[논문]비냉각 열상시스템에서 TEC-Less를 이용한 절대온도 측정 정밀도 향상 기법

한준환

doi:10.9708/jksci/2012.17.12.041

[국내논문] 비냉각 열상시스템에서 TEC-Less를 이용한 절대온도 측정 정밀도 향상 기법
Novel Accuracy Enhancement Method for Absolute Temperature Measurement Using TEC-LESS Control in Uncooled Thermal Imaging 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.17 no.12, 2012년, pp.41 - 47

한준환 (삼성탈레스)

초록
AI-Helper

모든 물체는 절대온도 0도 이상에서 복사에너지를 방출한다. 비냉각 열상시스템은 입사된 복사에너지를 검출하여 신호처리를 통해 영상으로 출력하는 장비이다. 최근에는 비냉각 열상장비를 활용하여 의료, 산업, 및 군수 등의 다양한 분야에 응용 되고 있으며, 다양한 응용분야에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 비냉각 열상시스템 검출기 내부에 열전소자가 없는 검출기를 보다 효과적으로 제어하여 영상의 화질을 향상시키고 이를 기반으로 온도 측정 정밀도를 극대화 할 수있는 효율적인 제어기법에 대해 설명한다. 제안하는 기법은 비냉각 열상시스템에 TEC-less 및 온도 검출 알고리듬을 적용하는 것이다. 실제 챔버를 활용하여 시험을 수행한 결과 알고리듬 적용 전 시스템보다 우수한 화질의 영상을 획득하고 온도 측정 정밀도가 $1^{\circ}C$이하로 향상됨을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Every object over $O^{\circ}K$ emits radiant energy based on its own temperature. Uncooled thermal imaging system displays the detected incident radiant energy as an image by signal processing. Recently, the uncooled thermal imaging system is applied to various areas such as medical, industrial, and military applications. Also, several researches are in progress to find new applications of the uncooled thermal imaging system. In this paper, we present effective method for controlling TEC-less detector in the uncooled thermal imaging system and also present the efficient control scheme for maximizing the accuracy of temperature measurement. The proposed scheme is to apply TEC-less and temperature detection algorithm in Uncooled thermal imaging system. In results of tests performed by using the actual chamber, we acquired images of better quality than the former system and temperature measurement accuracy was improved to less than $1^{\circ}C$.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 내부에 열전소자가 없는 비냉각 검출기의 효과적 제어를 통해 영상의 화질저하를 최소화 하고, TEC-less 알고리즘 및 온도검출 알고리즘을 적용하여 고정밀도 온도 측정을 수행한 기법에 대하여 제시한다.

제안 방법

본 논문에서 제시한 방법은 근거리에서 높은 정밀도를 가지고 있지만 원거리로 갈수록 에너지가 감쇄되어 오차 값이 커지는 단점이 있다. 이를 극복하기 위하여 거리측정 장비와 연동하여 거리별 검출 데이터 값을 분석하고, 거리별 온도특성에 대해 추가적인 연구를 통하여 거리별 오차 값을 줄일 수 있도록 보완해 나갈 것이다.

이론/모형

영상 화질 저하 최소화 및 획득 데이터 정밀도 향상을 위하여 TEC-less 알고리듬을 적용하고, 정밀한 온도값 획득 및 실시간 처리를 위한 온도검출 알고리듬을 적용한다.

