WO2021201573A1 - 온도 측정 장치 및 이를 이용한 사물의 온도 측정 방법 - Google Patents

온도 측정 장치 및 이를 이용한 사물의 온도 측정 방법 Download PDF

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WO2021201573A1
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temperature
thermal image
thermal
shutter
image sensor
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김기덕
신흔준
박승현
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(주)씨앤테크
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring temperature using a thermal imaging camera.
  • Korean Patent Application No. 10-2018-0110846 discloses a method of measuring a temperature using a thermal imaging camera.
  • Such a method of measuring the temperature of a target object using a thermal image has a lot of utility in that it can be performed in real time in a non-contact manner.
  • the present specification provides a thermal image processing method and a thermal image processing apparatus capable of measuring the temperature of a target object in real time using a thermal image.
  • a method for measuring a temperature performed by a thermal imaging temperature measuring apparatus for solving the above problems includes generating a first thermal image indicating a first temperature; generating a second thermal image indicative of a second temperature; and determining a temperature value corresponding to a pixel value of a thermal image based on the first thermal image and the second thermal image.
  • the first thermal image indicating the first temperature may be obtained by the thermal image sensor of the thermal image processing apparatus by dissipating thermal energy from the reference black body.
  • the reference black body may be provided in the thermal image processing apparatus, and the reference black body may be located within an angle of view of the thermal image sensor.
  • the reference black body may be located at an upper end of the thermal image sensor in the thermal image processing apparatus.
  • the reference blackbody may include a thermal energy emitting surface, and the thermal energy emitting surface may be exposed to the thermal image sensor.
  • the thermal energy emitting surface of the reference blackbody may be inclined to be exposed with respect to the thermal image sensor.
  • the thermal image processing apparatus may include a reflector that reflects thermal energy emitted from the reference black body, wherein the reference black body is provided in the thermal image processing apparatus, wherein the reflector is located within an angle of view of the thermal image sensor, and the Thermal energy emitted from the reference black body may be reflected by the reflector and introduced into the thermal image sensor.
  • the reference blackbody may be provided as a separate module from the thermal image processing apparatus, and the reference blackbody may be located within an angle of view of the thermal image sensor.
  • the first thermal image indicating the first temperature may be obtained by the thermal image sensor by positioning a shutter whose surface temperature is set to the first temperature in a path where electromagnetic waves are incident to the thermal image sensor.
  • the second thermal image indicating the second temperature may be obtained by the thermal image sensor by positioning a shutter whose surface temperature is set to the second temperature in a path where electromagnetic waves are incident to the thermal image sensor.
  • the thermal image temperature measuring apparatus for solving the above problems includes a processor and a memory, wherein the processor generates a first thermal image indicating a first temperature, and generates a second thermal image indicating a second temperature, , a temperature value corresponding to a pixel value of a thermal image may be determined based on the first thermal image and the second thermal image.
  • the temperature measurement system for solving the above problem is a lens; a thermal image sensor generating thermal image data by electromagnetic waves incident through the lens; A shutter that blocks electromagnetic waves incident to the thermal image sensor may be included.
  • the thermal image sensor generates a first thermal image indicating a first temperature and a second thermal image indicating a second temperature
  • the controller generates a thermal image based on the first thermal image and the second thermal image.
  • a temperature value corresponding to the pixel value may be determined.
  • the computer program for solving the above problem may include a computer program code for performing the temperature measurement method.
  • a computer program for performing the temperature measurement method may be recorded in a computer-readable recording medium for solving the above problem.
  • the temperature measuring method and the temperature measuring apparatus may efficiently induce a surface temperature based on a thermal image of a target object.
  • the temperature measuring method has an output characteristic strong against environmental changes by improving the existing single-acting remote infrared temperature measurement method, which is vulnerable to environmental changes, into a differential remote infrared temperature measurement method.
  • the temperature measurement method according to an embodiment is By applying in-situ real-time calibration techniques, the reliability of thermal imaging cameras is improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a method of measuring a temperature using a conventional thermal imaging camera.
  • FIG. 2 is a diagram showing output characteristics of a conventional thermal imaging camera.
  • 3 is a view for explaining the cost required for calibration of the temperature determination algorithm of the conventional thermal imaging camera.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a temperature measurement system according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a calibration method of a temperature measurement algorithm according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a cost required for calibration of a temperature measurement algorithm according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a reference blackbody according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a reference blackbody according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating temperature characteristics of a reference blackbody according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a thermal image related to a reference blackbody according to an exemplary embodiment.
  • 11 to 12 are views illustrating a heating shutter according to an embodiment.
  • FIG. 13 to 14 are diagrams illustrating a thermal imaging camera employing a heating shutter according to an exemplary embodiment.
  • 15 to 17 are diagrams for explaining a calibration method of a temperature measuring module according to an embodiment.
  • FIG. 18 is a view for explaining a method of measuring a temperature of a subject using a calibration method of a temperature measuring module according to another exemplary embodiment.
  • 19 is a flowchart illustrating a method for measuring a temperature according to an exemplary embodiment.
  • 20 and 21 are diagrams illustrating a concept of a thermal imaging camera according to an exemplary embodiment.
  • 22 is a diagram illustrating an embodiment of a method of calibrating a temperature measurement algorithm of a thermal imaging camera using a heating shutter.
  • FIG. 23 is a diagram showing a correspondence relationship between the thermal image signal D and the temperature T of the heating shutter.
  • 24 is a diagram illustrating an embodiment utilizing a plurality of heating shutters.
  • 25 to 26 are diagrams illustrating another embodiment of updating a conversion algorithm between a thermal image signal and a temperature.
  • 27 to 28 are diagrams illustrating another embodiment of determining a D/T value using a plurality of shutters.
  • 29 is a diagram illustrating another method of measuring a temperature of a target object using a thermal imaging camera according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 30 is a diagram for describing a method of measuring a temperature performed by a thermal image processing apparatus according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating a temperature measuring system including a reflector according to an exemplary embodiment.
  • 32 is a view for explaining a method of calibrating a measurement value of a thermal imaging camera in a temperature measurement system including a reflector according to an exemplary embodiment.
  • FIG 33 is a diagram illustrating a temperature measuring apparatus according to an exemplary embodiment.
  • 34 and 35 are diagrams illustrating a detailed configuration of a temperature measuring unit according to an exemplary embodiment
  • 36 is a diagram illustrating an example of a thermal image generated by a thermal imaging sensor of a thermal imaging camera in a temperature measuring unit.
  • 37 and 38 are views illustrating a reflector according to an exemplary embodiment.
  • 39 is a diagram illustrating another embodiment of a temperature measurement system.
  • 40 to 42 are diagrams illustrating another embodiment of a temperature measurement system.
  • references to 'connected', 'connecting', 'fastened', 'fastening', 'coupled', 'coupled', etc., and various variations of these expressions, refer to other elements directly It is used in the sense of being connected or indirectly connected through other components.
  • the conventional thermal imaging camera 120 includes a lens (not shown), a shutter 121 , and a thermal image sensor 122 to remotely acquire a thermal image of an object to be observed.
  • the temperature of the object surface corresponding to the pixel may be determined according to pixel values of individual thermal pixels constituting the obtained thermal image.
  • FIG. 2 is a diagram showing output characteristics of a conventional thermal imaging camera.
  • a conventional general thermal imaging camera is set to output a consistent temperature value according to the temperature of the object (T object ) regardless of the ambient temperature (T ambient ) through a factory calibration process.
  • the manufactured thermal imaging camera is stored in a constant temperature chamber, and the output value of the thermal imaging sensor of the thermal imaging camera and the subject while changing the temperature in the chamber It goes through the procedure of calibrating the temperature measurement algorithm of the thermal imaging camera according to the surface temperature value of
  • the calibration procedure of the temperature measurement algorithm of the thermal imaging camera in the constant temperature chamber should be performed for all manufactured thermal imaging cameras.
  • this calibration procedure is effective only when the temperature in the constant temperature chamber is set to various temperatures, the calibration procedure is performed for at least several hours for one thermal imaging camera. As such, significant inefficiencies occur in calibrating the temperature measurement algorithm of the conventional thermal imaging camera, and even after such calibration, a measurement temperature error according to the surrounding environment is significantly generated in the temperature measurement result.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams illustrating a temperature measurement system according to an embodiment.
  • 5 is a diagram for explaining a calibration method of a temperature measurement algorithm according to an embodiment. A temperature measuring system according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 .
  • the temperature measurement system may include a reference black body (BB) 410 , a thermal imaging camera 420 , and a control device 430 .
  • the emitter can also be used as a blackbody.
  • the control device 430 since the thermal imaging camera 420 or the reference blackbody 410 implements the function of the control device 430 , the control device 430 may not be derived as a separate configuration for implementing the temperature measurement system.
  • the control device 430 is implemented as a separate configuration will be described, but the following description will be made with respect to the case where the thermal imaging camera 420 or the reference blackbody 410 implements the functions of the control device 430 . can be applied.
  • a temperature measurement system includes a differential radiometric infrared temperature detection (DRIT) technique and an in-field real-time calibration (IFRC) technique for the temperature of the object to be observed, as will be described later. can be used to measure the surface temperature of the object to be observed.
  • DRIT differential radiometric infrared temperature detection
  • IFRC in-field real-time calibration
  • the controller 430 may monitor the temperature T SHT of the shutter in the thermal imaging camera 420 and the temperature T BB of the reference blackbody 410 using a temperature sensor.
  • the temperature sensor may be attached to the shutter and the reference blackbody, and the measured temperature value may be transmitted to the control device 430 by wire or wirelessly.
  • the thermal imaging camera 420 may acquire thermal image data of the shutter and thermal image data of the reference blackbody 410 by operating the shutter at a time when a change in ambient temperature occurs or at a predetermined period of time.
  • the obtained thermal image data may be transmitted to the control device 430 by wire or wirelessly.
  • reference numeral 510 denotes a thermal pixel value measured using a thermal image sensor and a temperature value measured using a temperature sensor with respect to the shutter
  • reference numeral 530 denotes a thermal imaging sensor with respect to a reference blackbody. It shows the thermal pixel value measured using the temperature sensor and the temperature value measured using the temperature sensor.
  • Reference numeral 520 denotes a temperature measurement algorithm calibrated based on shutter and reference blackbody information (eg thermal pixel values and temperature values)
  • reference numeral 540 denotes a calibrated temperature measurement algorithm and a thermal image sensor for the observation object. and indicates the temperature value of the object to be observed determined using the measured thermal pixel value.
  • the relationship between the measured thermal pixel value and the measured temperature may be mapped by a predetermined equation.
  • 5 is a graph illustrating an embodiment of a mapping relationship between a thermal pixel value and a temperature value simplified by a linear function (coefficients: a1, a0).
  • the relationship between the output of the thermal image sensor and the temperature is not limited to the example of FIG. 5 .
  • a temperature measurement algorithm is defined as an algorithm for calculating a temperature corresponding to a value of a degraded pixel based on a mapping relationship between a value of a degraded pixel and a temperature.
  • the temperature measurement algorithm may be implemented in the control device 430 as a temperature measurement module, and the temperature measurement module is implemented in hardware such as a chipset and provided in the control device 430, or implemented in software such as source code to the control device ( 430) may be provided. Meanwhile, as described above, the temperature measurement module may be implemented by being included in the thermal imaging camera 420 or the reference blackbody 410 .
  • the temperature measurement algorithm may be an nth-order function as shown in the following equation.
  • D may mean a value of a degraded pixel
  • an, a1, and a0 may mean a coefficient
  • f(D) may mean a temperature.
  • the highest order term is an*D n
  • the highest order term is n.
  • Calibration of the temperature measurement algorithm can be performed by finding a value of an appropriate coefficient used in the above equation. For this, the coefficients an, ... . In order to specify a0, a minimum of n+1 inputs for the thermal pixel value and the temperature value pair are required. 5 and 6 , a (degrading pixel value, temperature value) pair of shutters and a (degrading pixel value, temperature value) pair for a reference blackbody may be used as the input. This can be used to calibrate the temperature measurement algorithm. For example, only n+1 reference black bodies can generate n+1 (degraded pixel values, temperature values) input pairs. Alternatively, x (degradation pixel values, temperature values) input pairs may be generated using x shutters, and the number of input pairs may be generated using n+1-x black bodies.
  • the temperature measurement algorithm may use a linear function such as the following equation.
  • this temperature measurement method is DRIT detection can be abbreviated as
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a cost required for calibration of a temperature measurement algorithm according to an embodiment.
  • the temperature measurement system according to an embodiment calibrates the temperature measurement algorithm in real time in the field, a pre-calibration operation in the factory is unnecessary. Accordingly, the calibration operation of the thermal imager using the constant temperature chamber in the factory described above with reference to FIG. 3 may be omitted. Accordingly, the thermal imaging camera manufacturing process can be simplified.
  • the reference blackbody according to an embodiment may include a first reference blackbody part 710 , a second reference blackbody part 720 , and a housing 730 .
  • the temperature of the first reference blackbody unit 710 may be set to T BBH
  • the temperature of the second reference blackbody unit 720 may be set to T BBL .
  • T BBH may be set to a higher temperature than T BBL.
  • the difference between T BBH and T BBL may be 20 degrees.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a reference blackbody according to an exemplary embodiment.
  • the reference blackbody according to an embodiment may be configured as shown in FIG. 8 .
  • the reference blackbody may include a first reference blackbody unit 910 , a second reference blackbody unit 920 , and a controller 930 , and may further include a fan 940 according to an embodiment.
  • a fan 940 can be
  • the first reference blackbody unit 910 includes a blackbody film 911 for dissipating heat to the outside, a heat spreader 912 for evenly spreading heat to the blackbody film, and a temperature sensor for measuring the temperature of the blackbody (TS BBH ) 913 , a heat source (TEC, thermoelectric cooler) 914 and an insulator 915 may be included.
  • the temperature sensor 913 may be installed on the surface of the black body 911 .
  • the second reference blackbody unit 920 may include a blackbody film 921 , a heat spreader 922 , and a temperature sensor (TS BBL ) 923 .
  • the temperature sensor 923 may be installed on the surface of the black body 921 .
  • the controller 930 transmits the temperature values measured by the processor 931 controlling each configuration of the reference blackbody, the first reference blackbody unit 910 and the second reference blackbody unit 910 to an external device, and sends the temperature value from the external device to the external device. It may include a transceiver 932 for receiving a set temperature value of the first reference blackbody 910 and a heat source driver 933 for controlling a heat source of the first reference blackbody, and to control a fan according to an embodiment. It may further include a fan driver 934 for
  • control unit 930 of the reference blackbody may transmit the temperatures measured by the first reference blackbody unit 910 and the second reference blackbody unit 920 to an external device.
  • the first reference blackbody unit 910 may include the heat source 914 to have a temperature different from the ambient temperature.
  • the second reference blackbody 920 does not include a heat source and may be set to a temperature corresponding to the ambient temperature.
  • the difference between the temperature values measured by the first reference blackbody unit 910 and the second reference blackbody unit 920 is the difference value dT BB according to the difference value dT BB received from the external device.
  • the temperature of the first reference blackbody 910 may be set to
  • the difference value dT BB may be set to 20 degrees, and according to an embodiment, may be set to a temperature received from an external device.
  • the same temperature difference (dT BB may be set to a value greater than ⁇ T D .
  • the difference value dT BB may be determined as a predetermined multiple of the same temperature difference ⁇ T D .
  • the difference value dT BB may be determined as a value that is 100 times the same temperature difference ⁇ T D .
  • the difference value (dT BB ) between the temperature values of the first reference blackbody part 910 and the second reference blackbody part 920 without being affected by the same temperature difference ⁇ T D is used to calibrate the temperature measurement algorithm.
  • FIG. 10 an example of a thermal image of a reference black body obtained using a thermal imaging camera is shown in FIG. 10 .
  • Reference numeral 1010 denotes a thermal image of the blackbody 911 of the first reference blackbody part 910
  • reference numeral 1020 denotes a thermal image of the blackbody 921 of the second reference blackbody part 920 .
  • the camera may have a heated shutter rather than a conventional shutter.
  • the heating shutter according to an embodiment may be disposed inside the thermal imaging camera.
  • the heating shutter may be located in any one of the optical paths inside the thermal imaging camera in which thermal energy from an external heat source is incident to the thermal imaging sensor.
  • the heating shutter according to an embodiment may include a heating unit 1110 , a heat spreader 1120 , and a discharge unit 1130 .
  • the heating shutter may be manufactured by attaching the heating unit 1110 to one surface of the heat spreader 1120 and attaching the discharge unit 1130 to the opposite surface of the heat spreader 1120 .
  • the heating unit 1110 may include a heating wire or the like. Accordingly, heat may be generated in the heating unit 1110 .
  • the heating unit 1110 may be manufactured in the form of a film.
  • the heating unit 1110 may be manufactured using a PTC film or a Peltier material instead of a hot wire.
  • the heat spreader 1120 may distribute heat locally generated by the heating unit 1110 to the surroundings. Accordingly, uniform heat may be emitted from a relatively wide portion of the heating shutter 110 . To this end, the heat spreader 1120 may be made of a material having higher thermal conductivity than the heating unit 1110 . In addition, the heat spreader 1120 may be manufactured in the form of a film.
  • the emission unit 1130 may discharge heat generated by the heating unit 1110 to the outside.
  • the emission unit 1130 may be made of a material having a higher thermal emissivity than the heating unit 1110 .
  • the emitting unit 1130 since the emitting unit 1130 is located on one surface of the heating unit 1110 , heat generated by the heating unit 1110 may be radiated in one direction through the emitting unit 1130 .
  • the emission unit 1130 may include a temperature sensor 1131 .
  • a negative temperature coefficient (NTC) thermistor Negative Temperature Coefficient-thermic resistor
  • PTC thermistor Positive Temperature Coefficient-thermic resistor
  • a resistance temperature detector Resistor Temperature Detector
  • the heating shutter 110 is a diagram illustrating another embodiment of the heating shutter 110 .
  • the heating shutter 110 may be configured to further include a protection unit 1210 in addition to the configuration described in FIG. 3 .
  • the protection unit 1210 may be made of a metal material and may have a film-like structure.
  • the protection unit 1210 may be attached to one surface of the heating unit 1110 in the heating shutter of FIG. 11 .
  • the protection unit 1210 may perform shielding of thermal radiation energy incident to the heating shutter from the outside.
  • the protection unit 1210 may be made of a material having a higher heat blocking rate than the heating unit 1110 .
  • the protection unit 1210 may be made of a material having a lower thermal conductivity or thermal radiation rate than the heating unit 1110 in order to prevent the heat generated by the heating unit 1110 from being radiated or conducted to the outside.
  • the protection unit 1210 may be made of a material having high resistance thereto in order to prevent physical or chemical damage to the heating unit 1110 .
  • the heating shutter 110 may be manufactured in an applied form based thereon.
  • the heating shutter may be configured to include only the heating unit 1110 .
  • the heating unit 1110 may further include a temperature sensor 1131 .
