WO2021251563A1 - 열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템 - Google Patents

열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템 Download PDF

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thermal imaging
imaging camera
temperature measurement
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이정훈
이주성
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(주)메쉬
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    • G06T2207/10048—Infrared image

Definitions

  • the present invention corrects the temperature of a thermal imaging camera by using an externally mounted temperature calibration device including a temperature measuring substrate having a temperature sensor, wherein the temperature measuring substrate of the externally mounted temperature calibrating device is displayed on the screen of the thermal imaging camera
  • the temperature of the measurement target measured by the thermal imaging camera is measured using the temperature of the temperature measurement substrate measured by the temperature sensor and the temperature measurement substrate measured by the thermal imaging camera. It relates to an externally mounted temperature calibrator and a temperature measurement system using the same, which can be corrected so that a constant temperature measurement result can always be maintained regardless of the environmental temperature in which the thermal imaging camera is used.
  • a thermal imaging camera is a camera that can measure the surface temperature of an object in a non-contact manner.
  • Industrial thermal imaging cameras sometimes measure temperatures ranging from hundreds to thousands of degrees.
  • the temperature accuracy is significantly higher. No problem.
  • the temperature accuracy must be determined to a level of 1°C or less, which is a very important variable in achieving the purpose of use, such as determining fever and detecting nervous system abnormalities through body temperature.
  • the criterion for confirming high fever through a fever test for a specific infectious disease is 37.3°C, and in order to compare with a person with a normal body temperature of 36.5°C, the temperature must be expressed in units of 0.1°C. there should be This is because, if the temperature accuracy is low, the fever person may be judged as a normal person or the opposite result may be obtained.
  • the temperature compensation of the thermal imaging camera is performed using a blackbody source.
  • a black body has a circular or rectangular shape, and the surface is made of black to approximate the emissivity of 1. It allows the surface temperature of the black reference plane to be maintained as intended by the user, and is usually set to 0.1°C or smaller. If two or more black bodies are used, the image sensor gain and level of the thermal imaging camera can be corrected.
  • the 'amplification factor' determines the range or interval of temperature, and the 'level' determines the elevation or deviation (drift) of the temperature.
  • Temperature calibration means setting the instrument to measure an accurate value
  • temperature compensation means adding or subtracting a deviation to the preset value when an error occurs in the preset value. It means modifying to accurately represent the measured value as set.
  • thermal imaging cameras there is a type that simply shows the relative temperature difference as an image, and there is a type that aims to accurately measure the temperature by adding temperature information.
  • the latter case is called a radiometric thermal camera, and all thermal imaging cameras covered by the present invention mean a radiometric thermal imaging camera.
  • the temperature measurement result of a thermal imaging camera is highly dependent on the temperature of the image sensor, temperature correction should be performed when the image sensor has been sufficiently warmed up and the temperature is no longer changed and reaches a stable state. Similar to this calibration principle, even when used in the field, the stabilization time must be observed after the first power is applied to measure an accurate value.
  • the temperature of the image sensor converges to one temperature through equilibrium between the temperature raised due to the heat generated in the internal circuit of the camera including the image sensor and the environmental temperature outside the camera and does not change anymore, and the stabilization time is usually about 1 hour it is about Accordingly, the cause that affects the temperature measurement result of the thermal imaging camera is mainly the internal circuit within 1 hour after power is applied. mainly influenced by Even after the stabilization time, if there is a large temperature change or a change such as turning the power off and on, the temperature measurement result will be different.
  • the temperature measurement result has a correlation with the image sensor temperature, and it can be formulated for one-to-one mapping, or it can be formulated and compensated.
  • a contact-type temperature sensor that can measure the temperature inside the thermal imaging camera.
  • the location of the temperature sensor is different for each manufacturer of thermal imaging cameras. Sometimes it is attached to the internal shutter or sometimes it is attached to the image sensor.
  • the temperature of the thermal imaging camera is calibrated in a laboratory environment, that is, in a constant temperature environment where temperature correction is performed, the measured value of the internal temperature sensor is also saved.
  • the thermal imaging camera measures the value of the internal temperature sensor at regular intervals and compares it with the stored value during temperature correction. do.
  • the position of the additional temperature sensor that measures the temperature with the image sensor is located at the deepest position inside the thermal imaging camera, it is often not possible to instantaneously and accurately represent the error occurrence due to external temperature change. In fact, it is often not possible to accurately compensate because it is greatly affected by the change range and rate of change of the outside temperature, the thermal conductivity and contact area of the device in contact with the camera, the presence or absence of wind, humidity, and the accuracy and reproducibility of the internal temperature sensor.
  • the most accurate method of compensating the temperature measurement result so far is to place a high-precision blackbody on the measurement surface and measure it with a thermal imaging camera at the same time as the temperature correction in a laboratory environment. way to take it as
  • a reliable blackbody exceeds the price of a thermal imaging camera, and the actual environment is different from a laboratory environment.
  • There are many variables and management is also a big problem, so it is very difficult to apply it to a thermal imaging camera.
  • the present invention does not use a black body, but corrects the temperature of a thermal imaging camera by using an externally mounted temperature calibrator including a temperature measuring substrate provided with a temperature sensor, but for measuring the temperature of an externally mounted temperature calibrating device
  • the substrate is photographed simultaneously with the target on the screen of the thermal imaging camera, and the temperature of the substrate for temperature measurement measured by the temperature sensor and the temperature of the substrate for temperature measurement measured by the thermal imaging camera are used to create a thermal imaging camera.
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0129937 'Method and System for Determining Object Health State' sets a black body to a predetermined temperature, shoots the black body and face simultaneously with a thermal camera, and measures the black body in a thermal image Temperature correction is performed using the difference between the temperature and the preset temperature of the black body.
  • the black body refers to a black body, and when it is set at a predetermined temperature, it is expensive because it maintains the temperature by applying heat as much as the above temperature.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0129937 two black bodies are used, and the unit price of a system including them is considerably high and the volume thereof is increased.
  • the management part is also a big problem, and it may affect the accuracy of the system of Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0129937 using it, and it is also a problem in the management of this system.
  • the problem to be solved by the present invention is to correct the temperature of a thermal imaging camera by using an externally mounted temperature calibration device including a temperature measuring substrate having a temperature sensor without using a black body, but an externally mounted temperature calibration device of the temperature measurement substrate is photographed simultaneously with the object to be measured on the screen of the thermal imaging camera, and using the temperature of the temperature measurement substrate measured by the temperature sensor and the temperature of the temperature measurement substrate measured by the thermal imaging camera,
  • An object of the present invention is to provide an externally mounted temperature calibrator for correcting the temperature of a target measured by a thermal imaging camera and improving the temperature accuracy of a thermal imaging camera, and a temperature measurement system using the same.
  • the present invention is provided with a thermal imaging camera for measuring the temperature of the target object, the thermal imaging camera unit;
  • An externally mounted temperature calibrating device located outside the thermal imaging camera unit, comprising a temperature measuring substrate configured to be photographed together when an object to be measured with the thermal imaging camera is photographed; It is characterized in that it is fixed and mounted on one side of the image camera unit.
  • a temperature sensor is installed on the side opposite to the side facing the thermal imaging camera on the substrate for temperature measurement. From the image of the substrate for temperature measurement taken along with the measurement target, the thermal imaging camera is used for temperature measurement.
  • the calculation processing unit detects the temperature of the substrate, and using the difference between the temperature of the substrate for temperature measurement by the thermal imaging camera and the temperature of the substrate for temperature measurement detected by the temperature sensor, the measurement target photographed by the thermal imaging camera The calculation processing unit corrects the thermal image including the object.
  • the temperature measuring board is coated with copper plates on both sides of the printed circuit (PCB) board, connects both sides of the printed circuit (PCB) board using copper contacts, and the surface of the printed circuit board is coated with a matte black paint. is done
  • a temperature calibration device housing unit is mounted on one side of the thermal imaging camera, and a temperature calibration device control unit for detecting the temperature from the temperature sensor and transmitting it to the calculation processing unit is provided inside the temperature calibration device housing unit, one side of the temperature calibration device control unit
  • the temperature measurement board is mounted on the board, and the temperature measurement board faces the thermal imager and is mounted perpendicular to the temperature calibration device controller.
  • a connector is provided on the lower portion and a temperature sensor is provided on the upper portion, and the connector is coupled to a connector coupling portion provided on one side of the temperature calibration device control unit, and is used for temperature measurement in the temperature calibration device control unit It is configured to mount the substrate and supply power to the temperature sensor through the temperature calibration device control unit.