성능/효과

표 1에서는 외부 온도 변화에 따른 검출기의 출력변화를 나타낸다. 실험 결과 TEC-less 기법과 온도 검출 알고리듬을 통해 픽셀별 실시간 보상을 수행한 결과, 최대 10.9℃의 개선 효과가 있음을 확인할 수 있다. 또한, TEC-less 알고리듬과 온도검출 알고리듬을 적용하여 노이즈를 개선하고, 사물의 절대 온도 검출 정확도를 1℃이하로 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
9℃의 개선 효과가 있음을 확인할 수 있다. 또한, TEC-less 알고리듬과 온도검출 알고리듬을 적용하여 노이즈를 개선하고, 사물의 절대 온도 검출 정확도를 1℃이하로 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
결과적으로, TEC-less 알고리듬의 적용으로 노이즈 특성과 절대 온도에 대한 Off-set값이 감소하였다. 적용 전 최대 10℃의 Off-set이 존재하지만 알고리듬 적용을 통해 온도 검출 정밀도를 1℃ 이하로 높일 수 있었다.
결과적으로, TEC-less 알고리듬의 적용으로 노이즈 특성과 절대 온도에 대한 Off-set값이 감소하였다. 적용 전 최대 10℃의 Off-set이 존재하지만 알고리듬 적용을 통해 온도 검출 정밀도를 1℃ 이하로 높일 수 있었다.
25m 이하에서는 거리에 따른 오차값이 1℃ 이하로 매우 정밀하지만, 25m 이상에서는 오차값이 1℃가 넘어 온도 검출 정밀도가 낮아진다. 별도의 거리 측정 장비 없이는 물체의 거리가 25m 이하 일때만 정밀하게 온도검출이 되는 것을 확인할 수 있다.
본 논문에서 제시한 TEC-less 알고리듬은 TEC(열전소자)가 검출기 내부에 없을 경우 검출기 자체의 크기 축소 및 전력소모 감소 등의 장점이 있어 소형, 경량, 저 전력 설계가 가능하다. 또한 본 알고리즘을 통해 외부 온도변화에 따른 검출기 출력 변화를 정확히 분석하여 픽셀별 실시간 보상을 가능하게 하였다.
본 논문에서 제시한 TEC-less 알고리듬은 TEC(열전소자)가 검출기 내부에 없을 경우 검출기 자체의 크기 축소 및 전력소모 감소 등의 장점이 있어 소형, 경량, 저 전력 설계가 가능하다. 또한 본 알고리즘을 통해 외부 온도변화에 따른 검출기 출력 변화를 정확히 분석하여 픽셀별 실시간 보상을 가능하게 하였다.
또한 온도검출 알고리듬을 적용하여 각 픽셀별 온도 값을 고속(초당 60프레임)으로 획득 가능하게 하였으며, 열영상 카메라를 이용한 온도 측정 장비의 정확도를 최대 10배 이상 향상 시켰다. 비냉각형 온도측정장비를 개발함에 있어 많은 경쟁력이 있을 것으로 판단되며, 향후 의료용, 관측, 보안 및 인명구조 등의 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상된다.

후속연구

또한 온도검출 알고리듬을 적용하여 각 픽셀별 온도 값을 고속(초당 60프레임)으로 획득 가능하게 하였으며, 열영상 카메라를 이용한 온도 측정 장비의 정확도를 최대 10배 이상 향상 시켰다. 비냉각형 온도측정장비를 개발함에 있어 많은 경쟁력이 있을 것으로 판단되며, 향후 의료용, 관측, 보안 및 인명구조 등의 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상된다.
본 논문에서 제시한 방법은 근거리에서 높은 정밀도를 가지고 있지만 원거리로 갈수록 에너지가 감쇄되어 오차 값이 커지는 단점이 있다. 이를 극복하기 위하여 거리측정 장비와 연동하여 거리별 검출 데이터 값을 분석하고, 거리별 온도특성에 대해 추가적인 연구를 통하여 거리별 오차 값을 줄일 수 있도록 보완해 나갈 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열상 장비는 무엇인가?	열상 장비는 빛이 없는 암흑 상태에서도 물체에서 발산하는 적외선(열)을 탐지하여 이를 영상으로 제공하는 장비이다. 열상장비의 이러한 야간 감시기능 때문에 현재 군사용으로 널리 보급되어 있고, 민간분야의 활용용도도 많이 활성화 되고 있다[1].
	비냉각 열상시스템은 무엇인가?	모든 물체는 절대온도 0도 이상에서 복사에너지를 방출한다. 비냉각 열상시스템은 입사된 복사에너지를 검출하여 신호처리를 통해 영상으로 출력하는 장비이다. 최근에는 비냉각 열상장비를 활용하여 의료, 산업, 및 군수 등의 다양한 분야에 응용 되고 있으며, 다양한 응용분야에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
	Peltier Effect는 무엇인가?	프랑스의 Jean Peltier는 서로 다른 금속을 접합한 물질에 전류가 흐르면 한쪽 면은 흡열, 다른 한쪽 면은 발열을 하는 현상을 발견하였다. 이것이 Peltier Effect이다.

참고문헌 (19)

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상세보기
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Imgeun Lee, "Image Contrast Enhancement using Adaptive Unsharp Mask and Directional Information," Journal of The Korea Society of Computer and Information, V.16, No.3 pp. 24-34, 2011.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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