KR20230050131A - 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

인체 외형 모델을 이용하여 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위한 적외선 영상 생성 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따르면 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법은 상기 인체 외형 모델의 활동 조건과 상기 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 단계, 및 상기 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호에 기반하여, 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

인체 외형 모델을 이용하여 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING AN INFRARED IMAGE USING A HUMAN BODY MODEL}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 적외선 영상을 생성하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 인체 외형 모델에 관한 열 해석을 통해 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
적외선 영상은 특정 표적의 표면에서 방출되거나 반사되는 적외선 영역의 신호를 감지하여 가시화함으로써 도출되는 영상을 지시한다. 특히, 적외선 카메라는 야간에 적군으로부터 방사되는 에너지를 탐지하고 탐지된 에너지를 이용하여 적군을 파악할 수 있게 함으로써, 야간 활동의 적군 탐색 임무에 빈번하게 이용되고 있다.
전투 상황에서 군의 임무 수행에 있어 적군으로부터 발각되지 않도록, 아군은 위장 패턴이 존재하는 피복을 착용한다. 여기서, 피복은 주로 가시광선 영역에서 적군으로부터 쉽게 노출되지 않도록 하기 위한 위장 패턴을 포함하는 군복을 지시할 수 있다. 그러나, 무기 체계가 발전됨에 따라 전장에서 가시광선 영역만을 탐지하는 단일 센서가 아닌, 가시광선 영상과 적외선 영상까지 획득 가능한 멀티 센서를 이용하여 표적을 탐지하는 방법이 이용되고 있다. 그에 따라, 적군으로부터 노출되는 횟수를 감소시키기 위하여, 가시광선 영역뿐만 아니라 적외선 영역에 대해서도 스텔스(stealth) 능력을 가지는 군복의 위장 패턴에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.
적외선 영역에서 스텔스 능력을 가지는 군복의 위장 패턴에 관한 기술 개발에 있어, 육안으로 식별 가능하여 비교적 제작 및 시험이 용이한 가시광선 영역의 위장 패턴과 다르게, 적외선 영역의 위장 패턴은 위장 패턴의 개발, 제작, 및 시험이 어렵다. 즉, 적외선 센서는 상대적으로 고가일 뿐만 아니라, 적외선 영상 시험을 위하여 SWIR(short wave infrared), MWIR(medium wave infrared), LWIR(long wave infrared) 등 다양한 파장 대역의 적외선 센서가 필요하고, 계절 및 날씨의 영향과 같은 환경에 따라 상이한 적외선 영상들이 획득되므로, 실제 적외선 센서를 이용하여 피복의 위장 패턴을 시험하기 어려운 문제가 있었다. 또한, 실제 표적과 적외선 센서를 준비하여 다양한 환경에서 실험하더라도 적외선 영상은 환경변화에 민감하기 때문에 정확히 동일한 상황에서 반복 시험하기 어려운 문제도 있었다.
실제 적외선 센서를 이용하여 시험하기 어려운 문제에 대응하여, 적외선 시뮬레이션을 이용하여 적외선 영상을 생성하는 방법이 이용된다. 적외선 시뮬레이션은 실제 위장 패턴이 그려진 표적과 적외선 센서를 준비하여 다양한 환경 조건에서 실험하는 것보다, 정밀한 시뮬레이션 환경을 구축하여 이용할 수 있다. 즉, 적외선 시뮬레이션을 이용하면 여러 가지 재질과 패턴에 대해 스텔스 성능을 실험하는 것이 빠르고 저렴한 방법으로 다양한 파장 대역에 대해 재현성 있게 시험할 수 있는 장점이 있다.
적외선 시뮬레이션을 이용하여 위장 패턴을 시험하는 경우, 실제와 유사한 정확한 적외선 영상의 생성이 전제되어야 한다. 그러나 종래에 따르면, 인체의 일반적인 상황에서 촬영된 적외선 영상을 기준으로 적외선 영상을 생성하고 적외선 시뮬레이션을 수행하였다. 그에 따라, 적외선 영상이 정밀하지 못하였으며, 군사 작전에 이용되기 위하여 고도의 정밀성을 요구되는 위장 패턴 분석 실험에서 일반적인 적외선 영상을 사용하는 경우 오차가 컸다. 따라서, 적외선 시뮬레이션을 수행하는 데에 있어, 인체의 환경 및 활동에 따른 정밀한 적외선 영상을 획득하기 기술 개발이 요구되고 있다.
