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WO2012067422A9 - 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치 및 온도측정방법 - Google Patents

적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치 및 온도측정방법 Download PDF

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WO2012067422A9
WO2012067422A9 PCT/KR2011/008751 KR2011008751W WO2012067422A9 WO 2012067422 A9 WO2012067422 A9 WO 2012067422A9 KR 2011008751 W KR2011008751 W KR 2011008751W WO 2012067422 A9 WO2012067422 A9 WO 2012067422A9
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temperature
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pixels
indicator
array sensor
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PCT/KR2011/008751
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WO2012067422A2 (ko
WO2012067422A3 (ko
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신재우
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(주)이지템
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Publication date
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Priority to US13/885,159 priority patent/US20130230074A1/en
Priority to JP2013539756A priority patent/JP2013543133A/ja
Priority to CN2011800556036A priority patent/CN103250037A/zh
Priority to KR1020137015592A priority patent/KR101355946B1/ko
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Publication of WO2012067422A3 publication Critical patent/WO2012067422A3/ko
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    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/0275—Control or determination of height or distance or angle information for sensors or receivers

Definitions

  • the present invention relates to a technique for receiving a fine infrared ray generated by an object such as an object or a human body and measuring a corresponding thermal picture. More specifically, the present invention relates to a temperature measuring device for measuring a temperature of a subject using an infrared array sensor capable of measuring a thermal image of a subject, and a method of measuring a temperature of an entire or local region of a subject using the same.
  • a thermal sensing device that receives a minute infrared (IR) generated from an object or a human body and senses heat is widely used and used in various technical fields.
  • IR infrared
  • a conventional thermal sensing device installed in a dark place or the like to automatically turn on / off a lamp includes a pyroelectric sensor 10 and an amplifier as shown in FIG. 1. 11) Low Pass Filter 12, Comparator 13, Timer 14, Driver 15, Lamp 16, and Light Sensor 17 ) And the like.
  • the pyroelectric infrared sensor 10 receives, for example, fine infrared rays generated by the human body, and generates a corresponding low voltage electrical signal.
  • the amplifier 11 amplifies the low voltage electric signal into an electric signal of a predetermined voltage or higher.
  • the low pass filter 12 removes a noise component, for example, a noise of a high frequency component, introduced in a process of amplifying the electrical signal having a predetermined voltage or the like.
  • the comparator 13 compares an electrical signal of a predetermined voltage from which noise of a high frequency component is removed with a preset reference voltage V_Ref (for example, 0.7V) to drive the timer 14 when the reference voltage is higher than the reference voltage. .
  • V_Ref preset reference voltage
  • the driver 15 supplies power to the lamp 16 for a predetermined time (eg, 10 seconds) during which the timer 14 is driven so that the lamp 16 is turned on.
  • the photosensitive sensor 17 generates an electrical signal corresponding to the incident light according to the brightness of the surroundings, thereby enabling or disabling the operation of the comparator 13.
  • the pyroelectric infrared sensor 10 operates to automatically turn on the lamp 16 when a person approaches in a dark place through the above-described configuration.
  • the pyroelectric infrared sensor 10 uses a dielectric having a pyroelectric effect, as is well known. That is, the pyroelectric infrared sensor 10 no longer generates an electric signal when the infrared light is continuously received, and thus, the pyroelectric infrared sensor 10 may not detect an object or a human body in a stationary state.
  • thermopile sensor 20 is one of thermal sensors mainly used for non-contact measurement of the temperature of an object or a human body in a stationary state.
  • thermopile sensors are arranged in square (for example, 32 ⁇ 32) pixels and manufactured as a single module.
  • TAS Themopile Array Sensor (TAS) is being developed.
  • thermographic image measuring apparatus for measuring a thermal image of an object or a human body using a thermopile array sensor (TAS) has been developed.
  • TAS thermopile array sensor
  • FIG. 4 such a thermographic measurement apparatus includes a thermopile array sensor 30, an amplifier 31, a low pass filter 32, and a first A / D converter (Analog to Digital Converter) 33. , A second A / D converter 34, a digital signal processor 35, a display 36, and the like.
  • thermopile array sensor 30 is composed of a module (Module) in which a plurality of thermopile sensors are arranged in square pixels, for each partial region of the workpiece (for example 32 x 32) The temperature is measured.
  • thermopile array sensor 30 includes a temperature sensor (TS) for measuring the temperature inside the module, such as a thermistor.
  • TS temperature sensor
  • the temperature sensor TS outputs an electrical signal corresponding to the temperature inside the module, and also the infrared rays generated by the respective thermopile sensors constituting the thermopile array sensor 30 in the respective partial regions of the workpiece. It receives the unit of (Pixel) and outputs the corresponding electrical signals.
  • the amplifier 31 amplifies the electrical signals output from the thermopile array sensor 30, the low pass filter 32 removes the noise of the high frequency components introduced into the electrical signals, the first A / D
  • the converter 33 converts the noise controlled electric signal from an analog signal to a digital signal.
  • the second A / D converter 34 converts the electrical signal output from the temperature sensor TS from an analog signal to a digital signal.
  • the digital signal processing unit 35 compares the digital signal converted by the first A / D converter 33 and the digital signal converted by the second A / D converter 34 and compares the difference value. By calculating, the temperature for each partial region of the workpiece is calculated.
  • the temperature of the inside of the module measured by the temperature sensor TS is 10 ° C.
  • the first portion of the measurement object measured by the first pixel P (1, 1) in the thermopile array sensor 30 is 10 ° C.
  • the temperature difference value is calculated, and the temperature of the first partial region is measured to be 35 ° C.
  • the temperature difference value is calculated and the second portion is calculated.
  • the temperature of the region is measured to be 36 ° C.
  • thermopile sensor for infrared temperature measurement to have a meaningful temperature value
  • the temperature of the sensor itself must be measured before measuring the voltage output of the target's temperature.
  • this ambient temperature was measured and used as a sensor temperature on the assumption that the temperature of the sensor itself is the same as the ambient temperature of the environment using a thermometer.
  • the temperature sensor for measuring the temperature of the sensor itself is a thermistor sensor type with a nonlinear log function characteristic. Slow response speed and low accuracy of ambient temperature measurement.
  • the temperature measurement accuracy of the sensor itself is low.
  • the core temperature (Tc) which is the final temperature, is used to correct the actual temperature according to the change of the ambient temperature.
  • the ambient temperature value Ta was reflected in the conversion formula. In practice, however, when the ambient temperature drops below 18 degrees Celsius, the temperature of not only the sensor itself but also the optical parts around the sensor are lowered and the operation amplifier inside the system Where the temperature coefficient changes and the temperature value of the skin surface being lowered is additionally taken into account and corrected.
