KR20230071525A - Auto boresight device and method built in electrooptic-infrared equipment for aviation - Google Patents

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KR20230071525A
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윤은숙
강명호
김성재
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국방과학연구소
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Abstract

항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치는 레이저 거리 측정기에서 방사되는 레이저를 흡수하여 전자광학 센서가 감응할 수 있는 파장의 빛을 방출하는 감광 입자가 앞면에 도포 처리되어 있고, 핀홀이 형성되어 있는 표적, 및 상기 표적의 후면에 위치하여 상기 핀홀을 통해 상기 전자광학 센서 및 적외선 센서로 빛을 입사시키는 광원을 포함한다.The automatic optical axis alignment device built into aviation electro-optical infrared ray equipment absorbs the laser emitted from the laser range finder and emits light of a wavelength that the electro-optical sensor can respond to. A formed target and a light source positioned on a rear surface of the target and incident light to the electro-optical sensor and the infrared sensor through the pinhole are included.

Figure P1020210157812
Figure P1020210157812

Description

항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치 및 방법{AUTO BORESIGHT DEVICE AND METHOD BUILT IN ELECTROOPTIC-INFRARED EQUIPMENT FOR AVIATION}Automatic optical axis alignment device and method built into electro-optical infrared ray equipment for aviation

본 발명은 자동광축정렬장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic optical axis alignment device and method, and more particularly, to an automatic optical axis alignment device and method embedded in electro-optical infrared equipment for aviation.

광축정렬장치는 전자광학(electrooptic, 이하 EO) 및 적외선(infrared, 이하 IR) 센서의 시선과 레이저 거리 측정기(laser range finder, 이하 LRF)의 시선 간 정렬 오차를 측정하여 보정하는 장비이다. 기존에는 전자광학적외선(이하, EO/IR) 장비의 정비 시에 외부 시준기를 이용하여 EO/IR 장비와 LRF의 광축 시선 정렬을 이용하였으나, 최근에는 EO/IR 장비 내부에 광축정렬장치가 탑재되어 운용 중 필요시 운용자에 의해 시선 정렬이 수행될 수 있다. 광축정렬모드가 선택되면 장비 내부의 광축정렬장치 방향으로 EO/IR 장비의 시선을 이동하여 레이저를 조사하고, EO 및 IR 센서로 레이저 빔의 위치를 측정하여 센서 간 정렬 오차를 측정하고 정렬 오차를 보상한다.The optical axis alignment device is a device that measures and corrects an alignment error between the line of sight of an electrooptic (EO) and infrared (IR) sensor and a line of sight of a laser range finder (LRF). In the past, when servicing electro-optical infrared (EO/IR) equipment, an external collimator was used to align the optical axis of the EO/IR equipment and the LRF, but recently, an optical axis alignment device is installed inside the EO/IR equipment. Gaze alignment may be performed by an operator if necessary during operation. When the optical axis alignment mode is selected, the laser is irradiated by moving the gaze of the EO/IR device toward the optical axis alignment device inside the device, and the position of the laser beam is measured with the EO and IR sensors to measure the alignment error between the sensors and reduce the alignment error. compensate

EO/IR 장비 내부에 광축정렬장치를 탑재하기 위해서는 EO 센서, IR 센서 및 LRF의 시선이 일치하도록 광경로 설계와 더불어 시선 정렬을 위한 광축정렬용 시준기와 표적이 필요하다. 통상적으로 광축정렬을 위한 LRF의 파장은 1.06 ㎛, 펄스 출력은 100mJ 수준으로 EO 및 IR 센서 영상에서 레이저 빔을 검출하고 광축정렬을 수행한다. In order to mount the optical axis alignment device inside the EO/IR equipment, an optical axis alignment collimator and a target are required along with an optical path design so that the lines of sight of the EO sensor, IR sensor, and LRF match. Typically, the wavelength of the LRF for optical axis alignment is 1.06 μm and the pulse output is 100 mJ, and the laser beam is detected from the EO and IR sensor images and optical axis alignment is performed.

그러나 항공용 EO/IR 장비에 탑재되는 LRF는 크기가 작아야 하므로 레이저 파장 1.55 ㎛, 출력은 매우 낮은 다이오드 레이저 제품이 사용되고 있다. 이러한 레이저는 EO 및 IR 센서가 감응하지 않아 검출할 수 없다. 따라서, 이러한 레이저를 조사할 때 EO 및 IR 센서가 감응할 수 있는 파장의 에너지를 방출할 수 있도록 표적 설계가 필요하다.However, since the size of the LRF mounted on the EO/IR equipment for aviation needs to be small, a diode laser product with a laser wavelength of 1.55 μm and a very low output is used. These lasers cannot be detected because the EO and IR sensors do not respond. Therefore, when irradiating such a laser, a target design is required to emit energy of a wavelength that can be sensitive to EO and IR sensors.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 EO 및 IR 센서에서 레이저 빔(스팟)의 위치를 검출할 수 있는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치 및 방법을 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an automatic optical axis alignment device and method built into aviation electro-optical infrared ray equipment capable of detecting the position of a laser beam (spot) in EO and IR sensors.

본 발명의 일 실시예에 따른 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치는 레이저 거리 측정기에서 방사되는 레이저를 흡수하여 전자광학 센서가 감응할 수 있는 파장의 빛을 방출하는 감광 입자가 앞면에 도포 처리되어 있고, 핀홀이 형성되어 있는 표적, 및 상기 표적의 후면에 위치하여 상기 핀홀을 통해 상기 전자광학 센서 및 적외선 센서로 빛을 입사시키는 광원을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the automatic optical axis alignment device built into the aviation electro-optical infrared ray equipment absorbs the laser emitted from the laser range finder and emits light of a wavelength that the electro-optical sensor can respond to. and a target having a pinhole formed thereon, and a light source located on a rear surface of the target and incident light to the electro-optical sensor and the infrared sensor through the pinhole.

상기 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치는 상기 레이저 거리 측정기에서 방사된 레이저를 반사하고 중앙 부분에 관통홀이 형성되어 있는 제1 반사경, 및 상기 제1 반사경과 마주하고, 상기 제1 반사경에 반사된 레이저를 반사하여 상기 관통홀을 통해 상기 표적의 앞면으로 입사시키는 제2 반사경을 더 포함할 수 있다. The automatic optical axis alignment device built into the aviation electro-optical infrared device reflects the laser emitted from the laser distance meter and faces the first reflector having a through hole formed in the central portion and the first reflector, 1 may further include a second reflector for reflecting the laser reflected by the reflector and incident it to the front surface of the target through the through hole.

상기 표적은 상기 광원과 상기 제1 반사경 사이에 위치하고, 상기 제1 반사경의 관통홀의 크기는 상기 표적의 크기에 대응할 수 있다.The target may be positioned between the light source and the first reflector, and a size of a through hole of the first reflector may correspond to a size of the target.

상기 제2 반사경의 크기는 상기 제1 반사경의 크기 이하이고, 상기 표적은 상기 제1 반사경의 관통홀을 통해 상기 제2 반사경과 마주할 수 있다.The size of the second reflector is less than or equal to the size of the first reflector, and the target may face the second reflector through the through hole of the first reflector.