전술한 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술을 지시하지 않는다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 인체 외형 모델에 관한 열 해석을 통해 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 활동 조건과 환경 조건이 고려된 인체 외형 모델의 온도를 결정하여, 적외선 시뮬레이션을 위한 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 복수의 부위별로 구분되는 인체 외형 모델의 온도를 결정하여, 적외선 시뮬레이션을 위한 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 시뮬레이션을 위한 적외선 영상을 이용하여, 위장 패턴이 존재하는 피복의 성능을 시험하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위한 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법은
상기 인체 외형 모델의 활동 조건과 상기 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 단계, 및 상기 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호에 기반하여, 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 단계는, 복수의 영역들로 구분되는 상기 인체 외형 모델을 생성하는 단계, 임무 내용에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 단계, 상기 환경 조건과 상기 활동 조건에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 코어(core) 온도를 결정하는 단계, 및 상기 코어 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 영역들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 단계는, 상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 임무 환경에 대응되는 환경 값을 결정하는 단계, 상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 움직임 정도에 대응되는 활동 값을 결정하는 단계, 및 상기 환경 값과 상기 활동 값에 기반하여 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 환경 값은 임무 환경에 대응되는 열 에너지, 대기 복사량 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 활동 값은 상기 인체 외형 모델의 움직임 레벨에 대응되는 이동량을 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 코어 온도는 상기 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률, 심박수에 기반한 인체 내부 온도, 상기 움직임에 따른 가속도에 기반한 상승 온도, 및 체온 변화에 관한 비례 상수에 기반하여 결정될 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 표면 온도를 결정하는 단계는 상기 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 상기 복수의 영역들 사이에 교환되는 열의 크기에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 적외선 영상을 생성하는 단계는, 상기 인체 외형 모델의 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 신호의 세기를 결정하는 단계, 및 상기 적외선 신호의 세기에 기반하여 적외선 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 적외선 신호의 세기를 결정하는 단계는, 상기 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하는 단계, 상기 인체 외형 모델의 온도에 기반한 자체 방사 에너지를 결정하는 단계, 상기 위장 패턴에 따른 적외선 에너지의 방사율을 결정하는 단계, 및 상기 자체 방사 에너지와 상기 방사율에 기반하여 적외선 신호의 세기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 자체 방사 에너지는 파장에 따른 적외선 센서의 반응율, 상기 인체 외형 모델과 상기 적외선 센서 사이의 대기 투과도, 상기 인체 외형 모델의 표면의 방사율, 및 표면에서 방출되는 복사 에너지에 기반하여 결정될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위한 적외선 영상 생성 장치는 상기 인체 외형 모델의 활동 조건과 상기 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 온도 결정부, 및 상기 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호에 기반하여, 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 결정부는 복수의 영역들로 구분되는 상기 인체 외형 모델을 생성하는 인체 모델링부, 임무 내용에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 조건 결정부, 상기 환경 조건과 상기 활동 조건에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 코어(core) 온도를 결정하는 코어 온도 결정부, 및 상기 코어 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정하는 표면 온도 결정부를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 조건 결정부는 상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 임무 환경에 대응되는 환경 값을 결정하고, 상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 움직임 정도에 대응되는 활동 값을 결정하고, 상기 환경 값과 상기 활동 값에 기반하여 환경 조건과 활동 조건을 결정할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 표면 온도 결정부는 상기 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 상기 복수의 영역들 사이에 교환되는 열의 크기에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 영상 생성부는 상기 인체 외형 모델의 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 신호의 세기를 결정하고, 상기 적외선 신호의 세기에 기반하여 적외선 영상을 생성할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 영상 생성부는 상기 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하고, 상기 인체 외형 모델의 온도에 기반한 자체 방사 에너지를 결정하고, 상기 위장 패턴에 따른 적외선 에너지의 방사율을 결정하고, 상기 자체 방사 에너지와 상기 방사율에 기반하여 적외선 신호의 세기를 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.
또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.
본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 인체 외형 모델에 관한 열 해석을 이용 함으로써, 적외선 영상을 생성할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 활동 조건과 환경 조건이 고려된 인체 외형 모델의 온도를 결정함으로써, 정밀한 적외선 영상을 생성할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 복수의 부위별로 구분되는 인체 외형 모델의 온도를 결정함으로써, 정밀한 적외선 영상을 생성할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 정밀한 적외선 영상을 이용함으로써, 위장 패턴이 존재하는 피복의 성능을 정확하게 시험할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치의 구성을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치가 생성하는 영상들에 관한 일 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 파장에 따른 방사율 그래프를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치가 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 인체 외형 모델에 관한 열 해석을 통해 적외선 영상을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 복수의 영역들로 구분되는 인체 외형을 모델링하고, 인체 외형 모델의 표면 온도를 이용하여 적외선 영상을 생성하기 하기 위한 기술을 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)의 구성(100)을 도시한다. 본 개시에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)는 적외선 시뮬레이션을 위하여 사용되는 적외선 영상을 생성하는 장치를 지시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 통신부, 저장부, 제어부를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 프로세서는 제어부에 기능적으로 결합되어 적외선 영상 생성 장치(110)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
적외선 영상 생성 장치(110)는 인체의 외형 모델링을 이용하여 적외선 영상을 생성하는 기능을 수행한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델을 생성하고, 임무 내용에 따른 환경 조건과 활동 조건을 이용하여 인체 외형 모델의 온도를 결정할 수 있다. 여기서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 중심이 되는 코어(core) 온도를 결정하고, 코어 온도로부터 부위에 따른 표면 온도를 결정할 수 있다. 이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 표면 온도에 따른 에너지 방사를 고려하여 적외선 영상을 생성할 수 있다.
