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파장별 BRDF 데이터를 이용한 평판의 적외선 복사휘도 특성 분석
Infrared Signature Analysis on a Flat Plate by Using the Spectral BRDF Data 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.38 no.6, 2010년, pp.577 - 585  

최준혁 (중앙대학교 기계공학부) ,  김동건 (중앙대학교 기계공학부) ,  김정호 (국방과학연구소) ,  김태국 (중앙대학교 기계공학부)

초록
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본 논문은 태양복사에너지를 고려한 지상 물체에서 방출되는 적외선 복사휘도를 예측하는 소프트웨어 개발 중 BRDF 데이터를 고려한 적외선 복사휘도를 분석한 내용을 다루었다. 물체 표면에서 방출되는 적외선 복사휘도는 물체의 표면온도 및 광학적 표면 특성을 이용하여 계산할 수 있다. BRDF는 물체 표면에 입사되는 에너지와 반사되는 에너지의 관계로 나타낼 수 있는 백분율로 정의하며 적외선 복사휘도를 분석하는 데 매우 중요한 자료로 사용된다. 본 논문에서는 중적외선 및 원적외선 영역에 대하여 태양이 존재하는 시간동안 다양한 재질의 광학적 표면 특성에 따른 적외선 영상을 생성하여 분석하였다. 연구결과 물체 표면의 복사율 및 BRDF 등은 물체의 적외선 영상에 매우 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 특히 태양의 영향을 받을 경우 MWIR 영역의 복사휘도는 수치적으로 최대 10배까지 신호량의 차이를 보일 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is a part of developing a software that predicts the infrared signal emitted from a ground object by considering solar irradiation. The radiance emitted from a surface can be calculated by using the temperature and optical characteristics of the surface object. The bidirectional reflectan...

주제어

#양반향 반사 분포 함수   #태양복사조도   #적외선 복사휘도   #적외선 스텔스  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 원거리에 위치하고 있는 적외선 센서에 도달되는 복사휘도를 분석하는데 있어서 경로 상의 대기층에서 산란되는 성분은 분석의 단순화를 위하여 배제하였다. 따라서 센서로 들어오는 복사휘도는 물체 자체에서 방출되는 성분 및 외부 광원으로부터 나온 복사휘도가 물체 표면에서 반사되는 성분으로 구성되며, 이러한 시뮬레이션의 결과로 얻어지는 적외선 복사휘도 중에서 표면에서 반사되는 복사휘도 성분의 중요성을 평가하고자 한다. 태양이 비치는 낮 시간 동안에 물체 표면의 반사 특성 변화에 따른 적외선 복사휘도의 변화를 살펴보기 위하여 아스팔트, 알루미늄, 콘크리트 및 유리 등으로 구성된 평판을 시뮬레이션 대상으로 설정하였다.
  • 본 논문에서는 다양한 물체로부터 방출 및 반사에 의하여 나오는 적외선 복사휘도 특성을 분석하기 위하여 태양이 존재하는 오전 9시부터 오후 14시까지 한 시간 간격으로 적외선 복사휘도를 해석하였으며 3~5㎛ 범위의 중적외선 (MWIR) 및 8~12㎛ 범위의 원적외선 (LWIR) 영역에 대하여 각각 적외선 복사휘도를 살펴보았다. 특히 중적외선 영역의 경우에는 태양복사에너지의 영향을 받으며, 원적외선 영역의 경우에는 태양복사에너지의 영향을 거의 받지 않는다.
  • 원거리에 위치하고 있는 적외선 센서는 물체 자체에서 방출되는 복사휘도, 외부 광원이 물체 표면에서 반사되어 나오는 복사휘도 및 센서가 향하고 있는 경로 상의 대기에서 산란된 복사휘도를 탐지하게 된다. 본 논문에서는 원거리에 위치하고 있는 적외선 센서에 도달되는 복사휘도를 분석하는데 있어서 경로 상의 대기층에서 산란되는 성분은 분석의 단순화를 위하여 배제하였다. 따라서 센서로 들어오는 복사휘도는 물체 자체에서 방출되는 성분 및 외부 광원으로부터 나온 복사휘도가 물체 표면에서 반사되는 성분으로 구성되며, 이러한 시뮬레이션의 결과로 얻어지는 적외선 복사휘도 중에서 표면에서 반사되는 복사휘도 성분의 중요성을 평가하고자 한다.
  • 본 논문에서는 원거리에 위치하고 있는 적외선 센서에 들어오는 영상을 생성하기 위하여 물체 자체에서 방출되는 복사휘도 (Lthermal)와 태양 에너지가 물체 표면에서 반사되는 복사휘도(#) 만을 고려하였다.