상기 감광 입자에서 방출된 빛은 상기 전자광학 센서에서만 검출되고 상기 적외선 센서에서 검출되지 않으며, 상기 광원에서 방사되는 빛은 상기 전자광학 센서 및 상기 적외선 센서에서 동시에 검출될 수 있다. Light emitted from the photosensitive particle is detected only by the electro-optical sensor and not by the infrared sensor, and light emitted from the light source can be simultaneously detected by the electro-optical sensor and the infrared sensor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법은 레이저를 흡수하여 전자광학 센서가 감응할 수 있는 파장의 빛을 방출하는 감광 입자가 앞면에 도포 처리되어 있고 핀홀이 형성되어 있는 표적으로 레이저 거리 측정기의 레이저를 발사하여 제1 전자광학 영상을 획득하는 단계, 상기 제1 전자광학 영상에서 레이저 스팟의 위치와 상기 제1 전자광학 영상의 중심점이 일치되도록 상기 제1 전자광학 영상의 중심점을 상기 레이저 스팟의 위치로 이동시켜 상기 레이저 거리 측정기와 전자광학 센서 간의 광축정렬을 수행하는 단계, 상기 표적의 후면에 위치하는 광원에서 방사된 빛이 상기 핀홀을 통해 진행될 때 제2 전자광학 영상 및 적외선 영상을 획득하는 단계, 및 상기 제2 전자광학 영상의 핀홀 표적의 위치와 상기 적외선 영상의 핀홀 표적의 위치가 일치하도록 상기 적외선 영상의 중심점을 이동시켜 상기 전자광학 센서와 적외선 센서 간의 광축정렬을 수행하는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, in the automatic optical axis alignment method built into aviation electro-optical infrared ray equipment, photosensitive particles that absorb laser and emit light of a wavelength that the electro-optical sensor can respond to are coated on the front surface and treated with pinholes. acquiring a first electro-optical image by emitting a laser of a laser range finder to a target on which the first electro-optical image is formed, such that a position of a laser spot in the first electro-optical image coincides with a center point of the first electro-optical image. Aligning the optical axis between the laser distance meter and the electro-optical sensor by moving the center point of the electro-optical image to the location of the laser spot, when the light emitted from the light source located on the rear surface of the target travels through the pinhole 2 Acquiring an electro-optical image and an infrared image, and moving the central point of the infrared image so that the position of the pinhole target in the second electro-optical image and the position of the pinhole target in the infrared image coincide, and performing optical axis alignment between the sensors.

상기 제1 전자광학 영상 내에서 상기 레이저 스팟이 위치하는 프레임 화소 좌표가 획득되고, 상기 제1 전자광학 영상의 중심점이 상기 프레임 화소 좌표로 이동될 수 있다. Frame pixel coordinates where the laser spot is located in the first electro-optical image may be acquired, and a center point of the first electro-optical image may be moved to the frame pixel coordinates.

상기 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법은 상기 레이저 거리 측정기와 전자광학 센서 간의 광축정렬이 종료되면 상기 레이저 거리 측정기의 레이저 발사를 중지하는 단계, 및 상기 광원을 온 시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The automatic optical axis alignment method built into the aviation electro-optical infrared ray equipment includes the steps of stopping the laser emission of the laser range finder and turning on the light source when the optical axis alignment between the laser distance finder and the electro-optical sensor is completed. can include

상기 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법은 상기 제2 전자광학 영상에서 핀홀 표적이 위치하는 제1 프레임 화소 좌표 및 상기 제2 전자광학 영상의 중심점을 탐지하는 단계, 및 상기 적외선 영상에서 핀홀 표적이 위치하는 제2 프레임 화소 좌표 및 상기 적외선 영상의 중심점을 탐지하는 단계를 더 포함할 수 있다. The automatic optical axis alignment method built into the aerial electro-optical infrared device includes the steps of detecting a first frame pixel coordinate where a pinhole target is located in the second electro-optical image and a center point of the second electro-optical image, and the infrared image The method may further include detecting pixel coordinates of a second frame where the pinhole target is located and a central point of the infrared image.

상기 전자광학 센서와 상기 적외선 센서의 화소 수가 다를 경우, 상기 전자광학 센서와 상기 적외선 센서의 화소 수를 순간시계로 환산하여 상기 적외선 영상의 중심점을 이동시킬 화소 수를 계산할 수 있다.When the number of pixels of the electro-optical sensor and the infrared sensor are different, the number of pixels to which the central point of the infrared image is to be moved may be calculated by converting the number of pixels of the electro-optical sensor and the infrared sensor into an instantaneous clock.

상기 전자광학 영상의 제1 프레임 화소 좌표에서 상기 전자광학 영상의 중심점 좌표를 차감하여 상기 전자광학 영상에서 핀홀 표적의 제1 이동 화소 값을 산출하고, 상기 적외선 영상의 제2 프레임 화소 좌표에서 상기 적외선 영상의 중심점 좌표를 차감하여 상기 적외선 영상에서 핀홀 표적의 제2 이동 화소 값을 산출하고, 상기 제1 이동 화소 값에 상기 전자광학 영상의 순간시계를 곱한 제1 시야각을 산출하고, 상기 제2 이동 화소 값에서 상기 적외선 영상의 순간시계를 곱한 제2 시야각을 산출하고, 상기 제1 시야각에서 상기 제2 시야각을 뺀 값을 상기 적외선 영상의 순간시계로 나누어 상기 적외선 영상의 중심점을 이동시킬 화소 수를 산출할 수 있다. A first moving pixel value of a pinhole target in the electro-optical image is calculated by subtracting the center point coordinates of the electro-optical image from the pixel coordinates of the first frame of the electro-optical image, and the infrared rays are calculated from the pixel coordinates of the second frame of the infrared image. A second moving pixel value of the pinhole target is calculated by subtracting the coordinates of the center point of the image, a first viewing angle is calculated by multiplying the first moving pixel value by the instantaneous time of the electro-optical image, and the second moving pixel value is calculated. A second viewing angle obtained by multiplying a pixel value by the instantaneous time of the infrared image is calculated, and a value obtained by subtracting the second viewing angle from the first viewing angle is divided by the instantaneous time of the infrared image to determine the number of pixels to move the center point of the infrared image. can be calculated

상기 레이저 스팟의 신호 세기가 최대가 되는 무게중심법을 이용하여 상기 제1 전자광학 영상에서 상기 레이저 스팟의 위치를 검출할 수 있다.A position of the laser spot may be detected in the first electro-optical image by using a center of gravity method in which a signal intensity of the laser spot is maximized.

상기 레이저 스팟의 신호 세기가 문턱값 이상인 신호 프레임만을 선택하여 상기 레이저 스팟이 탐지될 수 있다.The laser spot may be detected by selecting only a signal frame having a signal strength of the laser spot equal to or greater than a threshold value.

상기 감광 입자에서 방출된 빛은 상기 전자광학 센서에서만 검출되고 상기 적외선 센서에서 검출되지 않으며, 상기 광원에서 방사되는 빛은 상기 전자광학 센서 및 상기 적외선 센서에서 동시에 검출될 수 있다.Light emitted from the photosensitive particle is detected only by the electro-optical sensor and not by the infrared sensor, and light emitted from the light source can be simultaneously detected by the electro-optical sensor and the infrared sensor.

항공기 탑재형 EO/IR 장비는 크기 제한으로 자동광축정렬 장치 탑재에 제한이 있으며, 광축정렬은 지상 점검시 별도의 장비를 이용하여 수행된다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, EO/IR 장비에 탑재 가능하도록 소형의 LRF와 광축정렬용 시준장치를 설계하고, 레이저 빔 검출 및 센서 간 광축정렬 방법을 온보드에서 처리할 수 있게 만들어 장비 운용 중에 자동광축정렬이 가능하게 된다.Aircraft-mounted EO/IR equipment has limitations in installing an automatic optical axis alignment device due to size limitations, and optical axis alignment is performed using a separate device during ground inspection. However, according to an embodiment of the present invention, a collimator for aligning a small LRF and an optical axis is designed so that it can be mounted on an EO/IR equipment, and a method of detecting a laser beam and aligning an optical axis between sensors can be processed onboard, thereby operating the equipment Automatic optical axis alignment is possible.