구체적으로, 적외선 영상 생성 장치(110)는 복수의 영역들로 구분되는 인체 외형 모델을 생성할 수 있다. 즉, 적외선 영상 생성 장치(110)는 복수의 미소 영역들로 구분되는 정밀 모델링을 수행할 수 있다. 여기서, 복수의 영역들은 인체 외형 모델의 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈로 구분되는 영역들을 지시할 수 있다. 또한, 적외선 영상 생성 장치(110)는 각 영역들 별로 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈의 재질 물성치(material property)에 관한 정보를 저장할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 내용에 따른 인체 외형 모델의 움직임에 따른 활동 조건과 인체 외형 모델이 배치되는 환경에 관한 환경 조건을 고려하여, 인체 외형 모델을 온도를 결정할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 활동 조건과 환경 조건에 기반하여 인체 외형 모델의 코어 온도를 결정하고, 코어 온도를 기반으로 3차원의 복합 열 해석을 수행하여 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다.
이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호를 이용하여 적외선 영상을 생성할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 부위 별 표면 온도에 기반하여 인체 외형 모델에 관한 적외선 신호의 세기를 결정하고, 적외선 신호의 세기에 기반하여 적외선 영상을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 다르면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하고, 인체 외형 모델의 표면 온도에 기반한 자체 방사 에너지와 위장 패턴에 따른 적외선 에너지 방사율을 이용하여 적외선 신호의 세기를 결정할 수 있다. 이후 적외선 영상 생성 장치(110)는 적외선 방사 에너지를 분석하여 적외선 영상을 획득할 수 있다. 도 1을 참고하면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 온도 결정부(120), 및 영상 생성부(160)를 포함한다.
온도 결정부(120)는 인체 외형을 모델링 하고, 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 기능을 수행한다. 온도 결정부(120)는 복수의 영역들로 구분되도록 인체 외형을 모델링 하고, 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델의 코어 온도를 결정할 수 있다. 여기서, 복수의 영역들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이후, 온도 결정부(120)는 코어 온도로부터 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정할 수 있다. 표면 온도는 복수의 영역들 사이의 열 교환을 통하여 결정되는 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 지시할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 온도 결정부(120)는 인체 모델링부(121), 조건 결정부(123), 코어 온도 결정부(125), 표면 온도 결정부(127)를 포함한다.
인체 모델링부(121)는 인체 외형 모델을 생성하는 기능을 수행한다. 인체 모델링부(121)는 적외선 시뮬레이션에 이용되고 인체의 외적 형상과 유사한 형태의 인체 외형 모델을 생성할 수 있다. 인체 외형 모델은 복수의 미소 격자들로 구성될 수 있다. 그에 따라, 인체 외형 모델은 인체의 부위 특성에 맞도록 복수의 영역들로 구분될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 복수의 영역들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
조건 결정부(123)는 적외선 시뮬레이션 수행을 위한 조건을 결정하는 기능을 수행한다. 조건 결정부(123)는 인체 외형 모델의 움직임에 관한 활동과 환경을 결정할 수 있다. 조건 결정부(123)는 인체 외형 모델의 움직임에 관한 활동 조건과 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 조건 결정부(123)는 임무 내용을 획득할 수 있다. 조건 결정부(123)는 임무 내용에 대응되도록 인체 외형 모델의 임무 환경에 대응되는 환경 값들을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 환경은 도심, 평지, 사막, 산악, 수풀, 실내 등 인체 외형 모델이 위치할 시뮬레이션 환경을 지시할 수 있다. 또한, 조건 결정부(123)는 환경마다 대응되는 열 에너지와 대기 복사량을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 환경 값은 임무 환경에 대응되는 열 에너지, 대기 복사량 중 적어도 하나를 포함하고, 조건 결정부(123)는 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델이 배치된 환경을 확인하고, 환경 값을 결정할 수 있다.
조건 결정부(123)는 임무 내용에 대응되도록 인체 외형 모델의 움직임 레벨에 관한 확률을 지시하는 활동 값을 결정할 수 있다. 조건 결정부(123)는 활동 값에 기반하여 활동 조건을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 움직임 레벨은 달리기 레벨, 걷기 레벨, 및 휴식 레벨과 같이 인체 외형 모델이 이동하는 움직임의 정도를 지시할 수 있다. 또한, 조건 결정부(123)는 인체 외형 모델의 움직임에 대응되는 확률을 결정할 수 있다. 구체적으로, 조건 결정부(123)는 임무 내용의 목적에 따라 움직임 레벨에 할당되는 확률을 결정할 수 있다. 일 예에 따르면, 고지 점령 시뮬레이션의 경우 걷기 레벨이나 휴식 레벨 보다, 달리기 레벨에 높은 확률이 할당될 수 있다. 활동 값은 인체 외형 모델의 움직임 레벨에 대응되는 이동량을 포함하고, 조건 결정부(123)는 인체 외형 모델의 움직임 레벨들의 수행 확률에 따른 이동량을 결정할 수 있다. 이후, 조건 결정부(123)는 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델의 움직임 레벨과 움직임 레벨에 따른 발열 정도를 결정할 수 있다.
