[논문]열적외선 이미지를 이용한 영상 처리

정병조; 장성환

doi:10.5762/kais.2009.10.7.1503

열적외선 이미지를 이용한 영상 처리
Image Processing using Thermal Infrared Image 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.10 no.7, 2009년, pp.1503 - 1508

초록
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본 논문은 열적외선 카메라 이미지를 영상 처리 기법을 활용하여 실시간으로 구현하는데 그 목적이 있다. 열적외선 영상 데이터는 온도의 변화에 따라 Hot Mapping, Cool Mapping, Rainbow Mapping을 하였으며, 열적외선 이미지의 명암대비 기능을 알아보기 위해 히스토그램 영상처리 기법을 사용하였고, 물체의 구분을 위해서 열적외선 이미지의 에지 부분을 추출하였다. 또한 이미지에서 온도를 추출해 내기 위해 이미지 정보 프로그램을 만들어 온도를 측정할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study applied image processing techniques, constructed to real-time, to thermal infrared camera image. Thermal infrared image data was utilized for hot mapping, cool mapping, and rainbow mapping according to changing temperature. It was histogram image processing techniques so that detected shade contrast function of the thermal infrared image, and the thermal infrared image's edge was extracted to classification of object. Moreover, extraction of temperature from image was measured by using the image information program.

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 이런 열적외선 센서가 부착된 카메라를 이용하여 사물을 촬영하고 그 촬영된 이미지를 다양한 영상 처리 기법을 사용하여 영상 처리를 하였다.

제안 방법

0°C～40°C 영역의 온도를 0.1°C 이하의 감도로 측정이 가능한 첨단 uncooled focal plane array를 이용한 이미징 시스템을 이용하여 실시간으로 영상을 처리하는 적외선 촬영시스템을 구축하였다.
기존의 thermogram과 달리 신체의 상대적인 온도분포뿐만 아니라 절대온도를 측정함으로써 데이터의 객관성을 높여 local inflammation을 실시간으로 빠르게 진단할 수 있는 user- friendly 한 소프트웨어를 개발하였다.
위의 열영상 이미지를 영상처리 기법을 활용하여 높은 온도에서는 Hot Mapping을 낮은 온도에서는 Cool Mapping을 온도의 대비를 확인하기 위해서 Rainbow Mapping을 사용하여 영상처리를 하였다.
적외선 카메라와 CCD 카메라를 케이스로 고정하고 카메라의 수평방향 운동을 지지하는 Arm에 부착하여 컴퓨터, 프린터 등의 전체시스템과 연결하여 하드웨어를 구성하였다. 적외선 이미지와 CCD 이미지의 Fusion 기능으로 불분명한 적외선 이미지의 형체를 보다 확실히 식별 가능하고 원하는 온도범위 내의 부분만 볼 수 있다.

이론/모형

적외선 이미지의 명암값 프로파일을 보여주기 위해 사용되는 도구인 히스토그램을 사용하였다.[3] 이 히스토그램을 이용하면 영상의 정보를 알 수 있고, 히스토그램을 조작하면 영상의 질도 높일 수 있으므로 유용하게 사용될 수 있다.

성능/효과

열적외선 카메라의 특징은 우선, 미세 입자에 대한 투과율이 높아 원거리 감시용, 인명구조, 추적 장치에 유리하다. 두 번째, 별도의 광원을 필요로 하지 않아 야간 시야확보가 가능하여 보안 및 군사 분야 활용에 적합하다. 세 번째, 미세한 온도를 식별이 가능하여 의료용 체열진단이 가능하고 제조 생산 산업현장의 모니터링에 적합하다.
두 번째, 별도의 광원을 필요로 하지 않아 야간 시야확보가 가능하여 보안 및 군사 분야 활용에 적합하다. 세 번째, 미세한 온도를 식별이 가능하여 의료용 체열진단이 가능하고 제조 생산 산업현장의 모니터링에 적합하다. 그림 5는 열적외선 카메라의 특징을 나타내었다.
이에 비해 2세대 및 3세대(2세대는 고밀도의 수직배열 검출소자를 이용하여 수평방향으로 주사하므로서 영상을 구현하는 방식을 말하며 3세대는 완전한 2차원 배열의 검출기를 이용하여 영상을 구현하는 방식을 의미)로 불리는 초점면 배열 검출(IRFPA: InfraRed Focal Plane Array)방식 센서는 기존에 비해 열 분해능이 우수하고 화소수가 수천∼수십만개로 대폭 증가되어 광학적 분해능도 향상되었다.

