열 화상 센서 - yeol hwasang senseo

열화상 카메라는 적외선 에너지(열)를 감지하여, 이를 실화상으로 변환해 주는 비접촉식 측정 기기입니다. 육안으로는 보이지 않는 세계를 볼 수 있게 해주는 열화상 카메라의 작동 원리를 함께 살펴보도록 하겠습니다. 

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열화상카메라는 어떤원리로 작동할까요?

가시광선이 아닌 적외선 파동을 감지

열화상 카메라에 대해 가장 먼저 알아야 할 것은 바로, 일반 카메라와는 작동법이 완전히 다르다는 점입니다. 일반 실화상 카메라는 사람의 눈과 마찬가지로 어떤 사물에 부딪혀 반사된 빛을 디텍터로 수신하여, 이를 이미지로 바꾸어 주는 방식으로 사물을 인식합니다.

이와 반대로, 열화상 카메라는 가시광선이 아닌, 열을 이용해 이미지를 만들어 냅니다. 열(적외선 또는 열 에너지)과 빛은 모두 전자기 스펙트럼의 범주에 속한 에너지 형태입니다. 하지만, 가시 광선을 감지할 수 있는 카메라는 열 에너지를 감지할 수 있는 능력이 없고 반대로 열 에너지를 감지하는 카메라는 가시 광선을 감지하지 못합니다. 열화상 카메라는 적외선 에너지를 받아들이고 적외선 에너지의 데이터를 사용하여 디지털 또는 아날로그 영상 출력 기능을 통해 이미지를 만들어 냅니다.

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Invisible Labs의 Craig Beals씨가 설명하는 전자기 스펙트럼

카메라 내부

열화상 카메라는 일반적으로 렌즈, 열 센서, 전자 처리 장치, 기계 하우징으로 구성되어 있습니다. 우선, 렌즈는 적외선 에너지를 센서에 집중시키는 역할을 합니다. 센서의 경우, 80×60에서 1280×1024 픽셀 이상까지 다양한 픽셀 구성을 선택할 수 있습니다. 이는 열화상 카메라의 해상도와 같습니다

열화상 카메라의 해상도가 실화상 카메라에 비해 낮은 이유는 열 디텍터의 특성 때문입니다. 열 디텍터는 가시광선보다 파장이 훨씬 큰 에너지를 감지해야 하기 때문에 각 센서 요소가 더욱 커야만 합니다. 결과적으로 열화상 카메라는 일반적으로 동일한 크기의 실화상 센서보다 해상도가 훨씬 낮을 수 밖에 없습니다(픽셀 수가 적음).

• 열화상 카메라를 선택할 때 고려해야 할 중요한 사양에는 해상도, 범위, 시야, 초점, 열 감도, 스펙트럼 범위 등이 포함됩니다. 클릭하여 자세히 보기

열화상카메라를 활용하면 무엇을 감지할 수 있을까요?

적외선 카메라는 열을 매우 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 다양한 용도로 활용이 가능합니다. 특히, FLIR 열화상 카메라는 0.01°C 정도의 작은 온도 차이도 감지할 수 있을 만큼 민감하고 측정한 온도를 흑백 또는 원하는 색상 팔레트로 표시해 줍니다.

동일한 장면을 아이언 보우와 화잉트 핫팔레트로 각각 측정한 모습.

우리가 일상적으로 접하는 사물은 모두 열을 발산하며, 열과는 거리가 멀 것 같은 얼음도 열 에너지를 발산합니다. 물론, 온도가 높은 사물일수록 많은 양의 열 에너지를 발산합니다. 이때 발산되는 열 에너지의 흔적을 우리는 "열 신호"라고 합니다. 서로 나란히 놓여 있는 두 물체의 온도가 미묘하게 다른 경우, 실화상 카메라로는 구분이 어려울 수 있지만, 열화상 센서를 활용하면 조명 조건에 관계없이 두 물체의 차이를 매우 명확하게 확인할 수 있습니다. 따라서, 열화상 카메라는 완전히 어두운 곳이나 연기가 가득한 환경에서도 사용자가 사물을 정확히 식별해낼 수 있게 도와줍니다.

• 열화상 카메라는 사람의 눈이나 일반 카메라로는 볼 수 없는 사물을 보여준다는 분명한 장점도 있지만, 의외의 물질에 의해 시야가 가려지기도 합니다. . 클릭하여 자세히 보기

열화상카메라는 어떤 용도로 사용될까요?

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열화상 기술과 나이트 비전 기술은 유사한 면이 있기도 하지만, 서로 엄연히 다른 기술이며, 두 기술은 각각의 고유한 기능과 장점을 갖고 있습니다. 

열화상 카메라를 활용할 수 있는 방안은 무궁무진합니다. 감시, 군사 작전 등을 위해 개발된 열화상 카메라는 최근, 건물 준공 검사(습기, 단열, 지붕 등), 소방, 자율 주행 차량 및 자동 제동, 피부 온도 검사, 산업 검사, 과학 연구 등에 널리 사용됩니다.

