[열화상 카메라] 열상카메라의 특성들

지난 몇 년 동안 열화상 카메라는 더 저렴하고 크기가 작아졌지만 여전히 이미지 처리에 필요한 형식의 열화상을 얻기가 어렵습니다. 열화상 카메라는 야간, 안개, 우천 시에 유용합니다.

 

열화상 센서는 온도 맵으로 다양한 환경의 물체를 감지할 수 있습니다. 이 같은 특징은 조명 상태가 좋지 않을 때 매우 중요합니다.

 

적외선 스펙트럼은 일반적으로 그림 1과 같이 3개의 대기 투과 창에 해당하는 3개의 대역으로 나뉩니다.

 

• SWIR = ~1-2.5μm short-wave infrared

• MWIR = ~3-5μm mid-wave infrared (thermal)

• LWIR = ~7-14μm long-wave infrared (thermal)

 

그림 1. 적외선의 세 가지 일반적인 스펙트럼.

 

SWIR은 광원에서 나오는 방사선이 가시광선 영역과 유사한 방식으로 물체에 반사되기 때문에 '반사된 적외선' 영역이라고도 합니다. SWIR 이미징은 물체를 이미징하기 위해 일종의 조명이 필요하며 주변의 달빛이나 별빛과 같은 일부 빛이 있는 경우에만 수행할 수 있습니다. 사실 SWIR 영역은 실외 야간 이미징에 적합합니다. 그러므로 SWIR은 열화상 카메라에 속하지 않습니다.

 

열화상 카메라를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 요소는 다음과 같습니다.

 

1. 지리적 또는 기후적 요인

일반적으로 추운 기후는 LWIR을 선호하고 따뜻한 기후는 MWIR을 선호합니다.

2. 전체 대기 투과율

MWIR 시스템은 대부분의 목표 범위에서 LWIR 시스템보다 습도의 영향을 덜 받습니다. LWIR 밴드는 안개 조건에서 MWIR보다 성능이 더 좋지만 두 밴드 모두 안개와 비의 영향을 받습니다. LWIR 대역은 연기 또는 에어로졸을 통한 이미징에 MWIR보다 우수하므로 LWIR은 일반적으로 소방 응용 프로그램 및 군사 응용 프로그램에 선택되는 기술입니다.

3. 목표 온도(열 플럭스, 대비, 스펙트럼 함량)

대부분의 감시 상황(주변 온도 배경 내에서 사람 또는 차량이 감지됨)의 경우 대부분의 장면 온도에서 MWIR 대역보다 LWIR 대역에서 더 많은 플럭스(표적 및 환경 배경에서 방출되는 열 에너지)를 사용할 수 있습니다.

4. 태양광 효과

LWIR은 태양 영향을 무시할 수 있는 반면 MWIR은 태양 영향을 보기 때문에 LWIR 이미저는 낮과 밤 시간 사이에 보다 일관된 이미지를 제공합니다. 그러나 LWIR 카메라가 실제 태양에 직접 노출되어도 되는지 확인해야 합니다. 실제로 일부 저가의 비냉각식 마이크로볼로미터는 태양에 너무 많이 직접적으로 노출되면 썬번 현상이 발생할 수 있습니다.

 

그림 2. LWIR 및 MWIR 열화상 카메라의 일반 적용 시나리오

 

열화상 카메라에 대한 추가 정보

 

적외선 센서의 재료에는 산화바나듐(Vox), 비정질 실리콘(α -Si) 및 바륨 스트론튬 티타네이트(BST)의 세 가지 종류가 있습니다. 비냉각식 센서 생산에는 주로 Vox(FLIR) 및 α-Si(Optris)가 있으며 대부분의 연구원은 Vox가 더 높은 광전 변환 효율, 더 높은 SNR 및 강력한 광 보호 능력에 대해 더 낫다고 생각합니다. Vox 감지기는 우수한 온도 안정성, 긴 수명 및 작은 온도 드리프트를 제공합니다.

그러나 α-Si 센서가 있는 카메라는 더 저렴하고 종종 더 높은 해상도와 프레임 속도를 갖습니다.

 

그림 3. 적외선 센서의 다양한 재료를 사용한 열화상 비교