  • the conventional inventors US 5012813, US 6056435, US 6299347, US 6499877, US 7314309, US 7787938 can accept only one channel (or one pixel) of information, not an array form, which may occur in a non-contact measurement method. It was not possible to correct the error for distance measurement. In other words, there is no way to determine the distance from the subject to be measured by only one thermopile sensor.
  • a separate auxiliary means such as focusing on two LEDs is required.
  • thermometer or a subject it is impossible to detect or correct the shaking or movement of a thermometer or a subject that may occur in the conventional non-contact measurement method, and it is possible to distinguish a situation in which the temperature of the subject itself changes from the movement of the subject itself by using only one pixel of temperature data. Because there is not.
  • the present invention temperature measurement using an infrared array sensor that can measure the thermal image and body temperature more conveniently and accurately by selecting only a specific part of an object or a human body, for example, the forehead, ear, hand, etc. of the human body. It is an object to provide an apparatus and method.
  • a temperature measuring apparatus using an infrared array sensor includes an infrared array sensor module including a plurality of infrared sensors arranged in an array of a plurality of pixels to obtain thermal image information of a subject; An OSD generating module having an profile corresponding to the entire or local shape of the subject and generating an indicator defining a target area for measuring a temperature; A display module configured to display the indicator and the thermal image information; And when the target region of the subject indicated by the thermal image information overlaps the indicator while the thermal image information is displayed on the display module together with the indicator, controlling the infrared array sensor module to adjust the temperature of the subject. It can be configured to include; a controller to measure.
  • the temperature measuring device may further include a camera module for acquiring image information of the subject.
  • the display module superimposes the image information and the indicator, and the controller displays the target of the subject represented by the image information while the image information is displayed on the display module together with the indicator.
  • the temperature of the subject may be measured by controlling the infrared array sensor module.
  • the controller determines the pixels inside the indicator as valid pixels, and determines the temperature value measured by each infrared sensor corresponding to the valid pixels.
  • the final measurement temperature of the subject may be calculated based on the result.
  • the controller calculates an ambient temperature value based on temperature values measured by the infrared sensors corresponding to pixels other than the effective pixels, and the final measurement temperature of the subject according to the ambient temperature value. Can be corrected.
  • the controller may determine pixels corresponding thereto as valid pixels, and in this case, corresponding pixels
  • the final measurement temperature of the subject may be calculated based on the temperature values measured by the infrared sensors. Further, the controller calculates an ambient temperature value based on temperature values measured by infrared sensors corresponding to pixels other than the effective pixels, and calculates a final measurement temperature of the subject according to the ambient temperature value. You can correct it.
  • a temperature measuring method using an infrared array sensor includes: (a) acquiring thermal image information of a subject using an infrared array sensor; (b) generating an indicator having a profile corresponding to a target area of the subject whose temperature is to be measured and displaying the indicator together with the thermal image information of the subject; (c) measuring the temperature of the subject by operating the infrared array sensor when the target region of the subject indicated by the thermal image information overlaps the indicator; And (d) calculating and displaying a final measurement temperature of the subject based on temperature values measured by each of the plurality of infrared sensors included in the infrared array sensor.
  • the temperature measuring method comprises the steps of: (a) acquiring image information of a subject using a camera module; (b) generating an indicator having a profile corresponding to a target area of the subject whose temperature is to be measured and displaying the indicator together with the image information of the subject; (c) measuring the temperature of the subject by operating the infrared array sensor when the target region of the subject indicated by the image information overlaps the indicator; And (d) calculating and displaying a final measurement temperature of the subject based on temperature values measured by each of the plurality of infrared sensors included in the infrared array sensor.
  • the pixels inside the indicator are determined to be valid pixels, and based on the temperature values measured by the infrared sensors corresponding to the valid pixels.
  • the final measurement temperature of the subject can be calculated.
  • an ambient temperature value is calculated based on temperature values measured by the infrared sensors corresponding to pixels other than the effective pixels, and the final measured temperature of the subject is corrected according to the ambient temperature value. Can be.
  • pixels corresponding thereto are determined as valid pixels, and
  • the final measurement temperature of the subject may be calculated based on the temperature values measured by the infrared sensors corresponding to the effective pixels.
  • an ambient temperature value is calculated based on temperature values measured by the infrared sensors corresponding to pixels other than the effective pixels, and the final measured temperature of the subject is corrected according to the ambient temperature value.
  • the temperature measuring apparatus and method using the infrared array sensor for example, after displaying an indicator of any one shape corresponding to a specific part of the subject for measuring temperature, the image of the specific part of the subject is displayed. When superimposed on the indicator, the temperature of a specific portion of the subject is measured through the infrared array sensor module. Therefore, since the temperature measurement is performed when the measurement distance and the measurement angle with respect to the object become optimal, more accurate measurement can be made.
  • the effective pixels of the target area of the subject to be measured are selected, and accurate temperature measurement of the target area can be made based on the effective pixels.
  • the user can select only a specific part such as a person's forehead, ear, hand, etc., and measure the temperature more conveniently and accurately, thereby increasing the reliability of temperature measurement and heat distribution measurement as well as ease of use. Can be improved.
  • the ambient temperature value is calculated based on the invalid pixels around the effective pixel, and the measured value of the infrared sensor itself can be corrected based on the ambient temperature value. Therefore, since more accurate correction is possible than calculating the ambient temperature value based only on the temperature sensor disposed inside the sensor as in the related art, the temperature measurement result can be more reliable.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of a example of a heat sensing device using a pyroelectric infrared sensor.
  • FIG. 2 shows a configuration of a example of a heat sensing device using a thermopile sensor.
  • thermopile array sensor module shows a configuration of a example of the thermopile array sensor module.
  • FIG. 4 shows the configuration of an example of a thermal image measuring apparatus using a thermopile array sensor module.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of a portable terminal to which the present invention is applied.
  • FIG. 6 shows a configuration of an embodiment of a portable temperature measuring device to which the present invention is applied.
  • FIG. 7 illustrates an embodiment in which an indicator corresponding to a forehead portion of a person is displayed according to the present invention.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment in which an indicator corresponding to a human ear portion is displayed according to the present invention.
  • FIG 9 illustrates an embodiment in which an indicator corresponding to a hand part of a person is displayed according to the present invention.
  • FIG. 10 illustrates an embodiment in which a temperature of a specific portion touched by a user is displayed according to the present invention.
  • FIG. 11 illustrates an embodiment in which a camera image and a thermal image of a forehead portion of a person are overlaid according to the present invention.