후속연구

본 논문의 영상처리 방법을 이용하면 운동 전후 또는 운동 트레이너의 처방 전후의 인체 온도 분포(혈액 순환) 를 측정하기 위한 헬스 케어 분야에 적용할 수 있다. 또한 산업 시설 및 장비 등의 예방과 예보적인 진단, 상태 모니터링, 구조적 보전검사, 품질 관린, 공정 관리 및 연구와 개발 등으로 발전소, 변전소, 전자, 제철, 에너지 관리 열분석 등에 활용가능하다.
본 논문의 영상처리 방법을 이용하면 운동 전후 또는 운동 트레이너의 처방 전후의 인체 온도 분포(혈액 순환) 를 측정하기 위한 헬스 케어 분야에 적용할 수 있다. 또한 산업 시설 및 장비 등의 예방과 예보적인 진단, 상태 모니터링, 구조적 보전검사, 품질 관린, 공정 관리 및 연구와 개발 등으로 발전소, 변전소, 전자, 제철, 에너지 관리 열분석 등에 활용가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열적외선 카메라란 무엇인가?	열적외선 카메라는 외부로부터 빛의 공급이 없이도 물체가 방사하는 복사에너지를 모아 적절한 변환을 통해 가시화하여 쉽게 인식할 수 있도록 만들어 주는 장비이다. 가시광선의 유무나 반사되는 빛의 세기 차이로 관측하는 기존의 영상장비와는 다르다.
	열적외선 카메라는 어떤 변수의 차이를 영상화하는가?	가시광선의 유무나 반사되는 빛의 세기 차이로 관측하는 기존의 영상장비와는 다르다. 물체의 단위 면적당, 단위 시간당 방출되는 복사에너지 즉, 복사에미턴스 (Radiantemittance 또는 Exitance)의 차이를 영상화하므로 빛이 전혀 없는 야간이라 할지라도 관측이 가능하다. 더욱이 시계가 불량한 대기조건에서도 비교적 양호한 표적탐지능력을 갖기 때문에 군사용 장비로 개발되기 시작하였다.
	적외선을 열선이라고 부르는 이유는 무엇인가?	이러한 원자들의 진동 에너지가 적외선 영역의 에너지와 동일하기 때문에 모든 물체는 적외선을 방출하고 있다. 그리고 온도가 높으면 높을수록 더 많은 양의 적외선이 발산하게 되는데 이러한 이유에서 적외선을 열선이라 부른다. 그러나 모든 물체에서 동일한 적외선이 나오는 것이 아니며, 적외선의 많고 적음을 방사율이라 한다.

참고문헌 (8)

홍석민, 송인섭, "열상장비 개요", 물리학과 첨단기술, 1998.
홍석민, 송인섭, 김창우, 유위경, 김현숙, "320x240 적외선 검출기를 이용한 열상센서 설계", 한국광학회지 제15권, 제5호, 2004. 10.
정성환, 이문호, "오픈소스 Cxlmage를 이용한 Visual C++ 디지털영상처리", 홍릉과학출판사, 2006.
Warren J smith, "Modern Lens Design: A Resource Manual", The McGraw-Hill Professional Companies, New York, 1992.
Rudolf Hartmann/Warren J. Smith, "Infrared Optical Design and Fabrication: Proceeding of a Conference held 2-3 April", Society of Photo Optical, Olando, Florida, 1991.
J. M. Loyd, "Thermal Imaging Systems", Plenum Press, New York, pp. 212-368, 1975.
G, Gaussorgues, "Infrared Thermography", Chapman & Hall, London, pp. 1-60, 1994.
H. S. Kim, C. W. Kim, and S. M. Hong, "Compact midwavelength infrared zoom camera with 20:1 zoom range and automatic athermaliztion", Optical Engineering, vol. 41(7), pp, 1661-1667, 2002.

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