  • the heating shutter may be configured to include at least one of the heat spreader 1120 , the emission unit 1130 , and the protection unit 1210 in the heating unit 1110 .
  • FIGS. 13 to 14 are diagrams illustrating a thermal imaging camera employing a heating shutter according to an exemplary embodiment. Signaling of a control signal for controlling the operation of the heating shutter in the operation of the thermal imaging camera according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 14 .
  • 13 and 14 show an example of a thermal imaging camera including a heating shutter 1310 , an optical unit 1320 , a thermal imaging sensor 1330 , and a processor 1340 .
  • Thermal energy generated from an external heat source e.g. a reference black body
  • the heating shutter 1310 may block the inflow of thermal energy from the inflow path of the thermal energy so that the thermal energy does not reach the thermal image sensor 1330 .
  • An embodiment in which the heating shutter 1310 is disposed on the opposite side of the thermal image sensor 1330 with respect to the optical unit 1320 so that the inflow of thermal energy from the outside is blocked before reaching the optical unit 1320 is shown 13 is shown.
  • an embodiment in which a heating shutter 1310 is disposed between the optical unit 1320 and the thermal image sensor 1330 is shown in FIG. has been
  • the processor 1340 may include a shutter controller 1341 .
  • the shutter controller 1341 may exchange control signals with the heating film 1311 , the temperature sensor 1312 , and the motor 1313 constituting the heating shutter 1310 .
  • the processor 1340 may signal a control signal instructing to increase the temperature of the heating film 1311 to the shutter controller 1341 .
  • the shutter controller 1341 may signal the heating film control signal to the heating film 1311 accordingly.
  • the heating film 1311 may initiate heat generation according to the heating film control signal.
  • the heating film control signal may include heating target temperature information indicating the heating target temperature.
  • the heating film control signal may be composed of a 1-bit signal indicating only the rise or fall of the temperature.
  • the processor 1340 may obtain the temperature of the heating shutter 1310 from the temperature sensor 1312 . Temperature data generated by measuring the temperature of the heating shutter 1310 by the temperature sensor 1312 may be signaled to the shutter controller 1341 as shutter temperature data. The shutter controller 1341 may signal the received temperature data to the processor 1340 .
  • the processor 1340 may signal a shutter “ON”/shutter “OFF” off control signal instructing the operation of the motor to the motor 1313 .
  • the motor 1313 may position the heating shutter 1310 so that the heating shutter 1310 may or may not be located on a path of thermal energy introduced from the outside.
  • the shutter “ON” control signal may be a control signal indicating the operation of the motor 1313 for positioning the heating shutter 1310 to a position for shielding the inflow path of the thermal energy incident from the outside in the form of electromagnetic waves.
  • the heating shutter 1310 is positioned as a front position of the optical unit 1320 for shielding thermal energy incident to the optical unit 1320 and the thermal image sensor 1330 according to the shutter “ON” signal.
  • the optical unit 1320 and the thermal image sensor for shielding thermal energy so that the thermal energy passing through the optical unit 1320 according to the shutter “ON” signal is not incident on the thermal image sensor 1330 .
  • a heating shutter 1310 may be positioned between the positions 1330 .
  • the shutter "OFF" control signal is a control signal indicating the operation of the motor 1313 for positioning the heating shutter 1310 to a position for opening the inflow path of the thermal energy introduced from the outside in the form of electromagnetic wave to the heating shutter 1310 can
  • the heating shutter 1310 is moved to a position where the incident path of thermal energy is not shielded so that thermal energy is introduced into the optical unit 1320 and the thermal image sensor 1330 according to the shutter “OFF” signal. ) can be located.
  • the thermal image sensor 1330 has thermal image data due to thermal energy emitted from the heating shutter 1310 .
  • the thermal image sensor 1330 generates thermal image data by the thermal energy introduced from the outside. Thermal image data generated by the thermal image sensor 1330 may be signaled to the processor 1340 .
  • the processor 1340 may control the heating shutter 1310 through the shutter controller 1341 .
  • the processor 1340 may control the heating shutter 1310 by directly performing the operation of the shutter controller 1341 .
  • the temperature measurement module according to an embodiment may be implemented as a quadratic equation for a mapping relationship between a pixel value and a temperature value as follows.
  • the calibration of the temperature measurement module may be performed by calculating the coefficients a2, a1, and a0 corresponding to the equations.
  • the surface temperature of the target T OBJ may be determined by applying a thermal pixel value for the target T OBJ as an input to the calibrated temperature measurement module.
  • FIG. 17 is a view for explaining a calibration method of a temperature measuring module according to another embodiment.
  • the temperature specific module may be organized as an nth-order equation for the pixel value D as in Equation 1 described above.
  • An example of calibrating the temperature measurement module using n+1 input pairs to determine the coefficients an, ..., a1, a0 is shown in FIG. 17 .
  • n is 5.
  • FIG. 18 is a view for explaining a method of measuring a temperature of a subject using a calibration method of a temperature measuring module according to another exemplary embodiment.
  • the temperature measuring system may determine only whether the surface temperature of the target object is higher or lower than the temperature of the reference blackbody.
  • the temperature measuring system may maintain the temperature of the reference blackbody at a predetermined temperature.
  • the temperature measurement system may set the thermal pixel value of the target object as a determination reference value. Accordingly, the temperature measurement system may determine whether the degraded pixel value of the target object is a degraded pixel value indicating a higher temperature than a determination reference degraded pixel value (e.g., a degraded pixel value by a reference blackbody maintained at a predetermined temperature).
  • the temperature measurement system may provide an alarm or a notification for when the thermal pixel value of the target object is greater than the determination reference thermal pixel value.
  • the target object may be a person or an animal for determining whether a person is infected with the coronavirus.
  • a person's body temperature exceeds a predetermined temperature (e.g. 37.5 degrees)
  • a predetermined temperature e.g. 37.5 degrees
  • the value of the deteriorated pixel of the reference blackbody may be determined as the value of the discrimination reference deteriorated pixel.
  • a thermal image of the person to be examined may be obtained, and a thermal pixel value representing an external temperature of the person to be examined may be identified from the thermal image.
  • the person to be tested may be identified as a person who may have been infected with the coronavirus.
  • the temperature measurement system may output a notification that a corona virus test is required for the person to be tested.
  • the temperature measurement system may transmit such a notification to the manager terminal or to the management server.
  • the temperature measuring apparatus may calibrate the temperature determination module based on the first thermal image data of the first object and the temperature of the first object ( S1910 ).
  • the temperature measuring apparatus may determine the temperature of the second object based on the second thermal image data of the second object and the calibrated temperature determination module.
  • the first object may be the aforementioned reference blackbody or a heating shutter.
  • the second object may be the temperature detection target described above.
  • the temperature determination module may be a temperature determination algorithm according to the mapping relationship between the above-described thermal pixel value and the temperature value, or may be a hardware component such as a hardware chip implementing the same, or a software component such as an execution program driven by a processor.
  • the thermal image data may be the aforementioned thermal pixel values.
  • the first thermal image data and the second thermal image data may be acquired in time series by a thermal image sensor.
  • a thermal imaging camera can continuously generate still thermal images and store them in time series. This may constitute a moving picture generated from a predetermined thermal image.
  • the first thermal image data and the second thermal image data may be identified in such a moving picture.
  • the first thermal image data and the second thermal image data may be acquired from one still thermal image acquired by the thermal image sensor.
  • the first thermal image data and the second thermal image data may be simultaneously identified in one still thermal image. Since the surface temperature of an object changes every moment according to the temperature of the surrounding atmosphere, in order to increase the accuracy of the measurement, the temperature measuring device identifies the first thermal image data and the second thermal image data from the still thermal image, so that the data is collected at the same time. By acquiring and calibrating the temperature measurement module, it is possible to reduce the identification error with respect to the surface temperature of the temperature detection object.
  • the temperature of the first object may be predetermined as a predetermined value. Its temperature may be 37.5 degrees.
  • the temperature of the first object may be received from the first object to the temperature measuring device.
  • the temperature of the first object may be a surface temperature of a predetermined surface of the first object for which a thermal image is obtained from a thermal image sensor of the thermal image processing apparatus.
  • the temperature determination module may be calibrated by further using the additional thermal image data for at least one additional object and the temperature of the additional object.
  • the additional thermal image data for the additional object may be acquired as many as the number of additional objects, and the temperature of the additional object may be acquired by the number of the additional objects.
  • the number of additional objects may be greater than 0, and may be smaller than the order of the highest order term of the temperature determination equation used in the temperature determination module.
  • the above-described method may be performed by a temperature measurement system including a first object, a thermal imaging camera, and a controller.
  • the temperature measurement method performed by the temperature measurement system includes the steps of: a first object transmitting first temperature information related to the first object to a control unit; and a thermal imaging camera performing first thermal image data related to the first object obtaining, by the controller calibrating the temperature determination module based on the first thermal image data and the first temperature information, and the controller based on the second thermal image data related to the second object and the calibrated temperature determination module
  • the method may include determining second temperature information related to the second object.
  • the first thermal image data is obtained from a plurality of still thermal images obtained in time series using a thermal image camera, and the first object may be identified at fixed coordinates in the still thermal images obtained in time series. That is, the first object may be fixedly positioned at a predetermined position within the field of view of the fixed thermal imaging camera.
  • the above-described method may be implemented by a temperature measuring device including a processor and a memory.
  • the processor calibrates the temperature determination module based on the first thermal image data for the first object and the temperature of the first object, and based on the second thermal image data for the second object and the calibrated temperature determination module 2 You can determine the object's temperature.
  • the above-described method is a first object; Thermal imaging camera; and a temperature measurement system including a control unit.
  • the controller calibrates the temperature determination module based on first thermal image data related to the first object and temperature information related to the first object, and based on the second thermal image data related to the second object and the calibrated temperature determination module to determine the temperature related to the second object.
  • the temperature measuring system may be configured to include a plurality of heating shutters.
  • a thermal image processing apparatus according to an embodiment will be described by describing a thermal imaging camera according to an embodiment.
  • 20 and 21 are diagrams illustrating a concept of a thermal imaging camera according to an exemplary embodiment.
  • a thermal imaging camera according to an embodiment may include a heating shutter 2110 , an optical unit 2120 , a thermal imaging sensor 2130 , and a processor 2140 .
  • the thermal imaging camera may generate a thermal image of a target object, which may be expressed as a thermal image.
  • the processor 2140 signals the shutter “ON” control signal to the heating shutter 2110, so that the heating shutter 2110 is positioned on the path where external thermal energy is incident on the thermal image sensor 2130 through the optical unit.
  • the heating shutter 2110 may block the inflow of thermal energy emitted from the target object 11 and incident to the thermal image sensor 2130 from reaching the thermal image sensor 2130 .
  • thermal energy eg ⁇ IR, Shutter
  • the thermal image generated by the thermal image sensor 2130 may include a thermal image signal generated by thermal energy emitted from the shutter.
  • the thermal image signal may be expressed in the thermal image in units of one pixel (e.g. pixel) of the thermal image.
  • the processor 2140 signals the shutter “OFF” signal to the heating shutter 2110, so that the heating shutter 2110 is not located on the path where external thermal energy is incident on the thermal image sensor 2130 through the optical unit.
  • An embodiment is shown. Accordingly, the heating shutter 2110 does not block thermal energy emitted from the target object 11 and incident on the thermal image sensor 2130 . Accordingly, thermal energy (eg ⁇ IR,Object) emitted from the target object 11 is incident on the thermal image sensor 2130 through the optical unit 2120 , and the thermal image generated by the thermal image sensor 2130 is the target It may include a thermal image signal of the object 11 .
  • thermal energy eg ⁇ IR,Object
  • the heating shutter 2110 may emit a predetermined amount of thermal energy.
  • thermal energy may be emitted in the form of electromagnetic waves.
  • thermal energy may be emitted as electromagnetic waves of infrared wavelengths.
  • the heating shutter 2110 may include a configuration for dissipating thermal energy as shown in FIGS. 11 and 12 .
  • the optical unit 2120 may form a path through which thermal energy incident from the heating shutter is incident to the thermal image sensor.
  • the optical unit 2120 may be formed as a cylindrical empty space.
  • the optical unit 2120 may include at least one lens.
  • the lens may transmit incident infrared rays, and the thermal energy passing through the lens may be condensed or diffused depending on the lens.
  • the thermal image sensor 2130 may include an infrared focal plane array (IRFPA) and a readout integrated circuit (ROIC).
  • the thermal image sensor 2130 may generate a thermal energy image by detecting thermal energy incident through the optical unit 2120 .
  • the thermal image sensor 2130 may generate a thermal energy sensing signal corresponding to each pixel by including the IRFPA configured in a two-dimensional array, and the signals corresponding to each pixel are the thermal energy at a point in time.
  • a thermal image which is a two-dimensional still image, can be constructed.
  • the processor 2140 may generate a thermal image by controlling the heating shutter 2110 , the optical unit 2120 , and the thermal image sensor 2130 , and store the generated thermal image in a memory (not shown). According to an embodiment, the processor 2140 may perform post-correction of the thermal image. Also, the processor 2140 may determine a temperature of a target object expressed in the thermal image based on the generated thermal image. For example, the processor 2140 may determine the surface temperature of the object based on a value of the thermal image signal representing the temperature of the object expressed in the thermal image. Here, the thermal image signal may be determined as a value in units of pixels constituting the thermal image. The processor 2140 may determine the surface temperature of the target object according to the following equation.
  • T is the temperature of the object
  • D is the thermal image signal of the object expressed in the thermal image
  • a0, ..., a2 are coefficients used to derive the temperature of the object from the thermal image signal value. The determination of the value of the coefficient will be described later.
  • the processor 2140 may control the operation of the heating shutter like the signaling method of a control signal for controlling the operation of the heating shutter described in FIGS. 14 and 15 .
  • the value of the thermal image signal generated by the thermal image sensor may have a different value depending on the temperature of the thermal imager even when the temperature of the target object is constant. Accordingly, when the temperature of the target object is determined using the thermal image data generated by the thermal imaging camera for the target object based on the conversion algorithm between the thermal image signal and the temperature corresponding thereto as in Equation 4 above , the algorithm should be calibrated according to the temperature of the thermal imaging camera. Calibration of the conversion algorithm between the thermal image signal and the temperature may be performed by resetting the conversion coefficient values constituting the same.
  • the calibration may be performed by resetting the values of the transform coefficients a0, a1, ..., an when the transform algorithm is an nth-order function of the thermal image signal as shown in Equation 5 below.
  • n may be an integer greater than 0.
  • T is the temperature
  • D is the thermal image signal.
  • the thermal imaging camera may acquire as many D/T pairs as the number corresponding to the maximum order of the conversion algorithm according to the following method.
  • the above-described heating shutter may be used to obtain a thermal image signal and temperature data corresponding thereto.
  • 22 shows an embodiment in which a D/T pair is obtained by changing the temperature of the heating shutter over time.
  • 22(A) shows the heating schedule of the heating shutter shown over time.
  • (B) shows the thermal image signal values obtained for the heating shutter over time.
  • (C) shows the activation timing of the shutter specified with the lapse of time.
  • the heating shutter may be heated until the first activation timing 2210 .
  • a thermal image signal D for the heating shutter may be obtained from the thermal image data for the heating shutter obtained at each activation timing shown in FIG. A temperature T versus temperature can be obtained.
  • the thermal image signal for the shutter may have the highest value at the first activation timing 2210 and then gradually decrease thereafter.
  • a correspondence relationship as shown in FIG. 23 may exist between the thus-obtained thermal image signal D and the temperature T of the heating shutter.
  • 23 is a diagram showing a correspondence relationship between the thermal image signal D and the temperature T of the heating shutter.
  • the thermal imaging camera may determine transform coefficients a0, ..., an defining a transform function 2310 indicating a transform relationship between the obtained D/T pair.
  • the processor of the thermal imaging camera may determine the transform coefficients by performing least squares fitting including interpolation or extrapolation.
  • the acquisition of the D/T pair is delayed for a predetermined time until the temperature of the heating shutter falls.
  • the thermal imaging camera according to an embodiment does not acquire the D/T pair while lowering the temperature of the heating shutter as described above, but rather rapidly increases the conversion algorithm by acquiring the D/T pair while gradually increasing the temperature of the heating shutter can also be calibrated.
  • the thermal imaging camera may further reduce a delay time for a temperature drop of the heating shutters by using a plurality of heating shutters.
  • 24 shows an embodiment utilizing a plurality of heating shutters.
  • the shutter controller may signal a control signal for each heating shutter, and receive a signal such as temperature data from each heating shutter.
  • each heating shutter may be set to a different temperature.
  • the first heating shutter 2410a may be set to a first temperature
  • the second heating shutter 2410b may be set to a second temperature.
  • the first heating shutter 2410a may be set to a higher temperature than the second heating shutter 2410b.
  • the first heating shutter 2410a may be set to a high temperature black body (BBH, Black Body High), and the second heating shutter 2410b may be set to a low temperature black body (BBL, Black Body Low).
  • the first heating shutter 2410a may be set to a predetermined temperature higher than the target temperature (e.g. 37.5 degrees), and the second heating shutter 2410b may be set to a predetermined temperature lower than the target temperature (e.g. 37.5 degrees).
  • the predetermined temperature is a value greater than 0.1 degrees and lower than 5 degrees, preferably 0.5 degrees or more and may be a temperature lower than 2 degrees. More preferably, the temperature may be 1 degree or more and 2 degrees or less.
  • 25 to 26 are diagrams illustrating another embodiment of updating a conversion algorithm between a thermal image signal and a temperature corresponding thereto.
  • 25 to 26 describe a method of updating a coefficient of a conversion algorithm between a thermal image signal and a temperature when the conversion algorithm is a linear function.
  • the transform algorithm is a linear function for a thermal image signal as shown in Equation 6 below, it may be performed by resetting values of transform coefficients a0 and a1.
  • 25 shows an embodiment of a method for obtaining a D/T pair when a plurality of heating shutters are used.
  • 25A shows a temperature graph showing the temperature of the heating shutter over time.
  • 25B shows a thermal image signal value obtained with respect to a shutter temperature over time.
  • (C) shows the activation timing of the shutter specified with the lapse of time
  • the temperature of the first heating shutter can be maintained at the first temperature (T BBH ), the temperature of the second heating shutter can be maintained at the second temperature (T BBL ) have.
  • the thermal image signal value for the shutter appearing in the thermal image generated by the thermal image sensor at the activation timing of the heating shutter is shown in (B) of FIG. 25 .
  • the temperature of the heating shutter value may change or the thermal image signal value may fluctuate depending on the thermal imaging environment such as a change in external temperature. have.
  • a thermal image of the heated shutter may be acquired from the thermal image sensor.
  • a thermal image signal D H for the first heated shutter and a thermal image signal D L for the second heated shutter may be obtained from the generated thermal image.
  • a temperature value T H for the surface temperature of the first heating shutter and a temperature value T L for the surface temperature of the second heating shutter may be obtained from the temperature sensors included in the first and second heating shutters.