  • FIG. 12 illustrates another embodiment of a portable temperature measuring device to which the present invention is applied.
  • FIG. 13 illustrates an embodiment in which an indicator corresponding to a forehead portion of a person is displayed on a translucent LCD according to the present invention.
  • FIG. 14 shows another embodiment of a portable temperature measuring device to which the present invention is applied.
  • FIG 15 illustrates an embodiment in which various indicators are printed on different transparent glass windows in accordance with the present invention.
  • FIG. 16 illustrates an embodiment in which an indicator corresponding to a forehead portion of a person is printed on a transparent glass window according to the present invention.
  • a temperature measuring apparatus using an infrared array sensor includes an infrared array sensor module including a plurality of infrared sensors arranged in an array of a plurality of pixels to obtain thermal image information of a subject; An OSD generating module having an profile corresponding to the entire or local shape of the subject and generating an indicator defining a target area for measuring a temperature; A display module configured to display the indicator and the thermal image information; And when the target region of the subject indicated by the thermal image information overlaps the indicator while the thermal image information is displayed on the display module together with the indicator, controlling the infrared array sensor module to adjust the temperature of the subject. It can be configured to include; a controller to measure.
  • the temperature measuring method using the infrared array sensor (a) obtaining the thermal image information of the subject using the infrared array sensor; (b) generating an indicator having a profile corresponding to a target area of the subject whose temperature is to be measured and displaying the indicator together with the thermal image information of the subject; (c) measuring the temperature of the subject by operating the infrared array sensor when the target region of the subject indicated by the thermal image information overlaps the indicator; And (d) calculating and displaying a final measurement temperature of the subject based on temperature values measured by each of the plurality of infrared sensors included in the infrared array sensor.
  • the temperature measuring apparatus using the infrared array sensor according to the present invention includes, for example, an infrared array sensor module, a camera module, and an electric circuit module for controlling these modules.
  • the infrared array sensor module may be arranged in an array form in which a plurality of infrared sensors (for example, thermopile sensors) are provided, such as a thermopile array sensor, respectively, and constitute pixels.
  • the camera module includes a camera element such as a CCD or CMOS camera to acquire image information of the subject.
  • the temperature measuring apparatus includes, for example, a camera module, a thermopile array sensor module (TAS Module), a display, a key button, and the like, as shown in FIG. 5.
  • the present invention may be applied to various types of portable devices.
  • the camera module and the thermopile array sensor module for example, may be installed side by side fixed to face the opposite direction to the display.
  • the camera module and the thermopile array sensor module may be installed to be rotated by 180 degrees or more by a separate rotating member so as to face in the same direction as or opposite to the display. It may be.
  • the temperature measuring device according to the present invention may be fixedly installed at a specific place.
  • the temperature measuring device may include a camera module, an infrared array sensor module, and an electronic circuit module.
  • the camera module may be configured of the lens unit 40, the CD 42, and the like.
  • the infrared array sensor module includes a thermopile array sensor 53, an amplifier 54, a low pass filter 55, a first A / D converter 56, a second A / D converter 57, and a digital. It may be configured to include a signal processor 58 or the like.
  • the electronic circuit module includes an automatic gain adjusting unit 42, a digital signal processing unit 43, a CCD driving unit 44, a controller 45, a detection unit 46, an overlapping unit 47, and an OSD generator 48. ), The switching unit 49, the display 50, the storage 51, the TAS driver 52, and the like.
  • the display 50 a small size LCD (LCD) and the like suitable for a portable terminal may be used, in particular, in consideration of the simplification of the key button and user convenience, the LCD with a touch screen (Touch Screen) function Can be used.
  • LCD LCD with a touch screen (Touch Screen) function Can be used.
  • the display 50 may optionally display camera image information photographed by a charge coupled device (CCD) 41 or thermal image information measured by a thermopile array sensor 53. Alternatively, the image information and the thermal image information may be overlapped and displayed. In addition, an indicator generated by the OSD generator 48 to be described later may be displayed on the display 50 overlapping with image information and / or thermal image information. To this end, the controller 45 controls the operation of the on-screen display (OSD) generation unit 48 according to a user key input, for example, various menus and OSD images (ie, various shapes). Indicator) is displayed on the display 50.
  • OSD on-screen display
  • the controller 45 controls the OSD generating unit 48, as shown in FIG. 7.
  • an indicator having an outline corresponding to the shape of the forehead of a person is displayed on the display unit 50.
  • the indicator has a profile corresponding to the whole or local shape of the subject.
  • the area in which the indicator is displayed defines a target area as a target area (total or local area of the subject) in which the user wants to measure the correct temperature.
  • the information on the specific shape and the display area of the indicator is based on the results of the experiments performed in advance so that the thermopile array sensor 53 is used to measure, for example, the measurement distance and the measurement angle which are most suitable for measuring the forehead portion of the human being. Based on this, the storage 51 is stored in advance and managed.
  • the controller 45 displays the image information of the camera photographed by the CD 41 or the thermal image information acquired by the thermopile array sensor superimposed on the display 50 while the indicator is displayed.
  • the switching unit 49 is controlled.
  • the user may appropriately adjust the measurement distance, the measurement angle, and the like so that the forehead portion of the person represented by the camera image is displayed according to the outline of the indicator.
  • thermopile array sensor 53 can be enabled.
  • the electrical signal output from the thermopile array sensor 53 passes through the amplifier 54, the low pass filter 55, the first A / D converter 56, the digital signal processor 58, and the like. It is processed as information.
  • the thermal image information refers to a temperature value acquired by each of the plurality of thermopile sensors, and the controller 45 actually measures the electrical signal measured by the respective thermopile sensors based on previously stored sensor calibration data. The value is calculated and converted to a temperature value.
  • the controller 45 may display a thermal image of different colors according to the temperature value measured in units of pixels on the display 50.
  • the temperature inside the sensor is measured through a separate temperature sensor, and the measured temperature value is compensated by the measured value.
  • the temperature value measured by the temperature sensor inside the sensor is regarded as the ambient temperature. Correct the measured value.
  • a thermistor sensor having a nonlinear logarithmic function is conventionally used as a temperature sensor, the accuracy of the temperature measurement of the sensor itself is low.
  • a PTAT Propotional to Absolute Temperature
  • the PTAT sensor makes the process of temperature correction simpler.
  • thermopile array sensor For example, a total of four PTAT sensors are mounted at each corner of the thermopile array sensor, and the measured values are corrected by using the average temperature of these PTAT sensors as the temperature of the sensor itself. Finally, the average value of the four PTAT sensors is taken and used, but before taking the average value, the temperature distribution range of each sensor is measured, and all four sensors must be within ⁇ 0.2 ° C. Use as a value.