여러분은 열화상 카메라를 어떻게 사용하시겠습니까? 여러분 의견을 남겨주세요!

Home > 솔루션 > Lepton (렙톤) Longwave InfraRed (LWIR) 열화상 센서 모듈

• 크기 8.5 × 11.7 × 5.6 mm (Shutterless 모델)
  크기 10.5 x 11.7 x 6.4mm (Shutter 포함 모델)
  
• 80 (H) × 60 (V) 해상도, 4,800픽셀 (Lepton 1.5 / 1.6 / 2.0 / 2.5)
• 160(H) x 120 (V) 해상도, 19,200 픽셀 (Lepton3.0 / 3.5)
• 픽셀사이즈 (Pixel size) 17μm (Lepton3.0 / 3.5 – 12um)
• LWIR 파장대역 8 to 14 μm
• 온도분해능 (Thermal sensitivity) <50 mK (0.05℃ @27℃)
• 교정된(Calibrated) 온도 출력 모델: Lepton 2.5 (Radiometric)
• 영상출력: < 9 Hz
• Fast Time to Image: < 0.5 초
• 렌즈 HFOV 25° (Lepton 1.6)
  렌즈 HFOV 51° (Lepton 1.5 / 2.0 / 2.5)
  렌즈 HFOV 57° (Lepton 3.0 / 3.)5
• 열화상 영상 처리 기능
  Automatic thermal environment compensation
  Noise filters, Non-Uniformity Correction
  Automatic Gain Control
• Temperature stable output to support radiometric processing
• 카메라 제어 인터페이스: I2C 시리얼 인터페이스
• 영상출력 인터페이스: VoSPI 비디오 인터페이스
• 전원: Uses standard cell phone compatible power supplies: 2.8V to sensor
        1.2V to digital core, and flexible IO from 2.5V to 3.1V

FLIR Lepton®은 현재 판매되고 있는 적외선 열화상 센서 중에서 최소의 크기입니다.
동전보다 작은 크기의 카메라 몸체로 80 × 60 픽셀의 분해능을 제공합니다.
Lepton은 고정 설치형 카메라 시스템과 이동용 및 휴대형 장치에 열화상 이미징 기능을 구현할 수 있도록
개발된 것입니다.

Lepton®은  FLIR의 AX8,
iPhone 5 및 안드로이드 스마트폰에 사용된 FLIR One 카메라,
FLIR C2 컴팩트 열화상카메라, TG165 적외선 영상 온도계,
T43 보안용 열화상 Mini-Bullet에 적용된 열화상 센서입니다.

Lepton®은 웨이퍼 형태로 제작된 신형 렌즈, 마이크로 Bolometer 초점면 배열(FPA), 그리고 첨단 영상 처리
기능을 갖추고 있습니다.

열화상 측정 기능을 갖춘 새로운 IOT 디바이스들은 보건, 안전, 온도 측정, 인체 감지 등의 분야에서 많은
가능성을 제공합니다.

안전 및 보안 – 야간에 주택이나 사업장 주위에 숨어 있는 사람을 탐지.
자동차 – 온도가 높은 자동차 안에 어린이나 동물이 남겨져 있는지 탐지.
마이크로 및 나노 UAV 플랫폼 – Lepton®을 사용하시면 UAV 플랫폼의 크기를 더욱 줄일 수 있습니다.
서비스 및 산업용 로봇 - Lepton® 열화상을 사용하여, 이동 로봇 주위의 사람감지, 화재감시등 보안 용도.
주택 보수 및 에너지 효율 향상 – 눈에 보이지 않는 외기 누열, 불량 단열 시공 , 누수나 습기부분 탐지
건물 자동화 및 사람의 존재여부 감지 – Lepton®으로 도어 자동 개폐 및 공기 조화 시스템의 자동운전,
차내 유아 탑승 감지를 할 수 있습니다.

<Lepton 80 x 60 열화상 이미지>

<Lepton 센서의 응용 분야>

<블록 다이어그램>

<Lepton 크기>

<Lepton 외형도>
▲ Shutterless 모델
    Lepton 1.5

    Lepton 1.6

▲ Shutter 포함 모델
    Lepton 2.0

    Lepton 2.5 (Radiometric, 온도출력)

    Lepton 3.0 (160 x 120 해상도)

    Lepton3.5 (160 x 120 해상도, 온도값 출력)

   Lepton 센서의 주파수 특성

   해상도 비교, Lepton 2.0 (해상도 80x60) vs. Lepton 3.0 (해상도 160x120)

   Lepton센서모듈의 컬러 파레트 모드 종류

   Lepton 센서모듈 장착시 고려사항
   - IR Window 장착 필요

   - IR Window의 최소 크기

   Lepton 센서모듈

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