  • Fig. 26 is a diagram showing the correspondence between the thermal image signal D and the temperature T of the heating shutter.
  • the thermal imaging camera may update the transform coefficients a1 and a2 based on the D/T pair obtained from the first and second heating shutters at each shutter activation timing. For example, the conversion coefficient at the first shutter activation timing T 0 may be determined using the thermal image signal D L0 and the temperature value T L0 obtained at the first shutter activation timing. Thereafter, the thermal imaging camera may calibrate the conversion algorithm using the determined conversion coefficient, and determine the temperature of the target object using the calibrated algorithm. After a predetermined time has elapsed, the thermal imaging camera may recrystallize the conversion coefficient by re-acquiring the D/T value at the second shutter activation timing from the first shutter and the second shutter.
  • FIG. 27 are diagrams illustrating another embodiment of determining a D/T value using a plurality of shutters.
  • the thermal imaging camera may acquire a D/T pair for determining a plurality of transform coefficients for updating a transform algorithm by changing temperatures of a plurality of shutters. For example, as shown in FIG. 27 , it is possible to obtain D/T pair data for a high temperature using the first heating shutter ( 2721 , 2722 , 2723 ).
  • the second heating shutter (2711, 2712, 2713).
  • a thermal image signal D H0 corresponding to the identification number 2721 of FIG. 27 and a temperature T HO of the heating shutter may be obtained from the first heating shutter, and the second heating The shutter may acquire the thermal image signal D L0 corresponding to the identification number 2711 of FIG. 27 and the temperature T LO of the heating shutter.
  • the thermal image signal D H1 corresponding to the identification number 2722 of FIG. 27 and the temperature T H1 of the heating shutter may be obtained from the first heating shutter, and the second heating The shutter may acquire the thermal image signal D L1 corresponding to the identification number 2712 of FIG. 27 and the temperature T L1 of the heating shutter.
  • the thermal imaging camera may determine the transform coefficient based on the correspondence of the D/T pair as described above with reference to FIG. 22 .
  • 29 is a diagram illustrating another method of measuring a temperature of a target object using a thermal imaging camera according to an exemplary embodiment.
  • the thermal imaging camera may determine only whether the surface temperature of the target object is higher or lower than the temperature of the heating shutter.
  • the thermal imaging camera may maintain the temperature of the heating shutter at a predetermined temperature.
  • the thermal imaging camera may set the thermal image signal value of the target object as the determination reference signal value. Accordingly, the thermal imaging camera may determine whether the thermal image signal value of the target object is a signal value indicating a higher temperature than the determination reference signal value (e.g. the thermal image signal value by the heating shutter maintained at a predetermined temperature). When the thermal image signal value of the target object is greater than the determination reference signal value, the thermal imaging camera may provide an alarm or notification.
  • the target object may be a person or an animal for determining whether a person is infected with the coronavirus.
  • a person's body temperature exceeds a predetermined temperature (e.g. 37.5 degrees)
  • the thermal image signal value for the heating shutter may be determined as the discrimination reference signal value.
  • a thermal image of the person to be examined may be obtained, and a thermal image signal representing an external temperature of the person to be examined may be determined from the thermal image.
  • the person to be tested may be determined as a person who may have been infected with the coronavirus. In this case, an alarm about the need for a corona virus test for a person to be tested may be output from the thermal imaging camera.
  • the thermal image processing apparatus includes a lens (eg an optical unit), a thermal image sensor generating thermal image data by electromagnetic waves incident through the lens, and a thermal image processing apparatus that blocks electromagnetic waves incident to the thermal image sensor. It may include a shutter (eg a heated shutter).
  • the thermal image processing apparatus may be a thermal image camera.
  • the thermal image sensor may generate a first thermal image indicating the first temperature and a second thermal image indicating the second temperature.
  • the controller e.g. processor
  • the controller may generate a conversion algorithm between the pixel value and the temperature value based on the pixel value (e.g. thermal image signal) of the shutter and the temperature value of the shutter.
  • the thermal image processing apparatus may further include a memory.
  • a computer program for performing the following method may be recorded in the memory.
  • the thermal image processing apparatus may generate a first thermal image indicating the first temperature in order to measure the surface temperature of the target object (S3010).
  • the thermal image processing apparatus may generate a second thermal image indicating the second temperature ( S3020 ).
  • the thermal image processing apparatus may determine a temperature value corresponding to a pixel value of the thermal image based on the first thermal image and the second thermal image ( S3030 ).
  • each shutter may further include a temperature sensor. The shutter surface temperature measured by the temperature sensor may be signaled to the control unit.
  • the thermal image processing apparatus may generate a conversion algorithm between the pixel value and the temperature value based on the pixel value (e.g. thermal image signal) of the shutter and the surface temperature value of the shutter. Accordingly, the thermal image processing apparatus may calculate the surface temperature value of the object with respect to the thermal image signal according to the thermal image of the target object obtained later using a conversion algorithm.
  • the pixel value e.g. thermal image signal
  • the thermal image processing apparatus may calculate the surface temperature value of the object with respect to the thermal image signal according to the thermal image of the target object obtained later using a conversion algorithm.
  • the first thermal image indicating the first temperature may be obtained by the thermal image sensor by positioning a shutter whose surface temperature is set to the first temperature in a path where electromagnetic waves are incident to the thermal image sensor.
  • the second thermal image indicating the second temperature may be obtained by the thermal image sensor by positioning a shutter whose surface temperature is set to the second temperature in a path where electromagnetic waves are incident to the thermal image sensor.
  • the first thermal image and the second thermal image may be obtained by changing the temperature of the shutter from the first temperature to the second temperature by the heating element.
  • the heating element may be provided in the shutter or may be located outside the shutter.
  • the thermal image processing apparatus may include a first shutter and a second shutter, the first thermal image may be generated by the first shutter, and the second thermal image may be generated by the second shutter.
  • the first shutter and the second shutter may include a heating element. Accordingly, the first shutter and the second shutter may be heated to different temperatures.
  • Each shutter further includes a heat spreader so that thermal energy can be uniformly radiated from the surface of the shutter.
  • each shutter may further include a heat dissipation unit.
  • the thermal image processing apparatus may provide an alarm or a notification when the thermal image signal value of the target object indicates a signal value indicating a temperature higher than the determination reference signal value (e.g. 37.5 degrees).
  • the thermal image processing apparatus may output an alarm or a notification to an external system when the thermal image signal value of the target object indicates a higher temperature than the determination reference signal value (e.g. 37.5 degrees).
  • the target object may be a person or an animal for determining whether a person is infected with the coronavirus.
  • a person's body temperature exceeds a predetermined temperature (e.g. 37.5 degrees)
  • the determination reference temperature is set to a predetermined temperature (e.g. 37.5 degrees)
  • a thermal image of the person to be tested may be obtained, and the external temperature of the person to be tested may be determined from the thermal image.
  • the test subject may be determined as a subject that may have been infected with the coronavirus.
  • the thermal image processing apparatus may output to an external device that the object to be inspected has a surface temperature equal to or greater than a predetermined temperature.
  • the thermal image processing apparatus may output information indicating that a corona virus infection test for the test target is required to an external device.
  • the temperature measuring system may be configured to further include a reflector.
  • the thermal energy emitted from the reference blackbody may be transmitted through the reflector, rather than being transmitted directly from the reference blackbody to the thermal imaging camera.
  • 31 is a diagram illustrating a temperature measuring system including a reflector according to an exemplary embodiment.
  • 32 is a view for explaining a method of calibrating a measurement value of a thermal imaging camera in a temperature measurement system including a reflector according to an exemplary embodiment.
  • the temperature measuring system may include a reference black body 3110 , a reflector 3120 , and a thermal imaging camera 3130 .
  • the temperature measurement system may measure the temperature of the temperature measurement target 3140 .
  • the reference blackbody 3110 may emit a predetermined thermal energy as a reference signal 3112 for calibration of a temperature measurement algorithm with respect to thermal image data obtained from the thermal image sensor of the thermal imaging camera 3130 .
  • the reference signal may have a predetermined amount of thermal energy ⁇ BB emitted to the outside by thermal radiation according to the surface temperature of the reference black body 3110 .
  • the reference blackbody 3110 may transmit information (T BB ) 3114 on the surface temperature of the reference blackbody 3110 to the thermal imaging camera 3130 .
  • the reference blackbody 3110 may transmit information (T BB ) 3114 on the surface temperature of the reference blackbody 3110 to the thermal imaging camera 3130 by wire or wirelessly.
  • the reference blackbody 3110 may set the surface temperature to the temperature signaled from the thermal imaging camera 3130 , and may emit a reference signal having a corresponding amount of thermal energy ⁇ BB to the outside.
  • the surface temperature of the reference blackbody 3110 is T BB and the emissivity of the reference blackbody 3110 is ⁇ BB
  • the amount of thermal energy ⁇ BB emitted from the reference blackbody 3110 can be calculated as follows can
  • ⁇ BB T BB * ⁇ BB
  • the reference signal 3112 emitted from the reference black body 3110 may reach the reflector 3120 .
  • the reference signal reaching the reflector 3120 may be reflected by the thermal imaging camera 3130 .
  • the reference black body 3110 , the reflector 3120 , and the thermal imaging camera 3130 may be disposed.
  • the reflector 3120 may be positioned at a predetermined angle so that thermal energy incident from the black body 3110 is reflected and transmitted to the thermal imaging camera 3130 .
  • the reflector may be a flat surface composed of at least one of a metal material and a glass material.
  • the reflector may be a thin metal film or a mirror.
  • the thermal energy 3122 reflected from the reflector 3120 may be calculated as shown in the following equation.
  • the thermal energy ⁇ R * ⁇ BB 3122 reflected from the reflector 3120 may be used as a reflected reference signal indicating the temperature of the reference black body 3110 incident to the thermal image sensor of the thermal imaging camera 3130 .
  • the temperature of the temperature measurement object 3140 is T obj
  • the emissivity of the temperature measurement object 3140 is ⁇ OBJ
  • ⁇ OBJ T OBJ * ⁇ OBJ
  • T BB_meas may be the temperature of the reference blackbody 3110 measured by the thermal image sensor.
  • T BB_meas may be a temperature value T corresponding to the output value BB_meas D B of the infrared sensor.
  • Response of the heat output of the image sensor and the temperature value T D B BB_meas may be performed by a predetermined algorithm of the temperature measurement, such as Equation 1 above.
  • T BB_meas is It may be a temperature mapped to thermal energy 3122 of the black body 3110 incident through the reflector 3120 .
  • the surface temperature T BB ' of the reference blackbody 3110 may be calculated from T BB_meas through the following equation.
  • T BB ' T BB_meas * 1/ ⁇ BB * 1/ ⁇ R
  • T BB ′ may be directly measured from the reference blackbody 3110 and compared with the signaled surface temperature T BB of the reference blackbody 3110 .
  • the difference between the actual surface temperature T BB of the reference blackbody 3110 and the surface temperature T BB ' of the reference blackbody 3110 measured by the thermal imaging camera 3130 , ⁇ T may be calculated as shown in the following equation.
  • ⁇ T is a measurement error generated according to a difference in output values of the thermal image sensor, and may be applied as a correction value to precisely approximate the measured value T BB ′ to the actual value T BB .
  • the correction of the measured value T BB- ' may be applied as shown in the following equation.
  • T BB T BB ' + ⁇ T
  • the surface temperature T obj of the temperature measurement object 3140 is the thermal image temperature T obj_meas identified from the thermal image of the temperature measurement object 3140 , ⁇ T calculated by Equation 7, and ⁇ obj using the following math It may be calculated as a surface temperature value T obj_corr of the temperature measurement target 3140 corrected according to the equation.
  • T obj_meas temperature may be a value corresponding to the output value D obj of the thermal image sensor by the temperature measurement algorithm such as equation (1) described above, the output value D obj of the thermal image sensor can correspond to ⁇ obj.
  • T obj_corr T obj_meas * 1/ ⁇ obj + ⁇ T
  • ⁇ BB , ⁇ obj , and ⁇ R may be obtained in advance and input to the memory of the thermal imaging camera 3130 .
  • calibration of the temperature measurement module described with reference to FIGS. 15 to 16 may be performed in the temperature measurement system made with reference to FIGS. 31 and 32 .
  • the thermal pixel value may be selected as the thermal energy representing the thermal energy of the reference black body 3110 incident through the reflector 3120, Multiple reference black bodies may be used.
  • the calibration of the temperature measurement module described with reference to FIGS. 15 to 16 is performed, as the temperature measurement algorithm is calibrated by calculating the coefficients of the temperature measurement algorithm as in Equation 1, Equations 11 and 13 The procedure of calculating ⁇ T and using it to calibrate the measurement value of the thermal imaging camera can be omitted.
  • the calibration of the temperature measurement module described with reference to FIGS. 15 to 16 and the calibration procedure of the measured values using Equations 11 and 13 may be performed together.
  • the temperature measurement system may further include a temperature sensor for measuring the ambient temperature.
  • the calibration of the temperature measurement module described with reference to FIGS. 15 to 16 is performed every time unit, and the calibration procedure of the measured values using Equations 11 and 13 according to the change of the ambient temperature is performed.
  • the temperature measuring system may be provided as a single device as shown in FIG. 33 .
  • the temperature measuring apparatus may be provided in the form of a stand.
  • the temperature measuring device according to an embodiment includes a temperature measuring unit 3310, an input/output unit 3320, a QR code scanner 3330, a main body 3340, a control unit 3350, a communication unit 3360, and a power supply unit 3370. and may be configured, and some components may be omitted if necessary.
  • the QR code scanner 3330 when the QR code scanner 3330 is utilized, the input/output unit 3320 may adopt only a display as an output unit. Alternatively, in an embodiment, the input/output unit 3320, the QR code scanner 3330, or the communication unit 3360 may be omitted.
  • the temperature measuring unit 3310 may include the configuration of the temperature measuring system described with reference to FIG. 31 .
  • 34 and 35 are diagrams illustrating a detailed configuration of the temperature measuring unit 3310 according to an exemplary embodiment.
  • the temperature measuring unit 3310 may include a reflector 3312 , a reference black body 3314 , and a thermal imager 3316 .
  • two or more reference black bodies 3314 may be provided.
  • the reflector 3312 may be provided in a predetermined surface shape.
  • thermal energy emitted from the black body 3314 may be reflected by the reflector 3312 to be introduced into the thermal imaging camera 3316 .
  • the reflector 3312 may be positioned opposite the black body 3314 and the thermal imaging camera 3316 so that thermal energy emitted from the black body 3314 flows into the thermal imaging camera 3316 .
  • 36 is a diagram illustrating an example of a thermal image generated by a thermal imaging sensor of a thermal imaging camera in the temperature measuring unit 3310 described with reference to FIGS. 34 to 35 .
  • the thermal imaging camera may photograph the thermal energy reflected from the reflector 3312 as well as thermal energy emitted from the temperature measurement target 3610 .
  • the reflector 3312 may be located within the field of view of the thermal imaging camera 3316 .
  • the reflector may include a base layer 3710 , a diffusion barrier 3720 , and an antioxidation layer 3730 .
  • copper as the base layer 3710 , nickel as the diffusion layer 3720 , and gold as the antioxidant layer 3730 may be used as materials mainly constituting the individual layers.
  • the reflector may be composed of a copper layer - a nickel layer - a gold layer in order to achieve high reflectivity in the long wave infrared (LWIR) region and to prevent the generation of an oxide film.
  • can 38 shows a reflector manufactured on one side according to the description of FIG. 37 .
  • the temperature measuring unit 3310 may be configured by simply providing the black body 3314 at the position of the reflector 3312 instead of the set of the reflector 3312 and the black body 3314 .
  • the input/output unit 3320 may include at least one of a keyboard, a mouse, a touchpad, a camera, and a wireless communication module for receiving information from a user's terminal to obtain an input from the user, and to provide an output to the user It may include at least one of a display, a speaker, a vibration module, and a wireless communication module for transmitting information to the user's terminal.
  • the input/output unit 3320 may be configured as a display including a touch panel.
  • the QR code scanner 3330 may be used to receive QR code information provided by a user.
  • the main body 3340 may serve as a case for accommodating the temperature measuring unit 3310, the input/output unit 3320, the QR code scanner 3330, the control unit 3350, the communication unit 3360, and the power supply unit 3370.
  • the temperature measuring unit 3310 may be located at the uppermost portion.
  • the input/output unit 3320 configured as a display including a touch module may be located at the lower end of the temperature measuring unit 3310 .
  • the QR code scanner 3330 may be located at the lower end of the input/output unit 3320 as an additional user input unit.
  • a control unit 3350 , a communication unit 3360 , and a power supply unit 3370 may be provided inside the main body 3340 .
  • the control unit 3350 may control the operation of the temperature measuring unit 3310 , the input/output unit 3320 , the QR code scanner 3330 , the control unit 3350 , the communication unit 3360 , and the power supply unit 3370 .
  • the control unit 3350 may include a processor for processing an operation for control, a memory for storing a program and temporary data for performing control of the temperature measuring method and temperature measuring device 3300, and a data storage for storing measurement data. have.
  • the communication unit 3360 may perform communication between the temperature measuring device 3300 and an external device. For example, the communication unit 3360 may send a warning message to an external device when a temperature measurement target having a surface temperature greater than or equal to a predetermined temperature is found according to the operation of the temperature measurement device 3300 .
  • the power supply unit 3370 supplies power to the temperature measuring device and may be a constant power source supplied with power from the outside, or a charged battery.
  • the temperature measuring device of FIG. 33 adopts a reflector, it not only provides ease of installation of the reference black body and the thermal imaging camera compared to Examples A and B of the temperature measuring system of FIG. 39, but also various advantages of adopting the reflector.
  • the temperature measurement system of Example A of FIG. 39 since the positions of the reference blackbody and the thermal imaging camera must be individually set, it is necessary to check whether the reference blackbody is inserted into the field of view of the thermal imaging camera.
  • the temperature measurement system of Example B of FIG. 39 is provided as a set so that the reference blackbody and the thermal imaging camera have fixed relative positions with each other, it is difficult to arbitrarily set the area of the reference blackbody occupied within the field of view of the thermal imaging camera. exist. For example, when the size of the black body is set to be small, it may be difficult to match the uniformity of thermal energy generated from the black body.
  • the temperature measuring device of FIG. 33 can achieve higher durability, higher temperature measurement reliability, and user convenience by providing a more convenient method of use by designing a black body, a reflector, and a thermal imaging camera as an integrated body. can increase
  • the thermal energy emitted from the black body through the reflector is transferred to the thermal imaging camera, the size of the reflector area occupied by the field of view of the thermal imaging camera can be arbitrarily changed by adjusting only the size of the reflector regardless of the size of the black body.
  • the reflector may be made of a material that is affected by ambient air. In this case, when the internal temperature of the temperature measurement space is rapidly changed (e.g.