EO/IR 장비 내에 자동광축정렬 장치가 내장되어 EO/IR 장비의 운용 중에 레이저와 EO/IR 장비 간의 광축정렬이 수행될 수 있다.Since an automatic optical alignment device is built into the EO/IR equipment, optical axis alignment between the laser and the EO/IR equipment can be performed during operation of the EO/IR equipment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공용 전자광학적외선 장비 및 이에 내장된 자동광축정렬장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동광축정렬장치에서의 광경로를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동광축정렬장치 내의 표적 형상을 나타낸다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동광축정렬방법을 나타낸다.
도 8은 레이저 빔 표적의 EO 영상에서 껌벅임 현상을 예시하고 있다.
도 9는 레이저 빔 표적 신호가 껌벅일 때 중심위치 변화를 예시하고 있다.
도 10은 레이저 반복율 10Hz에서 레이저 빔 표적 세기 변화를 예시하고 있다.
도 11은 레이저 빔 세기가 큰 프레임만 필터링하여 중심좌표를 탐지한 결과를 예시하고 있다.1 shows an electro-optical infrared ray equipment for aviation and an automatic optical axis alignment device built therein according to an embodiment of the present invention.
2 shows an optical path in an automatic optical axis alignment device according to an embodiment of the present invention.
3 shows a target shape in an automatic optical axis alignment device according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 show an automatic optical axis alignment method according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates a flickering phenomenon in an EO image of a laser beam target.
9 illustrates a change in the center position when the laser beam target signal is jammed.
10 illustrates a laser beam target intensity change at a laser repetition rate of 10 Hz.
11 illustrates a result of detecting the center coordinates by filtering only the frame having a large laser beam intensity.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 항공용 전자광학적외선(EO/IR) 장비 및 이에 내장된 자동광축정렬장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, aviation electro-optical infrared (EO/IR) equipment according to an embodiment of the present invention and a built-in automatic optical axis alignment device will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공용 전자광학적외선 장비 및 이에 내장된 자동광축정렬장치를 나타낸다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동광축정렬장치에서의 광경로를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동광축정렬장치 내의 표적 형상을 나타낸다.1 shows an electro-optical infrared ray equipment for aviation and an automatic optical axis alignment device built therein according to an embodiment of the present invention. 2 shows an optical path in an automatic optical axis alignment device according to an embodiment of the present invention. 3 shows a target shape in an automatic optical axis alignment device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항공용 EO/IR 장비(10)는 EO/IR 카메라(100) 및 자동광축정렬장치(200)를 포함할 수 있다. 1 to 3, the aviation EO/IR equipment 10 according to an embodiment of the present invention may include an EO/IR camera 100 and an automatic optical alignment device 200.

EO/IR 카메라(100)는 레이저 거리 측정기(LRF)(110), 전자광학(EO) 센서(120), 적외선(IR) 센서(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. LRF(110)는 표적을 향해 레이저를 방사하여 표적까지의 거리를 측정할 수 있는 장치이다. EO 센서(120)는 가시광선 카메라로서 EO 영상(가시광선 영상)을 촬영/획득할 수 있다. IR 센서(130)는 적외선 카메라로서 IR 영상(적외선 영상)을 촬영/획득할 수 있다. 제어부(140)는 LRF(110), EO 센서(120) 및 IR 센서(130)를 제어하며, 자동광축정렬장치(200)를 이용하여 획득된 EO 영상 및 IR 영상을 이용하여 LRF(110)의 시선, EO 센서(120)의 시선 및 IR 센서(130)의 시선 간의 정렬 오차를 보정할 수 있다.The EO/IR camera 100 may include a laser range finder (LRF) 110 , an electro-optical (EO) sensor 120 , an infrared (IR) sensor 130 and a controller 140 . The LRF 110 is a device capable of measuring the distance to a target by radiating a laser toward the target. The EO sensor 120 is a visible ray camera and may capture/acquire an EO image (visible ray image). The IR sensor 130 is an infrared camera and may capture/acquire an IR image (infrared image). The controller 140 controls the LRF 110, the EO sensor 120, and the IR sensor 130, and uses the EO image and IR image obtained using the automatic optical axis alignment device 200 to determine the LRF 110. An alignment error between the line of sight, the line of sight of the EO sensor 120 and the line of sight of the IR sensor 130 may be corrected.

자동광축정렬장치(200)는 광축정렬시 LRF(110), EO 센서(120) 및 IR 센서(130)가 동일한 시선 위치의 표적을 볼 수 있도록 광경로가 설계된 시준기 형태로 EO/IR 장비(10) 내부에 탑재될 수 있다. The automatic optical axis alignment device 200 is a collimator in the form of a collimator with an optical path designed so that the LRF 110, the EO sensor 120, and the IR sensor 130 can see the target at the same gaze position during optical axis alignment. ) can be mounted inside.

자동광축정렬장치(200)는 표적(210), 광원(220), 제1 반사경(230), 제2 반사경(240) 및 윈도우(250)를 포함할 수 있다. 표적(210)은 광원(220)과 제1 반사경(230) 사이에 위치할 수 있다. 제1 반사경(230)과 제2 반사경(240)은 서로 마주하고 있고, 제1 반사경(230)의 중앙 부분에는 표적(210)의 크기와 유사한(대응하는) 크기의 관통홀이 형성되어 있으며, 표적(210)은 제1 반사경(230)의 관통홀을 통해 제2 반사경(240)과 마주할 수 있다. 제2 반사경(240)은 제1 반사경(230)과 윈도우(250) 사이에 위치하고, 제2 반사경(240)의 크기는 제1 반사경(230)의 관통홀의 크기 이하이고, 윈도우(250)의 크기는 제1 반사경(230)의 크기와 유사(대응)할 수 있다. The automatic optical alignment device 200 may include a target 210 , a light source 220 , a first reflector 230 , a second reflector 240 and a window 250 . The target 210 may be positioned between the light source 220 and the first reflector 230 . The first reflector 230 and the second reflector 240 face each other, and a through hole having a size similar to (corresponding to) the size of the target 210 is formed in the center of the first reflector 230, The target 210 may face the second reflector 240 through the through hole of the first reflector 230 . The second reflector 240 is located between the first reflector 230 and the window 250, the size of the second reflector 240 is less than or equal to the size of the through hole of the first reflector 230, and the size of the window 250 may be similar to (correspond to) the size of the first reflector 230 .

윈도우(250)를 통해 LRF(110)의 레이저가 시준기 형태의 자동광축정렬장치(200) 내부로 입사될 수 있고, 입사된 레이저는 제1 반사경(230)에 반사되어 제2 반사경(240)으로 입사된 후 제2 반사경(240)에 의해 반사되어 제1 반사경(230)의 관통홀을 통해 표적(210)의 앞면으로 입사될 수 있다. Through the window 250, the laser of the LRF 110 can be incident into the automatic optical axis alignment device 200 in the form of a collimator, and the incident laser is reflected by the first reflector 230 to the second reflector 240. After being incident, it may be reflected by the second reflector 240 and incident to the front surface of the target 210 through the through hole of the first reflector 230 .

자동광축정렬장치(200) 내부에 설치된 표적(210)의 표면(앞면)에는 LRF(110)에서 방사되는 레이저를 EO 센서(120)가 감응하여 검출할 수 있도록 감광 입자(211)가 도포 처리되어 있다. 감광 입자(211)는 LRF(110)와 EO 센서(120)의 정렬을 위한 것으로 표적(210)의 앞면의 중심 부분에 위치할 수 있다. 표적(210)의 후면에는 광원(220)이 위치한다.The surface (front surface) of the target 210 installed inside the automatic optical alignment device 200 is coated with photosensitive particles 211 so that the EO sensor 120 can detect and detect the laser emitted from the LRF 110. there is. The photosensitive particle 211 is for aligning the LRF 110 and the EO sensor 120 and may be located in the central portion of the front surface of the target 210 . A light source 220 is positioned behind the target 210 .