가설 설정

  • 이 때 적외선 센서는 천정각(θr ) 28.84° 및 방위각(Φr ) 341.49°에서 시험판을 향하고 있는 것으로 가정하였다(Fig. 2 참조).
  • 5와 같은 4가지의 다른 재질인 아스팔트, 알루미늄, 콘크리트 및 유리로 구성된 시험판으로부터 나오는 복사휘도가 적외선 센서로 들어가는 복사휘도량을 분석하여 보았다. 이러한 시험판은 뒷면이 완전하게 단열된 구조를 가지고 있으며, 표면이 정 남향을 향하게 지표면에 대하여 수직으로 세워져 있는 것으로 가정하였다. 이 때 적외선 센서는 천정각(θr ) 28.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
적외선 영상 생성 소프트웨어를 이용한 연구의 특징은? 여러 선진국에서는 오래 전부터 컴퓨터를 이용한 적외선 복사휘도 특성을 분석하는 연구가 진행되어 오고 있으며, 이러한 과정에서 확보된 대표적인 적외선 영상 생성 소프트웨어로는 DIRSIG[1], SE-Workbench-IR[2], RadthermIR[3]등이 있다. 이러한 소프트웨어를 이용한 연구의 특징은 다양한 환경의 영향을 고려하여 미리 설정된 조건에 대한 가상적인 적외선 영상을 적은 비용으로 쉽게 얻을 수 있다는 점이다. 이러한컴퓨터 시뮬레이션 결과들은 표적을 인식 및 추적하는데 사용될 수 있는 알고리즘의 개발을 비롯하여 다양한 특징을 갖는 목표물들의 적외선 특성을 연구하는데 활용될 수 있다. 위에서 소개된 여러 선진국들이 개발한 적외선 복사휘도 분석 소프트웨어들은 주로 군사적인 활용을 목적으로 개발되었기 때문에 외국으로의 판매 및 기술이전 등을 철저히 제한하고 있으며, 일부 상업용 으로 공개되고 있는 소프트웨어는 기능상의 제한이 있는 것으로 알려지고 있다.
적외선 복사휘도를 이용한 물체의 탐지는 어떻게 이루어지는가? 적외선 복사휘도는 레이더 등과 같은 능동 신호와는 달리 탐지활동 여부를 인지하기 어려운 특성이 있기 때문에 군사적인 목적으로 많이 사용되고 있다. 적외선 복사휘도를 이용한 물체의 탐지는 물체와 주변 배경사이의 적외선 복사휘도 차이(infrared radiance contrast)를 인식함으로서 이루어지며, 특히 주위 은폐물이 전혀 없는 물체의 적외선 복사휘도는 주변 환경과 매우 큰 적외선 복사휘도의 차이 갖게 되어 보다 쉽게 상대방에게 노출될 수가 있다. 그러나 물체와 주변 배경과의 적외선 복사휘도 차이는 물체의 적외선 표면 특성(온도, 복사율, 반사율 등)에 변화를 가 함으로서 적은 값을 갖도록 조절할 수가 있다.
물체와 주변 배경과의 적외선 복사휘도 차이는 어떻게 조절할 수 있는가? 적외선 복사휘도를 이용한 물체의 탐지는 물체와 주변 배경사이의 적외선 복사휘도 차이(infrared radiance contrast)를 인식함으로서 이루어지며, 특히 주위 은폐물이 전혀 없는 물체의 적외선 복사휘도는 주변 환경과 매우 큰 적외선 복사휘도의 차이 갖게 되어 보다 쉽게 상대방에게 노출될 수가 있다. 그러나 물체와 주변 배경과의 적외선 복사휘도 차이는 물체의 적외선 표면 특성(온도, 복사율, 반사율 등)에 변화를 가 함으로서 적은 값을 갖도록 조절할 수가 있다. 이와 같이 물체의 표면 특성을 변화시켜서 주변 배경과 물체로부터 나오는 적외선 복사휘도들 사이의 차이가 최소가 되도록 하는 기술은 인명 및 군용 장비의 보호 차원에서 매우 중요한 기술이며, 현재 전 세계적으로 이러한 IR 스텔스 기술의 개발에 많은 관심을 가지고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Neil W. Scanlan, John R. Schott and Scott D. Brown , “Performance analysis of improved methodology for incorporation of spatial/spectral variability in synthetic hyperspectral imagery”, SPIE Imaging Spectrometry IX, vol. 5159, pp. 319-330, 2003. 

    crossref

  2. Cathala, T., Goff, A. L., Gozard, P., Latger, J., “Realtime Simulation Tools in the CHORALE Workshop”, Proc. SPIE, vol. 6239, 2006. 

    crossref

  3. Jeffrey S. Sanders, “Ground Target Infrared Signature Modeling with the Multi-Service Elecotro-optic Signature (MuSES) Code”, Proc. SPIE, vol. 4029, 2000. 

  4. 김태국, “표면온도 해석 기법 연구”, 국방과 학연구소 영상정보 특화연구센터, 적외선 특성 연구실 2단계 최종 보고서, 2009. 

  5. 김태국, “추적레이더/IR 시험평가를 위한 모사기법”, 국방과학연구소 산학연 주관 응용 연구 최종 보고서, 2009. 

  6. Jun-Hyuk Choi and Tae-Kuk Kim, “Study on Spectral Transmission Characteristics of the Reflected and Self-emitted Radiations through the Atmosphere”, Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 35, pp. 395-408, 2009. 

    crossref

  7. Piter A. Jacobs, Thermal Infrared Characterization of Ground Targeta and Backgrounds, SPIE Press, 2006. 

  8. Jun-Hyuk Choi and Tae-Kuk Kim, "Study on the spectral transmission characteristics of MWIR through the atmosphere", Proceeding of SPIE, image and signal processing for the remote sensing XII, vol. 6748, 2007. 

    crossref

  9. Wolfgang Lucht and Crystal Baker Schaaf, "An Algorithm for the Retrieval of Albedo from Space Using Semiempirical BRDF Models," IEEE TRANSACTIONS on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 38, pp. 977-998, 2000. 

    상세보기 crossref

  10. B. Sandford and D. Robertson, "Infrared Reflectance Properties of Aircraft Paints", IRIS Targets, Backgrounds and Discrimination, 1985. 

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