  • the surface temperature of the reflector may also change rapidly as the surface temperature of the temperature measurement object fluctuates due to the change in the internal temperature. Accordingly, by adopting the reflector, it is possible to achieve the effect of obtaining the temperature measurement correction value by reflecting the error caused by the temperature change in the temperature measurement space.
  • the temperature measuring system according to another embodiment may be configured without the above-described reflector.
  • 40 is a diagram illustrating a temperature measurement system having a plurality of black bodies.
  • the temperature measuring system according to an embodiment may be configured by removing the reflector from the temperature measuring system described above with reference to FIG. 33 and providing at least one black body where the reflector is located.
  • the temperature measuring system 4000 may include a main body 4010 , a reference signal generator 4020 , and a thermal imaging camera 4030 .
  • the temperature measuring system 4000 may further include a display 4040, a distance measuring device 4050, a processor (not shown), a visible light camera (not shown) and/or a communication unit (not shown). may be
  • the reference signal generator 4020 may be positioned to be positioned within the field of view of the thermal imaging camera 4030 and spaced apart from the main body by a certain distance.
  • the reference signal generator 4020 may be located at an upper end of the body 4010 than the thermal imaging camera 4030 .
  • the reference signal generator 4020 may be disposed to be connected to the protrusion protruding from the upper end of the main body 4010 , thereby protruding from the upper end of the main body 4010 in the photographing direction of the thermal imaging camera 4030 .
  • the reference signal generator 4020 may be disposed to be connected at a predetermined angle and inclined downward from the protrusion.
  • the predetermined angle is an angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees, preferably an angle of 10 degrees to 60 degrees, and more preferably an angle of 15 degrees to 45 degrees.
  • the predetermined angle may be 30 degrees.
  • the reference signal generator 4020 may be exposed at an angle with respect to the thermal imaging camera 4030 , and by being obliquely exposed in this way, the reference signal generator 4020 may have a thermal radiation surface of sufficient width.
  • the reference signal generator 4020 may include at least one black body.
  • the reference signal generator may include a first blackbody 4022 and a second blackbody 4022 .
  • the operation on the black body may operate as described in the present disclosure.
  • the reference signal generator may further include a status indicator 4026 .
  • the status indicator 4026 may indicate whether the reference signal generator is in operation.
  • the processor of the temperature measurement system 4000 may recognize a face of a person located within an angle of view of the thermal imaging camera using an image obtained from the visible light camera. To this end, the processor may utilize a conventional face recognition process for recognizing a human face in a visible light image. In addition, in order to obtain a thermal pixel value for a face identified in the image acquired by the visible light camera, a mapping process between the image acquired by the visible light camera and the image acquired by the thermal imaging camera may be performed.
  • the processor may measure the distance between the face recognized through the distance measuring device 4050 and the temperature measuring system 4000 . Through this, the processor may perform a temperature compensation process of the recognized face according to the distance between the recognized face and the temperature measurement system 4000 .
  • 42 is a graph illustrating a measurement temperature error due to heat loss according to a distance from the object when the temperature of the object is measured with a thermal imaging camera. As shown in FIG. 42 , in order to compensate for a measurement temperature error according to a distance, the processor may determine a correction temperature as shown in the following Equation.
  • T_corrected denotes a corrected temperature
  • T_measure denotes a measured temperature
  • X_distance denotes a distance between an object and a temperature measurement system
  • C denotes a coefficient of a temperature decay function according to the distance.
  • the above-described method may be implemented as a computer program to be executed in a computer.
  • a computer program may be stored in a computer-readable storage medium.
  • the above-described method may be implemented as a computer-readable recording medium in which a computer program for execution in a computer is recorded.
  • the temperature measuring method and the temperature measuring apparatus may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured according to the embodiment, or may be known and used by those skilled in the art of computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floppy disks.
  • - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and carry out program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the matters disclosed herein may be used for a thermal image processing method and a thermal image processing apparatus capable of measuring the temperature of a target object in real time using a thermal image.

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Abstract

본 명세서는 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상을 생성하는 단계; 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성하는 단계; 및 상기 제 1 열화상 및 상기 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정하는 단계를 포함하는, 열화상 처리 장치에 의하여 수행되는 온도 측정 방법을 개시한다.

Description

온도 측정 장치 및 이를 이용한 사물의 온도 측정 방법
본 발명은 열화상 카메라를 이용한 온도 측정 방법에 관한 것이다.
적외선 카메라를 활용하여 사물의 온도를 실시간으로 측정하고자 하는 기술들이 공개되어 있다. 일 예로, 한국 특허출원 제10-2018-0110846호는 열화상 카메라를 이용한 온도 측정 방법을 개시한다.
이와 같은 열화상을 이용한 대상 사물의 온도를 측정하는 방법은 비접촉식으로 실시간으로 이루어질 수 있는 점에서 많은 효용성이 존재한다.
이에 따라, 열화상 카메라를 이용한 온도 측정 방법에 대한 지속적인 연구가 이루어지고 있다.
본 명세서는 열화상을 이용하여 실시간으로 대상 사물의 온도를 측정할 수 있는 열화상 처리 방법 및 열화상 처리 장치를 제시한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 열화상 온도 측정 장치에 의하여 수행되는 온도 측정 방법은 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상을 생성하는 단계; 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성하는 단계; 및 상기 제 1 열화상 및 상기 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상은, 기준 흑체로부터 열 에너지가 방출됨으로써 상기 열화상 처리 장치의 열화상 센서에 의하여 획득될 수 있다.
여기서, 상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치에 구비되되, 상기 기준 흑체는 상기 열화상 센서의 화각 내에 위치할 수 있다. 예를들어, 상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치에서 상기 열화상 센서의 상단에 위치될 수 있다. 보다 상세히, 상기 기준 흑체는 열 에너지 방출면을 포함하고, 상기 열 에너지 방출면은 상기 열화상 센서에 노출되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 기준 흑체의 열 에너지 방출면은 상기 열화상 센서에 대하여 기울어져서 노출도록 구비될 수 있다.
또는, 상기 열화상 처리 장치는 상기 기준 흑체에서 방출되는 열 에너지를 반사하는 반사체를 포함하고, 상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치에 구비되되, 상기 반사체는 상기 열화상 센서의 화각 내에 위치하고, 상기 기준 흑체에서 방출된 열에너지는 상기 반사체에서 반사되어 상기 열화상 센서로 유입될 수 있다.
또는, 상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치와 별도 모듈로 구비되고, 상기 기준 흑체는 상기 열화상 센서의 화각 내에 위치할 수 있다.
한편, 상기 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상은, 열화상 센서로 전자기파가 입사되는 경로에 상기 제 1 온도로 표면 온도가 설정된 셔터를 위치시킴으로써 상기 열화상 센서에 의하여 획득될 수도 있다. 이때, 상기 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상은, 열화상 센서로 전자기파가 입사되는 경로에 상기 제 2 온도로 표면 온도가 설정된 셔터를 위치시킴으로써 상기 열화상 센서에 의하여 획득될 수도 있다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 열화상 온도 측정 장치는 프로세서와 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상을 생성하고, 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성하며, 상기 제 1 열화상 및 상기 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정할 수 있다.
또한, 상기한 문제를 해결하기 위한 온도 측정 시스템은 렌즈; 상기 렌즈를 통해 입사되는 전자기파에 의하여 열화상 데이터를 생성하는 열화상 센서; 상기 열화상 센서로 입사되는 전자기파를 차단하는 셔터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 열화상 센서는 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상과, 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성하며, 상기 제어부는 상기 제 1 열화상 및 상기 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정할 수 있다.
또한, 상기한 문제를 해결하기 위한 컴퓨터 프로그램은 상기 온도 측정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 문제를 해결하기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에는 상기 온도 측정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록될 수 있다.
본 명세서에 기재된 기술적 사항에 따라, 일 실시 예에 따른 온도 측정 방법 및 온도 측정 장치는 대상 사물의 열화상에 기반한 표면 온도를 효율적으로 유도할 수 있다.
보다 상세히, 일 실시 예에 따른 온도 측정 방법은, 환경변화에 취약한 기존의 단동 원격적외선 온도 측정방식을 차동 원격적외선 온도 측정방식으로 개선함으로써 환경변화에 강인한 출력특성을 가진다.
또한, 공장 교정된 출력이 환경변화로 인하여 오차가 발생하며, 나아가 시간이 지남에 따른 센서의 열화현상으로 교정결과가 더 이상 유효하지 않은 문제를 해결하기 위하여, 일 실시 예에 따른 온도 측정 방법은 현장 내 실시간 교정 기법을 적용함으로써 열화상 카메라의 신뢰성을 향상시킨다.
또한, 반사체를 채택함으로써, 온도 측정 공간의 온도 변화에 따른 오차를 반영하여 온도 측정 보정값을 구할 수 있다.
도 1은 종래의 열화상 카메라를 이용한 온도 측정 방법을 도시하는 도면이다.
도 2는 종래의 열화상 카메라의 출력 특성을 도시하는 도면이다.
도 3은 종래의 열화상 카메라의 온도 판별 알고리즘의 교정을 위한 소요비용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 온도 측정 알고리즘의 교정 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 온도 측정 알고리즘의 교정을 위한 소요 비용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 기준 흑체를 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 기준 흑체의 구성을 도시하는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 기준 흑체의 온도 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 기준 흑체에 관련된 열화상을 나타내는 도면이다.
도 11 내지 12는 일 실시 예에 따른 히팅 셔터를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 14는 일 실시 예에 따른 히팅 셔터를 채용한 열화상 카메라를 나타내는 도면이다.
도 15 내지 17은 일 실시 예에 따른 온도 측정 모듈의 교정 방법을 설명하는 도면이다.
도 18은 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 모듈의 교정 방법을 이용한 피사체의 온도 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 19는 일 실시 예에 따른 온도 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 20 및 도 21은 일 실시 예에 따른 열화상 카메라의 개념을 도시하는 도면이다.
도 22는 히팅 셔터를 이용한 열화상 카메라의 온도 측정 알고리즘을 캘리브레이션하는 방법을 설명하는 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 23은 열화상 신호 D와 히팅 셔터의 온도 T간의 대응 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 복수개의 히팅 셔터를 활용하는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 25 내지 도 26은 열화상 신호와 온도간의 변환 알고리즘을 갱신하는 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 27 내지 도 28은 복수의 셔터를 이용하여 D/T값을 결정하는 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 29는 일 실시 예에 따른 열화상 카메라를 이용한 또 다른 대상 사물의 온도 측정 방법을 나타내는 도면이다.
도 30은 일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치에 의하여 수행되는 온도 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 31은 일 실시 예에 따른 반사체를 포함하는 온도 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 32는 일 실시 예에 따른 반사체를 포함한 온도 측정 시스템에서 열화상 카메라의 측정값을 교정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 33은 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 도시하는 도면이다.
도 34 및 도 35는 일 실시 예에 따른 온도 측정부의 세부 구성을 도시하는 도면이다
도 36은 온도 측정부에서 열화상 카메라의 열화상 센서가 생성하는 열화상 이미지의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 37 및 도 38은 일 실시 예에 따른 반사체를 도시하는 도면이다.
도 39는 온도 측정 시스템의 다른 일 실시 예를 도시하는 도면이다.
도 40 내지 42는 온도 측정 시스템의 또 다른 일 실시 예를 도시하는 도면이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시 되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
명세서 및 청구범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 및 "제 4" 등의 용어는, 만약 있는 경우, 유사한 구성요소 사이의 구분을 위해 사용되며, 반드시 그렇지는 않지만 특정 순차 또는 발생 순서를 기술하기 위해 사용된다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 시퀀스로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 여기서 방법이 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 여기에 제시된 그러한 단계의 순서는 반드시 그러한 단계가 실행될 수 있는 순서인 것은 아니며, 임의의 기술된 단계는 생략될 수 있고/있거나 여기에 기술되지 않은 임의의 다른 단계가 그 방법에 부가 가능할 것이다.
또한 명세서 및 청구범위의 "왼쪽", "오른쪽", "앞", "뒤", "상부", "바닥", "위에", "아래에" 등의 용어는, 설명을 위해 사용되는 것이며, 반드시 불변의 상대적 위치를 기술하기 위한 것은 아니다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 방향으로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 여기서 사용된 용어 "연결된"은 전기적 또는 비 전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 접속되는 것으로 정의된다. 여기서 서로 "인접하는" 것으로 기술된 대상은, 그 문구가 사용되는 문맥에 대해 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반적 범위 또는 영역에 있는 것일 수 있다. 여기서 "일실시예에서"라는 문구의 존재는 반드시 그런 것은 아니지만 동일한 실시예를 의미한다.
또한 명세서 및 청구범위에서 '연결된다', '연결하는', '체결된다', '체결하는', '결합된다', '결합하는' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 열화상 카메라를 이용한 온도 측정 방법을 도시하는 도면이다. 종래의 열화상 카메라(120)는 렌즈(미도시)와 셔터(121) 및 열화상 센서(122)를 포함하여 원격으로 관찰 대상의 열화상을 획득할 수 있다. 획득된 열화상(Thermal image)을 구성하는 개별 열화소(Thermal pixel)의 화소값에 따라 화소에 대응되는 피사체 표면의 온도가 결정될 수 있다.
도 2는 종래의 열화상 카메라의 출력 특성을 도시하는 도면이다. 종래의 일반적인 열화상 카메라는 공장교정과정을 통해 주변환경온도(Tambient)에 무관하게 대상의 온도(Tobject)에 따라서 일관된 온도 값을 출력하도록 설정된다.
그러나, 에어컨 및 히터의 동작, 또는 창문/출입구를 통해서 유입된 외부 공기와 같은 주변 환경 온도의 급격한 변화에 의하여 열화상 카메라에 큰 측정오차가 유발된다. 이와 같이, 열화상 센서, 카메라 하우징 및 열화상 카메라의 주변환경의 온도가 모두 안정화되지 않은 상태에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 교정된 출력에서도 큰 오차가 발생하며, 이에 따라 정교한 온도 측정이 불가능하다.
도 3은 종래의 열화상 카메라의 온도 판별 알고리즘의 교정을 위한 소요비용을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조한 종래의 열화상 카메라의 출력 특성을 안정화시키기 위하여, 제조된 열화상 카메라를 정온 챔버에 저장하고, 챔버 내의 온도를 변경하여 가면서 열화상 카메라의 열화상 센서의 출력값과 피사체의 표면 온도 값에 따른 열화상 카메라의 온도 측정 알고리즘을 교정하는 절차를 거치게 된다. 이와 같은 정온 챔버 내에서의 열화상 카메라의 온도 측정 알고리즘의 교정 절차는 생산된 모든 열화상 카메라에 대하여 이루어 져야 한다. 또한, 이러한 교정 절차는 정온 챔버 내의 온도를 다양한 온도로 설정하여 진행되어야 효과적인 점에서, 1대의 열화상 카메라에 대하여 적어도 수시간 동안의 교정 절차가 진행되게 된다. 이와 같이, 종래의 열화상 카메라의 온도 측정 알고리즘을 교정하기 위하여 상당한 비효율이 발생하고 있으며, 이와 같은 교정을 거친 후에도 온도 측정 결과에 있어서 주변 환경에 따른 측정 온도 오차가 상당히 발생하고 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템을 도시하는 도면이다. 도 5는 일 실시 예에 따른 온도 측정 알고리즘의 교정 방법을 설명하는 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템을 설명한다.
일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 기준 흑체(BB, Black Body)(410)와 열화상 카메라(420) 및 제어 장치(430)로 구성될 수 있다. 이미터가 흑체로 사용될 수도 있다. 여기서, 열화상 카메라(420) 또는 기준 흑체(410)가 제어장치(430)의 기능을 구현함으로써 제어장치(430)는 온도 측정 시스템을 구현하기 위한 별도의 구성으로 도출되지 않을 수도 있다. 이하에서는, 제어장치(430)가 별도 구성으로 구현된 예를 설명하나, 이하의 설명은 열화상 카메라(420) 또는 기준 흑체(410)가 제어장치(430)의 기능을 구현하는 경우에 대하여 그대로 적용될 수 있다.
일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 관찰 대상의 온도를 후술하는 바와 같이 차동 원격 적외선 온도 측정 (DRIT, Differential Radiometric Infrared Temperature detection) 기법과 현장 내 실시간 교정(IFRC, In-Field Real-time Calibration) 기법을 이용하여 관찰 대상의 표면 온도를 측정할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어장치(430)는 온도센서를 이용하여 열화상 카메라(420) 내의 셔터의 온도(TSHT) 및 기준 흑체(410)의 온도(TBB)를 모니터링할 수 있다. 일 실시 예에서, 온도센서는 셔터와 기준 흑체에 부착될 수 있으며, 측정된 온도 값은 유선 또는 무선으로 제어 장치(430)로 전송될 수 있다.
또한, 열화상 카메라(420)는 주변환경온도의 변화가 발생한 시점, 또는 소정의 일정한 시간 주기로 셔터를 작동시킴으로써, 셔터의 열화상 데이터 및 기준 흑체(410)의 열화상 데이터를 획득할 수 있다. 획득된 열화상 데이터는 유선 또는 무선으로 제어 장치(430)로 전송될 수 있다.
열화상 센서의 출력에 따라 생성된 열화소 값과 온도 센서를 이용하여 측정된 실제 온도와의 관계는 도 5와 같이 도시될 수 있다. 도 5의 실시 예에서, 도면부호 510은 셔터에 대하여 열화상 센서를 이용하여 측정된 열화소 값과 온도 센서를 이용하여 측정된 온도 값을 나타내며, 도면부호 530은 기준 흑체에 대하여 열화상 센서를 이용하여 측정된 열화소 값과 온도 센서를 이용하여 측정된 온도 값을 나타낸다. 도면부호 520은 셔터와 기준 흑체에 관한 정보(e.g. 열화소 값 및 온도 값)에 기반하여 교정된 온도 측정 알고리즘을 나타내며, 도면 부호 540은 교정된 온도 측정 알고리즘과 관찰 대상에 대하여 열화상 센서를 이용하여 측정된 열화소 값을 이용하여 결정된 관찰 대상의 온도 값을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이 측정된 열화소 값과 측정된 온도와의 관계는 소정의 수학식으로 매핑될 수 있다. 도 5는 1차 함수(계수: a1, a0)로 단순화된 열화소 값과 온도 값 간의 매핑 관계의 일 실시 예를 그래프로 도시한다. 열화상 센서의 출력과 온도와의 관계는 도 5의 예시에 제한되지 않는다.
이하, 온도 측정 알고리즘이란 열화소 값과 온도간의 매핑 관계에 의하여, 열화소 값에 대응되는 온도를 산출하는 알고리즘으로 정의한다. 온도 측정 알고리즘은 온도 측정 모듈로 제어 장치(430)에 구현될 수 있으며, 온도 측정 모듈은 칩셋과 같이 하드웨어로 구현되어 제어 장치(430)에 구비되거나, 소스코드와 같이 소프트웨어로 구현되어 제어 장치(430)에 구비될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 온도 측정 모듈은 열화상 카메라(420)나 기준 흑체(410)에 포함되어 구현될 수도 있다.
