[열화상 카메라] NUC

NUC(Nonuniformity Correction)

 

IR 감지기를 사용하여 온도를 정량적으로 측정하려면 먼저 두 가지 중요한 이미지 처리 절차를 수행해야 합니다.

 

첫째, 서로 다른 개별 감지기의 서로 다른 이득과 오프셋을 고려해야 합니다.

 

둘째, 정량 분석을 위해서는 절대 온도 교정이 필요합니다. 두 절차는 원칙적으로 서로 구별될 수 있지만 상호 연관되어 있습니다

 

FPA는 신호 응답도(이득 또는 기울기)와 신호 오프셋이 서로 다른 많은 개별 검출기 요소로 구성되어 있습니다.

 

다음 그림은 개별 감지기들의 이득과 오프셋을 적용하는 과정을 보여주고 있습니다. 이 과정을 불균일 보정이라 명칭합니다.

 

개별 감자기들의 다른 이득과 오프셋으로 인해서 동일한 적외선 복사 에너지에 대해서 각각의 감지기들이 다른 반응을 보여주게 되며 불균일이 발생하게 됩니다. 불균일이 너무 커지면 이미지를 인식할 수 없게 됩니다. 따라서 하나 이상의 검출기로 구성된 모든 이미징 시스템의 경우 불균일성을 수정해야 합니다. 이것을 NUC(불균일 보정)라고 합니다.

 

대부분의 상업용 카메라의 경우 NUC 절차는 생산 단계에서 보정 프로세스 중에 수행되며 보정 매개변수는 카메라 펌웨어에 저장됩니다. 일부 R&D 카메라만 사용자가 보정 절차 및 NUC를 수행할 수 있습니다.

 

보정 절차는 주로 감지기의 동적 온도 범위 내에서 주어진 물체 온도 범위에 대한 각 검출기의 응답을 가져오기 위해 신호 오프셋 보정으로 시작합니다.

두 번째 단계에서 신호 기울기가 수정됩니다. 이 두 번째 단계 후에 모든 감지기는 동일한 신호 기울기를 가져야 합니다.

마지막으로, 다른 검출기 요소에 대해 동일한 응답 곡선을 얻으려면 오프셋 보정이 필요합니다.

 

실제로, NUC는 검출기 또는 카메라 렌즈 바로 앞에 균일한 온도의 흑체를 배치하여 수행됩니다. 결과적으로 각 픽셀은 동일한 신호를 생성해야 합니다.

일반적으로 두 개의 다른 온도가 사용되며(2포인트 NUC), 선택한 온도 사이 및 그 부근에서 합리적인 보정을 제공합니다. 결과적으로 검출기 어레이는 매우 균일한 신호를 생성합니다.

 

다음 그림은 동일한 장면의 두 IR 이미지를 보여줍니다. 차이점은 첫 번째 이미지는 NUC 이전 이미지이고 두 번째 이미지는 NUC 처리된 결과 이미지입니다. 노이즈 감소를 통한 이미지 품질의 크게 향상 되었음을 보여줍니다.

 

 

그러나 약간 다른 비선형 응답 곡선이 가능하기 때문에 교정 지점 사이에서 완벽한 검출기 균일성을 얻을 수 없습니다. 남아 있는 검출기의 불균일성은 소위 고정 패턴 노이즈를 유발합니다.

 

원칙적으로 NUC는 균일한 온도의 물체를 카메라 앞에 놓기만 하면 됩니다. 낮은 노이즈 레벨의 적외선 이미지를 얻기 위해 정확한 온도 값을 알 필요는 없습니다. 그러나 정량적 분석이 필요한 경우에는 온도 교정을 수행해야 합니다. 이것은 알려진 고정 온도의 물체(일반적으로 안정화된 흑체)를 다양한 물체 온도에 대한 카메라로 감지하여 수행됩니다. 이러한 온도 대 신호 보정 곡선도 펌웨어에 저장됩니다.

 

NUC의 품질과 측정 대상 온도의 정확성은 검출기의 안정성에 달려 있습니다. 열 드리프트는 픽셀의 감지기 응답 곡선을 변경하므로 새로운 NUC를 수행해야 합니다. 이는 적절한 보정을 위해 FPA 카메라를 주기적으로 재보정해야 함을 의미합니다.

 

카메라 작동 중 보정을 위해 단일 포인트 오프셋 NUC에 대해 주로 자동 셔터가 사용됩니다. 이 자동 셔터 작동이 꺼지면 정기적인 카메라 재보정 NUC가 중단됩니다. 내부 보정이 없으면 표시된 온도의 드리프트가 발생합니다.

 

볼로미터 검출기 신호는 검출기로 전달된 순 방사 에너지에 의해 생성되며, 이는 물체에서 수신된 방사 에너지와 검출기 자체에서 방출되는 방사 에너지 간의 차이에 의해 발생됩니다. 또한 열 감지기는 카메라 하우징 및 광학 장치와도 방사선을 교환합니다. 따라서 카메라 내부의 온도 균형에 작은 변화가 있어도 전달된 순 복사 에너지가 변경되어 측정 오류가 발생합니다.

 

마지막으로 감지기 신호는 특정 출력 범위(예: 감지기 포화 신호의 20~80%)에서만 선형이라는 점을 알아야 합니다. NUC는 이러한 한계 내에서만 잘 작동합니다.

포화에 가깝고 매우 낮은 신호의 경우 증가된 고정 패턴 노이즈 레벨이 나타납니다. 즉, NUC가 더 이상 작동하지 않습니다.