  • the user can determine the position of the temperature measuring device or the subject. Adjust so that the target area of the subject's image is superimposed on the indicator. Thereafter, the temperature of the target area of the subject is measured.
  • the present invention measures the temperature of the subject according to the following temperature measuring method.
  • the pixels located inside the indicator overlapping the target area of the subject are determined as “effective pixels,” and the final measurement of the subject based on temperature values measured by the thermopile sensors corresponding to these effective pixels. Calculate the temperature. For example, in the case of an 8x8 array sensor, a total of 64 pixel values are measured, and not all pixel data will have a meaningful value, and among these, the pixels that are meant to be used for body temperature measurement are referred to as 'valid pixels'. To judge. That is, as shown in FIG.
  • thermopile array sensor 53 7, among 8 x 8 pixels of the thermopile array sensor 53, pixels corresponding to the forehead of the person defined by the indicator (for example, P (5 , 3 ) , P ( 5,4) , P (5,5) , P (5,6) , P (6,3) , P (6,4) , P (6,5) , P (6,6) ) Only valid pixels Selected by (Valid Pixel) and used for body temperature calculation.
  • the pixel area covered by the sensor is too wide by the field of view (FOV) to obtain accurate measurement temperature values. Can not. Therefore, the effective pixel can be obtained only by placing the subject's face within the reference distance.
  • the temperature measuring apparatus by first adjusting the target area of the subject indicated by the thermal image information (or image information) to the outline of the indicator, the measurement distance, the measurement angle, etc. with respect to the subject can be properly adjusted. have.
  • the corresponding pixel is determined as an effective pixel, and pixels outside the temperature range are regarded as a human body. It is not a temperature value measured for human body and is excluded from human temperature measurement.
  • the effective pixel may be determined in the following manner so that the measurement starts in a stable state.
  • thermopile array sensor For example, if a thermopile array sensor is measured, 64 pixel temperature values are acquired in one frame in the case of an 8 x 8 sensor. Each frame can be viewed as a set of 64 pixel data, and the motion can be determined by comparing the signals in the frame unit.
  • the cross-correlation value r is defined as follows for the delay value d between frames. .
  • mx and my are mean values of two frames.
  • the pixel value which is the x-axis value of the portion where the peak appears, represents the movement distance, which is the delay value of two frames.
  • the x-axis value of the part where the cross correlation value of the frame obtained through the two frames is displayed is -2, it means that the number of pixels moved by 2 pixels. Means that you have moved to.
  • the movement speed of the subject can be obtained by simple calculation.
  • the movement of the subject when the measurement time is set to 2 seconds, the movement of the subject should be limited to the minimum for 2 seconds while the measurement is carried out, and by the cross-correlation method mentioned above, the moving distance is limited to within 2 pixels so that x and y If the peak values are all less than ⁇ 2, normal temperature measurement result is indicated.
  • the above-described effective pixel determination method may be performed independently or in duplicate.
  • the pixels present in the indicator may be primarily determined as valid pixels, and in the case of having a temperature value within the temperature distribution range of the human body, it may be determined as a final valid pixel.
  • the number of effective pixels is not satisfied within a predetermined range, it may be determined that the measurement is performed at a distance from the reference distance and may be induced to perform temperature measurement again.
  • the measurement distance and angle can be adjusted primarily by superimposing the thermal image (or video image) of the subject and the indicator.
  • the discrimination method using effective pixels is further used as described above, Accurate distance adjustment is possible.
  • the controller 45 determines the effective pixels in the above manner, and determines the final measurement temperature of the subject based on the pixel data corresponding to each effective pixel (that is, the temperature value measured by the infrared sensor corresponding to the effective pixels). Can be calculated.
  • the present invention it is possible to more accurately measure the ambient temperature value based on pixels other than the effective pixels, and through this, it is possible to more accurately correct the final measurement temperature of the subject.
  • Ts temperature conversion value according to the infrared detection amount measured by the infrared sensor constituting each pixel
  • Tpyro the internal temperature value of the sensor measured by the temperature sensor
  • an indicator having a profile corresponding thereto is generated in a target area indicated by a thermal image image (obtained by an infrared array sensor) or an image image (acquired by a camera) of the subject, and the indicator is generated by the thermal image or image of the subject. Overlap the image.
  • the controller 45 operates the infrared array sensor to measure the temperature of the subject.
  • the controller 45 determines the effective pixel through the methods described above.
  • the ambient temperature value "Tamb" is calculated based on the pixel data of pixels other than the effective pixels (ineffective pixels).
  • the final measurement temperature may be calculated based on the pixel data values of the compensated effective pixels, respectively.
  • the temperature inside the sensor is measured relatively precisely with a PTAT sensor, the temperature inside the sensor may in principle be different from the ambient temperature of the subject. Therefore, in order to accurately measure the temperature of the target area of the subject, an environment in which the Tpyro value, which is the basis for calculating the Tp value, is equal to the ambient temperature value of the actual subject is required. However, in the conventional temperature measuring apparatus, a method for accurately measuring the ambient temperature of the subject is not appropriate. Therefore, it is recommended that the measurement is performed after leaving the thermometer for a considerable time.
  • a Tp value may be primarily calculated based on the Tpyro value, but the ambient temperature value of the subject may be calculated based on pixel data of an invalid pixel for the surroundings instead of the subject.
  • the controller 45 may warn the user that the user is not in an appropriate temperature measurement environment through the display 50 or a separate notification means (such as a speaker). .
  • the controller 45 may determine the appropriate temperature measurement environment and guide the measurement to the user when the calculated ambient temperature value Tamb value is within a predetermined range compared to the Tpyro value.
  • the pixel data of the effective pixel may be corrected using the ambient temperature value calculated based on the invalid pixels, and the final measurement temperature of the subject may be calculated based on the compensated pixel data of the effective pixel.
  • the data measured through the thermopile sensors corresponding to each effective pixel is a temperature value of the subject's face surface. Therefore, it is distributed lower than the actual human body temperature value, it is necessary to convert the actual body temperature value, the process is as follows.
  • the experimental method In order to derive the relationship between the pixel temperature collected by the infrared sensor and the actual body temperature of the subject, 200 patients (100 normal patients and 100 fever patients) were tested.
  • the experimental method first collected pixel temperature values through the array sensor using the device, and at the same time, the intraoral temperature was recollected using a hospital contact electronic thermometer. At this time, the measurement was performed five times in total.