감광 입자(211)는 특정 파장의 빛을 흡수하여 다른 파장의 빛을 방출하는 물질일 수 있다. 즉, 감광 입자(211)는 LRF(110)에서 방사되는 특정 파장의 레이저를 흡수하여 EO 센서(120)가 감응할 수 있는 파장의 빛을 방출할 수 있다. 예를 들어, 감광 입자(211)는 948nm 내지 983nm의 빛 또는 1500nm 내지 1600nm의 빛을 흡수하여 552nm의 빛을 방출하는 특성을 가질 수 있다.The photosensitive particle 211 may be a material that absorbs light of a specific wavelength and emits light of another wavelength. That is, the photosensitive particle 211 may absorb a laser having a specific wavelength emitted from the LRF 110 to emit light having a wavelength that the EO sensor 120 can sense. For example, the photosensitive particle 211 may absorb light of 948 nm to 983 nm or light of 1500 nm to 1600 nm and emit light of 552 nm.

LRF(110)의 레이저가 입사된 후 표적(210)에서 방출되는 빛은 레이저의 광경로의 역순으로 진행하여 EO 센서(120)로 입사될 수 있다. 즉, 표적(210)에서 방출된 빛은 제1 반사경(230)의 관통홀을 통해 제2 반사경(240)에 입사된 후 제2 반사경(240)에 의해 반사되어 제1 반사경(230)으로 입사되고, 제1 반사경(230)에 의해 반사되어 윈도우(250)를 통해 방출되어 EO 센서(120)로 입사될 수 있다. 이에 따라, EO 센서(120)는 표적(210)을 촬영한 EO 영상을 획득할 수 있다. After the laser of the LRF 110 is incident, the light emitted from the target 210 may be incident to the EO sensor 120 by traveling in the reverse order of the optical path of the laser. That is, the light emitted from the target 210 is incident to the second reflector 240 through the through hole of the first reflector 230 and then reflected by the second reflector 240 and then incident to the first reflector 230. It is reflected by the first reflector 230 and emitted through the window 250 to be incident on the EO sensor 120. Accordingly, the EO sensor 120 may obtain an EO image of the target 210 .

제어부(140)는 EO 센서(120)를 통해 표적(210)을 촬영하여 획득한 EO 영상을 이용하여 LRF(110)와 EO 센서(120) 간의 광축정렬을 수행할 수 있다. LRF(110)와 EO 센서(120)의 광축정렬 과정에 대해서는 도 4 및 5를 참조하여 후술한다.The controller 140 may perform optical axis alignment between the LRF 110 and the EO sensor 120 using an EO image obtained by photographing the target 210 through the EO sensor 120 . An optical axis alignment process between the LRF 110 and the EO sensor 120 will be described later with reference to FIGS. 4 and 5 .

표적(210)에는 EO 센서(120)와 IR 센서(130)의 정렬을 위한 핀홀(212)이 형성되어 있다. 핀홀(212)은 표적(210)의 중심 부분에서 일정 거리 이격되어 위치할 수 있다. 표적(210)의 후면에 위치하는 광원(220)에서 방사된 빛은 표적(210)의 핀홀(212)을 통해 제2 반사경(240)으로 진행하고, 제2 반사경(240)에 의해 반사된 후 제1 반사경(230)에 반사되어 윈도우(250)를 통해 EO 센서(120) 및 IR 센서(130)로 입사될 수 있다. 즉, 광원(220)은 표적(210)의 후면에 위치하여 핀홀(212)을 통해 EO 센서(120) 및 IR 센서(130)로 빛을 입사시킬 수 있다.A pinhole 212 for aligning the EO sensor 120 and the IR sensor 130 is formed in the target 210 . The pinhole 212 may be located at a predetermined distance from the central portion of the target 210 . The light emitted from the light source 220 located on the back of the target 210 travels to the second reflector 240 through the pinhole 212 of the target 210 and is reflected by the second reflector 240. It may be reflected by the first reflector 230 and be incident to the EO sensor 120 and the IR sensor 130 through the window 250 . That is, the light source 220 may be located on the rear surface of the target 210 and make light incident to the EO sensor 120 and the IR sensor 130 through the pinhole 212 .

표적(210)의 감광 입자(211)에서 방출되는 빛은 EO 센서(120)에서만 감응하고(검출되고) IR 센서(130)에서는 감응되지(검출되지) 않는다. 자동광축정렬을 위해 LRF(110)에서 방사되는 레이저는 에너지가 약하여 열이 발생하지 않으며, IR 센서(130)는 중적외선 파장대역(3㎛~5㎛)을 사용하므로 레이저의 대역을 검출하지 못한다. Light emitted from the photosensitive particle 211 of the target 210 is only sensitive (detected) by the EO sensor 120 and not sensitive (detected) by the IR sensor 130. The laser emitted from the LRF 110 for automatic optical axis alignment has low energy and does not generate heat, and since the IR sensor 130 uses the mid-infrared wavelength band (3㎛ to 5㎛), the laser band cannot be detected. .

하지만, 광원(220)에서 방사되는 빛은 EO 센서(120) 및 IR 센서(130)에서 동시에 검출될 수 있다. 제어부(140)는 광원(220)에서 빛이 방사될 될 때 EO 센서(120) 및 IR 센서(130)를 통해 표적(210)을 촬영한 EO 영상 및 IR 영상 각각에서 핀홀 표적(EO 표적 및 IR 표적)을 탐지하여 EO 센서(120)와 IR 센서(130)를 정렬할 수 있다. EO 센서(120)와 IR 센서(130)의 정렬 과정에 대해서는 도 4, 6 및 7을 참조하여 후술한다.However, light emitted from the light source 220 may be simultaneously detected by the EO sensor 120 and the IR sensor 130 . When light is emitted from the light source 220, the control unit 140 captures the target 210 through the EO sensor 120 and the IR sensor 130, and the pinhole target (EO target and IR image) in each of the EO image and IR image target), the EO sensor 120 and the IR sensor 130 may be aligned. A process of aligning the EO sensor 120 and the IR sensor 130 will be described later with reference to FIGS. 4, 6 and 7 .

이하, 도 4 내지 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동광축정렬방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an automatic optical axis alignment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7 .

도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동광축정렬방법을 나타낸다.4 to 7 show an automatic optical axis alignment method according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 7을 참조하면, EO/IR 장비(10)의 운용 중에 광축정렬모드가 선택될 수 있으며, 광축정렬모드에 따라 제어부(140)는 광축정렬 명령을 수신할 수 있다(S101). 광축정렬 명령에 따라 제어부(140)는 EO/IR 카메라(100)의 시선을 자동광축정렬장치(200)로 이동할 수 있다.4 to 7, an optical axis alignment mode may be selected during operation of the EO/IR equipment 10, and the controller 140 may receive an optical axis alignment command according to the optical axis alignment mode (S101). According to the optical axis alignment command, the control unit 140 may move the line of sight of the EO/IR camera 100 to the automatic optical axis alignment device 200 .

제어부(140)의 제어에 따라 LRF(110)가 자동광축정렬장치(200)를 향해 레이저를 발사한다(S102). 레이저는 자동광축정렬장치(200) 내부의 표적(210)으로 입사된다. 표적(210)에 입사된 레이저는 표적(210)에 도포된 감광 입자(211)에 의해 EO 센서(120)가 감응할 수 있는 파장의 빛으로 변하여 EO 센서(120)로 입사될 수 있다. EO 센서(120)는 자동광축정렬장치(200) 내부의 표적(210)을 촬영한 EO 영상을 획득할 수 있다.Under the control of the controller 140, the LRF 110 emits a laser toward the automatic optical axis alignment device 200 (S102). The laser is incident on the target 210 inside the automatic optical alignment device 200. The laser incident on the target 210 may be changed into light having a wavelength that the EO sensor 120 can detect by the photosensitive particles 211 applied to the target 210 and then be incident to the EO sensor 120 . The EO sensor 120 may obtain an EO image of the target 210 inside the automatic optical alignment device 200 .

제어부(140)는 EO 영상에서 레이저 스팟(spot)의 위치를 탐지/검출한다(S103). 제어부(140)는 EO 영상 내에서 레이저 스팟이 위치하는 프레임 화소 좌표를 획득할 수 있다. 그리고 제어부(140)는 EO 영상의 중심점을 탐지/검출할 수 있다. The controller 140 detects/detects the location of a laser spot in the EO image (S103). The controller 140 may acquire frame pixel coordinates where the laser spot is located in the EO image. Also, the controller 140 may detect/detect the central point of the EO image.