코어 온도 결정부(125)는 환경 조건과 활동 조건에 기반하여 인체 외형 모델의 코어 온도를 결정하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 다르면, 코어 온도 결정부(125)는 조건 결정부(123)가 결정한 환경 조건과 활동 조건에 대응되도록 인체 외형 모델의 코어 온도를 결정한다. 코어 온도 결정부(125)는 인체 외형 모델의 환경과 움직임 가속도에 기반하여 인체 내부의 코어 온도를 계산할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 코어 온도 결정부(125)는 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률, 심박수에 기반한 인체 내부 온도, 움직임에 따른 가속도에 기반한 상승 온도, 및 체온 변화 상수에 기반하여 결정할 수 있다.
표면 온도 결정부(127)는 코어 온도에 기반하여 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정하는 기능을 수행한다. 표면 온도 결정부(127)는 코어 온도를 기반으로, 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 복수의 영역들 사이에 사이에서 교환되는 열 교환을 고려하여 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 계산할 수 있다. 그에 따라, 인체 외형 모델의 각 부위마다 표면 온도가 상이하게 표현될 수 있다. 여기서, 재질 값들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈의 각각에 관한 재질 물성치(material property)에 관한 정보를 지시할 수 있다.
영상 생성부(160)는 생성된 인체 외형 모델로부터 적외선 영상을 생성하는 기능을 수행한다. 영상 생성부(160)는 인체 외형 모델로부터 적외선 신호의 세기를 확인하고, 적외선 신호의 세기를 고려하여 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 영상 생성부(160)는 적외선 신호의 세기를 확인하기 전에, 인체 영상 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용할 수 있다. 영상 생성부(160)는 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 이용하여 적외선 방사 에너지를 확인할 수 있고, 위장 패턴에 따른 적외선 에너지의 방사율을 확인할 수 있다. 이후, 영상 생성부(160)는 적외선 방사 에너지와 방사율에 기반하여 적외선 신호의 세기를 계산할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 영상 생성부(160)는 인체 외형 모델의 표면 온도에 기반하여 자체 방사 신호를 계산할 수 있고, 위장 패턴에 대응되는 방사율에 따라 적외선 신호의 세기를 결정할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 적외선 센서의 센서 파라미터를 반영하여 센서 효과가 반영된 적외선 영상을 생성할 수 있다.
적외선 영상 생성 장치(110)가 적외선 영상을 생성하는 구체적인 방법에 관하여, 아래와 같은 수학식들이 사용될 수 있다. 도 1을 참고하면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델을 생성한다. 초기에, 적외선 영상 생성 장치(110)가 생성한 인체 외형 모델의 내부 온도는 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00001
<수학식 1>을 참고하면, Th는 인체 외형 모델의 심박수에 의한 인체 내부 온도, η는 인체 외형 모델의 활동에 따른 심박수 변화율, Tnorm는 인체 표준 온도를 지시한다. 일반적으로, 심박수와 체온은 양의 상관 관계를 가지고, η는 <수학식 2>와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00002
<수학식 2>를 참고하면, η는 인체 외형 모델의 활동에 따른 심박수 변화율, HRactivity는 활동 중에서 심박수, α는 기울기 조정 계수, HRnormal은 정지 상태에서 심박수를 지시한다.
이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 심박수에 의한 인체 내부 온도에서, 환경 조건과 활동 조건에 기반하여 코어 온도를 결정할 수 있다. 코어 온도는 현재 상태와 인체 움직임에 따른 가속도에 기반하여 Tsa결정될 수 있다. 구체적으로, 코어 온도는 <수학식 3>과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00003
<수학식 3>을 참고하면, Tt+1 sa는 t+1초에서 현재 상태 s와 인체 움직임에 따른 가속도 a에 따른 인체 외형 모델의 코어 온도, Pa는 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률로서 뛰기, 걷기, 휴식 등의 동작 세트 a에서 선택되는 확률, Th는 인체 외형 모델의 심박수에 의한 인체 내부 온도, Tacc는 가속도에 기반한 상승 온도을 나타낸다. γ는 비례 상수, Ps는 환경의 변화나 긴장 상태의 변화 등 제어 불가능한 외부 확률, Tnorm는 인체 표준 온도, Tt sa는 t초에서 현재 상태 s와 인체 움직임에 따른 가속도 a에 따른 인체 외형 모델의 코어 온도를 지시한다. 인체 내부 온도는 시간이 경과됨에 따라 비례 상수 γ에 의하여 일정한 비율로 지속적으로 감소하며, 인체의 표준 온도로 수렴한다. 여기서, 비례 상수 γ는 <수학식 4>와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00004
<수학식 4>를 참고하면, γ는 비례 상수, γn은 바람이 없는 상태에서 단위 시간당 체온 감소 비율, γw 풍속에 따른 체온 감소 비율, Vwind는 풍속, T는 인체 내부 온도, Te는 외부 환경 온도를 지시한다. 즉, 비례 상수 γ는 외부 환경 온도와 인체 내부의 온도 차이에 비례하고, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률, 심박수에 기반한 인체 내부 온도, 움직임에 따른 가속도에 기반한 상승 온도, 및 체온 변화에 관한 비례 상수를 이용하여 코어 온도를 결정할 수 있다.