  • the present invention is configured to include a thermal imaging camera to measure the temperature of the target object, and a thermal imaging camera located outside the thermal imaging camera to photograph the target object with the thermal imaging camera.
  • the driving method of a temperature measurement system including an externally mounted temperature calibration device including a substrate for temperature measurement the temperature measurement substrate and the image of the measurement target photographed by the thermal imaging camera are transmitted to the arithmetic processing unit, and the temperature measurement a signal measurement step in which the temperature of the substrate for temperature measurement measured by a temperature sensor mounted on a surface other than the surface opposite to the thermal imaging camera unit is transmitted to the calculation processing unit; a pre-compensation image data storage step of temporarily storing, by the arithmetic processing unit, the images of the temperature measurement substrate and the measurement target photographed by the thermal imaging camera in the signal measuring step as pre-compensation image data in the memory unit;
  • the arithmetic processing unit may include: detecting image data of a portion of the temperature measurement substrate from the image data before compensation and temporarily storing the image data of the portion of the temperature
  • the difference between the temperature value of the temperature measurement substrate by the temperature sensor and the temperature value of the temperature measurement substrate by the thermal imaging camera is obtained as a compensation value
  • Correction is performed by subtracting the compensation value from the image data before compensation in the step of storing the image data before compensation.
  • the temperature of the substrate for temperature measurement obtained from the thermal imaging camera is an average value of temperature data of portions of the substrate for temperature measurement.
  • an externally mounted temperature calibration device is mounted on the thermal imager so that a portion of the substrate for temperature measurement enters the field of view of the lens of the thermal imager, and the temperature is measured on one side of the image screen of the thermal imager. A portion of the substrate for use is made to be positioned.
  • the externally mounted temperature calibrator and the temperature measuring system using the same of the present invention measure the temperature of a thermal imaging camera using an externally mounted temperature calibrator including a temperature measuring substrate equipped with a temperature sensor, without using a black body.
  • the temperature measurement board of the externally mounted temperature calibration device is photographed simultaneously with the measurement target on the screen of the thermal imaging camera, and the temperature of the temperature measurement substrate measured by the temperature sensor and the temperature measured by the thermal imaging camera are measured.
  • the unit price becomes low and the volume is small.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically illustrating an externally mounted temperature calibration device 200 for improving temperature accuracy of a thermal imaging camera of the present invention and a temperature measuring system 10 using the same.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of the externally mounted temperature calibration device 200 and the temperature measurement system 10 including the same according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory view for explaining the configuration of the substrate 210 for temperature measurement of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of the externally mounted temperature calibration device 200 in FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating the operation of the temperature measurement system 10 .
  • FIG. 6 is a front perspective view of an example of a temperature measurement system 10 including an externally mounted temperature calibration device 200 of the present invention.
  • FIG. 7 is a rear perspective view of the temperature measurement system 10 of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a right side view of the temperature measurement system 10 of FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a left side view of the temperature measurement system 10 of FIG. 6 .
  • FIG. 10 is a front view of the temperature measurement system 10 of FIG. 6 .
  • FIG. 11 is a rear view of the temperature measurement system 10 of FIG. 6 .
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams illustrating an image capturing unit 250 for temperature correction in the substrate 210 for temperature measurement.
  • FIG. 14 is a perspective view of a state in which the transmission cable 290 is connected to the temperature measurement system 10 of FIG. 6 .
  • 15 is a front view showing a state in which the transmission cable 290 is connected to the temperature measuring system 10 of FIG.
  • FIG. 16 is a rear view showing a state in which the transmission cable 290 is connected to the temperature measuring system 10 of FIG. 6 .
  • 17 is a flowchart schematically illustrating a method for performing temperature correction in the temperature measurement system 10 of the present invention.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically illustrating an externally mounted temperature calibration device 200 for improving temperature accuracy of a thermal imaging camera of the present invention and a temperature measuring system 10 using the same.
  • the externally mounted temperature calibration device 200 is mounted on one side of the thermal imaging camera unit 100 .
  • the externally mounted temperature calibration device 200 includes a temperature measurement substrate 210 having an image capturing unit 250 for temperature correction and a temperature sensor 270 .
  • the image capturing unit 250 for temperature correction of the substrate 210 for temperature measurement is simultaneously photographed, and thus the measured temperature
  • the temperature of the substrate 210 for measurement and the temperature of the measurement target 50 are transmitted to the calculation processing unit 170 .
  • the temperature sensor 270 of the substrate 210 for temperature measurement detects the surface temperature of the substrate 210 for temperature measurement, and sends it to the calculation processing unit 170 .
  • the calculation processing unit 170 the difference between the surface temperature of the temperature measurement substrate 210 measured through the temperature sensor 270 and the temperature of the temperature measurement substrate 210 measured through the thermal imaging camera unit 100 is used to correct the temperature of the target 50 to be measured.
  • the arithmetic processing unit 170 may be formed of a microprocessor, a microcontroller, or a computer, and may be provided inside or outside the thermal imaging camera unit 100 .
  • temperature correction of a thermal imaging camera consists of adjusting the amplification factor and level of the image sensor. Among them, it is the level that changes depending on the ambient temperature, and in this case, the amplification factor hardly changes within a reliable level.
  • a black body is installed at a certain distance from the thermal imaging camera, that is, the black body is placed outside the thermal imaging camera and the temperature is compensated based on it, which means that the level is adjusted. That is, the black body is set to a predetermined temperature, the black body is heated to a predetermined temperature, and the predetermined temperature is maintained. And, the temperature of the measurement target is corrected using the set temperature with the black body.
  • an inexpensive external temperature calibration device 200 including a temperature measurement substrate 210 having a temperature sensor is used, and the temperature measurement substrate 210 is used.
  • the temperature of the substrate 210 for temperature measurement is measured with the temperature sensor 270 while simultaneously photographing the target on the screen of the thermal imaging camera 101, and the temperature of the substrate for temperature measurement obtained through the temperature sensor 270 is obtained.
  • the temperature of the measurement target is corrected.
  • the external temperature calibration device is mounted on one side of the thermal imaging camera and integrated, it is possible to reduce the trouble of separately installing a black body spaced apart from the thermal imaging camera by a certain distance as in the prior art.
  • a blackbody can set the temperature value in units of 0.1°C, and it is a calibration device designed to always maintain this temperature, but it is very difficult to keep the surface exposed to the outside temperature constant.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically illustrating the configuration of the externally mounted temperature calibration device 200 and the temperature measurement system 10 including the same of the present invention
  • FIG. 3 is the configuration of the temperature measurement substrate 210 of FIG. 4 is an enlarged view of a part of the externally mounted temperature calibration device 200 in FIG. 2
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating the operation of the temperature measuring system 10 .
  • the temperature measuring system 10 of the present invention includes an externally mounted temperature calibration device 200 and a thermal imaging camera unit 100 . That is, an externally mounted temperature calibration device 200 is included on one side of the thermal imaging camera unit 100 .
  • the thermal imaging camera 101 is built in the thermal imaging camera housing unit 110 , and the thermal imaging camera lens 157 is located in the center of the front surface 120 of the thermal imaging camera unit 100 . ) is exposed.
  • a cylindrical lens control unit 150 is provided on the front surface 120 of the thermal imaging camera unit 100 to surround the lens 157 of the thermal imaging camera.
  • the thermal imaging camera unit 100 may use a commercially available thermal imaging camera.
  • the externally mounted temperature calibration device 200 is mounted and fixed to one side of the thermal imaging camera unit 100 , and includes a temperature measurement substrate 210 .
  • the temperature calibration device housing unit 200 is mounted on one side of the thermal imaging camera unit 100 , and the temperature calibration device control unit 205 is located inside the temperature calibration device housing unit 200 , and the temperature calibration device control unit 205 . ) on one side, the temperature measurement substrate 210, while facing the thermal imaging camera unit 100, perpendicular to the temperature calibration device control unit 205, is mounted.
  • the connector portion 271 of the temperature measurement board 210 is coupled to the connector coupling portion (not shown) of the temperature calibration device control unit 205 and Due to the combination, the substrate 210 for temperature measurement can be mounted on the temperature calibration device control unit 205, and power is supplied to the temperature sensor 270 to measure the temperature of the substrate 210 for temperature measurement. do.
  • the connector coupling part (not shown) of the temperature calibration device control unit 205 may be in the form of a slot.