일 실시 예에서, 온도 측정 알고리즘은 아래의 수학식과 같은 n차 함수일 수 있다. 아래의 수학식에서, D는 열화소 값, an, a1 및 a0는 계수, f(D)는 온도를 의미할 수 있다. 아래의 수학식에서 최고차항은 an*Dn이며, 최고차항의 차수는 n이다.
[수학식 1]
f(D) = an*Dn + ... + a1*D1 + a0
온도 측정 알고리즘의 교정은 상기 수학식에서의 사용되는 적정한 계수의 값을 찾음으로써 수행될 수 있다. 이를 위하여, 상기 수학식에서 계수 an, ... . a0 를 특정하기 위하여 열화소값과 온도값 쌍에 대한 최소 n+1개의 입력이 필요하게 된다. 도 5 및 도 6의 실시 예에서, 상기 입력으로 셔터의 (열화소 값, 온도 값) 쌍 및 기준 흑체에 대한 (열화소 값, 온도 값) 쌍이 이용될 수 있다. 이를 이용하여 온도 측정 알고리즘을 교정할 수 있다. 예를들어, n+1개의 기준 흑체 만으로 n+1개의 (열화소 값, 온도 값) 입력쌍을 생성할 수 있다. 또는 x개의 셔터를 이용하여 x개의 (열화소 값, 온도 값) 입력쌍을 생성하고, n+1-x개의 흑체를 이용하여 그만큼의 입력쌍을 생성할 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에서 온도 측정 알고리즘은 아래의 수학식과 같은 1차 함수가 사용될 수 있다.
[수학식 2]
f(D) = a1*D1 + a0
상기 수학식에서 최고차항의 차수가 1인 점에서, 상기 수학식에서 계수 a1과 a0를 특정하기 위하여 최소 두개의 입력쌍이 필요하게 된다. 도 5는 이에 따른 온도 측정 알고리즘의 교정 결과를 도시한다. 이와 같이, 열화상 카메라에 의하여 획득된 열화소의 값과 그에 대한 온도 값을 매핑하는 온도 측정 알고리즘을 계수의 값을 설정함으로써 실시간으로 교정할 수 있고 이러한 방식을 IFRC라고 약칭할 수 있다.
또한, 열화상 카메라가 관찰대상과 기준 흑체를 동시에 측정하면서 이들의 차이 값을 출력-온도 특성에 기반한 온도 측정 알고리즘에 대입하여 관찰대상의 온도를 차동 측정하는 점에서, 이러한 온도 측정 방식을 DRIT 검출이라고 약칭할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 온도 측정 알고리즘의 교정을 위한 소요 비용을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 현장에서 실시간으로 온도 측정 알고리즘을 교정하는 점에서, 공장에서의 사전 교정 작업이 불필요하게 된다. 따라서, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 공장에서의 정온 챔버를 이용한 열화상 카메라 교정 작업이 생략될 수 있다. 이에 따라, 열화상 카메라 제조 공정은 단순화될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템을 보다 상세히 설명한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 기준 흑체를 도시하는 도면이다. 일 실시 예에 따른 기준 흑체는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 기준 흑체부(710), 제2 기준 흑체부(720) 및 하우징(730)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 제1 기준 흑체부(710)의 온도는 TBBH로 설정될 수 있고, 제2 기준 흑체부(720)의 온도는 TBBL로 설정될 수 있다. 일 실시 예에서, TBBH는 TBBL보다 높은 온도로 설정될 수 있다. 일 실시 예에서, TBBH와 TBBL의 차분은 20도일 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 기준 흑체의 구성을 도시하는 도면이다. 일 실시 예에 따른 기준 흑체는 도 8에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 예를들어, 기준 흑체는 제1 기준 흑체부(910), 제2 기준 흑체부(920) 및 제어부(930)를 포함하여 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 팬(940)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
제1 기준 흑체부(910)는 외부로 열을 발산하기 위한 흑체 필름(911), 흑체 필름으로 열을 고르게 확산시키기 위한 열확산기(912), 흑체의 온도를 측정하기 위한 온도센서(TSBBH)(913), 열원(TEC, thermoelectric cooler)(914) 및 인슐레이터(915)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 온도 센서(913)는 흑체(911)의 표면에 설치될 수도 있다.
제2 기준 흑체부(920)는 흑체 필름(921) 및 열확산기(922) 및 온도센서(TSBBL)(923)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 온도 센서(923)는 흑체(921)의 표면에 설치될 수도 있다.
제어부(930)는 기준 흑체의 각 구성을 제어하는 프로세서(931), 제1 기준 흑체부(910)와 제2 기준 흑체부(910)에서 측정된 온도 값을 외부 장치로 전송하고, 외부 장치로부터 제1 기준 흑체부(910)의 설정 온도 값을 수신하는 송수신부(932), 제1 기준 흑체부의 열원을 제어하기 위한 열원 드라이버(933)를 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 팬을 제어하기 위한 팬 드라이버(934)를 더 포함할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 기준 흑체의 온도 특성을 나타내는 도면이다. 도 8에서 설명된 바와 같이, 기준 흑체의 제어부(930)는 제1 기준 흑체부(910)와 제2 기준 흑체부(920)에서 측정된 온도를 외부 장치로 전송할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 기준 흑체부(910)는 열원(914)을 포함하여 주변 온도와는 다른 온도를 가지도록 설정될 수 있다. 한편, 제2 기준 흑체부(920)는 열원을 포함하지 않아, 주변 온도에 상응하는 온도로 설정될 수 있다.
일 실시 예에서, 외부 장치로부터 수신된 차분값(dTBB)에 따라 제1 기준 흑체부(910)와 제2 기준 흑체부(920)에서 측정된 온도값이 차분값(dTBB)만큼 차이가 나도록 제1 기준 흑체부(910)의 온도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 차분값(dTBB)은 20도로 설정될 수 있으며, 실시 예에 따라 외부 장치에서 수신되는 온도로 설정될 수 있다.
여기서, 제1 기준 흑체부(910)의 온도를 주변 온도로 설정한 경우 측정되는, 제1 기준 흑체부(910)와 제2 기준 흑체부(920)에서의 온도 값의 차분인 동일온도차분(ΔTD)보다 큰 값으로 차분값(dTBB)이 설정될 수 있다. 일 실시 예에서, 차분값(dTBB)은 동일온도차분(ΔTD)에 대한 소정의 배수로 결정될 수 있다. 예를들어, 차분값(dTBB)은 동일온도차분(ΔTD)의 100배가 되는 값으로 결정될 수 있다. 이를 통해, 동일온도차분(ΔTD)의 영향을 받지 않고 제1 기준 흑체부(910)와 제2 기준 흑체부(920)의 온도 값의 차분값(dTBB)이 온도 측정 알고리즘을 교정하기 위하여 사용될 수 있다. 이에 따라, 열화상 카메라를 이용하여 획득된 기준 흑체의 열화상 이미지의 예시가 도 10에 도시되어 있다. 도면부호 1010은 제1 기준 흑체부(910)의 흑체(911)에 대한 열화상을 나타내며, 도면부호 1020은 제2 기준 흑체부(920)의 흑체(921)에 대한 열화상을 나타낸다.
도 11 내지 12는 일 실시 예에 따른 히팅 셔터를 나타내는 도면이다. 일 실시 예에서, 카메라는 통상의 셔터가 아닌 히팅 셔터를 구비할 수 있다. 일 실시 예에 따른 히팅 셔터는 열화상 카메라의 내부에 배치될 수 있다. 예를들어, 히팅 셔터는 외부 열원으로부터 열에너지가 열화상 센서로 입사되는 열화상 카메라 내부의 광경로 중 어느 하나에 위치할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 히팅 셔터는 히팅부(1110), 히트 스프레더(1120) 및 방출부(1130)를 포함하여 구성될 수 있다. 히팅 셔터는 히트 스프레더(1120)의 일면에 히팅부(1110)를 부착하고, 히트 스프레더(1120)의 반대쪽 일면에 방출부(1130)를 부착함으로써 제작될 수 있다.
히팅부(1110)는 열선 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 히팅부(1110)에서는 열이 발생할 수 있다. 일 실시 예에서, 히팅부(1110)는 필름 형태로 제작될 수 있다. 히팅부(1110)는 열선 대신 PTC 필름 또는 펠티어 소재를 이용하여 제작될 수도 있다.
히트 스프레더(1120)는 히팅부(1110)에서 국지적으로 발생한 열을 주변으로 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 히팅 셔터(110)의 비교적 넓은 부분에서 균일한 열이 방출될 수 있다. 이를 위하여, 히트 스프레더(1120)는 히팅부(1110)보다 열 전도도가 높은 소재로 제작될 수 있다. 또한 히트 스프레더(1120)는 필름 형태로 제작될 수 있다.
방출부(1130)는 히팅부(1110)에서 발생된 열을 외부로 방출할 수 있다. 히팅부(1110)에서 생성된 열의 고효율 복사를 위하여, 방출부(1130)는 히팅부(1110)보다 높은 열 복사율을 가지는 소재로 제작될 수 있다. 또한, 방출부(1130)는 히팅부(1110)의 일면에 위치함으로써, 히팅부(1110)에서 생성된 열은 방출부(1130)를 통하여 일 방향으로 복사될 수 있다.
나아가, 방출부(1130)는 온도 센서(1131)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 온도 센서로 NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient-thermic resistor), PTC 서미스터(Positive Temperature Coefficient-thermic resistor) 또는 저항 온도 검출기(Resistor Temperature Detector)가 사용될 수 있다.
도 12는 히팅 셔터(110)의 다른 일 실시 예를 도시하는 도면이다. 일 실시 예에 따른 히팅 셔터(110)는 도 3에서 설명된 구성외에 보호부(1210)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 보호부(1210)는 금속소재로 제작될 수 있으며, 필름형 구조를 가질 수 있다. 예를들어, 보호부(1210)는 도 11의 히팅 셔터에 있어서, 히팅부(1110)의 일면에 부착될 수 있다.
또는, 보호부(1210)는 외부에서 히팅 셔터로 입사되는 열복사 에너지의 차폐를 수행할 수 있다. 이를 위하여, 보호부(1210)는 열 차단율이 히팅부(1110)보다 높은 소재로 제작될 수 있다. 또한, 보호부(1210)는 히팅부(1110)에서 발생된 열이 외부로 복사 또는 전도되는 것을 막기 위하여 열 전도율이나 열 복사율이 히팅부(1110)보다 낮은 소재로 제작될 수 있다. 또한, 보호부(1210)는 히팅부(1110)에 물리적 또는 화학적인 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 이에 대한 저항성이 높은 소재로 제작될 수 있다.
한편, 도 11 및 도 12에서 제시된 히팅 셔터의 예는 일 실시 예에 불과한 것으로, 히팅 셔터(110)는 이에 기반하여 응용된 형태로 제작될 수 있다. 예를들어, 히팅 셔터는 히팅부(1110)만을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 경우 히팅부(1110)는 온도 센서(1131)를 더 포함할 수도 있다. 또는, 히팅 셔터는 히팅부(1110)에 히트 스프레더(1120), 방출부(1130) 및 보호부(1210) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수도 있다.
도 13 내지 14는 일 실시 예에 따른 히팅 셔터를 채용한 열화상 카메라를 나타내는 도면이다. 도 13 내지 14를 참조하여, 일 실시 예에 따른 열화상 카메라의 동작에 있어서, 히팅 셔터의 동작을 제어하기 위한 제어신호의 시그널링을 설명한다. 도 13 및 도 14는 히팅 셔터(1310), 광학부(1320), 열화상 센서(1330) 및 프로세서(1340)으로 구성된 열화상 카메라의 일 예시를 나타낸다. 외부의 열원(e.g. 기준 흑체)으로부터 발생된 열 에너지는 전자기파 형태로 광학부(1320)를 통과하는 경로를 거쳐 열화상 센서(1330)로 도달될 수 있다. 히팅 셔터(1310)는 열화상 센서(1330)에 열 에너지가 도달하지 않도록, 열 에너지의 유입 경로에서 열 에너지의 유입을 차단할 수 있다. 외부에서 유입되는 열 에너지가 광학부(1320)에 도달하기 이전에 유입이 차단되도록, 광학부(1320)를 기준으로 열화상 센서(1330)의 반대편에 히팅 셔터(1310)가 배치된 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 한편, 외부에서 유입되는 열 에너지가 광학부(1320)를 통과한 후 차단되도록, 광학부(1320)와 열화상 센서(1330)의 사이에 히팅 셔터(1310)가 배치된 실시예가 도 14에 도시되어 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 프로세서(1340)는 셔터 컨트롤러(1341)를 포함하여 구성될 수 있다. 셔터 컨트롤러(1341)는 히팅 셔터(1310)를 구성하는 히팅 필름(1311), 온도센서(1312) 및 모터(1313)와 제어 신호를 주고받을 수 있다.
히팅 셔터(1310)의 온도를 높이고자 하는 경우, 프로세서(1340)는 셔터 컨트롤러(1341)로 히팅 필름(1311)의 온도를 높일 것을 지시하는 제어 신호를 시그널링할 수 있다. 셔터 컨트롤러(1341)는 이에 따라, 히팅 필름(1311)으로 히팅 필름 제어 신호를 시그널링할 수 있다. 히팅 필름(1311)은 히팅 필름 제어 신호에 따라 발열을 개시할 수 있다. 히팅 필름 제어 신호는 발열 목적 온도를 나타내는 발열 목적 온도 정보를 포함할 수 있다. 또는, 히팅 필름 제어 신호는 온도의 상승 또는 하강만을 나타내는 1비트 신호로 구성될 수도 있다.
프로세서(1340)는 히팅 셔터(1310)의 온도를 온도 센서(1312)로부터 획득할 수 있다. 온도 센서(1312)에서 히팅 셔터(1310)의 온도를 측정하여 생성된 온도 데이터는 셔터 컨트롤러(1341)로 셔터 온도 데이터로써 시그널링될 수 있다. 셔터 컨트롤러(1341)는 수신한 온도 데이터를 프로세서(1340)로 시그널링할 수 있다.
히팅 셔터(1310)의 위치를 변경하고자 하는 경우, 프로세서(1340)는 모터(1313)로 모터의 동작을 지시하는 셔터 "ON"/ 셔터 "OFF"오프 제어 신호를 시그널링할 수 있다. 모터(1313)는 히팅 셔터(1310)가 외부에서 유입되는 열 에너지의 경로상에 위치하거나 위치하지 않도록 히팅 셔터(1310)를 위치시킬 수 있다.
셔터 "ON"제어 신호는 히팅 셔터(1310)가 외부로부터 전자기파 형태로 입사되는 열에너지의 유입 경로를 차폐하기 위한 위치로 히팅 셔터(1310)를 위치시키기 위한 모터(1313)의 동작을 나타내는 제어신호일 수 있다. 도 13의 예에서, 셔터 "ON"신호에 따라 광학부(1320)와 열화상 센서(1330)로 입사되는 열 에너지를 차폐하기 위한 광학부(1320) 전면 위치로 히팅 셔터(1310)가 위치할 수 있다. 또는, 도 14의 예에서, 셔터 "ON"신호에 따라 광학부(1320)를 통과한 열 에너지가 열화상 센서(1330)로 입사되지 않도록 열에너지를 차폐하기 위한 광학부(1320)와 열화상 센서(1330) 사이 위치로 히팅 셔터(1310)가 위치할 수 있다.
셔터 "OFF"제어 신호는 히팅 셔터(1310)가 외부로부터 전자기파 형태로 유입되는 열 에너지의 유입 경로를 개방하기 위한 위치로 히팅 셔터(1310)를 위치시키기 위한 모터(1313)의 동작을 나타내는 제어신호일 수 있다. 도 13 및 도 14의 예에서, 셔터 "OFF"신호에 따라 광학부(1320)와 열화상 센서(1330)로 열 에너지가 유입되도록, 열 에너지의 입사 경로가 차폐되지 않는 위치로 히팅 셔터(1310)가 위치될 수 있다.
위와 같이, 셔터 "ON"제어 신호에 따라 히팅 셔터(1310)가 외부로부터 유입되는 열에너지를 차폐하게 되는 경우, 열화상 센서(1330)에는 히팅 셔터(1310)에서 방출된 열 에너지에 의한 열화상 데이터가 생성되게 된다. 셔터 "OFF"제어 신호에 따라 히팅 셔터(1310)가 외부로부터 유입되는 열에너지를 차폐하지 않는 경우, 열화상 센서(1330)에는 외부로부터 유입된 열 에너지에 의한 열화상 데이터가 생성되게 된다. 열화상 센서(1330)에서 생성된 열화상 데이터는 프로세서(1340)로 시그널링될 수 있다.
이와 같이, 프로세서(1340)는 셔터 컨트롤러(1341)를 통해 히팅 셔터(1310)를 제어할 수 있다. 또는 프로세서(1340)는 셔터 컨트롤러(1341)의 동작을 직접 수행함으로써 히팅 셔터(1310)를 제어할 수도 있다.
도 15 내지 16은 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 모듈의 교정 방법을 설명하는 도면이다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 모듈은 아래와 같이 화소값-온도값의 매핑 관계에 대한 2차 수학식으로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 온도 측정 모듈의 교정은 수학식에 대응되는 계수 a2, a1, a0를 산출하는 것으로 수행될 수 있다.
[수학식 3]
f(D) = a2*D2 + a1*D1 + a0
상기 수학식의 최고차항의 차수는 2인 점에서, 열화소값과 온도값으로 구성되는 입력쌍은 적어도 3개가 필요하게 된다. 도 15 내지 도 16의 실시 예에서는 3개의 입력쌍으로 제1 흑체, 제2 흑체 및 히팅 셔터의 열화소값과 온도값을 사용하는 예를 도시한다. 이와 같이 온도 측정 모듈이 교정된 후, 타겟 TOBJ에 대한 열화소값을 교정된 온도 측정 모듈에 입력으로 인가함으로써, 타겟 TOBJ의 표면온도를 결정할 수 있다.
도 17은 또 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 모듈의 교정 방법을 설명하는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이 온도 특정 모듈은 앞서 설명한 수학식 1과 같이 화소값 D에 대한 n차 방정식으로 정리될 수 있다. 그에 대한 계수 an, ..., a1, a0를 결정하기 위하여, n+1개의 입력쌍을 이용하여 온도 측정 모듈을 교정하는 예시가 도 17에 도시되어 있다. 도 17의 예에서, n은 5이다.
도 18은 또 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 모듈의 교정 방법을 이용한 피사체의 온도 측정 방법을 설명하는 도면이다. 일 실시 예에서, 대상 사물의 정확한 표면 온도를 측정하는 것 보다는, 대상 사물이 소정의 온도보다 높은 표면 온도를 가지는지, 또는 소정의 온도 보다 낮은 표면 온도를 가지는지 여부만이 필요한 경우가 존재할 수 있다. 이러한 경우, 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 대상 사물의 표면 온도가 기준 흑체의 온도보다 높은지 또는 낮은지 여부만을 판별할 수 있다.