이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 코어 온도를 이용하여 인체 외형 모델의 온도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 적외선 영상 생성 장치(110)는 코어 온도를 이용하여 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 코어 온도를 기반으로, 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 복수의 영역들 사이에 사이에서 전도, 대류, 복사에 관한 열 교환을 고려하여 3차원의 복합 열 해석을 수행할 수 있다. 여기서, 재질 값들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈의 각각에 관한 재질 물성치에 관한 정보를 지시할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 표면 온도를 계산하기 위하여 에너지 보존 방정식을 이용할 수 있다. 인체 외형 모델을 미소 크기의 요소들로 구분하였을 때 임의의 요소 i에 대한 에너지 보존 방정식은 <수학식 5>와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00005
<수학식 5>를 참고하면, M은 질량, Ci는 비열, T는 온도, t는 시간, N은 요소들의 수, k는 열전도율, Aij는 요소들 사이에 접하는 면적, l은 요소들 사이의 거리, h는 대류 열전달 계수, Ai는 대기에 노출된 면적, Qradiation,i는 복사 열전달, Qimposed,i는 중첩 열전달을 지시한다. <수학식 5>를 참고하면, 우측 첫 번째 항은 요소 i에 인접한 N개의 요소들 사이의 전도 열전달을 지시하고, 우측 두 번째 항은 요소 i에 인접한 대기와의 대류 열전달을 지시한다. 또한, 복사 열전달 Qradiation,i는 <수학식 6>과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00006
<수학식 6>을 참고하면, Qradiation는 복사 열전달, Qsolardirect는 인체 외형 모델에 입사되는 태양 복사 에너지의 직사 성분, Qsolardiffuse는 인체 외형 모델에 입사되는 태양 복사 에너지의 확산 성분, Qsky는 인체 외형 모델에 입사되는 대기 복사 에너지, Qexchange는 표면 요소들 사이의 복사 열 교환을 지시한다. 여기서, 표면 요소들 사이의 복사 열교환 Qexchange는 <수학식 7>과 같이 결정할 수 있다.
Figure pat00007
<수학식 7>을 참고하면, Qexchange는 표면 요소들 사이의 복사 열교환, N은 요소들의 수, F는 형상 계수(view factor), ε은 각 요소들의 표면 방사율을 지시한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 3차원 복합 열전달을 고려하여 에너지 보존 방정식에 기반하여 인체 외형 모델의 각 부위별 표면 온도를 결정할 수 있다.
이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 각 부위별 표면 온도에 기반하여 적외선 영상을 생성할 수 있다. 이를 위하여, 적외선 영상 생성 장치(110)는 표면 온도에 기반하여 적외선 센서로 입사되는 적외선 방사 에너지를 결정할 수 있다. 적외선 방사 에너지는 <수학식 8>과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00008
<수학식 8>을 참고하면, Lselfemitted는 적외선 방사 에너지, φ는 파장 λ에 대한 적외선 센서의 반응율, τ는 인체 외형 모델과 센서 사이의 대기 투과도, ε은 물체 표면의 방사율, Iλb(Ts)는 Ts와 파장 λ에 대하여 흑체에서 방출되는 복사 에너지에 관한 플랑크 흑체 방정식(Planck's blackbody equation)을 지시한다. 여기서, ε은 위장 패턴이 있는 피복을 착용한 인체 외형 모델에 관한 페인트(paint) 물성치에 기반하여 결정될 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 결정된 자체 방사 적외선 신호 값을 픽셀 강도에 기반하여 매핑함으로써, 적외선 영상을 생성할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)가 생성하는 영상들(200)에 관한 일 예를 도시한다.
도 2를 참고하면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델에서 표면 온도를 결정하고, 인체 외형 모델의 표면 온도를 이용하여 적외선 신호를 분석 및 적외선 영상을 생성할 수 있다. 도 2는 적외선 영상 생성 장치(110)의 온도 결정부(120)가 생성하는 제1 이미지 그룹(210)과 영상 생성부(160)가 생성하는 제2 이미지 그룹(260)을 도시한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 적외선 시뮬레이션을 위하여 최종적으로 제2 이미지 그룹(260)의 적외선 이미지(261)를 생성할 수 있고, 적외선 이미지(261)를 생성하는 과정에서 부가적으로 제1 이미지 그룹(210)에 포함된 복수의 영상들을 생성할 수 있다. 즉, 도 2는 적외선 이미지(261)를 생성하기 위한 과정에서 생성 가능한 영상들을 예시할 뿐이며, 적외선 영상 생성 장치(110)는 제1 이미지 그룹(210)에 포함된 복수의 이미지들 중 적어도 하나를 생성하지 않을 수 있다.
