는 적외선 촬영 장치.
  9. 표적으로부터 방사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치의 제조 방법으로서,
    가시광선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 가시광선 촬영 장치의 소프트 웨어를 수정하여, 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치를 제조하는 적외선 촬영 장치의 제조 방법.
  10. 가시광선 촬영 장치를 마련하는 과정;
    상기 가시광선 촬영 장치에 탑재된 소프트웨어 중 적외선을 검출하여 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정; 및
    적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 것으로 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정;을 포함하는 적외선 촬영 장치의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어를 선별하는 과정은,
    상기 가시광선 촬영 장치에서 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어, 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어 및 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 상기 적외선 촬영 장치에 적용 불가능한 소프트웨어로 선별하는 적외선 촬영 장치의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 선별된 소프트웨어를 수정하는 과정은,
    상기 블랙 레벨을 조절하기 위한 소프트웨어를 불균일 보정을 위한 소프트웨어로 수정하는 과정;
    상기 화이트 밸런스를 조절하기 위한 소프트웨어를 온도 보정을 위한 소프트웨어로 수정하는 과정; 및
    상기 감마 값을 보정하기 위한 소프트웨어를 노이즈 제거를 위한 소프트웨어로 수정하는 과정;을 포함하는 적외선 촬영 장치의 제조 방법.
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