  • the temperature calibration device housing 200 surrounds the temperature calibration device control unit 205 and supports the temperature measurement substrate 210 so that the temperature measurement substrate 210 is photographed together with the thermal imaging camera unit 100 . plays a role
  • the temperature calibration device control unit 205 detects the temperature measured from the temperature sensor 270 mounted on the substrate 210 for temperature measurement, performs pre-processing such as filtering, and transmits it to the operation processing unit 170 by wire 290 or wirelessly. do.
  • the facing part (surface) is the image capturing unit 250 for temperature correction, and the other side of the substrate 210 for temperature measurement (the back side of the substrate 210 for temperature measurement), that is, the temperature on the substrate 210 for temperature measurement.
  • a temperature sensor 270 is mounted on one side opposite to the image capturing unit 250 for correction.
  • the lens 157 of the thermal imaging camera has a constant angle of view 160 and is configured such that the tip of the substrate 210 for temperature measurement is positioned on one side of the screen.
  • the temperature of the substrate 210 for temperature measurement is measured by the temperature sensor 270 and this value is finally transmitted by the transmission cable 290 .
  • Calibration is performed by compensating for the temperature value of the circuit board measured by the thermal imaging camera 101 based on the transmitted temperature value, and the calibration period can be adjusted as needed.
  • the temperature measurement substrate 210 is simultaneously photographed on the screen of the thermal imaging camera 101 and the measurement target and at the same time the temperature of the temperature measurement substrate 210 is measured by the temperature sensor 270 . is measured, and the temperature of the substrate for temperature measurement obtained through the thermal imaging camera 101 and the temperature of the measurement target are transmitted to the calculation processing unit 170 . Also, from the signal output from the temperature sensor 270 , the temperature measurement circuit detects the temperature signal of the temperature measurement substrate 210 and transmits it to the operation processing unit 170 . The temperature detected by the temperature measuring circuit is hereinafter referred to as 'the temperature of the temperature measuring substrate 210 obtained through the temperature sensor 270'.
  • the calculation processing unit 170 subtracts the temperature of the temperature measurement substrate 210 obtained through the thermal imaging camera 101 from the temperature of the temperature measurement substrate 210 obtained through the temperature sensor 270, and the temperature sensor 270 is Obtaining the difference between the temperature of the temperature measurement substrate 210 obtained through the temperature measurement and the temperature measurement substrate temperature obtained through the thermal imaging camera 101, and subtracting the difference from the measurement object temperature, the temperature of the measurement object to correct
  • the temperature measurement substrate 210 is a printed circuit (PCB) substrate (or a resin substrate of fiber glass and epoxy plastic bonding, or a substrate made of epoxy plastic) 212 on both sides of the A copper plate 211 is coated, and a plurality of fine copper contacts 217 are connected so that both surfaces, that is, the two plates have the same temperature.
  • the surface of the circuit board is treated with a coating 251 with matte black (paint) so that the emissivity is close to 1.
  • the temperature sensor 270 is attached to a surface that is not viewed by the thermal imaging camera among both surfaces of the substrate 210 for temperature measurement. The accuracy of the temperature sensor 270 is ⁇ 0.1 °C or less, and it is preferable that the temperature data can be transmitted to the control circuit about 50 times or more.
  • the temperature measurement board 210 receives power from the temperature calibration device control unit 205 through the connector 271, is driven, and outputs a temperature value and exchanges other communications.
  • the temperature sensor 270 and the connector part ( 271 may further include a cover 252 surrounding the portion except for the portion.
  • FIG. 6 is a front perspective view of an example of a temperature measuring system 10 including an externally mounted temperature calibration device 200 of the present invention
  • FIG. 7 is a rear perspective view of the temperature measuring system 10 of FIG. 6, and
  • FIG. 6 is a right side view of the temperature measuring system 10
  • FIG. 9 is a left side view of the temperature measuring system 10 of FIG. 6
  • FIG. 10 is a front view of the temperature measuring system 10 of FIG. 6
  • FIG. 6 is a rear view of the temperature measurement system 10
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams for illustrating an image capturing unit 250 for temperature correction in the temperature measurement substrate 210
  • 14 is a perspective view of a state in which the transmission cable 290 is connected to the temperature measurement system 10 of FIG. 6, and FIG.
  • FIG. 15 is a state in which the transmission cable 290 is connected to the temperature measurement system 10 of FIG. It shows a front view
  • FIG. 16 shows a rear view of a state in which the transmission cable 290 is connected to the temperature measuring system 10 of FIG. 6 .
  • an externally mounted temperature correction device 200 is mounted on one side of the thermal imaging camera unit 100, and an externally mounted temperature correction device ( 200 includes a temperature measurement substrate 210 having an image capturing unit 250 for temperature correction and a temperature sensor 270 .
  • an externally mounted temperature correction device 200 includes a temperature measurement substrate 210 having an image capturing unit 250 for temperature correction and a temperature sensor 270 .
  • the image capturing unit 250 for temperature correction of the temperature measurement substrate 210 is simultaneously photographed, and for temperature measurement
  • the temperature sensor 270 of the substrate 210 detects the surface temperature of the substrate 210 for temperature measurement.
  • the temperature of the substrate 210 for temperature measurement and the temperature of the measurement target 50 measured in this way are transmitted to the arithmetic processing unit 170, and the temperature sensor 270 of the substrate 210 for temperature measurement is the temperature
  • the surface temperature of the measurement substrate 210 is detected and sent to the operation processing unit 170, and the operation processing unit 170, the surface temperature of the temperature measurement substrate 210 measured through the temperature sensor 270 and,
  • the temperature of the measurement target 50 is corrected by using the difference in the temperature of the temperature measurement substrate 210 measured by the thermal imaging camera unit 100 .
  • 17 is a flowchart schematically illustrating a method for performing temperature correction in the temperature measurement system 10 of the present invention.
  • the image of the temperature measurement substrate 210 and the measurement target 50 photographed by the thermal imaging camera 101 is sent to the calculation processing unit 170 . is transmitted (S105), and at the same time the externally mounted temperature calibration device 200 is driven, and the temperature of the temperature measurement substrate 210 measured by the temperature sensor 270 is transmitted to the calculation processing unit 170 (S107).
  • the image of the temperature measurement substrate 210 and the measurement target 50 photographed by the thermal imaging camera 101 in the signal measurement step is stored in the memory unit 175 by the calculation processing unit 170 . It is temporarily stored as pre-compensation image data in (S110).
  • the thermal imaging camera 101 indicates the degree of temperature (heat), where the image data of the thermal imaging camera 101 is the temperature data of the thermal imaging camera 101 .
  • the operation processing unit 170 includes image data (temperature data) of the position (part) of the substrate 210 for temperature measurement in the image data before compensation, that is, the image before compensation.
  • Image data (temperature data) of the temperature sensor part of the temperature measuring board 210 is extracted (detected) from the data, and temporarily stored in the memory unit 175 (S115).
  • the operation processing unit 170 extracts ( S120), the temperature value of the substrate for temperature measurement by the temperature sensor is temporarily stored in the memory unit 175 (S125).
  • the substrate 210 for temperature measurement from the temperature data of the position of the substrate 210 for temperature measurement extracted in the image data detection step of the position of the substrate for temperature measurement detects the temperature of the position, that is, the temperature of the substrate for temperature measurement by the thermal imaging camera (S130).
  • the temperature of the temperature measurement substrate obtained from the thermal imaging camera may be obtained as an average value of the temperature data of the position of the temperature measurement substrate 210 .
  • the temperature correction step the temperature value of the substrate for temperature measurement by the temperature sensor obtained in the step of detecting the temperature by the temperature sensor and the temperature measurement by the thermal imaging camera obtained in the step of detecting the temperature of the substrate for temperature measurement by the thermal imaging camera Using the temperature value of the substrate, the pre-compensation image data (that is, the temperature of the target to be measured by the thermal imaging camera) stored in the pre-compensation image data storage step is corrected (S150), and the corrected image data is stored in the memory unit ( 175) and temporarily stored (S155).
  • the pre-compensation image data that is, the temperature of the target to be measured by the thermal imaging camera
  • the temperature value of the substrate for temperature measurement by the temperature sensor obtained in the step of detecting the temperature by the temperature sensor, and the thermal image obtained in the step of detecting the temperature of the substrate for temperature measurement by the thermal imaging camera
  • the difference in the temperature value of the substrate for temperature measurement by the camera is obtained as a compensation value, and is corrected by subtracting the compensation value from the image data before compensation.