제어부(140)는 EO 영상에서 레이저 스팟의 위치와 중심점 탐지가 완료되었는지 확인하고(S104), 레이저 스팟의 위치와 중심점 탐지가 완료되면 LRF(110)와 EO 센서(120) 간의 광축정렬 과정을 수행할 수 있다.The control unit 140 checks whether the detection of the location of the laser spot and the center point in the EO image is completed (S104), and when the location of the laser spot and the detection of the center point are completed, an optical axis alignment process between the LRF 110 and the EO sensor 120 is performed. can do.

LRF(110)와 EO 센서(120)가 정확하게 광축정렬되어 있는 경우에는 EO 영상에서 레이저 스팟의 위치와 EO 영상의 중심점이 일치하여야 한다. LRF(110)와 EO 센서(120)가 정확하게 광축정렬되어 있지 않은 경우에는 도 5에 예시한 바와 같이 EO 영상에서 레이저 스팟의 위치와 EO 영상의 중심점이 일치하지 않게 된다.When the LRF 110 and the EO sensor 120 are accurately optical-axis aligned, the position of the laser spot in the EO image and the center point of the EO image must coincide. When the LRF 110 and the EO sensor 120 are not accurately aligned on the optical axis, the position of the laser spot in the EO image and the center point of the EO image do not coincide, as illustrated in FIG. 5 .

제어부(140)는 EO 영상의 중심점으로부터 레이저 스팟의 위치를 계산할 수 있으며, 레이저 스팟의 위치와 EO 영상의 중심점이 일치되도록 EO 영상의 중심점을 레이저 스팟이 위치하는 프레임 화소 좌표로 이동시켜 LRF(110)와 EO 센서(120) 간의 광축정렬을 수행할 수 있다(S105). EO 센서(120)는 광축정렬을 위하여 추가적인 여유화소를 확보하고 있을 수 있다.The controller 140 may calculate the location of the laser spot from the center point of the EO image, and move the center point of the EO image to the frame pixel coordinates where the laser spot is located so that the location of the laser spot coincides with the center point of the EO image to obtain an LRF (110 ) and the optical axis alignment between the EO sensor 120 (S105). The EO sensor 120 may have additional spare pixels for optical axis alignment.

LRF(110)와 EO 센서(120) 간의 광축정렬이 종료되면 제어부(140)는 LRF(110)의 레이저 발사를 중지시킨다(S106).When the optical axis alignment between the LRF 110 and the EO sensor 120 ends, the control unit 140 stops laser emission of the LRF 110 (S106).

제어부(140)는 EO 센서(120)와 IR 센서(130) 간의 광축정렬을 위한 핀홀 표적을 형성하기 위하여 광원(220)을 온(ON) 시킨다(S107). 광원(220)에서 방사된 빛은 표적(210)의 핀홀(212)을 통해 진행하고, EO 센서(120)는 표적(210)을 촬영하여 EO 영상을 획득할 수 있으며, IR 센서(130)는 표적(210)을 촬영하여 IR 영상을 획득할 수 있다.The controller 140 turns on the light source 220 to form a pinhole target for optical axis alignment between the EO sensor 120 and the IR sensor 130 (S107). The light emitted from the light source 220 travels through the pinhole 212 of the target 210, the EO sensor 120 can acquire an EO image by photographing the target 210, and the IR sensor 130 An IR image may be obtained by photographing the target 210 .

제어부(140)는 EO 영상에서 핀홀 표적을 탐지할 수 있다(S108). 제어부(140)는 EO 영상 내에서 핀홀 표적이 위치하는 제1 프레임 화소 좌표(EO 표적)를 획득할 수 있다. 그리고 제어부(140)는 EO 영상의 중심점을 탐지/검출할 수 있다. The controller 140 may detect a pinhole target in the EO image (S108). The controller 140 may obtain first frame pixel coordinates (EO target) where the pinhole target is located in the EO image. Also, the controller 140 may detect/detect the central point of the EO image.

제어부(140)는 EO 영상에서 핀홀 표적의 위치와 중심점 탐지가 완료되었는지 확인한다(S109).The controller 140 checks whether the location of the pinhole target and the detection of the center point are completed in the EO image (S109).

제어부(140)는 EO 영상에서의 핀홀 표적의 위치와 중심점 탐지가 완료된 후 IR 영상에서 핀홀 표적을 탐지할 수 있다(S110). 제어부(140)는 IR 영상 내에서 핀홀 표적이 위치하는 제2 프레임 화소 좌표(IR 표적)를 획득할 수 있다. 그리고 제어부(140)는 IR 영상의 중심점을 탐지/검출할 수 있다.The controller 140 may detect the pinhole target in the IR image after the detection of the location and center point of the pinhole target in the EO image is completed (S110). The controller 140 may obtain second frame pixel coordinates (IR target) where the pinhole target is located in the IR image. Also, the controller 140 may detect/detect the central point of the IR image.

제어부(140)는 IR 영상에서 핀홀 표적의 위치와 중심점 탐지가 완료되었는지 확인하고(S111), 최종적으로 EO 영상과 IR 영상에서의 핀홀 표적에 대한 탐지가 완료되면 EO 센서(120)와 IR 센서(130) 간의 광축정렬 과정을 수행할 수 있다.The controller 140 checks whether the detection of the position and center point of the pinhole target in the IR image is completed (S111), and finally, when the detection of the pinhole target in the EO image and the IR image is completed, the EO sensor 120 and the IR sensor ( 130) may perform an optical axis alignment process.

EO 센서(120)와 IR 센서(130)가 정확하게 광축정렬되어 있는 경우에는 EO 영상의 중심점 기준으로 핀홀 표적의 위치와 IR 영상의 중심점을 기준으로 핀홀 표적의 위치가 일치하여야 한다. EO 센서(120)와 IR 센서(130)가 정확하게 광축정렬되어 있지 않은 경우에는 도 6에 예시한 바와 같이 EO 영상과 IR 영상에서 핀홀 표적의 위치가 서로 다르게 된다. When the EO sensor 120 and the IR sensor 130 are accurately aligned on the optical axis, the position of the pinhole target based on the center point of the EO image and the position of the pinhole target based on the center point of the IR image must match. When the EO sensor 120 and the IR sensor 130 are not accurately aligned on the optical axis, as illustrated in FIG. 6 , the positions of the pinhole target in the EO image and the IR image are different from each other.

제어부(140)는 제1 프레임 화소 좌표(EO 표적)와 제2 프레임 화소 좌표(IR 표적)를 이용하여 IR 영상의 중심점 이동량을 계산할 수 있으며(S112), 도 7에 예시한 바와 같이 EO 영상의 핀홀 표적의 위치와 IR 영상의 핀홀 표적의 위치가 일치하도록 IR 영상의 중심점을 이동시켜 EO 센서(120)와 IR 센서(130) 간의 광축정렬을 수행할 수 있다(S113).The control unit 140 may calculate the shift amount of the center point of the IR image using the first frame pixel coordinates (EO target) and the second frame pixel coordinates (IR target) (S112), and as illustrated in FIG. 7, the EO image Optical axis alignment between the EO sensor 120 and the IR sensor 130 may be performed by moving the center point of the IR image so that the location of the pinhole target coincides with the location of the pinhole target in the IR image (S113).