  • the array sensor data is 64 for 8x8, extracting the effective pixels as mentioned above, and using the maximum value indicating the highest temperature among them as the face surface temperature of the subject. do.
  • the average value of the maximum values of the five array sensor data collected for each subject is obtained, and similarly, the average value of the five intraoral temperature values and the comparison table are constructed. That is, the final conversion table is obtained by setting the X axis to the face surface temperature value (the maximum value of the pixel data) and the Y axis to the intraoral temperature value.
  • the obtained conversion table is configured in the form of a look-up table (LUT) and programmed into the microprocessor internal ROM memory, and the actual body temperature is obtained by converting the Y-axis value by linear regression by inserting the measured value into the X-axis. This is calculated.
  • LUT look-up table
  • the controller 45 may weight the pixel data of the effective pixels before converting the pixel data of the effective pixels to the body temperature value so that the accurate surface temperature value may be measured. You may. In addition, the controller 45 may exclude the pixel data of the highest temperature and the pixel data of the lowest temperature when calculating the average temperature value of the effective pixels for the accuracy of the data.
  • the present invention more accurate temperature measurement is possible by the above-described effective pixel determination, ambient temperature value compensation, and body temperature value conversion by a look-up table.
  • a plurality of infrared sensors that can individually measure the temperature of the local area make up each pixel, it is possible to accurately measure the temperature of the subject based on the pixel data obtained by measuring the thermal image at once without moving the device. It can be measured.
  • the controller 45 controls the operation of the OSD generator 48 to display the characters corresponding to the calculated average temperature (eg, 36.7 degrees) on the display 50. Therefore, the user can more conveniently select only the forehead portion of the person and measure the thermal image, and can also measure the temperature corresponding to the forehead portion of the person.
  • the calculated average temperature eg, 36.7 degrees
  • the controller 45 controls the operation of the detection unit 46 while the indicator is displayed, scans an image of a camera image processed digitally, and then detects the contour of the forehead portion of the person. If they compare and match with each other, the thermographic measurement operation can be started automatically at that time.
  • the display 50 may include a menu item (eg, Camera) for displaying a camera image and a menu item (eg, Overlay) for superimposing the camera image and the thermal image. ), A menu item (eg, Temp.) For displaying the temperature measurement result, and a menu item (eg, TAS) for displaying the thermal image measured by the thermopile array sensor may be displayed.
  • a menu item eg, Camera
  • a menu item eg, Overlay
  • a menu item eg, Temp.
  • TAS for displaying the thermal image measured by the thermopile array sensor
  • the display 50 shows the type of indicator currently displayed (for example, Forehead), and a selection item (for example, left and right arrows) for changing and displaying other types of indicators (for example, Ear and Hand).
  • a selection item eg, Enter
  • the type of indicator currently displayed for example, Forehead
  • a selection item for example, left and right arrows
  • other types of indicators for example, Ear and Hand
  • a selection item eg, Enter
  • the controller 45 controls the operation of the OSD generator 48, for example, when the user pushes a selection item or an arbitrary key button displayed on the display 50 to request the display of another type of indicator. So that the corresponding indicator is displayed.
  • the controller 45 controls the operation of the OSD generator 48 to display the ear on the display 50.
  • the indicator of the shape is displayed.
  • pixels corresponding to the human ear for example, P (2,4) , P (2,5) , P (3,4) , P (3,5) , P (4,4) , P (4,5) , P (5,4) , P (5,5) , P (6,4) , P (6,5) , P ( 7,4) , and P (7,5)
  • P corresponding to the human ear for example, P (2,4) , P (2,5) , P (3,4) , P (3,5) , P (4,4) , P (4,5) , P (5,4) , P (5,5) , P (6,4) , P (6,5) , P ( 7,4) , and P (7,5)
  • the controller 45 controls the operation of the OSD generating unit 48.
  • the controller 45 calculates the average temperature (eg, 36.7) of the effective pixels as the final measurement temperature and displays it on the display 50, for example, as shown in FIG. 10 according to a user's request. can do.
  • the controller 45 may simultaneously select and display the highest temperature (eg, 36.9) and the lowest temperature (eg, 36.5) among the effective pixels.
  • the controller 45 excludes the highest temperature and the lowest temperature so that the average temperature is more stabilized or the temperature of the pixel disposed in the middle of the effective pixels. For a high weight (for example, 120%) may be given, and for the temperature of the pixels arranged around the low weight (for example 80%) may be given.
  • the controller 45 may touch a hand at a specific position of the display 50, for example, as illustrated in FIG. 10.
  • the operation of the OSD generator 48 is controlled to control the temperature of the pixel (eg, T (6,5) ) corresponding to the position (eg, 36.8 degrees). You can also display only.
  • the controller 45 controls the operations of the overlapping unit 47 and the switching unit 49.
  • the camera image and the thermal image may overlap each other and be displayed on the display 50.
  • the user can easily identify the heat distribution corresponding to the forehead portion of the person.
  • the controller 45 stores the camera image, the thermal image, and the measured temperatures in the storage 51. Save it so that the user can play it later.
  • the temperature measuring device to which the present invention is applied may further include, for example, a wire communication module or a wireless communication module.
  • the controller 45 may transmit camera images, thermal images, and measured temperatures stored in the storage 51 to a computer or a server connected through wired or wireless communication.
  • a translucent LCD may be used as a display.
  • the user may visually check the shape of the subject transmitted through the transparent or translucent LCD instead of the camera image.
  • various types of indicators suggested by the present invention may be projected onto the transparent or translucent LCD. For example, as shown in FIG. 13, when an indicator corresponding to a forehead part of a person is displayed on the transparent or translucent LCD, the user directly looks at the shape of the subject passing through the LCD. While viewing, it is possible to appropriately adjust the measurement distance and angle by adjusting the target area and the indicator.
  • thermographic measurement key When the user pushes a thermographic measurement key or the like, as described with reference to FIG. 7, the thermal image measurement and the temperature measurement are performed through effective pixel selection and ambient temperature compensation.
  • a transparent glass window may be used together with the LCD as a display.
  • a low-cost small LCD or translucent LCD may be provided at the upper portion of the transparent glass window to display a minimal message.
  • An indicator having an arbitrary shape may be printed on the transparent glass window in the form of a label. For example, as shown in FIG. 15, the user may replace an indicator having another shape as needed.
  • the user may visually see the shape of the subject transmitted through the transparent glass window instead of the camera image, and adjust the measurement distance and the measurement angle so that the target area of the subject matches the indicator printed on the transparent glass window. For example, as shown in FIG. 16, when an indicator corresponding to a forehead portion of a person is printed on the transparent glass window, the user visually sees a subject shape passing through the transparent glass window. It is possible to adjust the measuring distance and measuring angle that are suitable for the forehead part of the body.