  • the temperature of the substrate for temperature measurement by the thermal imaging camera can be said to be a temperature detected by a non-contact method
  • the temperature of the substrate for temperature measurement by a temperature sensor can be said to be a temperature detected by a contact method.
  • the temperature sensor is a contact type temperature sensor.
  • the corrected image data stored in the memory unit 175 in the temperature correction step is output to the output unit 177 (S160).
  • the output unit 177 may be a display unit or an image printer.
  • the end determination step if an end signal is received through the key input unit 176, etc., or the number of pre-compensation image data is a predetermined total number, or exceeds a predetermined time period after the operation of the temperature measurement system 10 is started, The operation of the temperature measurement system 10 is terminated, otherwise it returns to the signal measurement step (S170).
  • the entire image obtained by the thermal imaging camera is compensated.
  • the externally mounted temperature calibrator and the temperature measuring system using the same of the present invention are inexpensive, have a small volume, and are simple because the temperature calibrating device and the temperature measuring system are integrated. It can be applied to all industries that measure

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Abstract

본 발명은 온도 센서를 구비한 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 이용하여 열화상 카메라의 온도를 보정하되, 외부 장착형 온도교정장치의 온도측정용 기판이 열화상 카메라의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영되도록 하고, 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도와 열화상 카메라로 측정한 온도측정용 기판의 온도를 이용하여, 열화상 카메라로 측정한 피측정 대상의 온도를 보정하여 열화상 카메라가 사용되는 환경 온도에 상관없이 항상 일정한 온도측정 결과를 유지할 수 있도록 하는 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도측정 시스템에 관한 것이다.

Description

열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템
본 발명은, 온도 센서를 구비한 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 이용하여 열화상 카메라의 온도를 보정하되, 외부 장착형 온도교정장치의 온도측정용 기판이 열화상 카메라의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영되도록 하고, 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도와, 열화상 카메라로 측정한 온도측정용 기판의 온도를 이용하여, 열화상 카메라로 측정한 피측정 대상의 온도를 보정하여, 열화상 카메라가 사용되는 환경 온도에 상관없이 항상 일정한 온도측정 결과를 유지할 수 있도록 하는, 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템에 관한 것이다.
열화상 카메라는 물체의 표면 온도를 비접촉으로 측정할 수 있는 카메라이다. 산업용 열화상 카메라의 경우 수백, 수천도의 온도에 이르는 범위를 측정하는 경우가 있는데, 이 경우 온도정확도가 수 도에서 수십 도 단위로 커도 사용목적을 달성하는 데 문제가 없다. 단열부위를 점검하고 회로에서 과열된 소자를 찾고 군사용으로 침입자나 선박을 탐지하는 등 온도의 정확도보다는 화면 내에서 상대적인 온도차이를 시각화하여 사용목적을 달성하는 열화상 카메라의 경우에도 온도의 정확도는 크게 문제가 되지 않는다.
그러나 의료용 목적으로 열화상 카메라를 이용하는 경우에는 온도정확도가 1℃ 이하 수준으로 결정되어야 발열을 판정하고 체온을 통한 신경계 이상을 탐지하는 등 사용목적을 달성하는 데 매우 중요한 변수가 된다. 특정 전염병의 발열검사를 통한 고열 확인 판단기준은 37.3℃로서, 36.5℃의 정상체온을 가진 사람과 비교하기 위해서는 0.1℃ 단위로 온도가 표현되어야 하며, 온도의 정확도는 상온에서 0.4℃ 수준을 유지할 수 있어야 한다. 온도정확도가 낮을 경우 발열의심자(febrile person)를 정상인으로 판단하거나 혹은 반대의 결과를 가져올 수 있기 때문이다.
열화상 카메라의 온도보정은 흑체로(blackbody source)를 이용하여 이루어진다. 흑체로는 원형 또는 사각형 형태이며 방사율 1에 근접하기 위해 표면은 검은색으로 제작된다. 검은색 기준면의 표면 온도를 사용자가 의도한 대로 유지할 수 있도록 하며, 보통 0.1℃ 혹은 그보다 작은 단위로 설정할 수 있도록 되어 있다. 두 개 이상의 흑체로를 이용하면 열화상 카메라의 이미지센서 증폭률(gain) 및 레벨(level)을 보정할 수 있다. '증폭률'은 온도의 범위 또는 간격을 결정하고, '레벨'은 온도의 높낮이 혹은 편차(드리프트, drift)를 결정한다. 온도의 보정(calibration)은 계측기가 정확한 값을 측정할 수 있도록 설정(setting)하는 것을 의미하고, 온도의 보상(compensation)은 미리 설정된 값에 오차가 발생하는 경우 이 값에 편차를 빼거나 더하여 처음 설정된 대로 계측값을 정확하게 표현하도록 수정하는 것을 의미한다.
열화상 카메라 중 상대적인 온도차이를 단순히 이미지화하여 보여주는 종류가 있고, 여기에 온도정보를 더하여 정확한 계측을 목적으로 하는 종류가 있다. 후자의 경우를 래디오메트릭 열화상 카메라(radiometric thermal camera)라고 하며, 본 발명에서 다루는 모든 열화상 카메라는 래디오메트릭 열화상 카메라를 의미한다.
열화상 카메라의 온도측정 결과값은 이미지센서의 온도에 매우 의존적이기 때문에 이미지센서가 충분히 예열되어 그 온도가 더 이상 변하지 않고 안정상태에 이르렀을 때 온도 보정이 수행되어야 한다. 이러한 보정 원리와 마찬가지로 현장에서 사용될 때도 처음 전원을 인가한 후 안정화 시간을 준수하고 사용해야 정확한 값을 측정할 수 있다. 이미지센서의 온도는 이미지센서를 포함하는 카메라 내부 회로에서 발생하는 열로 인하여 상승된 온도와 카메라 외부의 환경 온도 간 평형을 통해 하나의 온도로 수렴되어 더 이상 변하지 않으며, 안정화 시간은 통상적으로 약 1시간 정도이다. 이에 따라 열화상 카메라의 온도측정 결과에 영향을 주는 원인은 전원인가 후 1시간 이내에서는 주로 내부회로에 의한 영향이 크고, 1시간 이후부터는 일교차에 의한 대기온도 변화나 냉·난방 등 외부 환경 온도에 의한 영향이 주를 이룬다. 안정화시간 이후에도 큰 폭으로 온도가 변하거나 전원을 껐다 켜는 등의 변화가 있을 경우 온도측정 결과값의 편차가 발생하므로 사용에 많은 주의를 기울여야 한다.
온도측정 결과값은 이미지센서 온도와 상관관계를 갖고 있으며, 이것을 공식화하여 일대일 매핑하기도 하고 혹은 공식화하여 보상하기도 한다. 이를 위하여 열화상 카메라 내부에는 온도를 측정할 수 있는 접촉식 온도센서가 있다. 열화상 카메라 제조사마다 온도센서의 위치는 서로 다른데, 내부 셔터에 부착되어 있는 경우도 있고 이미지센서에 부착되어 있는 경우도 있다. 실험실 환경, 즉, 온도 보정을 수행하는 항온 환경에서 열화상 카메라의 온도를 보정할 때는 이 내부 온도센서의 측정값도 함께 저장한다. 열화상 카메라는 내부 온도센서의 값을 일정 주기로 측정하여 온도보정 시 저장했던 값과 비교 후 달라졌으면 그에 상응하는 만큼 미리 조사된 상관관계값 혹은 공식에 의한 결과값을 적용시켜 온도측정 결과값을 보상한다.
이미지센서로 온도를 측정하는 부가적인 온도센서의 위치는 열화상 카메라의 내부에서도 가장 깊숙한 위치에 존재하기 때문에, 외부 온도변화에 의한 오차발생상황을 순간적으로 그리고 정확하게 대변하지 못하는 경우가 많다. 실제로 외기온도의 변화폭과 변화속도, 카메라에 접촉하는 기구물의 열전도도와 접촉면적, 바람의 존재 유무, 습도 그리고 내부 온도센서의 정확도와 재현성 등에 따라 많은 영향을 받기 때문에 정확하게 보상을 하지 못하는 경우가 많다.