한편, EO 센서(120)와 IR 센서(130)의 화소 수(해상도)가 다를 수 있으며, 이러한 경우 제어부(140)는 EO 센서(120)와 IR 센서(130)의 화소 수를 순간시계(instantaneous field of view, IFOV)로 환산하여 적외선 영상의 중심점을 이동시킬 화소 수를 계산할 수 있다. 도 6에 예시된 EO 센서(120)의 화소 수는 (3000, 3000)이고, IR 센서(130)의 화소 수는 (1200, 1200)이다. EO 영상에서 제1 프레임 화소 좌표(EO 표적)는 (1500,1480)이고, IR 영상에서 제2 프레임 화소 좌표(IR 표적)는 (606, 596)이다. EO 영상과 IR 영상 각각의 중심점에서 핀홀 표적의 이동된 화소 값을 아래의 수학식 1과 같이 구할 수 있다. On the other hand, the number of pixels (resolution) of the EO sensor 120 and the IR sensor 130 may be different. field of view (IFOV), it is possible to calculate the number of pixels to move the center point of the infrared image. The number of pixels of the EO sensor 120 illustrated in FIG. 6 is (3000, 3000), and the number of pixels of the IR sensor 130 is (1200, 1200). The first frame pixel coordinates (EO target) in the EO image are (1500, 1480), and the second frame pixel coordinates (IR target) in the IR image are (606, 596). The shifted pixel value of the pinhole target at the center point of each of the EO image and the IR image can be obtained as shown in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Meo는 EO 영상에서 핀홀 표적의 이동 화소 값, Teo는 제1 프레임 화소 좌표, Ceo는 EO 영상의 중심점 좌표이고, Mir는 IR 영상에서 핀홀 표적의 이동 화소 값, Tir는 제2 프레임 화소 좌표, Cir는 IR 영상의 중심점 좌표를 나타낸다. 중심점 기준으로 좌/우 방향은 -/+ 부호로 표기하고, 상/하 방향은 -/+ 부호를 표기할 수 있다. 도 6의 실시예에서 EO 영상의 핀홀 표적의 이동 화소 값은 (1500, 1480) - (1500, 1500) = (0, -20)이 되고, IR 영상의 핀홀 표적의 이동 화소 값은 (606, 596) - (600, 600) = (6, -4)가 된다. Here, M eo is the moving pixel value of the pinhole target in the EO image, T eo is the pixel coordinate of the first frame, C eo is the coordinate of the center point of the EO image, M ir is the moving pixel value of the pinhole target in the IR image, and T ir is The second frame pixel coordinate, C ir , represents the center point coordinate of the IR image. Based on the center point, the left/right directions can be marked with -/+ signs, and the up/down directions can be marked with -/+ signs. In the embodiment of FIG. 6, the moving pixel value of the pinhole target in the EO image is (1500, 1480) - (1500, 1500) = (0, -20), and the moving pixel value of the pinhole target in the IR image is (606, 596) - (600, 600) = (6, -4).

EO 센서(120)의 IFOV가 7μrad이고, IR 센서(130)의 IFOV가 17.5μrad 이라고 가정할 때, EO 영상과 IR 영상의 중심점 기준에서 이동된 화소값을 각각의 IFOV로 곱해주면 중심에서 벗어난 시야각을 구할 수 있다. 즉, EO 영상에서 시야각(EO_XY)은 EO_XY = 7μrad (0, -20) = (0, -140μrad)이 되고, IR 영상에서 시야각(IR_XY)은 IR_XY = 17.5μrad (6, -4) = (105μrad, -70μrad)이 된다.Assuming that the IFOV of the EO sensor 120 is 7 μrad and the IFOV of the IR sensor 130 is 17.5 μrad, multiplying the pixel value moved from the center point reference of the EO image and the IR image by each IFOV results in an off-center viewing angle can be obtained. That is, the viewing angle (EO_XY) in the EO image becomes EO_XY = 7μrad (0, -20) = (0, -140μrad), and the viewing angle (IR_XY) in the IR image is IR_XY = 17.5μrad (6, -4) = (105μrad , -70 μrad).

EO 영상 기준에 IR 영상을 맞추어야 하므로 EO 영상의 시야각에서 IR 영상의 시야각을 빼고, IR 영상의 IFOV로 나누면 IR 영상의 중심점을 이동할 화소 수가 산출될 수 있다. 즉, 보정할 시야각은 EO_XY ­ IR_XY = (0, -140μrad) - (105μrad, -70μrad) = (-105μrad, -70μrad)이 되고, IR 영상의 중심점을 이동할 화소 수는 (-105μrad, -70μrad)/17.5μrad = (-6, -4)가 된다.Since the IR image must be aligned with the EO image standard, the number of pixels to move the center point of the IR image can be calculated by subtracting the viewing angle of the IR image from the viewing angle of the EO image and dividing by the IFOV of the IR image. That is, the viewing angle to be corrected is EO_XY IR_XY = (0, -140μrad) - (105μrad, -70μrad) = (-105μrad, -70μrad), and the number of pixels to move the center point of the IR image is (-105μrad, -70μrad)/ 17.5 μrad = (-6, -4).

IR 영상에서 중심점을 이동할 화소 수는 (-6, -4)이므로 IR 영상의 중심점을 위로 6, 좌로 4 화소만큼 이동하면 EO 센서(120)와 IR 센서(130) 간의 광축정렬이 이루어질 수 있다.Since the number of pixels to move the center point of the IR image is (-6, -4), optical axis alignment between the EO sensor 120 and the IR sensor 130 can be achieved by moving the center point of the IR image upward by 6 pixels and to the left by 4 pixels.

상술한 바와 같이, 먼저 LRF(110)와 EO 센서(120) 간의 광축정렬이 이루어진 후 EO 센서(120)와 IR 센서(130)의 광축정렬이 이루어짐으로써, EO/IR 카메라(100)의 자동광축정렬이 완료될 수 있다.As described above, first, the optical axis alignment between the LRF 110 and the EO sensor 120 is performed, and then the optical axis alignment between the EO sensor 120 and the IR sensor 130 is performed, so that the automatic optical axis of the EO/IR camera 100 Sorting can be done.

제어부(140)는 광축정렬 결과를 표시부(미도시) 등에 전송하고 EO/IR 장비(10)의 자동광축정렬 과정을 종료할 수 있다(S114).The control unit 140 may transmit the optical axis alignment result to a display unit (not shown), etc., and terminate the automatic optical axis alignment process of the EO/IR equipment 10 (S114).

이하, 도 8 내지 11을 참조하여 EO 영상에서 레이저 스팟의 위치를 검출하는 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of detecting the position of a laser spot in an EO image will be described with reference to FIGS. 8 to 11 .

도 8은 레이저 빔 표적의 EO 영상에서 껌벅임 현상을 예시하고 있다. 도 9는 레이저 빔 표적 신호가 껌벅일 때 중심위치 변화를 예시하고 있다. 도 10은 레이저 반복율 10Hz에서 레이저 빔 표적 세기 변화를 예시하고 있다. 도 11은 레이저 빔 세기가 큰 프레임만 필터링하여 중심좌표를 탐지한 결과를 예시하고 있다. 8 illustrates a flickering phenomenon in an EO image of a laser beam target. 9 illustrates a change in the center position when the laser beam target signal is jammed. 10 illustrates a laser beam target intensity change at a laser repetition rate of 10 Hz. 11 illustrates a result of detecting the center coordinates by filtering only the frame having a large laser beam intensity.