이를 위하여, 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 기준 흑체의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있다. 그리고, 온도 측정 시스템은 대상 사물의 열화소 값을 판별 기준 값으로 설정할 수 있다. 이에따라, 온도 측정 시스템은 대상 사물의 열화소 값이 판별 기준 열화소 값(e.g. 소정의 온도로 유지되는 기준 흑체에 의한 열화소 값)보다 높은 온도를 나타내는 열화소 값인지 여부를 판별할 수 있다. 온도 측정 시스템은 대상 사물의 열화소 값이 판별 기준 열화소 값보다 큰 경우 그에 대한 경보 또는 알림을 제공할 수 있다.
예를 들어, 대상 사물은 코로나 바이러스에 감염되었는지 여부를 판별하기 위한 사람 또는 동물일 수 있다. 사람의 체온이 소정의 온도(e.g. 37.5도)를 초과하는 경우, 그에 대한 코로나 바이러스의 감염 여부를 의심할 수 있다. 이러한 경우, 기준 흑체의 온도를 소정의 온도(e.g. 37.5도)로 설정한 후, 기준 흑체에 대한 열화소 값을 판별 기준 열화소 값으로 결정할 수 있다. 그 후, 검사 대상 사람의 열화상을 획득하고, 열화상으로부터 검사 대상 사람에 대한 체외 온도를 나타내는 열화소 값을 식별할 수 있다. 체외 온도를 나타내는 열화소 값이 판별 기준 열화소 값 보다 높은 경우, 검사 대상 사람은 코로나 바이러스에 감염되었을 가능성이 있는 사람으로 판별될 수 있다. 이러한 경우, 온도 측정 시스템은 검사 대상 사람에 대한 코로나 바이러스 검사가 필요하다는 알림을 출력할 수 있다. 예를들어, 온도 측정 시스템은 그러한 알림을 관리자 단말로 전송하거나, 관리 서버에 전송할 수 있다.
한편, 도 18에서의 실시예에 대한 설명은 기준 흑체의 열화소 값을 이용하여 수행되는 것으로 설명되었지만, 이는 열화상 카메라의 히팅 셔터에 대한 열화소 값을 이용하여 수행될 수도 있다. 예를들어, 이는 열화상 카메라의 히팅 셔터의 온도를 37.5도로 설정하여 도 18에서의 설명을 적용할 수 있다.
도 19는 일 실시 예에 따른 온도 측정 방법을 설명하는 순서도이다. 이하 일 실시예에 따른 온도 측정 장치에 의하여 수행되는 온도 측정 방법을 설명한다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치는 제1 객체에 대한 제1 열화상 데이터와 제1 객체의 온도에 기반하여 온도 판별 모듈을 교정할 수 있다(S1910). 그리고, 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치는 제2 객체에 대한 제2 열화상 데이터와 교정된 온도 판별 모듈에 기반하여 제2 객체의 온도를 결정할 수 있다.
여기서, 제1 객체는 전술한 기준 흑체 또는 히팅 셔터일 수 있다. 여기서 제2 객체는 전술한 온도 검출 대상일 수 있다. 여기서, 온도 판별 모듈은 전술한 열화소 값과 온도 값간의 매핑 관계에 따른 온도 판별 알고리즘이거나, 이를 구현한 하드웨어 칩과 같은 하드웨어 구성 또는 프로세서에 의하여 구동되는 실행 프로그램와 같은 소프트웨어 구성일 수 있다. 또한, 열화상 데이터는 전술한 열화소 값일 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 열화상 데이터와 제2 열화상 데이터는, 열화상 센서에 의하여 시계열적으로 획득될 수 있다. 예를들어, 열화상 카메라는 정지 열화상을 지속적으로 생성함으로써 시계열적으로 저장할 수 있다. 이는 소정의 열화상으로 생성된 동영상을 구성할 수도 있다. 예를들어, 제1 열화상 데이터와 제2 열화상 데이터는 이러한 동영상에서 식별될 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 열화상 데이터와 제2 열화상 데이터는, 열화상 센서에 의하여 획득된 하나의 정지 열화상에서 획득될 수 있다. 예를들어, 제1 열화상 데이터와 제2 열화상 데이터는 하나의 정지 열화상에서 동시에 식별될 수 있다. 주변 대기의 온도에 따라 사물의 표면 온도가 시시각각 변하는 점에서, 측정의 정확도를 높이기 위하여, 온도 측정 장치는 정지 열화상에서 제1 열화상 데이터와 제2 열화상 데이터를 식별함으로써 동일한 시각에 상기 데이터를 획득하고, 온도 측정 모듈을 교정함으로써, 온도 검출 대상의 표면 온도에 대한 식별 오차를 줄일 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 객체의 온도는 소정의 값으로 미리 결정되어 있을 수 있다. 이의 온도는 37.5도일 수 있다. 그리고, 제1 객체의 온도는 제1 객체로부터 온도 측정 장치로 수신될 수 있다. 여기서, 제1 객체의 온도는 열화상 처리 장치의 열화상 센서로부터 열화상이 획득되는 제1 객체의 소정의 표면에 대한 표면 온도일 수 있다.
일 실시 예에서, 온도 판별 모듈은 적어도 하나의 부가 객체에 대한 부가 열화상 데이터와 부가 객체의 온도를 더 이용하여 교정될 수 있다. 이를 위하여, 부가 객체에 대한 부가 열화상 데이터는 부가 객체의 개수만큼 획득되고, 부가 객체의 온도는 부가 객체의 개수만큼 획득될 수 있다. 예를들어, 부가 객체의 개수는 0보다 크고, 온도 판별 모듈에서 사용되는 온도 판별 수학식의 최고차항의 차수 보다 작을 수 있다.
한편, 전술한 방법은 제 1 객체, 열화상 카메라 및 제어부를 포함하는 온도 측정 시스템에 의하여 수행될 수도 있다. 예를들어, 온도 측정 시스템에 의하여 수행되는 온도 측정 방법은 제1 객체가 제1 객체에 관련된 제1 온도 정보를 제어부로 전송하는 단계와, 열화상 카메라가 제1 객체에 관련된 제1 열화상 데이터를 획득하는 단계와, 제어부가 제1 열화상 데이터와 제1 온도 정보에 기반하여 온도 판별 모듈을 교정하는 단계 및 제어부가 제2 객체에 관련된 제2 열화상 데이터와 교정된 온도 판별 모듈에 기반하여 제2 객체에 관련된 제2 온도 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 열화상 데이터는 열화상 카메라를 이용하여 시계열적으로 획득되는 복수의 정지 열화상으로부터 획득되며, 시계열적으로 획득되는 정지 열화상에서 제1 객체는 고정된 좌표에서 식별될 수 있다. 즉, 제1 객체는 고정된 열화상 카메라의 화각 내 소정의 위치에 고정적으로 위치하고 있을 수 있다.
한편, 전술한 방법은 프로세서와 메모리를 포함하는 온도 측정 장치에 의하여 구현될 수 있다. 여기서, 프로세서는 제1 객체에 대한 제1 열화상 데이터와 제1 객체의 온도에 기반하여 온도 판별 모듈을 교정하고, 제2 객체에 대한 제2 열화상 데이터와 교정된 온도 판별 모듈에 기반하여 제2 객체의 온도를 결정할 수 있다.
한편, 전술한 방법은 제1 객체; 열화상 카메라; 및 제어부를 포함하는 온도 측정 시스템에 의하여 구현될 수 있다. 여기서, 제어부는 제1 객체에 관련된 제1 열화상 데이터와 제1 객체에 관련된 온도 정보에 기반하여 온도 판별 모듈을 교정하고, 제2 객체에 관련된 제2 열화상 데이터와 교정된 온도 판별 모듈에 기반하여 제2 객체에 관련된 온도를 결정할 수 있다.
한편, 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 복수의 히팅 셔터를 포함하여 구성될 수도 있다. 이하 일 실시 예에 따른 열화상 카메라를 설명함으로써 일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치를 설명한다. 도 20 및 도 21은 일 실시 예에 따른 열화상 카메라의 개념을 도시하는 도면이다. 도 21에 개시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 히팅 셔터(2110), 광학부(2120), 열화상 센서(2130) 및 프로세서(2140)를 포함할 수 있다. 열화상 카메라는 대상 사물에 대한 열화상(Thermal Image)을 생성할 수 있으며 이는 열적 이미지로 표현될 수 있다.
도 20은 프로세서(2140)가 히팅 셔터(2110)로 셔터 "ON"제어 신호를 시그널링 함으로써, 외부 열에너지가 광학부를 통해 열화상 센서(2130)로 입사되는 경로상에 히팅 셔터(2110)가 위치하게 되는 일 실시 예를 도시한다. 이에 따라, 히팅 셔터(2110)는 대상 사물(11)로부터 방출되어 열화상 센서(2130)로 입사되는 열에너지가 열화상 센서(2130)로 도달되지 않도록 유입을 차단할 수 있다. 한편, 히팅 셔터(2110)가 열 에너지의 유입 경로상에 위치함에 따라, 히팅 셔터(2110)에서 방출되는 열에너지(e.g. ΦIR,Shutter)가 광학부(2120)를 통해 열화상 센서(2130)로 입사되게 된다. 이에 따라, 열화상 센서(2130)에서 생성되는 열화상은 셔터에서 방출되는 열 에너지에 의한 열화상 신호를 포함할 수 있다. 예를들어, 열화상 신호는 열화상의 일 픽셀(e.g. 화소)단위로 열화상에 표현될 수 있다.
도 21은 프로세서(2140)가 히팅 셔터(2110)로 셔터 "OFF"시그널을 시그널링 함으로써, 외부 열에너지가 광학부를 통해 열화상 센서(2130)로 입사되는 경로상에 히팅 셔터(2110)가 위치하지 않는 일 실시 예를 도시한다. 이에 따라, 대상 사물(11)로부터 방출되어 열화상 센서(2130)로 입사되는 열에너지를 히팅 셔터(2110)가 차단하지 않게 된다. 이에 따라, 대상 사물(11)에서 방출되는 열에너지(e.g. ΦIR,Object)가 광학부(2120)를 통해 열화상 센서(2130)로 입사되게 되고, 열화상 센서(2130)에서 생성되는 열화상은 대상 사물(11)에 대한 열화상 신호를 포함할 수 있다.
이하, 열화상 카메라의 각 구성의 일 실시 예에 대하여 설명한다. 히팅 셔터(2110)는 소정의 열에너지를 방출할 수 있다. 예를들어, 열 에너지는 전자기파 형태로 방출될 수 있다. 예를 들어, 열 에너지는 적외선 파장의 전자기파로 방출될 수 있다. 히팅 셔터(2110)는 도 11 및 도 12에서 도시되는 바와 같이 열에너지를 방출하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
광학부(2120)는 히팅 셔터로부터 입사되는 열에너지가 열화상 센서로 입사되는 경로를 형성할 수 있다. 광학부(2120)는 원통의 빈 공간으로 형성될 수 있다. 또는, 광학부(2120)는 적어도 하나의 렌즈를 포함하여 구성될 수도 있다. 예를들어, 렌즈는 입사되는 적외선을 통과시킬 수 있으며, 렌즈에 따라 렌즈를 통과하는 열에너지는 집광 또는 확산될 수 있다.
열화상 센서(2130)는 IRFPA(infrared focal plane array)와 ROIC(Readout integrated circuit)를 포함하여 구성될 수 있다. 열화상 센서(2130)는 광학부(2120)를 통해 입사된 열에너지를 감지하여 열에너지 이미지를 생성할 수 있다. 예를들어, 열화상 센서(2130)는 2차원 배열로 구성된 IRFPA를 포함함으로써, 각 픽셀에 대응하는 열에너지 감지 신호를 생성할 수 있고, 각 픽셀에 대응하는 신호들은 한 시점에 있어서의 열에너지에 대한 2차원 정지 영상인 열화상을 구성할 수 있다.
프로세서(2140)는 히팅 셔터(2110), 광학부(2120) 및 열화상 센서(2130)를 제어하여 열화상을 생성하고, 생성된 열화상을 메모리(미도시)에 저장할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(2140)는 열화상의 사후보정을 수행할 수도 있다. 또한, 프로세서(2140)는 생성된 열화상에 기반하여 열화상에 표현된 대상 사물의 온도를 결정할 수 있다. 예를들어, 프로세서(2140)는 열화상에 표현된 대상 사물의 온도를 나타내는 열화상 신호의 값에 기반하여 대상 사물의 표면 온도를 결정할 수 있다. 여기서, 열화상 신호는 열화상을 구성하는 픽셀 단위의 값으로 결정될 수 있다. 프로세서(2140)는 아래의 수학식에 따라 대상 사물의 표면 온도를 결정할 수 있다.
[수학식 4]
T = a0 + a1* D1 + a2*D2
여기서 T는 대상사물의 온도, D는 열화상에 표현된 대상사물의 열화상 신호이며, a0, ..., a2는 열화상 신호값으로부터 대상 사물의 온도를 도출하기 위하여 사용되는 계수이다. 계수의 값의 결정은 후술한다.
더하여, 프로세서(2140)는 도 14 및 도 15에서 설명된 히팅 셔터의 동작을 제어하기 위한 제어 신호의 시그널링 방법과 같이 히팅 셔터의 동작을 제어할 수 있다.
도 22는 히팅 셔터(2110)를 이용한 열화상 카메라의 온도 측정 알고리즘을 캘리브레이션하는 방법을 설명하는 일 실시 예를 나타내는 도면이다. 열화상 센서가 생성하는 열화상 신호의 값은 대상 사물의 온도가 일정한 경우에도 열화상 카메라의 온도에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 전술한 수학식 4와 같은, 열화상 신호와 그에 대응되는 온도 간의 변환 알고리즘에 기반하여, 열화상 카메라가 대상 사물에 대하여 생성한 열화상 데이터를 이용하여 대상 사물의 온도를 결정하는 경우, 열화상 카메라의 온도에 따라 알고리즘의 캘리브레이션을 수행하여야 한다. 열화상 신호와 온도 간의 변환 알고리즘의 캘리브레이션은 이를 구성하는 변환 계수 값의 재설정으로 수행될 수 있다. 예를들어, 캘리브레이션은 상기 변환 알고리즘이 아래의 수학식 5와 같이 열화상 신호에 대한 n차 함수인 경우 변환 계수 a0, a1, ..., an의 값을 재설정함으로써 수행될 수 있다. 여기서 n은 0보다 큰 정수일 수 있다.
[수학식 5]
T = a0 + a1* D1 + ... + an*Dn
여기서, T는 온도, D는 열화상 신호를 나타낸다. 변환 알고리즘이 n차 함수인 경우, n개의 변환 개수의 값을 특정하기 위하여, 열화상 신호 D와 그에 대응하는 온도 T의 데이터 쌍(이하, D/T쌍)이 적어도 n개가 요구될 수 있다. 이에 따라, 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 변환 알고리즘의 최대 차수에 해당하는 개수 만큼의 D/T쌍을 아래의 방법에 따라 획득할 수 있다.
예를 들어, 열화상 신호와 그에 대응되는 온도의 데이터를 획득하기 위하여 전술한 히팅 셔터가 사용될 수 있다. 도 22는 시간의 경과에 따라 히팅 셔터의 온도를 변경시킴으로써 D/T쌍을 획득하는 실시예를 도시한다.
도 22에서 (A)는 시간의 경과에 따라 나타낸 히팅 셔터의 발열 스케쥴을 나타낸다. (B)는 시간의 경과에 따라 히팅 셔터에 대하여 획득된 열화상 신호 값을 나타낸다. (C)는 시간의 경과에 따라 특정되는 셔터의 활성화 타이밍을 나타낸다.
도 22의 (A)에 도시된 바와 같이, 히팅 셔터는 제 1 활성화 타이밍(2210)까지 가열될 수 있다. 그리고 제 1 활성화 타이밍(2210) 이후 가열이 중단됨으로써 냉각될 수 있다. 한편, 도 22의 (C)에 도시된 활성화 타이밍 마다 획득된 히팅 셔터에 대한 열화상 데이터로부터 히팅 셔터에 대한 열화상 신호 D가 획득될 수 있고, 히팅 셔터에 포함된 온도 센서로부터 히팅 셔터의 표면 온도에 대한 온도 T가 획득될 수 있다. 예를 들어, 셔터에 대한 열화상 신호는 도 22의 (B)에 도시된 바와 같이, 제 1 활성화 타이밍(2210)에서 가장 높은 값을 가지고, 그 이후에는 점진적으로 감소한 값을 나타낼 수 있다.
이와 같이 획득된 열화상 신호 D와 히팅 셔터의 온도 T간에는 도 23과 같은 대응관계가 존재할 수 있다. 도 23은 열화상 신호 D와 히팅 셔터의 온도 T간의 대응 관계를 나타내는 도면이다. 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 이와 같이 획득된 D/T쌍의 변환 관계를 나타내는 변환 함수(2310)를 정의하는 변환 계수 a0, ..., an을 결정할 수 있다. 예를 들어, 열화상 카메라의 프로세서는 내삽 또는 외삽을 포함하는 최소 제곱 피팅을 수행함으로써 변환 계수를 결정할 수 있다.
한편, 앞서와 같이 하나의 히팅 셔터를 사용하는 경우, 다양한 값의 히팅 셔터의 온도 데이터를 획득하기 위하여, 히팅 셔터의 온도가 하강할 때까지 소정의 시간동안 D/T쌍의 획득이 지연되게 된다. 일 실시예에 따른 열화상 카메라는 전술한 바와 같이 히팅 셔터의 온도를 낮추면서 D/T쌍을 획득하는 것이 아니라, 히팅 셔터의 온도를 점진적으로 상승시키면서 D/T쌍을 획득함으로써 보다 빠르게 변환 알고리즘의 캘리브레이션을 수행할 수도 있다.
한편, 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 복수개의 히팅 셔터를 활용함으로써 히팅 셔터의 온도 하강을 위한 지연 시간을 더욱 줄일 수 있다. 도 24는 복수개의 히팅 셔터를 활용하는 실시예를 도시한다. 2개 이상의 히팅 셔터가 사용되는 경우, 셔터 컨트롤러는 각각의 히팅 셔터에 대하여 제어 신호를 시그널링하고, 각각의 히팅 셔터로부터 온도 데이터와 같은 신호를 시그널링 받을 수 있다. 이때, 각각의 히팅 셔터는 서로 다른 온도로 설정될 수 있다. 예를들어, 제 1 히팅 셔터(2410a)는 제 1 온도로 설정될 수 있고, 제 2 히팅 셔터(2410b)는 제 2 온도로 설정될 수 있다. 이와 같이, 제 1 히팅 셔터(2410a)는 제 2 히팅 셔터(2410b) 보다 고온으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 히팅 셔터(2410a)는 고온 흑체(BBH, Black Body High)로 설정될 수 있고, 제 2 히팅 셔터(2410b)는 저온 흑체(BBL, Black Body Low)로 설정될 수 있다. 제 1 히팅 셔터(2410a)는 타겟 온도(e.g. 37.5도) 보다 소정의 온도 높게 설정될 수 있으며, 제 2 히팅 셔터(2410b)는 타겟 온도(e.g. 37.5도) 보다 소정의 온도 낮게 설정될 수 있다. 여기서 소정의 온도는 0.1도 보다 크고 5도 보다 낮은 값이며, 바람직하게는 0.5도 이상이고 2도 보다 낮은 온도일 수 있다. 보다 바람직하게는 1도 이상 2도 이하의 온도일 수 있다.