이런 이유로 현재까지 가장 정확하게 온도측정 결과값을 보상하는 방법은 실험실 환경에서 온도를 보정하는 것처럼 고정밀 흑체로를 피측정면 상에 배치하여 피측정 대상(피검자)과 동시에 그것을 열화상 카메라로 측정하여 기준으로 삼는 방법이다. 하지만 믿을 만한 수준의 흑체로는 열화상 카메라의 가격을 상회하며 실제 사용되는 환경은 실험실 환경과는 달리 온도의 변화, 습도의 변화, 바람의 존재, 방해 적외선의 존재 등 오차의 요인으로 작용할 수 있는 변수가 많고, 관리에 대한 부분도 큰 문제가 되고 있어 열화상 카메라에 적용하기에는 상당한 무리가 있다
따라서 본 발명은, 흑체로를 사용하지 않고, 온도 센서를 구비한 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 이용하여 열화상 카메라의 온도를 보정하되, 외부 장착형 온도교정장치의 온도측정용 기판이 열화상 카메라의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영되도록 하고, 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도와, 열화상 카메라로 측정한 온도측정용 기판의 온도를 이용하여, 열화상 카메라로 측정한 피측정 대상의 온도를 보정하는, 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템을 제안한다.
선행기술로, 국내 공개특허 제10-2015-0129937호 '객체 건강 상태 판단 방법 및 시스템'은 흑체를 소정 온도로 설정하고, 열상 카메라로 상기 흑체와 얼굴을 동시에 촬영하고, 열화상 내 흑체의 측정온도와 흑체의 기설정 온도의 차이를 이용하여 온도보정을 행한다. 여기서의 흑체는 흑체로를 말하는 것으로, 소정 온도로 설정하면 상기 온도만큼 열을 가해 그 온도를 유지하는 것으로 고가이다. 국내 공개특허 제10-2015-0129937호에서는 2개의 흑체로를 사용하는 것으로, 이를 포함하는 시스템의 단가가 상당히 비싸게 되고, 부피도 커지게 된다. 또한, 흑체로를 실험실 환경이 아닌, 실제 사용되는 일반환경에서는, 실험실 환경과는 달리 온도의 변화, 습도의 변화, 바람의 존재, 방해 적외선의 존재 등 오차의 요인으로 작용할 수 있는 변수가 많고, 관리에 대한 부분도 큰 문제가 되고 있어, 이를 이용한 국내 공개특허 제10-2015-0129937호의 시스템의 정확도에 영향을 미칠 수 있고, 이 시스템의 관리에도 문제가 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 흑체로를 사용하지 않고, 온도 센서를 구비한 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 이용하여 열화상 카메라의 온도를 보정하되, 외부 장착형 온도교정장치의 온도측정용 기판이 열화상 카메라의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영되도록 하고, 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도와, 열화상 카메라로 측정한 온도측정용 기판의 온도를 이용하여, 열화상 카메라로 측정한 피측정 대상의 온도를 보정하는, 열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 열화상 카메라를 구비하여 피측정 대상의 온도를 측정하는, 열화상 카메라부; 열화상 카메라부의 외부에 위치되되, 열화상 카메라로 피측정대상을 촬영시 함께 촬영되도록 이루어진 온도측정용 기판을 포함하는, 외부 장착형 온도교정장치;를 포함하여 이루어지며, 외부 장착형 온도교정장치는 열화상 카메라부의 일측에 고정, 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
온도측정용 기판에서 열화상 카메라부와 마주보고 있는 면과 반대면에 온도센서가 장착되어 있으며, 피측정대상을 촬영시 함께 촬영된 온도측정용 기판의 영상으로부터, 열화상 카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도를 연산처리부가 검출하고, 열화상 카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도와, 온도센서에 의해 검출된 온도측정용 기판의 온도의 차를 이용하여, 열화상 카메라에 의해 촬영된 피측정대상을 포함하는 열영상을 연산처리부가 보정한다.
온도측정용 기판은, 인쇄회로(PCB) 기판의 양면에 구리판을 입히고, 구리접점을 이용하여 인쇄회로(PCB) 기판의 양면을 연결하며, 상기 인쇄회로 기판의 표면을 무광 흑색 도료로 피막처리하여 이루어진다.
열화상 카메라에 의해 촬영된 피측정대상을 포함하는 열영상을 보정시에, 열화상 카메라에 의해 촬영된 피측정대상을 포함하는 열영상에서, 열화상 카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도와, 온도센서에 의해 검출된 온도측정용 기판의 온도의 차를, 차감하여 보정을 행한다.
열화상 카메라부의 일측에 온도교정장치 하우징부가 장착되며, 온도교정장치 하우징부의 내측에는, 온도센서로부터의 온도를 검출하여 연산처리부로 전송하기 위한 온도교정장치 제어부가 구비되며, 온도교정장치 제어부의 일측에 온도측정용 기판이 장착되되, 온도측정용 기판은, 열화상 카메라부와 마주보면서, 온도교정장치 제어부에는 수직도록 장착된다.
온도측정용 기판의 일면에서, 하부에 커넥터를 구비하고 상부에 온도센서를 구비하며, 상기 커넥터는, 온도교정장치 제어부의 일측에 구비된 커넥터 결합부와 결합되어, 온도교정장치 제어부에 온도측정용 기판을 장착하고, 온도교정장치 제어부를 통해 전원을 온도센서로 공급할 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명은, 열화상 카메라를 구비하여 피측정 대상의 온도를 측정하는, 열화상 카메라부와, 열화상 카메라부의 외부에 위치되며 열화상 카메라로 피측정대상을 촬영시에 함께 촬영되도록 이루어진 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 포함하는 온도 측정시스템의 구동방법에 있어서, 열화상 카메라에서 촬영된 온도측정용 기판과 피측정대상의 영상은 연산처리부로 전송되고, 온도측정용 기판에서, 열화상 카메라부와 마주보는 면이 아닌면에 장착된 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도가 연산처리부로 전송되는, 신호측정단계; 신호 측정단계에서 열화상 카메라에서 촬영된 온도측정용 기판과 피측정대상의 영상을 메모리부에 보상전 영상데이터로서 연산처리부가 임시저장하는, 보상전 영상데이터 저장단계; 연산처리부는, 보상전 영상데이터에서 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터를 검출하여, 메모리부에 임시저장하는, 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터 검출단계; 신호측정단계에서 온도센서를 통해 검출된 온도들에서, 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터 검출단계의 온도 데이터들과 같은 시점의 온도를, 연산처리부가 추출하여, 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값으로써 메모리부에 임시 저장하는, 온도센서에 의한 온도 검출단계; 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터 검출단계에서 추출된 온도측정용 기판의 부분의 온도데이터들로부터 온도측정용 기판의 부분의 온도인, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도를, 연산처리부가 검출하는, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계; 온도센서에 의한 온도 검출단계에서 얻어진 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값과, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계에서 얻어진 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도값을 이용하여, 보상전 영상데이터 저장단계에서 저장된 보상전 영상데이터를 보정하는, 온도 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
온도센서에 의한 온도 검출단계의 보상전 영상데이터를 보정에서, 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값과, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도값의 차를, 보상값으로서 구하고, 보상전 영상데이터 저장단계의 보상전 영상데이터에서 상기 보상값을 차감함으로써 보정한다.
열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계에서, 열화상카메라로부터 얻은 온도측정용 기판의 온도는, 온도측정용 기판의 부분의 온도데이터들의 평균치이다.
온도 측정시스템에서, 열화상 카메라의 렌즈의 화각내에 온도측정용 기판의 일부분이 들어오도록, 외부 장착형 온도교정장치가 열화상 카메라부에 장착되어, 열화상 카메라의 영상 화면의 한 쪽 측면에 온도측정용 기판의 일부분이 위치되도록 이루어진다.
또한, 본 발명의 온도 측정시스템에 구비되는 외부 장착형 온도교정장치를 특징으로 한다.
본 발명의 외부 장착형 온도교정장치 및 및 이를 이용한 온도 측정 시스템은, 흑체로를 사용하지 않고, 온도 센서를 구비한 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 이용하여 열화상 카메라의 온도를 보정하되, 외부 장착형 온도교정장치의 온도측정용 기판이 열화상 카메라의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영되도록 하고, 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도와, 열화상 카메라로 측정한 온도측정용 기판의 온도를 이용하여, 열화상 카메라로 측정한 피측정 대상의 온도를 보정함으로써, 열화상 카메라가 사용되는 환경 온도에 상관없이 항상 일정한 온도측정 결과를 유지할 수 있도록 한다. 또한, 고가의 흑체로를 사용하지 않음으로써 단가가 저렴하게 되며, 부피도 적다. 특히 흑체로를 실험실 환경이 아닌, 실제 사용되는 일반환경에서는, 실험실 환경과는 달리 온도의 변화, 습도의 변화, 바람의 존재, 방해 적외선의 존재 등 오차의 요인으로 작용할 수 있는 변수가 많고, 관리에 대한 부분도 큰 문제가 되고 있어, 본 발명은, 일반환경에서, 흑체로를 이용한 시스템보다 오차가 발생할 소지가 적으며, 따라서 상대적으로 정확도 높다고 할 수 있으며, 또한 시스템의 관리도 상대적으로 손쉽다고 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치(200) 및 이를 이용한 온도 측정 시스템(10)을 개략적으로 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 외부 장착형 온도교정장치(200) 및 이를 포함하는 온도 측정 시스템(10)의 구성을 개략적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 도 2의 온도측정용 기판(210)의 구성을 설명하는 설명도이다.