  • the thermal image can be measured more conveniently and accurately, thereby improving the convenience of use, and furthermore, the temperature measurement and the heat distribution measurement.
  • the reliability can be further improved.

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Abstract

적외선 어레이 센서를 이용한 온도 측정 장치 및 방법이 개시된다. 본 장치는, 복수의 픽셀로 이루어진 어레이로 배열된 복수의 적외선 센서를 포함하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 적외선 어레이 센서 모듈; 상기 피사체의 전체 또는 국부 형상에 대응하는 프로파일을 가지며 온도를 측정하고자 하는 타겟 영역을 정의하는 인디케이터를 생성하는 오에스디 생성 모듈; 상기 인디케이터 및 상기 열화상 정보를 표시하는 디스플레이 모듈; 및 상기 열화상 정보가 상기 인디케이터와 함께 상기 디스플레이 모듈에 표시된 상태에서, 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서 모듈을 제어하여 상기 피사체의 온도를 측정하는 컨트롤러;를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치 및 온도측정방법
본 발명은, 예컨대 물체 또는 인체 등의 피사체에서 발생하는 미세한 적외선(Infrared Ray)을 수신하여 그에 상응하는 열화상(Thermal Picture)을 측정하는 기술에 관한 것이다. 보다 자세하게는 피사체의 열화상을 측정할 수 있는 적외선 어레이 센서를 이용하여 피사체의 온도를 측정하는 온도 측정 장치 및 이를 이용하여 피사체의 전체 또는 국부 영역의 온도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 물체 또는 인체 등에서 발생하는 미세한 적외선(Infrared; IR)을 수신하여 열을 감지하는 열 감지 장치가, 널리 보급되어 여러 기술 분야에 사용되고 있다.
예를 들어, 어두운 장소 등에 설치되어 조명등(Lamp)이 자동으로 온/오프되는 종래의 열 감지 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 초전형 적외선 센서(Pyroelectric Sensor; 10), 앰프(Amplifier; 11), 로우 패스 필터(Low Pass Filter; 12), 비교기(Comparator; 13), 타이머(Timer; 14), 드라이버(Driver; 15), 램프(Lamp; 16), 그리고 감광 센서(Light Sensor; 17) 등을 포함하여 구성된다.
이와 같은 열 감지 장치에서는, 초전형 적외선 센서(10)가 예컨대 인체에서 발생하는 미세한 적외선을 수신하여, 그에 상응하는 저전압의 전기 신호를 발생시킨다. 그리고, 앰프(11)는 저전압의 전기 신호를 소정 전압 이상의 전기 신호로 증폭한다.
또한, 로우 패스 필터(12)는, 소정 전압 이상의 전기 신호로 증폭하는 과정 등에서 유입된 노이즈(Noise) 성분, 예를 들어, 고주파 성분의 노이즈를 제거한다.
그리고, 비교기(13)는 고주파 성분의 노이즈가 제거된 소정 전압 이상의 전기 신호를 사전에 설정된 기준 전압(V_Ref, 예컨대 0.7V)과 비교하여, 상기 기준 전압보다 높은 경우 타이머(14)를 구동시키게 된다.
또한, 드라이버(15)는 타이머(14)가 구동되는 일정 시간 동안(예컨대 10초) 램프(16)에 전원을 공급하여 램프(16)를 온(On) 상태가 되게 한다. 여기서, 감광 센서(17)는 주변의 밝기에 따라 입사되는 광에 상응하는 전기 신호를 발생시켜, 비교기(13)의 동작을 인에이블(Enable)시키거나, 또는 디스에이블(Disable)시키게 된다.
종래의 열 감지 장치는 상술한 구성을 통해 어두운 장소에서 사람이 접근할 때 초전형 적외선 센서(10)가 작동하여 램프(16)를 자동으로 온(On)시키게 된다. 여기서, 초전형 적외선 센서(10)는 널리 알려진 바와 같이 초전(Pyroelectric) 효과를 나타내는 유전체를 사용한다. 즉, 초전형 적외선 센서(10)는 적외선이 지속적으로 수신되면 더 이상 전기 신호를 발생시키지 않으므로, 정지 상태에 있는 물체 또는 인체를 감지하지 못하는 단점이 있다.
이를 보안하기 위하여, 도 2에 도시한 바와 같이, 초전형 적외선 센서(10) 대신에 써모파일 센서(Thermopile Sensor; 20)를 사용하는 열 감지 장치가 개발되었다. 써모파일 센서(20)는 정지 상태에 있는 물체 또는 인체의 온도를 비접촉식으로 측정하는데 주로 사용되는 열 감지 센서 중 하나이다.
그리고, 최근에는, 예컨대 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 써모파일 센서들이 정방형(예컨대 32 x 32)의 픽셀(Pixel)들로 배치되어 하나의 모듈(Module)로 제작된 써모파일 어레이 센서(TAS: Themopile Array Sensor)가 개발되고 있다.
이러한 써모파일 어레이 센서(TAS)를 이용하여 물체 또는 인체 등의 열화상을 측정하는 열화상 측정 장치가 개발되고 있다. 이러한 열화상 측정 장치는, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이, 써모파일 어레이 센서(30), 앰프(31), 로우 패스 필터(32), 제1 A/D 컨버터(Analog to Digital Converter; 33), 제2 A/D 컨버터(34), 디지털 신호 처리부(Digital Signal Processor; 35), 그리고 디스플레이부(Display; 36) 등이 포함되어 구성된다.
한편, 써모파일 어레이 센서(30)는, 예를 들어, 다수의 써모파일 센서들이 정방형의 픽셀들로 배치된 모듈(Module)로 구성되어, 측정물의 각 부분 영역별(예: 32 x 32)로 온도를 측정하게 된다. 또한, 써모파일 어레이 센서(30)는, 서미스터(Thermistor) 등과 같이, 모듈 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(TS: Temperature Sensor)가 포함한다.
여기서, 온도 센서(TS)는 모듈 내부의 온도에 상응하는 전기 신호를 출력하고, 또한 써모파일 어레이 센서(30)를 구성하는 각각의 써모파일 센서들이 측정물의 각 부분 영역들에서 발생하는 적외선들을 픽셀(Pixel) 단위로 수신하여 그에 상응하는 전기 신호들을 출력하게 된다.