도 25 내지 도 26은 열화상 신호와 그에 대응되는 온도 간의 변환 알고리즘을 갱신하는 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 도 25 내지 도 26은 열화상 신호와 온도간의 변환 알고리즘이 1차 함수인 경우, 이의 계수를 갱신하는 방법을 설명한다. 예를들어, 상기 변환 알고리즘이 아래의 수학식 6과 같이 열화상 신호에 대한 1차 함수인 경우 변환 계수 a0, a1의 값을 재설정함으로써 수행될 수 있다.
[수학식 6]
T = a0 + a1* D1
도 25는 복수개의 히팅 셔터를 사용하는 경우 D/T쌍을 획득하는 방법을 나타내는 일 실시예를 도시한다. 도 25의 (A)는 시간의 경과에 따른 히팅 셔터의 온도를 나타내는 온도 그래프를 도시한다. 도 25의 (B)는 시간의 경과에 따라 셔터 온도에 대하여 획득되는 열화상 신호 값을 나타낸다. (C)는 시간의 경과에 따라 특정되는 셔터의 활성화 타이밍을 나타낸다
도 25의 (A)에 도시된 바와 같이, 제 1 히팅 셔터의 온도는 제 1 온도(TBBH)로 유지될 수 있고, 제 2 히팅 셔터의 온도는 제 2 온도(TBBL)로 유지될 수 있다. 히팅 셔터의 활성화 타이밍에서 열화상 센서에 의하여 생성되는 열화상에서 나타나는 셔터에 대한 열화상 신호 값이 도 25의 (B)에 나타나 있다. 도 25의 (B)에 도시된 바와 같이, 셔터 온도가 일정하게 유지되지만, 외부 온도의 변화와 같은 열화상 촬영 환경에 따라 히팅 셔터 값의 온도가 변화되거나, 열화상 신호 값의 변동이 발생할 수 있다.
도 25의 (C)에 도시된 셔터의 활성화 타이밍 마다(e.g. t0, t1), 히팅 셔터에 대한 열화상이 열화상 센서로부터 획득될 수 있다. 이와 같이 생성된 열화상으로부터 제 1 히팅 셔터에 대한 열화상 신호 DH와 제 2 히팅 셔터에 대한 열화상 신호 DL이 획득될 수 있다. 그리고, 제 1 히팅 셔터와 제 2 히팅 셔터에 포함된 온도 센서로부터 제 1 히팅 셔터의 표면 온도에 대한 온도값 TH 및 제 2 히팅 셔터의 표면 온도에 대한 온도값 TL이 획득될 수 있다.
이와 같이 획득된 열화상 신호 D와 히팅 셔터의 온도 T간의 대응 관계는 도 26과 같이 표현될 수 있다. 도 26은 열화상 신호 D와 히팅 셔터의 온도 T간의 대응 관계를 나타내는 도면이다. 열화상 카메라는 셔터 활성화 타이밍 마다, 제 1 히팅 셔터와 제 2 히팅 셔터로부터 획득된 D/T쌍에 기반하여 변환 계수 a1 및 a2를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 제 1 셔터 활성화 타이밍에서 획득된 열화상 신호 DL0와 온도값 TL0를 이용하여 제 1 셔터 활성화 타이밍(T0)에서의 변환 계수를 결정할 수 있다. 그후 열화상 카메라는 결정된 변환 계수를 이용하여 변환 알고리즘을 캘리브레이션 하고, 캘리브레이션된 알고리즘을 이용하여 대상 사물의 온도를 결정할 수 있다. 소정의 시간이 경과한 후, 열화상 카메라는 제 2 셔터 활성화 타이밍에서의 D/T값을 제 1 셔터와 제 2 셔터로부터 재획득함으로써 변환 계수를 재결정할 수 있다.
전술한 설명에서, 두 개의 변환 계수를 갱신하는 방법을 설명하였지만, 히팅 셔터의 개수를 늘리거나, 히팅 셔터의 온도를 변화시킴으로써 두 개 이상의 변환 계수를 갱신할 수도 있다. 도 27 내지 도 28은 복수의 셔터를 이용하여 D/T값을 결정하는 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다. 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 복수의 셔터의 온도를 변화시킴으로써 변환 알고리즘을 갱신하기 위한 다수의 변환 계수를 결정하기 위한 D/T쌍을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 27에 도시된 바와 같이, 제 1 히팅 셔터를 이용하여 높은 온도에 대한 D/T쌍 데이터를 획득할 수 있다(2721, 2722, 2723). 그리고, 제 2 히팅 셔터를 이용하여 낮은 온도에 대한 D/T쌍 데이터를 획득할 수 있다(2711, 2712, 2713). 예를 들어, 제 1 셔터 활성화 타이밍(t0)에서, 제 1 히팅 셔터에서는 도 27의 식별번호 2721에 대응되는 열화상 신호 DH0와 히팅 셔터의 온도 THO를 획득할 수 있고, 제 2 히팅 셔터에서는 도 27의 식별번호 2711에 대응되는 열화상 신호 DL0와 히팅 셔터의 온도 TLO를 획득할 수 있다. 같은 방식으로, 제 2 셔터 활성화 타이밍(t1)에서, 제 1 히팅 셔터에서는 도 27의 식별번호 2722에 대응되는 열화상 신호 DH1과 히팅 셔터의 온도 TH1를 획득할 수 있고, 제 2 히팅 셔터에서는 도 27의 식별번호 2712에 대응되는 열화상 신호 DL1와 히팅 셔터의 온도 TL1를 획득할 수 있다.
이에 따른 D/T쌍의 대응이 도 28에 도시되어 있다. 열화상 카메라는 도 22를 참조하여 전술한 바와 같이 D/T쌍의 대응에 기반하여 변환 계수를 결정할 수 있다.
도 29는 일 실시 예에 따른 열화상 카메라를 이용한 또 다른 대상 사물의 온도 측정 방법을 나타낸다. 일 실시 예에서, 열화상 카메라를 이용하여 대상 사물의 정확한 표면 온도를 측정하는 것 보다는, 대상 사물이 소정의 온도보다 높은 표면 온도를 가지는지, 또는 소정의 온도 보다 낮은 표면 온도를 가지는지 여부만이 필요한 경우가 존재할 수 있다. 이러한 경우, 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 대상 사물의 표면 온도가 히팅 셔터의 온도보다 높은지 또는 낮은지 여부만을 판별할 수 있다.
이를 위하여, 일 실시 예에 따른 열화상 카메라는 히팅 셔터의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있다. 그리고, 열화상 카메라는 대상 사물의 열화상 신호값을 판별 기준 신호값으로 설정할 수 있다. 이에따라, 열화상 카메라는 대상 사물의 열화상 신호값이 판별 기준 신호값(e.g. 소정의 온도로 유지되는 히팅 셔터에 의한 열화상 신호값)보다 높은 온도를 나타내는 신호값인지 여부를 판별할 수 있다. 열화상 카메라는 대상 사물의 열화상 신호값이 판별 기준 신호값보다 큰 경우 그에 대한 경보 또는 알림을 제공할 수 있다.
예를 들어, 대상 사물은 코로나 바이러스에 감염되었는지 여부를 판별하기 위한 사람 또는 동물일 수 있다. 사람의 체온이 소정의 온도(e.g. 37.5도)를 초과하는 경우, 그에 대한 코로나 바이러스의 감염 여부를 의심할 수 있다. 이러한 경우, 히팅 셔터의 온도를 소정의 온도(e.g. 37.5도)로 설정한 후, 히팅 셔터에 대한 열화상 신호값을 판별 기준 신호값으로 결정할 수 있다. 그 후, 검사 대상 사람의 열화상을 획득하고, 열화상으로부터 검사 대상 사람에 대한 체외 온도를 나타내는 열화상 신호를 결정할 수 있다. 체외 온도를 나타내는 열화상 신호값이 판별 기준 신호값 보다 높은 경우, 검사 대상 사람은 코로나 바이러스에 감염되었을 가능성이 있는 사람으로 판별될 수 있다. 이러한 경우, 열화상 카메라로부터 검사 대상 사람에 대한 코로나 바이러스 검사 필요에 대한 알람이 출력될 수 있다.
도 30은 일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치에 의하여 수행되는 온도 측정 방법을 설명하는 도면이다. 전술한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치는 렌즈(e.g. 광학부), 렌즈를 통해 입사되는 전자기파에 의하여 열화상 데이터를 생성하는 열화상 센서, 열화상 센서로 입사되는 전자기파를 차단하는 셔터(e.g. 히팅 셔터)를 포함할 수 있다. 예를들어, 열화상 처리 장치는 열화상 카메라일 수 있다. 열화상 센서는 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상과, 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성할 수 있다. 제어부(e.g. 프로세서)는 제 1 열화상 및 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정할 수 있다. 예를들어, 제어부는 전술한 바와 같이 셔터에 대한 열화상의 화소값(e.g. 열화상 신호)과 셔터의 온도값에 기반하여 화소값과 온도값간의 변환 알고리즘을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치는 메모리를 더 포함할 수 있다. 메모리에는 이하의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있을 수 있다.
일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치는 대상 물체의 표면 온도를 측정하기 위하여, 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상(Thermal image)을 생성할 수 있다(S3010). 다음으로, 열화상 처리 장치는 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성할 수 있다(S3020). 다음으로, 열화상 처리 장치는 제 1 열화상 및 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정할 수 있다(S3030). 예를들어, 각 셔터는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 온도 센서에서 측정된 셔터 표면 온도는 제어부로 시그널링될 수 있다.
열화상 처리 장치는 전술한 바와 같이 셔터에 대한 열화상의 화소값(e.g. 열화상 신호)과 셔터의 표면 온도값에 기반하여 화소 값과 온도 값 간의 변환 알고리즘을 생성할 수 있다. 이에 따라, 열화상 처리 장치는 이후에 획득되는 대상 사물의 열화상에 따른 열화상 신호에 대한 사물의 표면 온도값을 변환 알고리즘을 사용하여 계산할 수 있다.
여기서, 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상은, 열화상 센서로 전자기파가 입사되는 경로에 제 1 온도로 표면 온도가 설정된 셔터를 위치시킴으로써 열화상 센서에 의하여 획득될 수 있다. 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상은, 열화상 센서로 전자기파가 입사되는 경로에 제 2 온도로 표면 온도가 설정된 셔터를 위치시킴으로써 열화상 센서에 의하여 획득될 수 있다.
이때, 발열 소자에 의하여 셔터의 온도가 제 1 온도에서 제 2 온도로 변경됨으로써 제 1 열화상과 제 2 열화상이 획득될 수 있다. 발열 소자는 셔터에 구비되어 있거나, 셔터의 외부에 위치할 수도 있다.
예를들어, 열화상 처리 장치에는 제 1 셔터와 제 2 셔터가 구비되고, 제 1 열화상은 제 1 셔터에 의하여 생성되고, 제 2 열화상은 제 2 셔터에 의하여 생성될 수 있다. 제 1 셔터와 제 2 셔터에는 발열 소자가 포함될 수 있다. 이에 따라 제 1 셔터와 제 2 셔터는 서로 다른 온도로 가열될 수 있다. 각 셔터는 히트 스프레더를 더 포함함으로써 셔터의 표면에서 균일하게 열 에너지가 방출될 수 있다. 또한, 각 셔터는 열 방출부를 더 포함할 수 있다.
전술한 일 실시 예에 따른 열화상 처리 장치는 대상 사물의 열화상 신호값이 판별 기준 신호값(e.g. 37.5도)보다 높은 온도를 나타내는 신호값을 나타내면 그에 대한 경보 또는 알림을 제공할 수 있다. 예를들어, 열화상 처리 장치는 대상 사물의 열화상 신호값이 판별 기준 신호값(e.g. 37.5도)보다 높은 온도를 나타내면 외부 시스템으로 경보 또는 알림을 출력할 수 있다.
예를 들어, 대상 사물은 코로나 바이러스에 감염되었는지 여부를 판별하기 위한 사람 또는 동물일 수 있다. 사람의 체온이 소정의 온도(e.g. 37.5도)를 초과하는 경우, 그에 대한 코로나 바이러스의 감염 여부를 의심할 수 있다. 이러한 경우, 판별 기준 온도를 소정의 온도(e.g. 37.5도)로 설정한 후, 검사 대상 사람의 열화상을 획득하고, 열화상으로부터 검사 대상 사람에 대한 체외 온도를 결정할 수 있다. 체외 온도가 판별 기준 신호 온도 보다 높은 경우, 검사 대상은 코로나 바이러스에 감염되었을 가능성이 있는 대상으로 판별될 수 있다. 이러한 경우, 열화상 처리 장치는 검사 대상이 소정의 온도 이상의 표면 온도를 가짐을 외부 장치로 출력할 수 있다. 또는, 열화상 처리 장치는 검사 대상에 대한 코로나 바이러스 감염 여부 검사가 필요함을 나타내는 정보를 외부 장치로 출력할 수 있다.
한편, 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 반사체를 더 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 기준 흑체에서 방출되는 열에너지는 기준 흑체에서 열화상 카메라로 직접 전달되지 않고, 반사체를 통해 전달될 수 있다. 도 31은 일 실시 예에 따른 반사체를 포함하는 온도 측정 시스템을 도시하는 도면이다. 도 32는 일 실시 예에 따른 반사체를 포함한 온도 측정 시스템에서 열화상 카메라의 측정값을 교정하는 방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 31을 참조하여 일 실 시 예에 따른 반사체를 포함한 온도 측정 시스템을 설명한다. 일 실시예에 따른 온도 측정 시스템은 기준 흑체(3110), 반사체(3120) 및 열화상 카메라(3130)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 온도 측정 시스템은 온도 측정 대상(3140)의 온도를 측정할 수 있다.
기준 흑체(3110)는 열화상 카메라(3130)의 열화상 센서에서 획득된 열화상 데이터에 대한 온도 측정 알고리즘의 교정을 위하여 소정의 열에너지를 레퍼런스 시그널(3112)로써 방출할 수 있다. 레퍼런스 시그널은 기준 흑체(3110)의 표면 온도에 따라 열복사가 이루어짐으로써 외부로 방출되는 소정의 열에너지량(ΦBB)을 가질 수 있다. 그리고, 기준 흑체(3110)는 기준 흑체(3110)의 표면 온도에 대한 정보(TBB)(3114)를 열화상 카메라(3130)로 전송할 수 있다. 예를들어, 기준 흑체(3110)는 기준 흑체(3110)의 표면 온도에 대한 정보(TBB)(3114)를 유선 또는 무선으로 열화상 카메라(3130)로 전달할 수 있다. 또는 기준 흑체(3110)는 열화상 카메라(3130)로부터 시그널링 받은 온도로 표면 온도를 설정하고, 그에 대응되는 열에너지량(ΦBB)을 가지는 레퍼런스 시그널을 외부로 방출할 수 있다. 기준 흑체(3110)의 표면 온도가 TBB이고 기준 흑체(3110)의 방사율(emissivity)이 ηBB인 경우, 기준 흑체(3110)로부터 방출되는 열에너지량(ΦBB)은 아래의 수학식과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 7]
ΦBB = TBB * ηBB
기준 흑체(3110)에서 방출된 레퍼런스 시그널(3112)은 반사체(3120)로 도달할 수 있다. 그리고 반사체(3120)로 도달된 레퍼런스 시그널은 열화상 카메라(3130)로 반사될 수 있다. 이를 위하여, 기준 흑체(3110)와 반사체(3120)와 열화상 카메라(3130)의 배치가 이루어질 수 있다. 그리고 반사체(3120)는 흑체(3110)로부터 입사되는 열에너지가 반사되어 열화상 카메라(3130)로 전달되도록 소정의 각도로 설정되어 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 반사체는 금속재료 및 유리재료 중 적어도 어느 하나로 구성된 평면일 수 있다. 예를들어, 반사체는 금속 박막이거나 또는 거울일 수도 있다.
반사체(3120)의 반사율(reflectivity)이 ΓR인 경우, 반사체(3120)에서 반사되는 열에너지(3122)는 아래의 수학식과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 8]
반사체에서 반사되는 에너지 = ΓR*ΦBB
이와같이, 반사체(3120)에서 반사되는 열에너지 ΓR*ΦBB(3122)는 열화상 카메라(3130)의 열화상 센서로 입사되는 기준 흑체(3110)의 온도를 나타내는 반사된 레퍼런스 시그널로 사용될 수 있다.
한편, 온도 측정 대상(3140)에서 방출되어 열화상 센서로 유입되는 열 에너지 ΦOBJ(3142)는 온도 측정 대상(3140)의 온도가 Tobj이고, 온도 측정 대상(3140)의 방사율이 ηOBJ인 경우, 아래의 수학식과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 9]
ΦOBJ = TOBJ * ηOBJ
다음으로, 도 32를을 참조하여 일 실시예에 따른 반사체를 포함한 온도 측정 시스템에서 열화상 카메라의 측정값을 교정하는 방법을 설명한다. TBB_meas는 열화상 센서를 통해 측정된 기준 흑체(3110)의 온도일 수 있다. 예를들어, TBB_meas는 열화상 센서의 출력값 DB에 대응되는 온도값 TBB_meas일 수 있다. 열화상 센서의 출력값 DB과 온도값 TBB_meas의 대응은 앞서 설명한 수학식 1과 같은 소정의 온도 측정 알고리즘에 의하여 수행될 수 있다.
열화상 카메라(3130)가 열화상 센서를 통해 식별한 기준 흑체(3110)의 온도는 흑체에서 방출된 열에너지(3112)가 반사체(3120)를 통해 반사된 열에너지(3122)인 점에서, TBB_meas는 반사체(3120)를 통해 입사되는 흑체(3110)의 열에너지(3122)에 매핑되는 온도일 수 있다. 이러한 점에서, 아래의 수학식을 통해 TBB_meas로부터 기준 흑체(3110)의 표면 온도 TBB '가 계산될 수 있다.
[수학식 10]
TBB '= TBB_meas * 1/ηBB * 1/ΓR
한편 TBB '는 기준 흑체(3110)로부터 직접 측정되어 시그널링된 기준 흑체(3110)의 표면온도 TBB와 비교될 수 있다. 그리고, 기준 흑체(3110)의 실제 표면온도 TBB와 열화상 카메라(3130)로부터 측정된 기준 흑체(3110)의 표면온도 TBB '의 차분값인 ΔT가 아래의 수학식과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 11]
ΔT = TBB - TBB '
ΔT는 열화상 센서의 출력 값의 차이에 따라 생성되는 측정 오차로, 측정값인 TBB '를 실제 값인 TBB로 정밀하게 근사시키기 위하여 보정값으로 적용될 수 있다. 예를들어, 측정값인 TBB-'의 보정은 아래의 수학식과 같이 적용될 수 있다.