도 4는 도 2에서 외부 장착형 온도교정장치(200)의 일부를 확대한 도면이다.
도 5는 온도 측정 시스템(10)의 구동을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 외부 장착형 온도교정장치(200)를 포함한 온도 측정 시스템(10)의 일예의 정면 사시도이다.
도 7은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 배면 사시도이다.
도 8은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 우측면도이다.
도 9는 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 좌측면도이다.
도 10은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 정면도이다.
도 11은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 배면도이다.
도 12 및 도 13은 온도측정용 기판(210)에서 온도 보정용 영상촬영부(250)를 보여주기 위한 도면이다.
도 14는 도 6의 온도 측정 시스템(10)에 전송케이블(290)이 연결된 상태의 사시도를 나타낸다.
도 15는 도 6의 온도 측정 시스템(10)에 전송케이블(290)이 연결된 상태의 정면도를 나타낸다.
도 16는 도 6의 온도 측정 시스템(10)에 전송케이블(290)이 연결된 상태의 배면도를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 온도 측정 시스템(10)에서 온도 보정을 행하는 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
이하 본 발명의 열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치(200) 및 이를 이용한 온도 측정 시스템(10)을 개략적으로 설명하는 설명도이다.
열화상 카메라부(100)의 일측에 외부 장착형 온도교정장치(200)가 장착되어 있다. 외부 장착형 온도교정장치(200)는 온도 보정용 영상촬영부(250)와 온도센서(270)를 구비하는 온도측정용 기판(210)을 포함한다. 피측정대상(피검자, 피검체)(50)을 열화상 카메라부(100)로 촬영시, 온도측정용 기판(210)의 온도 보정용 영상촬영부(250)가 동시에 촬영되며, 이렇게 하여 측정된 온도측정용 기판(210)의 온도와, 피측정대상(50)의 온도는 연산처리부(170)로 송부된다. 또한, 온도측정용 기판(210)의 온도센서(270)는 온도측정용 기판(210)의 표면온도를 검출하여, 연산처리부(170)로 송부한다.
연산처리부(170)는, 온도센서(270)를 통해 측정된 온도측정용 기판(210)의 표면온도와, 열화상 카메라부(100)를 통해 측정된 온도측정용 기판(210)의 온도의 차를 이용하여, 피측정대상(50)의 온도를 보정한다.
여기서 연산처리부(170)는 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 또는 컴퓨터로 이루어질 수 있으며, 열화상 카메라부(100)의 내측 또는 외측에 구비될 수도 있다.
일반적으로, 열화상 카메라의 온도 보정은 이미지센서의 증폭률과 레벨을 조정하는 것으로 이루어진다. 이들 중 주변 환경 온도에 의존적으로 변하는 것은 레벨이며, 이 때 증폭률은 신뢰할만한 수준 내에서 거의 변하지 않는다.
종래에는 열화상 카메라로부터 일정거리 이격하여 흑체로를 설치하고, 즉, 열화상 카메라의 외부에 흑체로를 두고 그것을 기준으로 온도를 보상하는 데, 이는 레벨을 조정한다는 의미이다. 즉, 흑체로에서 소정 온도로 설정하여 흑체로를 소정 온도로 가열하게 하여 소정 온도를 유지시키고, 열화상 카메라로 피측정 대상과 동시에 흑체로를 촬영하고, 열화상 카메라를 통해 얻은 흑체로의 온도와, 흑체로 설정 온도를 이용하여, 피측정 대상의 온도를 보정하게 한다.
반면, 본 발명에서는, 값 비싼 흑체로를 사용하는 것이 아니라, 온도센서를 가진 온도측정용 기판(210)을 포함하는 저렴한 외부 온도교정장치(200)를 이용하며, 온도측정용 기판(210)을 열화상 카메라(101)의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영함과 동시에 온도측정용 기판(210)의 온도를 온도센서(270)로 측정하여, 온도센서(270)를 통해 얻은 온도측정용 기판의 온도와, 열화상 카메라를 통해 얻은 온도측정용 기판의 온도를 이용하여, 피측정 대상의 온도를 보정하게 한다.
또한, 본 발명에서는 외부 온도교정장치가 열화상 카메라부의 일측에 장착되어, 일체화되어 있어, 종래에서와 같이, 열화상 카메라로부터 일정거리 이격하여 흑체로를 별도로 설치하는 수고로움을 덜 수 있다.
일반적으로, 흑체로는 온도값을 0.1℃ 단위로 설정할 수 있고, 항상 이 온도를 유지하도록 만들어진 교정장치인데, 외기온도에 노출된 면을 일정하게 유지하는 것은 매우 어려운 일이다.
그렇지만 흑체로의 온도를 몇 도로 설정해야 하는지에 대한 문제는 딱히 결정된 것이 없기 때문에 현재 흑체로의 표면 온도가 몇 도 인지를 알 수 있다면 설정값과 다르다 할지라도 실제 표면 온도를 기준으로 온도 보상을 할 수 있는 근거가 된다. 이것을 다시 말하면 현재 표면온도를 정확하게 알 수 있는 물체가 있고, 그것의 방사율이 1에 가깝다면 온도교정을 위한 기준으로 삼을 수가 있게 된다. 본 발명은 이러한 점에 대해 착안된 것이다.
도 2는 본 발명의 외부 장착형 온도교정장치(200) 및 이를 포함하는 온도 측정 시스템(10)의 구성을 개략적으로 설명하는 설명도이고, 도 3은 도 2의 온도측정용 기판(210)의 구성을 설명하는 설명도이고, 도 4는 도 2에서 외부 장착형 온도교정장치(200)의 일부를 확대한 도면이고, 도 5는 온도 측정 시스템(10)의 구동을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2에서와 같이, 본 발명의 온도 측정 시스템(10)은 외부 장착형 온도교정장치(200)와 열화상 카메라부(100)를 포함한다. 즉, 열화상 카메라부(100)의 일측에 외부 장착형 온도교정장치(200)를 포함한다.
열화상 카메라부(100)는 열화상 카메라 하우징부(110)내에 열화상 카메라(101)가 내장되어 있으며, 열화상 카메라부(100)의 전면(120)의 중앙부에 열화상 카메라의 렌즈(157)가 노출되어 있다. 열화상 카메라부(100)의 전면(120)에 열화상 카메라의 렌즈(157)의 주위를 둘러싼 원통형의 렌즈 조절부(150)를 구비한다. 여기서, 열화상 카메라부(100)는 시판되는 열화상 카메라를 사용할 수 있다.
외부 장착형 온도교정장치(200)는 열화상 카메라부(100)의 일측에 장착, 고정되며, 온도측정용 기판(210)을 포함한다.
열화상 카메라부(100)의 일측에 온도교정장치 하우징부(200)가 장착되며, 온도교정장치 하우징부(200)의 내측에는 온도교정장치 제어부(205)이 위치되고, 온도교정장치 제어부(205)의 일측에는, 온도측정용 기판(210)이, 열화상 카메라부(100)를 향하도록 하면서, 온도교정장치 제어부(205)에 수직하게, 장착되어 있다. 온도교정장치 제어부(205)과 온도측정용 기판(210)의 결합시, 온도측정용 기판(210)의 커넥터부(271)가, 온도교정장치 제어부(205)의 커넥터 결합부(미도시)와 결합함으로 인해, 온도교정장치 제어부(205)에 온도측정용 기판(210)이 장착될 수 있으며, 또한, 온도센서(270)로 전원이 공급되어, 온도측정용 기판(210)의 온도를 측정하게 한다. 여기서 온도교정장치 제어부(205)의 커넥터 결합부(미도시)는 슬롯형태일 수 있다.
