열화상 — 숨겨진 세부 사항을 표시

우리는 여름 태양의 따뜻한 광선을 사랑하고 시원한 음료로 더위를 식히거나 수영장에서 상쾌한 수영을 즐깁니다. 우리는 다른 사람의 따뜻한 손길에 감사하고 따뜻한 차를 즐기거나 겨울에 따뜻한 벽난로를 즐기십시오. 우리는 온도를 느끼지만 눈으로 '볼' 수는 없습니다.

열화상 카메라는 우리 눈에 보이지 않는 전자기 스펙트럼의 이 부분을 볼 수 있도록 합니다. 우리 환경의 거의 모든 물체는 열복사를 방출하기 때문에 열화상 카메라는 절대 어둠 속에서도 주변 이미지를 생성할 수 있습니다. 보안 및 감시용으로 사용하면 열화상 카메라에 숨겨져 있는 것이 거의 없습니다.

완전한 복사 보정을 통해 이러한 이미저는 온도 차이를 표시할 수 있을 뿐만 아니라 절대 온도 측정도 제공합니다. VGA 센서와 60Hz 프레임 속도가 있는 열화상 카메라는 초당 1,840만 개 이상의 개별 온도 측정값을 제공할 수 있습니다.

소형화 및 성능 최적화

열을 시각화하는(즉, 고려 중인 장면의 상대적 열 분포를 감지하여 표시된 이미지로 변환하는) 간단한 열화상 카메라를 생산하는 것은 더 이상 최신 기술이 아닙니다. $200 미만으로 열화상 카메라 추가 기능으로 iPhone을 장식할 수 있습니다. 진정한 기술 과제는 열화상 카메라를 소형화하는 동시에 더 넓은 시장의 성능 요구 사항을 충족하는 동시에 가장 작은 온도 차이를 표시하거나 온도를 최대한 정확하게 측정하는 감도 및 측정 정확도에 대한 요구 증가에서 시작됩니다.

오늘날 최고의 열화상 이미저 제조업체는 최저 NETD(노이즈 등가 온도 차이)와 최고의 온도 측정 정확도를 단일 장치에 결합합니다. 역사적으로 이러한 고성능 카메라는 민감하고 정확했지만 크고 무거웠습니다. 이것이 바로 소형화 및 시스템 통합의 추세가 열화상 카메라의 새로운 응용 분야를 여는 곳입니다.

점점 더 많은 애플리케이션에서 열화상 카메라를 사용하여 컬러 비디오 카메라 또는 LiDAR 센서와 같은 다른 센서와 연결하고 있습니다. 응용 프로그램은 공공 및 민간 보안을 위한 지능형 감시 카메라에서 건물 자동화에 이르기까지 다양합니다. 제조 공정 제어에서 소방 및 구조 서비스 지원에 이르기까지; 자율주행차용 야간 투시경 솔루션부터 예측 유지보수까지.

주요 성과 매개변수

이러한 애플리케이션이 다양한 만큼 열화상 카메라 기술의 소형화 및 시스템 통합에 대한 요구 사항도 다양합니다. 측정 특성, 검출기, 광학, 데이터 인터페이스, 하우징 및 기타 설계 및 제조 매개변수는 특정 애플리케이션에 최적화되어야 합니다. 그러나 강력한 열화상 카메라는 종종 구성이 제한된 표준 제품으로만 제공되기 때문에 애플리케이션별 시스템 솔루션에 쉽게 통합하는 것은 많은 OEM 및 시스템 통합업체에게 특히 어려운 문제입니다.

가장 효과적인 열화상 카메라는 이러한 문제를 극복하고 시장의 이러한 격차를 정확히 메울 수 있도록 맞춤 제작되었습니다. 열화상 카메라 성능과 통합 용이성에 영향을 미치는 세 가지 영역은 감지기, 이미저 방사 측정 기능, 제공되는 광학 및 전기 기능입니다.

고급 감지기 기술은 픽셀 간 간격을 지속적으로 줄입니다. 이러한 경향은 주로 휴대폰 산업에 의해 주도되었으며 가시 카메라에서 가장 분명하게 나타났지만 열화상 카메라도 개선하는 데 도움이 되었습니다. 감지기 픽셀 피치가 작을수록 감도(NETD) 및 노이즈 성능을 유지하거나 개선하면서 열화상 카메라가 더 효과적입니다. 더 작은 피치는 일반적으로 더 낮은 전력, 더 작은 기계 설계 제약을 지원하고 일반적으로 더 느린 f/# 광학을 수용할 수 있습니다(추가 시스템 크기 및 무게 절감). 또한 더 작은 픽셀 피치 FPA를 사용하면 크기, 무게, 전력 측면에서 상당한 불이익 없이 고해상도 열화상 카메라를 사용할 수 있습니다.

방사 측정 성능 속성에는 관심 영역(ROI) 전용 측정에서 FPA의 모든 픽셀에 대한 전체 방사 측정으로의 확장, 향상된 온도 측정 정확도 및 확장된 대상 온도 범위가 포함됩니다.