[수학식 12]
TBB = TBB' + ΔT
그리고, 온도 측정 대상(3140)의 표면 온도 Tobj는 온도 측정 대상(3140)의 열화상으로부터 식별된 열화상 온도 Tobj_meas와, 수학식 7로 계산된 ΔT, 및 ηobj를 이용하여 아래의 수학식에 따라 보정된 온도 측정 대상(3140)의 표면 온도 값 Tobj_corr로 계산될 수 있다. 여기서, Tobj_meas는 앞서 설명한 수학식 1과 같은 온도 측정 알고리즘에 의하여 열화상 센서의 출력값 Dobj에 대응되는 온도값일 수 있으며, 열화상 센서의 출력값 Dobj은 Φobj에 대응될 수 있다.
[수학식 13]
Tobj_corr = Tobj_meas * 1/ηobj + ΔT
한편, ηBB, ηobj 및 ΓR는 사전에 획득되어 열화상 카메라(3130)의 메모리에 입력되어 있을 수 있다.
한편, 도 31과 도 32를을 참조하여 이루어진 온도 측정 시스템에 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명된 온도 측정 모듈의 교정이 수행될 수 있다. 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명된 온도 측정 모듈의 교정이 수행되는 경우, 열화소 값은 반사체(3120)를 통해 입사되는 기준 흑체(3110)의 열에너지를 나타내는 열화소 값으로 선택될 수 있으며, 복수의 기준 흑체가 사용될 수 있다. 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명된 온도 측정 모듈의 교정이 수행되는 경우, 수학식 1과 같은 온도 측정 알고리즘의 계수를 계산하는 것으로써 온도 측정 알고리즘을 교정됨에 따라, 수학식 11과 수학식 13과 같이 ΔT를 산정하고 이를 이용하여 열화상 카메라의 측정값을 교정하는 절차가 생략될 수 있다.
한편, 도 31과 도 32를 참조하여 이루어진 온도 측정 시스템에 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명된 온도 측정 모듈의 교정과 수학식 11과 수학식 13을 이용한 측정값의 교정 절차가 함께 수행될 수도 있다. 예를들어, 온도 측정 시스템이 설치된 장소에서 주변 온도가 일정시간 균일하게 유지된 경우, 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명된 온도 측정 모듈의 교정 만이 수행될 수 있다. 그리고, 주변 온도가 급격히 변화하는 경우, 수학식 11과 수학식 13을 이용한 측정값의 교정 절차 만이 수행될 수 있다. 주변 온도의 변화를 측정하기 위하여 온도 측정 시스템에는 주변 온도를 측정하는 온도 센서가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 매 시간 단위 마다 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명된 온도 측정 모듈의 교정이 수행되고, 주변온도의 변화에 따라 수학식 11과 수학식 13을 이용한 측정값의 교정 절차가 수행될 수 있다.
도 33은 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 도시하는 도면이다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 도 33에 도시된 바와 같이 하나의 장치로 구비될 수 있다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치는 스탠드 형태로 구비될 수 있다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치는 온도 측정부(3310), 입출력부(3320), QR 코드 스캐너(3330), 본체(3340), 제어부(3350), 통신부(3360) 및 전원부(3370)를 포함하여 구성될 수 있으며, 필요에 따라 일부 구성은 생략될 수 있다. 예를들어, QR 코드 스캐너(3330)가 활용되는 경우 입출력부(3320)는 출력부로써 디스플레이만을 채택할 수 있다. 또는 일 실시 예에서 입출력부(3320), QR 코드 스캐너(3330) 또는 통신부(3360)가 생략될 수 있다.
온도 측정부(3310)는 도 31을 참조하여 설명한 온도 측정 시스템의 구성을 포함할 수 있다. 도 34 및 도 35는 일 실시 예에 따른 온도 측정부(3310)의 세부 구성을 도시하는 도면이다. 온도 측정부(3310)는 반사체(3312), 기준 흑체(3314) 및 열화상 카메라(3316)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 31을 참조하여 설명된 바와 같이, 기준 흑체(3314)는 2개 이상 구비될 수 있다. 그리고, 반사체(3312)는 소정의 면 형태로 구비될 수 있다. 그리고, 흑체(3314)에서 방출된 열 에너지는 반사체(3312)에서 반사되어 열화상 카메라(3316)로 유입될 수 있다. 반사체(3312)는 흑체(3314)에서 방출되는 열에너지가 열화상 카메라(3316)로 유입되도록, 흑체(3314)와 열화상 카메라(3316)의 반대편에 위치할 수 있다.
도 36를 참조하여 설명한다. 도 36는 도 34 내지 도 35를 참조하여 설명한 온도 측정부(3310)에서 열화상 카메라의 열화상 센서가 생성하는 열화상 이미지의 일 예시를 나타내는 도면이다. 도 36에 도시된 바와 같이, 열화상 카메라는 반사체(3312)로부터 반사되는 열에너지와 함께, 온도 측정 대상(3610)으로부터 방출되는 열에너지도 같이 촬영할 수 있다. 이를 위하여, 반사체(3312)는 열화상 카메라(3316)의 화각 내에 위치할 수 있다.
도 37은 일 실시 예에 따른 반사체를 도시하는 도면이다. 반사체는 기저층(base layer, 3710), 확산층(diffusion barrier, 3720), 및 항산화막(antioxidation layer, 3730)으로 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 기저층(3710)으로 구리, 확산층(3720)으로 니켈이, 그리고 항산화층(3730)으로 금이 개별 레이어를 주로 구성하는 소재로 사용될 수 있다. 예를들어, 반사체는 장파장 적외선(LWIR, Long wave InfraRed) 영역에서의 고 반사율을 달성하고 산화막 발생을 방지하기 위하여, 구리(copper)층 - 니켈(Nickel)층 - 금(gold)층으로 구성될 수 있다. 도 38은 도 37의 설명에 따라 일 면으로 제작된 반사체를 도시한다.
한편, 실시 예에 따라, 온도 측정부(3310)는 반사체(3312)와 흑체(3314)의 세트 대신 단순히 흑체(3314)를 반사체(3312)의 위치에 구비시켜 구성될 수도 있다.
다시, 도 33을 참조하여 설명한다. 입출력부(3320)는 사용자로부터 입력을 획득하기 위하여 키보드, 마우스, 터치패드, 카메라 및 사용자의 단말로부터 정보를 수신하기 위한 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 사용자에게 출력을 제공하기 위하여 디스플레이, 스피커, 진동모듈 및 사용자의 단말로 정보를 전송하기 위한 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 입출력부(3320)는 터치패널을 포함한 디스플레이로 구성될 수 있다. QR 코드 스캐너(3330)는 사용자가 제공하는 QR 코드 정보를 입력 받기 위하여 이용될 수 있다.
본체(3340)는 온도 측정부(3310), 입출력부(3320), QR 코드 스캐너(3330), 제어부(3350), 통신부(3360) 및 전원부(3370)를 수용하는 케이스의 역할을 수행할 수 있다. 본체(3340)에서 온도 측정부(3310)가 가장 상단에 위치할 수 있다. 그리고 터치 모듈을 포함한 디스플레이로 구성된 입출력부(3320)가 온도 측정부(3310)의 하단에 위치할 수 있다. 그리고 QR 코드 스캐너(3330)가 추가적인 사용자 입력부로써 입출력부(3320)의 하단에 위치할 수 있다. 그리고 본체(3340)의 내부에는 제어부(3350), 통신부(3360) 및 전원부(3370)가 구비될 수 있다.
제어부(3350)는 온도 측정부(3310), 입출력부(3320), QR 코드 스캐너(3330), 제어부(3350), 통신부(3360) 및 전원부(3370)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(3350)는 제어를 위한 연산을 처리하는 프로세서, 온도 측정 방법과 온도 측정 장치(3300)의 제어를 수행하기 위한 프로그램과 임시 데이터가 저장되는 메모리, 측정 데이터가 저장되는 데이터 저장소를 포함할 수 있다.
통신부(3360)는 온도 측정 장치(3300)와 외부 장치간의 통신을 수행할 수 있다. 예를들어, 통신부(3360)는 온도 측정 장치(3300)의 동작에 따라 소정 온도 이상의 표면 온도를 가진 온도 측정 대상이 발견되는 경우 외부 장치로 경고 메세지를 발송할 수 있다.
전원부(3370)는 온도 측정 장치에 전원을 공급하며 외부로부터 전력을 공급받는 상시 전원이거나, 충전된 배터리일 수 있다.
도 33의 온도 측정 장치는 반사체를 채택하는 점에서, 도 39의 온도 측정 시스템의 예시 A 및 예시 B보다 기준 흑체와 열화상 카메라의 설치에 용이성을 제공하는 것은 물론 반사체를 채택함에 따른 다양한 장점을 가진다. 예를들어, 도 39예시 A의 온도 측정 시스템은 기준 흑체와 열화상 카메라의 위치를 개별 설정하여야 하는 점에서, 열화상 카메라의 화각에 기준 흑체가 들어와 있는지를 점검하여야 할 필요가 존재한다. 도 39예시 B의 온도 측정 시스템은 기준 흑체와 열화상 카메라가 서로 고정된 상대위치를 가지도록 일 세트로 구비되어 있지만, 열화상 카메라의 화각 내에 차지되는 기준 흑체의 영역을 임의로 설정하기 어렵다는 문제가 존재한다. 예를들어, 흑체의 크기를 작게 설정하는 경우, 흑체에서 발생되는 열 에너지의 균등성을 맞추기가 어려울 수 있다.
그러나, 도 33의 온도 측정 장치는 흑체, 반사체 및 열화상 카메라를 일체형으로 설계함으로써 보다 높은 내구성을 도모할 수 있고, 보다 높은 온도 측정 신뢰도를 도모할 수 있으며, 보다 편리한 사용방법을 제공함으로써 사용자 편의성을 높일 수 있다. 또한, 반사체를 통해 흑체에서 방출되는 열에너지를 열화상 카메라로 전달하는 점에서, 열화상 카메라의 화각에서 차지되는 반사체의 영역의 크기를 흑체의 크기와 무관히 반사체의 크기 만을 조절함으로써 임의로 변경할 수 있다. 또한, 일정한 온도로 유지되는 흑체와 달리 반사체는 주변 공기의 영향을 받는 소재로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 온도 측정 공간의 내부 온도가 급격히 변경되는 경우(e.g. 외부에서 찬바람이 들어온 경우), 온도 측정 대상의 표면 온도가 내부 온도의 변화에 의하여 변동되는 만큼 반사체의 표면온도도 급격히 변동될 수 있다. 이에 따라, 반사체를 채택함으로써, 온도 측정 공간의 온도 변화에 따른 오차를 반영하여 온도 측정 보정값을 구할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.
한편, 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 전술한 반사체를 구비하지 않고 구성될 수도 있다. 도 40은 복수개의 흑체를 구비한 온도 측정 시스템을 도시하는 도면이다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템은 앞서 도 33을 참조하여 설명된 온도 측정 시스템에서, 반사체를 제거하고, 반사체가 위치하는 곳에 적어도 하나의 흑체를 구비함으로써 구성될 수 있다.
이하, 도 33의 온도 측정 시스템과 상이한 부분을 위주로 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템(4000)을 도 40을 참조하여 설명한다. 온도 측정 시스템(4000)의 좌측면도, 정면도, 우측면도 및 배면도가 도 40의 (A), (B), (C) 및 (D)에 도시되어 있다. 일 실시 예에 따른 온도 측정 시스템(4000)은 본체(4010), 기준신호 발생장치(4020) 및 열화상 카메라(4030)를 포함하여 구성될 수 있다. 열거한 구성 외에도 온도 측정 시스템(4000)은 디스플레이(4040), 거리 측정 장치(4050), 프로세서(미도시), 가시광 카메라(미도시) 및/또는 통신부(미도시) 등을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
도 40에 도시된 바와 같이, 기준신호 발생장치(4020)는 열화상 카메라(4030)의 화각 내에 위치하기 위하여, 본체로부터 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 예를들어, 기준신호 발생장치(4020)는 열화상 카메라(4030) 보다 본체(4010)의 상단에 위치할 수 있다. 나아가, 기준신호 발생장치(4020)는 본체(4010)의 상단에서 돌출된 돌출부에 연결되어 배치됨으로써, 본체(4010)의 상단으로부터 열화상 카메라(4030)의 촬영 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다. 나아가, 기준신호 발생장치(4020)는 돌출부로부터 아래방향으로 소정의 각도 기울어진 각도로 연결되어 배치될 수도 있다. 여기서 소정의 각도는 0도 보다 크고 90도 보다 작은 각도이며, 바람직하게는 10도부터 60도 까지의 각도일 수 있으며, 보다 바람직하게는 15도부터 45도 까지의 각도일 수 있다. 예를 들어, 소정의 각도는 30도일 수 있다. 이와같이, 기준신호 발생장치(4020)는 열화상 카메라(4030)에 대하여 기울어져서 노출될 수 있으며, 이와 같이 비스듬히 노출됨으로써, 기준신호 발생장치(4020)는 충분한 너비의 열복사면을 구비할 수 있다.
도 41은 일 실시 예에 따른 기준신호 발생장치를 도시하는 도면이다. 기준신호 발생장치(4020)의 정면도 및 우측면도가 도 41의 (A) 및 (B)에 도시되어 있다. 일 실시 예에 따른 기준신호 발생장치(4020)는 적어도 하나의 흑체를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에 따른 기준신호 발생장치는 제1 흑체(4022)와 제2흑체(4022)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 흑체에 대한 동작은 본 개시에서 설명한 바와 같이 동작할 수 있다. 또한, 상기 구성 외에도 기준신호 발생장치는 상태표시등(4026)을 더 구비할 수 있다. 상태표시등(4026)은 기준신호 발생장치의 동작여부를 나타낼 수 있다.
다시 도 40을 참조하면, 온도 측정 시스템(4000)의 프로세서는 가시광 카메라에서 획득된 이미지를 이용하여 열화상 카메라의 화각내에 위치한 사람의 얼굴을 인식할 수 있다. 이를 위하여, 프로세서는 가시광 이미지에서 사람의 얼굴을 인식하기 위한 통상의 얼굴 인식 프로세스를 활용할 수 있다. 또한, 가시광 카메라에서 획득된 이미지에서 식별된 얼굴에 대한 열화소 값을 획득하기 위하여, 가시광 카메라에서 획득된 이미지와 열화상 카메라에서 획득된 이미지의 매핑 과정이 수행될 수 있다.
또한, 프로세서는 거리 측정 장치(4050)를 통해 인식된 얼굴과 온도 측정 시스템(4000)간의 거리를 측정할 수 있다. 이를 통해, 프로세서는 인식된 얼굴과 온도 측정 시스템(4000)간의 거리에 따른 인식된 얼굴의 온도 보상 프로세스를 수행할 수 있다. 도 42는 열화상 카메라로 대상체의 온도를 측정할 경우, 대상체와의 거리에 따라 열손실이 발생함에 따른 측정온도 오차를 도시하는 그래프이다. 도 42에 도시된 바와 같이 거리에 따른 측정 온도 오차를 보상하기 위하여, 프로세서는 아래의 수학식과 같이 보정 온도를 결정할 수 있다.
[수학식 14]
보정 온도 = 측정온도 + C * 거리
여기서, T_corrected는 보정온도를, T_measure는 측정 온도를, X_distance는 대상체와 온도 측정 시스템간의 거리를, C는 거리에 따른 온도 감쇄 함수의 계수를 나타낸다.
한편, 전술한 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체에 저장될 수 있다. 그리고, 전술한 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로 구현될 수 있다.
예를 들어, 앞서 설명된 일 실시 예에 따른 온도 측정 방법 및 온도 측정 장치는 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예에 따라 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
앞선 실시예에 대한 설명에서 참조된 도면 각각은 설명의 편의를 위해 도시된 일 실시 예에 불과하며, 각 화면에 표시된 정보들의 항목, 내용과 이미지들은 다양한 형태로 변형되어 표시될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 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 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
열화상을 이용하여 실시간으로 대상 사물의 온도를 측정할 수 있는 열화상 처리 방법 및 열화상 처리 장치를 위하여 본 명세서에 개시된 사항이 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 열화상 처리 장치에 의하여 수행되는 온도 측정 방법에 있어서,
    제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상을 생성하는 단계;
    제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성하는 단계; 및
    상기 제 1 열화상 및 상기 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상은, 기준 흑체로부터 열 에너지가 방출됨으로써 상기 열화상 처리 장치의 열화상 센서에 의하여 획득되는 온도 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치에 구비되되,
    상기 기준 흑체는 상기 열화상 센서의 화각 내에 위치하는 온도 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치에서 상기 열화상 센서의 상단에 위치되는 온도 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기준 흑체는 열 에너지 방출면을 포함하고,
    상기 열 에너지 방출면은 상기 열화상 센서에 노출되어 있는 온도 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준 흑체의 열 에너지 방출면은 상기 열화상 센서에 대하여 기울어져서 노출도록 구비된 온도 측정 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 열화상 처리 장치는 상기 기준 흑체에서 방출되는 열 에너지를 반사하는 반사체를 포함하고,
    상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치에 구비되되,
    상기 반사체는 상기 열화상 센서의 화각 내에 위치하고,
    상기 기준 흑체에서 방출된 열에너지는 상기 반사체에서 반사되어 상기 열화상 센서로 유입되는 온도 측정 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 흑체는 상기 열화상 처리 장치와 별도 모듈로 구비되고,
    상기 기준 흑체는 상기 열화상 센서의 화각 내에 위치하는 온도 측정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상은, 열화상 센서로 전자기파가 입사되는 경로에 상기 제 1 온도로 표면 온도가 설정된 셔터를 위치시킴으로써 상기 열화상 센서에 의하여 획득되는 온도 측정 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상은, 열화상 센서로 전자기파가 입사되는 경로에 상기 제 2 온도로 표면 온도가 설정된 셔터를 위치시킴으로써 상기 열화상 센서에 의하여 획득되는 온도 측정 방법.
  11. 열화상 처리 장치에 있어서, 상기 열화상 처리 장치는,
    렌즈;
    상기 렌즈를 통해 입사되는 전자기파에 의하여 열화상 데이터를 생성하는 열화상 센서;
    상기 열화상 센서로 입사되는 전자기파를 차단하는 셔터를 포함하고,
    상기 열화상 센서는 제 1 온도를 나타내는 제 1 열화상과, 제 2 온도를 나타내는 제 2 열화상을 생성하며,
    상기 제어부는 상기 제 1 열화상 및 상기 제 2 열화상에 기반하여 열화상의 화소 값에 대응되는 온도 값을 결정하는 열화상 처리 장치.
  12. 제 1 항의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  13. 제 1 항의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
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