적외선 영상 생성 장치(110)의 온도 결정부(120)는 순차적으로 모델링 이미지(211), 조건 이미지(213), 코어 온도 이미지(215), 및 표면 온도 이미지(217)를 생성할 수 있다. 우선적으로, 온도 결정부(120)는 인체 외형 모델을 생성할 수 있다. 그에 따라, 인체의 형상과 유사한 형태의 모델링 이미지(211)가 생성될 수 있다. 이후, 온도 결정부(120)는 환경 조건과 활동 조건을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 임무 내용은 고지 점령에 관한 임무 내용을 지시하고, 환경 조건은 산악 지형에 관한 환경을 지시하고, 활동 조건은 달리기 조건을 지시할 수 있다. 이후, 온도 결정부(120)는 환경 조건과 활동 조건을 고려하여 코어 온도를 결정하고, 코어 온도에 기반하여 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다. 이에 대응하여, 결정된 코어 온도를 인체 외형 모델에 적용한 코어 온도 이미지(215)와, 코어 온도로부터 결정된 부위 별 표면 온도를 인체 외형 모델에 적용한 표면 온도 이미지(217)가 생성될 수 있다.
적외선 영상 생성 장치(110)의 영상 생성부(160)는 부위 별 표면 온도를 이용하여 적외선 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성부(160)는 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하고, 인체 외형 모델의 인체 부위별 표면 온도에 따른 자체 방사 에너지와 위장 패턴에 대응되는 방사율을 고려하여 적외선 방사 에너지를 확인할 수 있고, 적외선 방사 에너지로부터 적외선 신호의 세기를 계산할 수 있다. 이후, 영상 생성부(160)는 적외선 신호의 세기를 이용하여 적외선 이미지(261)를 생성할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 파장에 따른 방사율 그래프(300)를 도시한다. 도 3에서 가로 축은 파장을 지시하고, 세로 축은 방사율을 지시한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델에 관하여 움직임 및 가속도에 관한 활동 조건과 환경 조건을 고려하여 실제와 유사한 인체 내부 온도를 모델링할 수 있다. 또한, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델을 이용하여 3차원 복합 열해석을 통해 각각의 부위 별 정확한 표면 온도를 계산하고, 표면 온도를 바탕으로 적외선 영상을 생성한다.
적외선 영상 생성 장치(110)의 영상 생성부(160)가 적외선 영상을 생성하는 과정에서, 적외선 방사 에너지는 파장에 따른 적외선 센서의 반응율, 인체 외형 모델과 적외선 센서 사이의 대기 투과도, 인체 외형 모델의 표면의 방사율, 및 표면에서 방출되는 복사 에너지에 기반하여 결정된다.
여기서, 방사율은 도 3에 도시된 바와 같이 파장에 따라 커브 형태를 가지질 수 있다. 방사율은 파장이 증가할수록 방사율이 증가하다가 일정한 파장 이후에 방사율 1로 포화되며, 위장 패턴이 적용된 피복을 착용한 경우 페인트 물성치를 더 고려하여 결정될 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)의 동작 방법에 관한 흐름도(400)를 도시한다. 도 4는 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위하여 적외선 영상 생성 장치가 동작하는 방법을 예시한다.
도 4를 참고하면 단계(401)에서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 활동 조건과 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건에 기반하여, 인체 외형 모델의 온도를 결정한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체의 활동과 환경을 고려하여 인체 외형 모델에서 각각의 부위 별 온도를 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델을 복수의 영역들로 구분하고, 임무 내용에 기반하여 환경 조건과 활동 조건을 결정한다. 이후 환경 조건과 활동 조건을 이용하여 코어 온도를 결정하고, 코어 온도로부터 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다.
단계(403)에서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호에 기반하여, 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 부위별 표면 온도를 이용하여 적외선 영상을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 온도에 기반하여 인체 외형 모델에 관한 적외선 신호의 세기를 결정하고, 적외선 신호의 세기에 기반하여 적외선 영상을 생성할 수 있다.
여기서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하고, 인체 외형 모델의 온도에 기반한 자체 방사 에너지를 결정하고, 위장 패턴에 따른 적외선 에너지의 방사율을 결정하고, 자체 방사 에너지와 방사율에 기반하여 적외선 신호의 세기를 결정할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 결정된 적외선 신호의 세기를 이용하여 적외선 영상을 생성할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 자체 방사 에너지는 파장에 따른 적외선 센서의 반응율, 인체 외형 모델과 적외선 센서 사이의 대기 투과도, 인체 외형 모델의 표면의 방사율, 및 표면에서 방출되는 복사 에너지에 기반하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 자체 방사 에너지는 <수학식 8>에 기반하여 결정될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)가 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 방법에 관한 흐름도(500)를 도시한다. 도 5는 적외선 영상 생성 장치가 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정하는 방법을 예시한다.