온도교정장치 하우징부(200)는 온도교정장치 제어부(205)을 감싸면서, 온도측정용 기판(210)이 열화상 카메라부(100)와 함께 촬영되게 하도록 온도측정용 기판(210)을 지지하는 역할을 한다.
온도교정장치 제어부(205)은 온도측정용 기판(210)에 장착된 온도센서(270)로부터 측정된 온도를 검출하고 필터링 등의 전처리를 하여 유선(290) 또는 무선으로 연산처리부(170)로 전송한다.
도 4에서와 같이, 온도측정용 기판(210)의 일면(온도측정용 기판(210)의 전면), 즉, 온도측정용 기판(210)에서 열화상 카메라부(100)의 렌즈(157)과 마주보는 부분(면)이 온도 보정용 영상촬영부(250)이고, 온도측정용 기판(210)의 다른 일면(온도측정용 기판(210)의 배면), 즉, 온도측정용 기판(210)에서 온도 보정용 영상촬영부(250)와 반대면의 일측에, 온도센서(270)가 장착되어 있다.
열화상 카메라의 렌즈(157)는 일정한 화각(160)을 갖고 있으며 화면의 한 쪽 측면에 온도측정용 기판(210)의 끝부분이 위치하도록 구성한다. 온도측정용 기판(210)의 온도는 온도센서(270)에 의해 측정되고 이 값은 최종적으로 전송케이블(290)에 의해 전달된다. 이렇게 전달된 온도값을 기준으로 열화상 카메라(101)에 의해 측정된 회로기판의 온도값을 보상하는 방식으로 교정이 이루어지며, 교정주기는 필요에 따라 조절 가능하다.
다시말해, 도 5에서와 같이, 온도측정용 기판(210)을 열화상 카메라(101)의 화면에 피측정 대상과 동시에 촬영함과 동시에 온도측정용 기판(210)의 온도를 온도센서(270)로 측정하여, 열화상 카메라(101)를 통해 얻은 온도측정용 기판의 온도 및 피측정 대상의 온도를 연산처리부(170)로 전송한다. 또한 온도센서(270)에서 출력된 신호로부터 온도 측정용 회로에서 온도측정용 기판(210)의 온도신호를 검출하여 연산처리부(170)로 전송한다. 온도 측정용 회로에서 검출된 온도를 이하 '온도센서(270)를 통해 얻은 온도측정용 기판(210)의 온도'라 한다.
연산처리부(170)는 온도센서(270)를 통해 얻은 온도측정용 기판(210)의 온도에서, 열화상 카메라(101)를 통해 얻은 온도측정용 기판의 온도를 차감하여, 온도센서(270)를 통해 얻은 온도측정용 기판(210)의 온도와 열화상 카메라(101)를 통해 얻은 온도측정용 기판의 온도의 차를 구하고, 상기 차를, 피측정 대상의 온도에서 차감하여, 피측정 대상의 온도를 보정한다.
도 3에서와 같이, 온도측정용 기판(210)은 인쇄회로(PCB) 기판(또는 유리섬유(fiber glass) 와 에폭시 플라스틱 결합의 수지의 기판, 또는 에폭시 플라스틱로 이루어진 기판)(212)의 양면에 구리판(211)을 입히고, 양면, 즉 두 판의 온도가 동일하도록 여러 개의 미세한 구리접점(217)으로 이어준다. 또한, 회로기판 표면을 방사율 1에 가깝도록 무광 흑색(도료)으로 피막(251)처리한다. 온도센서(270)는 온도측정용 기판(210)의 양 면 중 열화상 카메라가 바라보지 않는 면에 부착되어 있다. 온도센서(270)의 정확도는 ±0.1°C 이하로 하며, 약 50회 이상 온도데이터를 제어회로에 전송할 수 있는 것이 바람직하다.
온도측정용 기판(210)은 커넥터(271)를 통해 온도교정장치 제어부(205)로부터 전원을 공급받아, 구동되어 온도값을 출력하며 기타 통신을 주고받는다.
경우에 따라서는, 온도측정용 기판(210)의 다른 일면, 즉, 온도측정용 기판(210)에서 온도 보정용 영상촬영부(250)와 반대면의 일측에서, 온도센서(270)와 커넥터부(271)를 제외한 부분을 감싸는 커버(252)를 더 구비할 수 있다.
도 6은 본 발명의 외부 장착형 온도교정장치(200)를 포함한 온도 측정 시스템(10)의 일예의 정면 사시도이고, 도 7은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 배면 사시도이고, 도 8은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 우측면도이고, 도 9는 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 좌측면도이고, 도 10은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 정면도이고, 도 11은 도 6의 온도 측정 시스템(10)의 배면도이고, 도 12 및 도 13은 온도측정용 기판(210)에서 온도 보정용 영상촬영부(250)를 보여주기 위한 도면이다. 또한, 도 14는 도 6의 온도 측정 시스템(10)에 전송케이블(290)이 연결된 상태의 사시도를 나타내며, 도 15는 도 6의 온도 측정 시스템(10)에 전송케이블(290)이 연결된 상태의 정면도를 나타내며, 도 16는 도 6의 온도 측정 시스템(10)에 전송케이블(290)이 연결된 상태의 배면도를 나타낸다.
도 6 내지 도 13은, 앞서의 도 1 내지 도 5에 대한 설명에서와 마찬가지로, 열화상 카메라부(100)의 일측에 외부 장착형 온도교정장치(200)가 장착되어 있으며, 외부 장착형 온도교정장치(200)는 온도 보정용 영상촬영부(250)와 온도센서(270)를 구비하는 온도측정용 기판(210)을 포함한다. 피측정대상(피검자, 피검체)(50)을 열화상 카메라부(100)로 촬영시, 온도측정용 기판(210)의 온도 보정용 영상촬영부(250)가 동시에 촬영되도록 이루어지며, 온도측정용 기판(210)의 온도센서(270)는 온도측정용 기판(210)의 표면온도를 검출한다.
이렇게 하여 측정된 온도측정용 기판(210)의 온도와, 피측정대상(50)의 온도는 연산처리부(170)로 송부되고, 또한, 온도측정용 기판(210)의 온도센서(270)는 온도측정용 기판(210)의 표면온도를 검출하여, 연산처리부(170)로 송부하며, 연산처리부(170)는, 온도센서(270)를 통해 측정된 온도측정용 기판(210)의 표면온도와, 열화상 카메라부(100)를 통해 측정된 온도측정용 기판(210)의 온도의 차를 이용하여, 피측정대상(50)의 온도를 보정한다.
도 17은 본 발명의 온도 측정 시스템(10)에서 온도 보정을 행하는 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
신호 측정단계로, 온도 측정 시스템(10)에서 온도 측정이 시작되면, 열화상 카메라(101)에서 촬영된 온도측정용 기판(210)과 피측정대상(50)의 영상은 연산처리부(170)로 전송되고(S105), 동시에 외부 장착형 온도교정장치(200)가 구동되어 온도센서(270)로 측정된 온도측정용 기판(210)의 온도가 연산처리부(170)로 전송된다(S107).
보상전 영상데이터 저장단계로, 신호 측정단계에서 열화상 카메라(101)에서 촬영된 온도측정용 기판(210)과 피측정대상(50)의 영상을 연산처리부(170)에 의해 메모리부(175)에 보상전 영상데이터로서 임시저장된다(S110). 열화상 카메라(101)는 온도(열)정도를 나타낸 것으로, 여기서, 열화상 카메라(101)의 영상데이터는 열화상 카메라(101)의 온도데이터이다.
온도측정용 기판의 위치의 영상데이터 검출단계로, 연산처리부(170)는, 보상전 영상데이터에서 온도측정용 기판(210)의 위치(부분)의 영상데이터(온도데이터), 즉, 보상전 영상데이터에서 온도측정용 기판(210)의 온도 센서부분의 영상데이터(온도데이터)를 추출(검출)하여, 메모리부(175)에 임시저장한다(S115).
온도센서에 의한 온도 검출단계로, 온도센서를 통해 검출된 온도들에서, 온도측정용 기판의 위치의 영상데이터 검출단계의 온도 데이터들과 같은 시점의 온도를, 연산처리부(170)가 추출하여(S120), 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값으로써 메모리부(175)에 임시 저장한다(S125).
열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계로, 온도측정용 기판의 위치의 영상데이터 검출단계에서 추출된 온도측정용 기판(210)의 위치의 온도데이터들로부터 온도측정용 기판(210)의 위치의 온도, 즉, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도를 연산처리부(170)가 검출한다(S130). 여기서, 열화상카메라로부터 얻은 온도측정용 기판의 온도는, 온도측정용 기판(210)의 위치의 온도데이터들의 평균치로 얻을 수 있다.