도 8 내지 11을 참조하면, 제어부(140)는 EO 영상에서 레이저 스팟의 위치를 검출하는 방법으로 레이저 스팟의 신호 세기가 최대가 되는 무게중심법을 이용할 수 있다. 제어부(140)는 입력되는 EO 영상에 직접 무게중심을 계산하기 전에 EO 영상 내의 잡음제거 및 배경분리를 위하여 문턱값(Threshold, TH)을 설정하여 잡음을 제거한 후 무게중심을 구하여 더욱 정확한 레이저 스팟의 위치를 구할 수 있다. 기본적인 무게중심 계산법은 아래의 수학식 2와 같다.Referring to FIGS. 8 to 11 , the controller 140 may use a center of gravity method in which the signal strength of the laser spot is maximized as a method for detecting the position of the laser spot in the EO image. Before directly calculating the center of gravity of the input EO image, the control unit 140 sets a threshold value (Threshold, TH) to remove noise in the EO image and separates the background, and then obtains the center of gravity to obtain a more accurate laser spot. location can be obtained. The basic center of gravity calculation method is shown in Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

LRF(110)에서 방출되는 레이저의 반복율 종류는 4Hz, 10Hz, 20Hz일 수 있으며, EO 센서(120)와 IR 센서(130)의 프레임율은 30Hz일 수 있다. 따라서, EO 센서(120)의 매 프레임에 레이저 스팟의 신호 세기가 동일하게 입력되지 못 한다. LRF(110)에서 레이저가 발사될 때의 레이저 스팟의 신호 세기는 커지고, 레이저 발사가 없는 기간에는 레이저 스팟의 신호 세기가 작아진다. 도 9에 예시한 바와 같이, LRF(110)의 레이저 발사 주기(10Hz, 20Hz)별로 EO 영상 내의 레이저 스팟의 신호 세기가 커졌다 작아졌다 하는 현상일 발생하며, EO 영상으로는 레이저 스팟이 깜박이는 것처럼 나타날 수 있다.The repetition rate of the laser emitted from the LRF 110 may be 4 Hz, 10 Hz, or 20 Hz, and the frame rates of the EO sensor 120 and the IR sensor 130 may be 30 Hz. Therefore, the signal intensity of the laser spot is not equally input to each frame of the EO sensor 120 . When the laser is emitted from the LRF 110, the signal intensity of the laser spot increases, and when the laser is not emitted, the signal intensity of the laser spot decreases. As illustrated in FIG. 9, a phenomenon occurs in which the signal intensity of the laser spot in the EO image increases and decreases for each laser emission cycle (10Hz, 20Hz) of the LRF 110, and as if the laser spot flickers in the EO image may appear

도 10은 EO 영상에서 레이저 스팟의 세기가 껌벅일 때 무게 중심법으로 표적 위치를 검출하여 표적의 중심위치가 변하는 것을 보여준다. 이러한 경우, 레이저 스팟의 위치를 사용할 수 없다. 이 경우는 잡음제거를 위해 문턱값(TH)만을 적용한 경우이다. 따라서 레이저의 조사 간격 사이에 나타나는 약한 신호 프레임은 레이저 스팟의 검출 과정에서 필터링(제외)해야 한다. 레이저의 필터링 처리를 위하여 레이저 스팟의 신호 세기 특성 분석이 필요하다. 10 shows that the center position of the target changes by detecting the target position using the center of gravity method when the intensity of the laser spot in the EO image is low. In this case, the location of the laser spot cannot be used. In this case, only the threshold value TH is applied for noise removal. Therefore, weak signal frames appearing between laser irradiation intervals must be filtered (excluded) in the laser spot detection process. For the filtering process of the laser, it is necessary to analyze the signal intensity characteristics of the laser spot.

도 11은 레이저의 반복율이 10Hz일 때, EO 영상으로 획득한 레이저 스팟의 신호 세기 그래프를 나타내고 있다. 레이저 스팟의 신호 세기 변화가 3단계로 구분됨을 알 수 있으며, 신호 세기가 30 이하인 구간은 잡음 수준이고, 50에서 230까지 증가하는 구간은 레이저 발사 후 다음 발사까지 공기 중에 남은 여운의 에너지 성분이라 볼 수 있다. 레이저가 조사될 때의 신호 세기는 250 구간인 것을 알 수 있다. 레이저가 조사되는 신호 세기 250 구간만이 선택되도록 나머지 두 구간의 신호 프레임은 필터링으로 제외 처리될 필요가 있다. 즉, 레이저 스팟의 신호 세기가 문턱값(TH) 이상인 신호 프레임만을 선택하여 레이저 스팟이 탐지될 수 있다.11 shows a signal intensity graph of a laser spot acquired as an EO image when the repetition rate of the laser is 10 Hz. It can be seen that the change in signal strength of the laser spot is divided into three stages, and the range where the signal strength is less than 30 is the noise level, and the range where the signal strength increases from 50 to 230 is the residual energy component remaining in the air after laser firing until the next firing. can It can be seen that the signal strength when the laser is irradiated is 250 intervals. Signal frames of the remaining two sections need to be excluded by filtering so that only a section with a signal intensity of 250 to which the laser is irradiated is selected. That is, the laser spot may be detected by selecting only the signal frame having the signal strength of the laser spot equal to or greater than the threshold value TH.

필터링하기 위한 레이저 스팟의 신호 세기는 설계한 광학계 및 선정한 레이저 신호의 세기에 따라 다르므로 직접 실험을 통하여 값을 설정해야 한다. 도 12는 레이저 스팟의 신호 세기가 큰 프레임만 필터링하여 레이저 스팟을 탐지한 결과이며, 레이저 스팟이 한점으로 표현되는 것을 볼 수 있다.Since the signal intensity of the laser spot for filtering differs depending on the designed optical system and the intensity of the selected laser signal, the value must be set through direct experimentation. 12 is a result of detecting a laser spot by filtering only a frame having a high signal strength of the laser spot, and it can be seen that the laser spot is expressed as a single point.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. The drawings and detailed description of the present invention referred to so far are only examples of the present invention, which are only used for the purpose of explaining the present invention, and are used to limit the scope of the present invention described in the meaning or claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: EO/IR 장비 100: EO/IR 카메라
110: LRF 120: EO 센서
130: IR 센서 140: 제어부
200: 자동광축정렬장치 210: 표적
211: 감광 입자 212: 핀홀
220: 광원 230: 제1 반사경
240: 제2 반사경 250: 윈도우10: EO/IR equipment 100: EO/IR camera
110: LRF 120: EO sensor
130: IR sensor 140: control unit
200: automatic optical axis alignment device 210: target
211 photosensitive particle 212 pinhole
220: light source 230: first reflector
240: second reflector 250: window

Claims (14)