도 5를 참고하면 단계(501)에서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 복수의 영역들로 구분되는 인체 외형 모델을 생성한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위하여 인체의 외적 형상과 유사한 형태의 인체 외형을 모델링 할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 인체 외형 모델은 복수의 영역들로 구분될 수 있고, 복수의 영역들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계(503)에서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델의 환경 조건과 활동 조건을 결정한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 상황에 대응되도록 환경 조건과 환경 조건을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델의 임무 환경에 대응되는 환경 값을 결정하고, 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률을 지시하는 활동 값을 결정할 수 있다. 이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 환경 값과 활동 값에 기반하여 환경 조건과 활동 조건을 결정할 수 있다. 여기서, 환경 값은 임무 환경에 대응되는 열 에너지, 대기 복사량 중 적어도 하나를 포함하고, 활동 값은 인체 외형 모델의 움직임 레벨에 대응되는 확률 정보를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 환경은 도심, 평지, 사막, 산악, 수풀, 실내 등 인체 외형 모델이 위치할 시뮬레이션 환경을 지시할 수 있고, 적외선 영상 생성 장치(110)는 각각의 환경들에 대응되는 열 에너지와 대기 복사량을 결정할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 내용에 기반하여 인체 외형 모델이 배치된 환경을 확인하고, 환경 값을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 움직임 레벨은 달리기 레벨, 걷기 레벨, 및 휴식 레벨과 같이 인체 외형 모델이 이동하는 움직임의 정도를 지시할 수 있고, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 움직임에 대응되는 확률을 결정할 수 있다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 내용에 기반하여 움직임 레벨들 각각에 관한 수행 확률을 할당할 수 있다. 이후, 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 외형 모델의 움직임 레벨들의 수행 확률에 따른 이동량을 결정할 수 있다.
단계(505)에서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 환경 조건과 활동 조건에 기반하여 인체 외형 모델의 코어 온도를 결정한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 임무 내용에 따른 환경 조건과 활동 조건을 고려하여 인체 내부 온도에 관한 코어 온도를 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 코어 온도는 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률, 심박수에 기반한 인체 내부 온도, 움직임에 따른 가속도에 기반한 상승 온도, 및 체온 변화에 관한 비례 상수에 기반하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 코어 온도는 <수학식 3>에 기반하여 결정될 수 있다.
단계(507)에서, 적외선 영상 생성 장치(110)는 코어 온도에 기반하여 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정한다. 적외선 영상 생성 장치(110)는 코어 온도로부터 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 적외선 영상 생성 장치(110)는 복수의 영역들에 대응되는 재질 값들을 미리 저장할 수 있고, 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 복수의 영역들 사이에 교환되는 열의 크기에 기반하여, 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정할 수 있다.
본 개시에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)는 인체 활동에 의한 가속도 및 환경 조건이 고려된 인체 내부 열원 모델링을 통해, 코어 온도에 대한 정확한 추정이 가능하다. 인체의 온도는 다양한 동작 및 그 동작을 수행하는 속도, 주변 온도, 실내외 조건, 기상환경조건 등 다양한 조건에 따라 크게 변하게 되는데, 본 개시에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)는 정밀한 내부 열원 모델링에 의해 신뢰성 있게 추정할 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)는 정확한 인체 내부 열원을 바탕으로 3차원 복합 열해석을 통해 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 계산하여 인체 각 부위의 온도 변화를 정확히 시뮬레이션 할 수 있다. 그에 다라, 적외선 영상 생성 장치(110)를 이용하여 군복과 같은 피복의 위장 패턴에 의한 적외선 신호를 정확히 생성하는데 도움이 되고, 체온 조절을 위한 군복의 기능성 개발에도 활용될 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 적외선 영상 생성 장치(110)를 통해 스텔스 피복 개발이 가능하다. 다양한 환경 조건에 대하여 물리적 제한 없이 반복적으로 여러 페인트 물성치에 대한 실험이 가능한 장점이 있어, 다양한 패턴 및 페인트 물성치에 대한 실험을 통해 쉽고 용이하게 스텔스 군복 개발이 가능하다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 적외선 영상 생성 장치 120 온도 결정부
121 인체 모델링부 123 조건 결정부
125 코어 온도 결정부 127 표면 온도 결정부
160 영상 생성부 211 모델링 이미지
213 조건 이미지 215 코어 온도 이미지
217 표면 온도 이미지 261 적외선 이미지

Claims (18)

  1. 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위한 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 인체 외형 모델의 활동 조건과 상기 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 단계; 및
    상기 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호에 기반하여, 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성하는 단계를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 단계는,
    복수의 영역들로 구분되는 상기 인체 외형 모델을 생성하는 단계;
    임무 내용에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 단계;
    상기 환경 조건과 상기 활동 조건에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 코어(core) 온도를 결정하는 단계; 및
    상기 코어 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정하는 단계를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 영역들은 피부, 근육, 지방, 혈관, 및 뼈 중 적어도 하나를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 단계는,
    상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 임무 환경에 대응되는 환경 값을 결정하는 단계;
    상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 움직임 정도에 대응되는 활동 값을 결정하는 단계; 및
    상기 환경 값과 상기 활동 값에 기반하여 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 단계를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 환경 값은 임무 환경에 대응되는 열 에너지, 대기 복사량 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 활동 값은 상기 인체 외형 모델의 움직임 레벨에 대응되는 이동량을 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 코어 온도는 상기 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률, 심박수에 기반한 인체 내부 온도, 상기 움직임에 따른 가속도에 기반한 상승 온도, 및 체온 변화에 관한 비례 상수에 기반하여 결정되는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 표면 온도를 결정하는 단계는
    상기 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 상기 복수의 영역들 사이에 교환되는 열의 크기에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정하는 단계를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적외선 영상을 생성하는 단계는,
    상기 인체 외형 모델의 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 신호의 세기를 결정하는 단계; 및
    상기 적외선 신호의 세기에 기반하여 적외선 영상을 생성하는 단계를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 적외선 신호의 세기를 결정하는 단계는
    상기 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하는 단계;
    상기 인체 외형 모델의 온도에 기반한 자체 방사 에너지를 결정하는 단계;
    상기 위장 패턴에 따른 적외선 에너지의 방사율을 결정하는 단계; 및
    상기 자체 방사 에너지와 상기 방사율에 기반하여 적외선 신호의 세기를 결정하는 단계를 포함하는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 자체 방사 에너지는
    파장에 따른 적외선 센서의 반응율, 상기 인체 외형 모델과 상기 적외선 센서 사이의 대기 투과도, 상기 인체 외형 모델의 표면의 방사율, 및 표면에서 방출되는 복사 에너지에 기반하여 결정되는 적외선 영상 생성 장치의 동작 방법.