온도 보정단계로, 온도센서에 의한 온도 검출단계에서 얻어진 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값과, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계에서 얻어진 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도값을 이용하여, 보상전 영상데이터 저장단계에서 저장된 보상전 영상데이터(즉, 열화상카메라에 의한 피측정 대상의 온도)를 보정하고(S150), 이렇게 보정된 영상데이터를 메모리부(175)에 임시저장한다(S155).
즉, 온도센서에 의한 온도 검출단계로, 온도센서에 의한 온도 검출단계에서 얻어진 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값과, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계에서 얻어진 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도값의 차를, 보상값으로서 구하고, 보상전 영상데이터에서 상기 보상값을 차감함으로써 보정한다.
여기서 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도는 비접촉 방식에 의해 온도를 검출한 것이라 할 수 있으며, 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도는 접촉 방식에 의해 온도를 검출한 것이라 할 수 있다. 상기 온도센서를 접촉식 온도센서이다.
온도 보정된 영상의 출력단계로, 온도보정단계에서 메모리부(175)에 저장된 보정된 영상데이터를 출력부(177)로 출력한다(S160). 여기서 출력부(177)는 디스플레이부 또는 화상프린터일 수 있다.
종료여부 판단단계로, 키입력부(176) 등을 통해 종료 신호가 수신되거나, 보상전 영상데이터의 수가 기설정된 전체 갯수이거나, 온도 측정 시스템(10)의 동작 개시후 기설정된 소정 시간을 초과했다면, 온도 측정 시스템(10)의 구동을 종료하며, 그렇지않다면 신호 측정단계로 되돌아 간다(S170).
본 발명에서는, 정밀한 접촉식 온도센서를 사용하는 온도보정장치의 출력값, 즉, 온도센서에 의한 온도값을 이용하여, 화면상의 온도측정용 기판에서 온도센서 위치의 온도값과의 차(즉, 보상값)를 구하고, 구하여진 차(즉, 보상값)를 이용하여, 열화상카메라에 의해 얻어진 영상 전체를 보상해 주는 것이다.
본 명세서는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 내용은 그 상세한 기재를 생략하였으며, 본 명세서에 기재된 구체적인 예시들 이외에 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않는 범위 내에서 보다 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 설명하고 예시한 것과 다른 방식으로도 실시될 수 있으며, 이는 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자이면 이해할 수 있는 사항이다.
본 발명의 외부 장착형 온도교정장치 및 및 이를 이용한 온도 측정 시스템은, 단가가 저렴하며, 부피도 적으며, 온도교정장치와 온도 측정 시스템이 일체화되어 있어 간편하여, 체온뿐만아니라, 열화상 카메라로 온도를 측정하는 모든 산업 분야에 적용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 열화상 카메라를 구비하여 피측정 대상의 온도를 측정하는, 열화상 카메라부;
    열화상 카메라부의 외부에 위치되되, 열화상 카메라로 피측정대상을 촬영시 함께 촬영되도록 이루어진 온도측정용 기판을 포함하는, 외부 장착형 온도교정장치;
    를 포함하여 이루어지며,
    외부 장착형 온도교정장치는 열화상 카메라부의 일측에 고정, 장착되어 있는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    온도측정용 기판에서 열화상 카메라부와 마주보고 있는 면과 반대면에 온도센서가 장착되어 있으며,
    피측정대상을 촬영시 함께 촬영된 온도측정용 기판의 영상으로부터, 열화상 카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도를 연산처리부가 검출하고,
    열화상 카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도와, 온도센서에 의해 검출된 온도측정용 기판의 온도의 차를 이용하여, 열화상 카메라에 의해 촬영된 피측정대상을 포함하는 열영상을 연산처리부가 보정하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    온도측정용 기판은, 인쇄회로(PCB) 기판의 양면에 구리판을 입히고, 구리접점을 이용하여 인쇄회로(PCB) 기판의 양면을 연결하며, 상기 인쇄회로 기판의 표면을 무광 흑색 도료로 피막처리하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 온도 측정 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    열화상 카메라에 의해 촬영된 피측정대상을 포함하는 열영상을 보정시에,
    열화상 카메라에 의해 촬영된 피측정대상을 포함하는 열영상에서, 열화상 카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도와, 온도센서에 의해 검출된 온도측정용 기판의 온도의 차를, 차감하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    열화상 카메라부의 일측에 온도교정장치 하우징부가 장착되며,
    온도교정장치 하우징부의 내측에는, 온도센서로부터의 온도를 검출하여 연산처리부로 전송하기 위한 온도교정장치 제어부가 구비되며,
    온도교정장치 제어부의 일측에 온도측정용 기판이 장착되되, 온도측정용 기판은, 열화상 카메라부와 마주보면서, 온도교정장치 제어부에는 수직도록 장착된 것을 특징으로 하는, 온도 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    온도측정용 기판의 일면에서, 하부에 커넥터를 구비하고 상부에 온도센서를 구비하며,
    상기 커넥터는, 온도교정장치 제어부의 일측에 구비된 커넥터 결합부와 결합되어, 온도교정장치 제어부에 온도측정용 기판을 장착하고, 온도교정장치 제어부를 통해 전원을 온도센서로 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는, 온도 측정 시스템.
  7. 열화상 카메라를 구비하여 피측정 대상의 온도를 측정하는, 열화상 카메라부와, 열화상 카메라부의 외부에 위치되며 열화상 카메라로 피측정대상을 촬영시에 함께 촬영되도록 이루어진 온도측정용 기판을 포함하는 외부 장착형 온도교정장치를 포함하는 온도 측정시스템의 구동방법에 있어서,
    열화상 카메라에서 촬영된 온도측정용 기판과 피측정대상의 영상은 연산처리부로 전송되고, 온도측정용 기판에서, 열화상 카메라부와 마주보는 면이 아닌면에 장착된 온도센서로 측정된 온도측정용 기판의 온도가 연산처리부로 전송되는, 신호측정단계;
    신호 측정단계에서 열화상 카메라에서 촬영된 온도측정용 기판과 피측정대상의 영상을 메모리부에 보상전 영상데이터로서 연산처리부가 임시저장하는, 보상전 영상데이터 저장단계;
    연산처리부는, 보상전 영상데이터에서 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터를 검출하여, 메모리부에 임시저장하는, 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터 검출단계;
    신호측정단계에서 온도센서를 통해 검출된 온도들에서, 온도측정용 기판의 부분의 영상데이터 검출단계의 온도 데이터들과 같은 시점의 온도를, 연산처리부가 추출하여, 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값으로써 메모리부에 임시 저장하는, 온도센서에 의한 온도 검출단계;
    온도측정용 기판의 부분의 영상데이터 검출단계에서 추출된 온도측정용 기판의 부분의 온도데이터들로부터 온도측정용 기판의 부분의 온도인, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도를, 연산처리부가 검출하는, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정시스템의 구동방법.
  8. 제7항에 있어서,
    온도센서에 의한 온도 검출단계에서 얻어진 온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값과, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계에서 얻어진 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도값을 이용하여, 보상전 영상데이터 저장단계에서 저장된 보상전 영상데이터를 보정하는, 온도 보정단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정시스템의 구동방법.
  9. 제8항에 있어서,
    온도센서에 의한 온도 검출단계의 보상전 영상데이터를 보정에서,
    온도센서에 의한 온도측정용 기판의 온도값과, 열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도값의 차를, 보상값으로서 구하고, 보상전 영상데이터 저장단계의 보상전 영상데이터에서 상기 보상값을 차감함으로써 보정하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정시스템의 구동방법.
  10. 제7항에 있어서,
    열화상카메라에 의한 온도측정용 기판의 온도 검출단계에서,
    열화상카메라로부터 얻은 온도측정용 기판의 온도는, 온도측정용 기판의 부분의 온도데이터들의 평균치인 것을 특징으로 하는, 온도 측정시스템의 구동방법.
  11. 제2항에 있어서,
    열화상 카메라의 렌즈의 화각내에 온도측정용 기판의 일부분이 들어오도록, 외부 장착형 온도교정장치가 열화상 카메라부에 장착되어,
    열화상 카메라의 영상 화면의 한 쪽 측면에 온도측정용 기판의 일부분이 위치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 온도 측정시스템.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 구비되는 외부 장착형 온도교정장치.
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