또한, 앰프(31)는 써모파일 어레이 센서(30)에서 출력되는 전기 신호들을 증폭하고, 로우 패스 필터(32)는 상기 전기 신호들에 유입된 고주파 성분의 노이즈를 제거하며, 제1 A/D 컨버터(33)는 노이즈가 제어된 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다.
그리고, 제2 A/D 컨버터(34)는 온도 센서(TS)에서 출력되는 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다. 또한, 디지털 신호 처리부(35)는, 제1 A/D 컨버터(33)에 의해 변환된 디지털 신호와, 제2 A/D 컨버터(34)에 의해 변환된 디지털 신호를 비교한 후 그 차이 값을 산출함으로써, 측정물의 각 부분 영역별 온도를 계산하게 된다.
예를 들어, 온도 센서(TS)에 의해 측정된 모듈 내부의 온도가 10℃ 이고, 써모파일 어레이 센서(30) 내의 제1 픽셀(P(1,1))에 의해 측정된 측정물의 제1 부분 영역의 온도가 45℃ 이면, 그 온도 차 값을 산출하여, 제1 부분 영역의 온도를 35℃라고 측정한다. 마찬가지로, 써모파일 어레이 센서(30) 내의 제2 픽셀(P(1,2))에 의해 측정된 측정물의 제2 부분 영역의 온도가 46℃이면, 그 온도 차 값을 산출하여, 상기 제2 부분 영역의 온도를 36℃라고 측정하게 된다.
위와 같이 측정된 각 부분 영역들의 온도차 값에 상응하는 열화상 이미지를 생성한 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 모니터 등과 같은 디스플레이부(36)에 표시하게 된다. 따라서 사용자는 모니터 등에 표시된 열화상 이미지를 통해 측정물의 열 분포 상태 등을 식별할 수 있게 된다.
그러나, 상술한 종래의 열화상 측정 장치를 이용하여 물체 또는 인체의 특정 부위(예컨대, 사람의 이마, 귀, 손 등)만을 선택적으로 측정하기 위해서는, 측정 대상의 해당 특정 부위와 열화상 측정 장치 사이의 측정 거리, 측정 각도 등이 주의 깊게 조절되어져야 하기 때문에, 사용상의 불편함이 초래된다. 만약 측정 거리 및 측정 각도 등이 부적절하게 조절되면, 온도 측정 및/또눈 열 분포 측정에 치명적인 오류가 발생하게 된다.
적외선 온도 측정을 위한 일반적인 써모파일 센서가 의미있는 온도값을 가지기 위해서는, 타겟의 온도에 대한 전압 출력값을 측정하기 전에 센서 자체의 온도를 측정해야 한다. 종래에는 센서 자체의 온도가 체온계를 사용하는 환경의 주변 온도(ambient temperature)와 같다는 전제하에, 이 주변 온도를 측정하여 센서 온도로 사용하였다. 그러나, US 5012813, US 6056435, US 6299347, US 6499877, US 7314309, US 7787938에 개시된 종래 기술에서는, 센서 자체의 온도를 측정하는 온도센서가 비선형적인 로그(log) 함수 특성을 가진 써미스터 센서 방식이어서, 응답 속도가 느리고 주변온도 측정의 정확도가 낮다. 특히, 센서 자체의 온도 측정을 위해 단 한 개의 온도센서만을 사용하기 때문에, 센서 자체의 온도 측정의 정확도가 낮다는 단점이 있다.
또한, 종래의 발명인 US 5012813, US 6056435, US 6299347, US 6499877, US 7314309, US 7787938에서는, 주변 온도의 변화에 따른 실제 체온값을 보정하기 위해 최종 체온값인 심부 체온(Core temperature; Tc)의 변환식에 주변온도값인 Ta(Ambient Temperature) 값을 반영하였다. 그러나, 실제로는 주변온도가 18도(℃) 이하로 낮아지는 경우, 센서 자체의 온도 뿐만 아니라 센서 주변의 광학부(optical part)도 온도가 낮아지고, 또한 시스템 내부의 연산증폭기(operation amplifier)의 온도 계수가 변화하여 측정되는 피부 표면의 온도값이 낮아지는 부분이 추가적으로 고려되고 보정되어야 한다.
나아가, 종래의 발명인 US 5012813, US 6056435, US 6299347, US 6499877, US 7314309, US 7787938에서는, 어레이 형태가 아닌 1채널(또는 1픽셀)의 정보만을 받아들일 수 있으므로, 비접촉 측정 방식에서 발생할 수 있는 거리 측정에 대한 오차를 보정하기가 불가능하였다. 즉, 한 픽셀의 정보만으로는, 다시 말해서 하나의 써모파일 센서만으로는 실제 측정하고자 하는 피사체와의 거리 상태를 파악할 수 있는 방법이 없다. 예컨대, PCT/IB2006/003859에 개시된 종래 기술과 같이 두 개의 LED로 초점을 모으도록 하는 것과 같은 별도의 보조적인 수단을 필요로 한다. 뿐만 아니라, 종래의 비접촉 측정 방식에서 발생할 수 있는 체온계 또는 피측정자의 흔들림이나 움직임에 대한 검출 또는 보정이 불가능한데, 이는 한 픽셀의 온도 데이터만으로는 피사체 자체가 움직이는 것과 온도 자체가 변화하는 상황을 구분할 수 없기 때문이다.
한편, 종래의 발명인 US 7787938 및 PCT/IB2006/003859는 이마 부위에서 피부 표면의 피크값을 찾기 위해 체온계를 이마에 밀착시켜 스캔을 하거나 이마에서 5cm 가량 떨어뜨린 상태에서 스캔을 해야만 했다. 이는 센서가 단 하나의 픽셀만을 가지고 있기 때문에 온도가 가장 높은 부위를 찾기 위해서는 체온계 자체를 움직일 수밖에 없기 때문이다. 그러나 얼굴에 분포해 있는 측두동맥(temporal artery)의 분포가 개인마다 편차가 있어서 이마 부위가 가장 온도가 높은 경우도 있고, 이마보다는 입 주위나 관자놀이 부위가 더 온도가 높은 경우도 있다. 따라서 종래의 기술로는 얼굴 전체를 스캔하며 측정하기 어렵기 때문에 대표적으로 이마 부위만을 스캔하도록 되어 있어서 이마가 아니라 얼굴 부위의 온도가 더 높은 피험자의 경우에는 정확한 체온의 측정이 어려운 단점이 있다.