  11. 인체 외형 모델을 이용하여 적외선 시뮬레이션을 수행하기 위한 적외선 영상 생성 장치에 있어서,
    상기 인체 외형 모델의 활동 조건과 상기 인체 외형 모델이 배치된 환경에 관한 환경 조건에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 온도를 결정하는 온도 결정부; 및
    상기 인체 외형 모델의 온도에 대응되는 적외선 신호에 기반하여, 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하는 적외선 영상 생성 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 온도 결정부는
    복수의 영역들로 구분되는 상기 인체 외형 모델을 생성하는 인체 모델링부;
    임무 내용에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 조건 결정부;
    상기 환경 조건과 상기 활동 조건에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 코어(core) 온도를 결정하는 코어 온도 결정부; 및
    상기 코어 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델의 표면 온도를 결정하는 표면 온도 결정부를 포함하는 적외선 영상 생성 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 조건 결정부는
    상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 임무 환경에 대응되는 환경 값을 결정하고,
    상기 임무 내용에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 움직임 정도에 대응되는 활동 값을 결정하고,
    상기 환경 값과 상기 활동 값에 기반하여 환경 조건과 활동 조건을 결정하는 적외선 영상 생성 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 코어 온도는 상기 인체 외형 모델의 움직임에 관한 확률, 심박수에 기반한 인체 내부 온도, 상기 움직임에 따른 가속도에 기반한 상승 온도, 및 체온 변화에 관한 비례 상수에 기반하여 결정되는 적외선 영상 생성 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 표면 온도 결정부는
    상기 복수의 영역들 각각에 대응되는 재질 값들과 상기 복수의 영역들 사이에 교환되는 열의 크기에 기반하여, 상기 인체 외형 모델의 부위 별 표면 온도를 결정하는 적외선 영상 생성 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 인체 외형 모델의 온도에 기반하여 상기 인체 외형 모델에 관한 적외선 신호의 세기를 결정하고,
    상기 적외선 신호의 세기에 기반하여 적외선 영상을 생성하는 적외선 영상 생성 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 인체 외형 모델에 위장 패턴이 존재하는 피복을 적용하고,
    상기 인체 외형 모델의 온도에 기반한 자체 방사 에너지를 결정하고,
    상기 위장 패턴에 따른 적외선 에너지의 방사율을 결정하고,
    상기 자체 방사 에너지와 상기 방사율에 기반하여 적외선 신호의 세기를 결정하는 적외선 영상 생성 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 자체 방사 에너지는
    파장에 따른 적외선 센서의 반응율, 상기 인체 외형 모델과 상기 적외선 센서 사이의 대기 투과도, 상기 인체 외형 모델의 표면의 방사율, 및 표면에서 방출되는 복사 에너지에 기반하여 결정되는 적외선 영상 생성 장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180090663A (ko) * 2017-02-03 2018-08-13 엘아이지넥스원 주식회사 고정밀 3차원 복합 열해석 방법
KR20180093587A (ko) * 2017-02-14 2018-08-22 엘아이지넥스원 주식회사 기동 표적에 대한 모델링 장치 및 방법
KR20210063981A (ko) * 2019-11-25 2021-06-02 계명대학교 산학협력단 무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180090663A (ko) * 2017-02-03 2018-08-13 엘아이지넥스원 주식회사 고정밀 3차원 복합 열해석 방법
KR20180093587A (ko) * 2017-02-14 2018-08-22 엘아이지넥스원 주식회사 기동 표적에 대한 모델링 장치 및 방법
KR20210063981A (ko) * 2019-11-25 2021-06-02 계명대학교 산학협력단 무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법

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