게임, 가상 및 증강 현실, 스마트폰, 통신 및 자율 차량 산업에서의 극심한 시장 경쟁은 전자 처리 기능을 극적으로 향상시키면서 구성 요소 풋프린트와 전력 소비를 줄입니다. 결과적으로 열화상 카메라 설계자는 몇 년 전에는 존재하지 않았던 다양한 전자 부품 옵션을 선택할 수 있습니다. 더욱 다양한 구성 요소 옵션은 또한 보다 작고 효율적이며 고성능인 시스템의 설계 및 통합을 용이하게 합니다. 한편, 광학 및 광기계 제작 기술도 발전하여 설계자가 기존 광학 장치를 비전통 광학 장치로 교체하여 광학 하위 어셈블리의 크기와 무게를 더욱 줄일 수 있습니다. 열화상 부문 내에서 지속적인 검출기 및 방사 측정의 발전과 함께 이러한 광범위한 산업 동향은 올바른 열상 이미저가 이러한 옵션을 지원할 때 OEM 및 시스템 통합업체에 광범위한 유연성을 제공할 수 있습니다.

방사선 열화상 카메라 시장 샘플

표 1은 QVGA 픽셀 형식을 사용하는 5개의 최신 복사 열화상 카메라에 대한 여러 주요 성능 매개변수를 요약한 것입니다.

이전 섹션에서 식별된 주요 성능 매개변수 중 일부를 설명하기 위해 표의 첫 번째 항목인 JENOPTIK EVIDIR에 중점을 둡니다. EVIDIR alpha는 비디오 형식(VGA 또는 QVGA), 프레임 속도, 기계식 셔터 또는 장기간 안정적인 셔터 없는 작동과 같은 다양한 표준 구성 옵션을 제공하는 소형 "플러그 앤 플레이" 적외선 이미저 제품군입니다. 표준 통신 인터페이스(USB, GigE 및 CMOS) 및 5도에서 60도까지의 이미저 시야를 허용하는 렌즈 옵션.

이미저는 독립 실행형 장치로 완벽하게 작동하지만 OEM(Original Equipment Manufacturer) 응용 프로그램에 쉽게 통합할 수 있도록 설계되었습니다. 사용 가능한 구성 옵션에 대한 EVIDIR의 "도구 상자" 접근 방식은 손쉬운 사용자 지정을 위해 사용됩니다. 렌즈, 셔터, 비디오 형식 및 통신 인터페이스와 같은 옵션은 모듈식이므로 고객이 응용 프로그램에 가장 적합하도록 조합할 수 있습니다.

이미저와 방사 측정 이미저의 QVGA 및 VGA 버전은 공통의 기계적, 광학적, 전기적 및 명령 인터페이스를 공유하므로 쉽게 업그레이드할 수 있고 OEM 개발 시간을 최소화할 수 있습니다. 이미저는 최첨단 12μm 픽셀, 비냉각 마이크로 볼로미터 초점면 어레이 및 30mK NETD 표준보다 우수한 안정적이고 균일한 열화상을 기반으로 제작되었습니다. 이미저 코어는 초점면 어레이(인쇄 회로 어셈블리에 통합됨)와 프로세서 보드로 구성된 2보드 스택입니다.

이미저의 기본 출력 형식은 CMOS이며 OEM 통합자는 이 형식을 활용하여 크기와 전력을 최소화하거나 인터페이스 보드를 선택하여 출력을 원하는 표준 이미지 형식(예:USB 또는 GigE)으로 변환할 수 있습니다. 이미저의 CMOS 버전은 60Hz에서 실행되는 QVGA 이미저의 경우 <950mW를 소비합니다. 이미저 알루미늄 하우징 어셈블리의 크기는 20mm × 30mm × 30mm이고 무게는 렌즈 제외 27g입니다. 다양한 렌즈 어댑터가 있어 응용 분야에 가장 적합한 다양한 기성 렌즈를 사용할 수 있습니다. 라디오메트릭 카메라는 보정이 향상되었지만 그 외에는 이미저 버전과 동일합니다.

요약

오늘날의 최첨단 열화상 카메라는 OEM에게 시장에 나와 있는 이전 QVGA 및 VGA 열화상 및 복사 측정 카메라에 대한 대안으로 더 높은 성능, 더 저렴한 비용을 제공합니다. 적절하게 설계된 열화상 카메라를 통해 OEM은 카메라를 애플리케이션에 가장 적합하게 맞춤화하고 비용을 최소화할 수 있습니다.

지속적인 업계 개선을 통해 12μm 피치의 SXGA(1280 × 1024) 센서, 향상된 XGA(1024 × 768) 센서 및 VGA(640 × 480) 기술, 해상도 향상, 서브프레임, 디지털 전자 줌(e-zoom) 및 전자 이미지 안정화, 셔터 또는 셔터 없는 작동, 선택 가능한 추가 프레임 속도, CameraLink와 같은 선택적 전기 인터페이스.

이 기사는 JENOPTIK Optical Systems GmbH(독일 예나)의 조명 및 광학 부문 MBA 다니엘 브레너 박사가 작성했습니다. 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오. .