레이저 거리 측정기에서 방사되는 레이저를 흡수하여 전자광학 센서가 감응할 수 있는 파장의 빛을 방출하는 감광 입자가 앞면에 도포 처리되어 있고, 핀홀이 형성되어 있는 표적; 및
상기 표적의 후면에 위치하여 상기 핀홀을 통해 상기 전자광학 센서 및 적외선 센서로 빛을 입사시키는 광원을 포함하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치.a target on which photosensitive particles, which absorb laser emitted from the laser range finder and emit light of a wavelength that can be sensed by an electro-optical sensor, are coated on the front surface and a pinhole is formed; and
An automatic optical axis alignment device built into aviation electro-optical infrared equipment including a light source located on the rear surface of the target and incident light to the electro-optical sensor and the infrared sensor through the pinhole. 제1 항에 있어서,
상기 레이저 거리 측정기에서 방사된 레이저를 반사하고 중앙 부분에 관통홀이 형성되어 있는 제1 반사경; 및
상기 제1 반사경과 마주하고, 상기 제1 반사경에 반사된 레이저를 반사하여 상기 관통홀을 통해 상기 표적의 앞면으로 입사시키는 제2 반사경을 더 포함하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치.According to claim 1,
a first reflector reflecting the laser emitted from the laser distance meter and having a through hole formed in a central portion; and
and a second reflector facing the first reflector and reflecting the laser beam reflected on the first reflector and incident it to the front side of the target through the through hole. Device. 제2 항에 있어서,
상기 표적은 상기 광원과 상기 제1 반사경 사이에 위치하고, 상기 제1 반사경의 관통홀의 크기는 상기 표적의 크기에 대응하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치.According to claim 2,
The target is located between the light source and the first reflector, and the size of the through hole of the first reflector corresponds to the size of the target. 제2 항에 있어서,
상기 제2 반사경의 크기는 상기 제1 반사경의 크기 이하이고, 상기 표적은 상기 제1 반사경의 관통홀을 통해 상기 제2 반사경과 마주하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치.According to claim 2,
The size of the second reflector is less than or equal to the size of the first reflector, and the target faces the second reflector through a through hole of the first reflector. 제1 항에 있어서,
상기 감광 입자에서 방출된 빛은 상기 전자광학 센서에서만 검출되고 상기 적외선 센서에서 검출되지 않으며,
상기 광원에서 방사되는 빛은 상기 전자광학 센서 및 상기 적외선 센서에서 동시에 검출될 수 있는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬장치.According to claim 1,
Light emitted from the photosensitive particles is detected only by the electro-optical sensor and not by the infrared sensor;
The automatic optical axis alignment device built into the electro-optical infrared ray equipment for aviation, wherein the light emitted from the light source can be simultaneously detected by the electro-optical sensor and the infrared sensor. 레이저를 흡수하여 전자광학 센서가 감응할 수 있는 파장의 빛을 방출하는 감광 입자가 앞면에 도포 처리되어 있고 핀홀이 형성되어 있는 표적으로 레이저 거리 측정기의 레이저를 발사하여 제1 전자광학 영상을 획득하는 단계;
상기 제1 전자광학 영상에서 레이저 스팟의 위치와 상기 제1 전자광학 영상의 중심점이 일치되도록 상기 제1 전자광학 영상의 중심점을 상기 레이저 스팟의 위치로 이동시켜 상기 레이저 거리 측정기와 전자광학 센서 간의 광축정렬을 수행하는 단계;
상기 표적의 후면에 위치하는 광원에서 방사된 빛이 상기 핀홀을 통해 진행될 때 제2 전자광학 영상 및 적외선 영상을 획득하는 단계; 및
상기 제2 전자광학 영상의 핀홀 표적의 위치와 상기 적외선 영상의 핀홀 표적의 위치가 일치하도록 상기 적외선 영상의 중심점을 이동시켜 상기 전자광학 센서와 적외선 센서 간의 광축정렬을 수행하는 단계를 포함하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.Acquiring a first electro-optical image by emitting a laser of a laser range finder to a target having a pinhole and coated with photosensitive particles that absorb laser and emit light of a wavelength that the electro-optical sensor can respond to. step;
The center point of the first electro-optical image is moved to the position of the laser spot so that the position of the laser spot in the first electro-optical image coincides with the center point of the first electro-optical image, and the optical axis between the laser distance meter and the electro-optical sensor is moved. performing alignment;
obtaining a second electro-optical image and an infrared image when light emitted from a light source located on a rear surface of the target passes through the pinhole; and
performing optical axis alignment between the electro-optical sensor and the infrared sensor by moving a central point of the infrared image so that a position of the pinhole target of the second electro-optical image and a position of the pinhole target of the infrared image coincide. Automatic optical axis alignment method built into electro-optical infrared ray equipment. 제6 항에 있어서,
상기 제1 전자광학 영상 내에서 상기 레이저 스팟이 위치하는 프레임 화소 좌표가 획득되고, 상기 제1 전자광학 영상의 중심점이 상기 프레임 화소 좌표로 이동되는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 6,
An automatic optical axis alignment method built into aviation electro-optical infrared equipment in which frame pixel coordinates where the laser spot is located in the first electro-optical image are obtained, and a center point of the first electro-optical image is moved to the frame pixel coordinates. . 제6 항에 있어서,
상기 레이저 거리 측정기와 전자광학 센서 간의 광축정렬이 종료되면 상기 레이저 거리 측정기의 레이저 발사를 중지하는 단계; 및
상기 광원을 온 시키는 단계를 더 포함하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 6,
stopping laser emission of the laser range finder when optical axis alignment between the laser range finder and the electro-optical sensor is terminated; and
An automatic optical axis alignment method built into aviation electro-optical infrared ray equipment further comprising the step of turning on the light source. 제6 항에 있어서,
상기 제2 전자광학 영상에서 핀홀 표적이 위치하는 제1 프레임 화소 좌표 및 상기 제2 전자광학 영상의 중심점을 탐지하는 단계; 및
상기 적외선 영상에서 핀홀 표적이 위치하는 제2 프레임 화소 좌표 및 상기 적외선 영상의 중심점을 탐지하는 단계를 더 포함하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 6,
detecting pixel coordinates of a first frame where a pinhole target is located in the second electro-optical image and a central point of the second electro-optical image; and
and detecting second frame pixel coordinates where the pinhole target is located in the infrared image and a center point of the infrared image. 제9 항에 있어서,
상기 전자광학 센서와 상기 적외선 센서의 화소 수가 다를 경우, 상기 전자광학 센서와 상기 적외선 센서의 화소 수를 순간시계로 환산하여 상기 적외선 영상의 중심점을 이동시킬 화소 수를 계산하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 9,
When the number of pixels of the electro-optical sensor and the infrared sensor are different, the number of pixels of the electro-optical sensor and the infrared sensor are converted into an instantaneous clock to calculate the number of pixels to move the center point of the infrared image. Built-in automatic optical axis alignment method. 제10 항에 있어서,
상기 전자광학 영상의 제1 프레임 화소 좌표에서 상기 전자광학 영상의 중심점 좌표를 차감하여 상기 전자광학 영상에서 핀홀 표적의 제1 이동 화소 값을 산출하고,
상기 적외선 영상의 제2 프레임 화소 좌표에서 상기 적외선 영상의 중심점 좌표를 차감하여 상기 적외선 영상에서 핀홀 표적의 제2 이동 화소 값을 산출하고,
상기 제1 이동 화소 값에 상기 전자광학 영상의 순간시계를 곱한 제1 시야각을 산출하고,
상기 제2 이동 화소 값에서 상기 적외선 영상의 순간시계를 곱한 제2 시야각을 산출하고,
상기 제1 시야각에서 상기 제2 시야각을 뺀 값을 상기 적외선 영상의 순간시계로 나누어 상기 적외선 영상의 중심점을 이동시킬 화소 수를 산출하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 10,
Calculating a first moving pixel value of a pinhole target in the electro-optical image by subtracting the coordinates of a center point of the electro-optical image from the pixel coordinates of the first frame of the electro-optical image;
Calculating a second moving pixel value of a pinhole target in the infrared image by subtracting the center point coordinate of the infrared image from the second frame pixel coordinate of the infrared image;
Calculating a first viewing angle obtained by multiplying the value of the first moving pixel by the instantaneous time of the electro-optical image;
Calculating a second viewing angle obtained by multiplying the second moving pixel value by the instantaneous time of the infrared image;
The automatic optical axis alignment method built into aviation electro-optical infrared equipment for calculating the number of pixels to move the center point of the infrared image by dividing the value obtained by subtracting the second viewing angle from the first viewing angle by the instantaneous time of the infrared image. 제6 항에 있어서,
상기 레이저 스팟의 신호 세기가 최대가 되는 무게중심법을 이용하여 상기 제1 전자광학 영상에서 상기 레이저 스팟의 위치를 검출하는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 6,
An automatic optical axis alignment method built into aviation electro-optical infrared equipment for detecting the location of the laser spot in the first electro-optical image by using a center of gravity method in which the signal intensity of the laser spot is maximized. 제12 항에 있어서,
상기 레이저 스팟의 신호 세기가 문턱값 이상인 신호 프레임만을 선택하여 상기 레이저 스팟이 탐지되는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 12,
The automatic optical axis alignment method built into aviation electronic optical infrared equipment in which the laser spot is detected by selecting only a signal frame in which the signal intensity of the laser spot is equal to or greater than a threshold value. 제6 항에 있어서,
상기 감광 입자에서 방출된 빛은 상기 전자광학 센서에서만 검출되고 상기 적외선 센서에서 검출되지 않으며,
상기 광원에서 방사되는 빛은 상기 전자광학 센서 및 상기 적외선 센서에서 동시에 검출될 수 있는 항공용 전자광학적외선 장비에 내장된 자동광축정렬방법.According to claim 6,
Light emitted from the photosensitive particles is detected only by the electro-optical sensor and not by the infrared sensor;
The automatic optical axis alignment method built into the electro-optical infrared equipment for aviation, wherein the light emitted from the light source can be simultaneously detected by the electro-optical sensor and the infrared sensor.
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