본 발명은, 물체 또는 인체의 특정 부위, 예를 들어, 사람의 이마, 귀, 손 등과 같은 특정 부위만을 선별하여, 보다 편리하고 정확하게 열화상 및 체온을 측정할 수 있는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치는, 복수의 픽셀로 이루어진 어레이로 배열된 복수의 적외선 센서를 포함하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 적외선 어레이 센서 모듈; 상기 피사체의 전체 또는 국부 형상에 대응하는 프로파일을 가지며 온도를 측정하고자 하는 타겟 영역을 정의하는 인디케이터를 생성하는 오에스디 생성 모듈; 상기 인디케이터 및 상기 열화상 정보를 표시하는 디스플레이 모듈; 및 상기 열화상 정보가 상기 인디케이터와 함께 상기 디스플레이 모듈에 표시된 상태에서, 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서 모듈을 제어하여 상기 피사체의 온도를 측정하는 컨트롤러;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 온도측정장치는, 상기 피사체의 영상 정보를 취득하는 카메라 모듈을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 모듈은 상기 영상 정보 및 상기 인디케이터를 중첩시켜 표시하며, 상기 컨트롤러는, 상기 영상 정보가 상기 인디케이터와 함께 상기 디스플레이 모듈에 표시된 상태에서, 상기 영상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서 모듈을 제어하여 상기 피사체의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 피사체의 상기 타켓 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 인디케이터 내부의 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 각각의 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출할 수 있다. 나아가, 상기 컨트롤러는, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정할 수 있다.
한편, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값이 미리 설정된 온도 범위 내에 있는 경우 그에 대응하는 픽셀들을 유효픽셀들로 판단할 수 있으며, 이 경우 상기 유효픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출할 수 있다. 나아가, 상기 컨트롤러는, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도 측정 방법은, (a) 적외선 어레이 센서를 이용하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 단계; (b) 온도를 측정하고자 하는 상기 피사체의 타겟 영역에 대응하는 프로파일을 가지는 인디케이터를 생성하여 상기 피사체의 상기 열화상 정보와 함께 표시하는 단계; (c) 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서를 동작시켜 상기 피사체의 온도를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 적외선 어레이 센서에 포함된 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값들을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하여 표시하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 온도측정방법은, (a) 카메라 모듈을 이용하여 피사체의 영상 정보를 취득하는 단계; (b) 온도를 측정하고자 하는 상기 피사체의 타겟 영역에 대응하는 프로파일을 가지는 인디케이터를 생성하여 상기 피사체의 상기 영상 정보와 함께 표시하는 단계; (c) 상기 영상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서를 동작시켜 상기 피사체의 온도를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 적외선 어레이 센서에 포함된 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값들을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하여 표시하는 단계;를 포함할 수도 있다.
특히, 피사체의 최종측정온도를 산출하는 (d) 단계에서, 상기 인디케이터 내부의 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출할 수 있다. 이 경우, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정할 수 있다.
또한, 피사체의 최종측정온도를 산출하는 (d) 단계에서, 상기 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값이 미리 설정된 온도 범위 내에 있는 경우 그에 대응하는 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출할 수 있다. 이 경우, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정할 수 있다.
본 발명에 적외선 어레이 센서를 이용한 온도 측정 장치 및 방법에 따르면, 예를 들어, 온도를 측정하기 위한 피사체의 특정 부위에 상응하는 임의의 한 형상의 인디케이터를 표시한 후, 피사체의 특정 부위의 영상이 상기 인디케이터에 중첩될 때, 적외선 어레이 센서 모듈을 통해 피사체의 특정 부위의 온도를 측정한다. 따라서, 대상물에 대한 측정 거리 및 측정 각도가 최적의 상태가 될 때 온도 측정이 수행되므로 더 정확한 측정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 측정의 대상이 되는 피사체의 타겟 영역에 대한 유효픽셀을 선별하고, 이를 기초로 타겟 영역에 대한 정확한 온도 측정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 사람의 이마, 귀, 손 등과 같은 특정 부위만을 선별하여, 보다 편리하고 정확하게 온도를 측정할 수 있게 되므로, 사용상의 편리성 뿐만 아니라 온도 측정 및 열 분포 측정에 대한 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
나아가, 유효픽셀 주변의 비유효픽셀을 기초로 주변온도값을 산출하고, 이 주변온도값을 기초로 적외선 센서 자체의 측정값을 보정할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 센서 내부에 배치된 온도 센서만을 기초로 주변온도값을 산출하는 것보다 더 정밀한 보정이 가능하므로, 온도 측정 결과를 더 신뢰할 수 있다.
도 1은 초전형 적외선 센서를 이용하는 열 감지 장치에 대한 종례예의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 써모파일 센서를 이용하는 열 감지 장치에 대한 종례예의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 써모파일 어레이 센서 모듈에 대한 종례예의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 써모파일 어레이 센서 모듈을 이용한 열화상 측정 장치에 대한 종례예의 구성을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명이 적용되는 휴대용 단말기에 대한 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 휴대용 온도 측정 장치에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따라 사람의 이마 부분에 해당하는 인디케이터가 표시된 실시예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 사람의 귀 부분에 해당하는 인디케이터가 표시된 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따라 사람의 손 부분에 해당하는 인디케이터가 표시된 실시예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따라 사용자에 의해 터치된 특정 부분의 온도가 표시된 실시예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명에 따라 사람의 이마 부분의 카메라 영상과 열화상이 중첩 표시된 실시예를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명이 적용되는 휴대용 온도 측정 장치에 대한 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명에 따라 반투명 엘씨디에 사람의 이마 부분에 해당하는 인디케이터가 표시된 실시예를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명이 적용되는 휴대용 온도 측정 장치에 대한 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명에 따라 다양한 인디케이터들이 각기 다른 투명 유리창에 인쇄된 실시예를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명에 따라 투명 유리창에 사람의 이마 부분에 해당하는 인디케이터가 인쇄된 실시예를 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 초전형 적외선 센서
11,31,54 : 앰프
12,32,55 : 로우 패스 필터
13 : 비교기
14 : 타이머
15 : 드라이버
16 : 램프
17 : 감광 센서
20 : 써모파일 센서
30,53 : 써모파일 어레이 센서
33,34,56,57 : A/D 컨버터
35,43,58 : 디지털 신호 처리부
36,50 : 디스플레이부
40 : 렌즈부
41 : 씨씨디
42 : 자동 이득 조절부
44 : CCD 구동부
45 : 컨트롤러
46 : 검출부
47 : 중첩부
48 : 오에스디 생성부
49 : 스위칭부
51 : 스토리지
52 : TAS 구동부
본 발명에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치는, 복수의 픽셀로 이루어진 어레이로 배열된 복수의 적외선 센서를 포함하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 적외선 어레이 센서 모듈; 상기 피사체의 전체 또는 국부 형상에 대응하는 프로파일을 가지며 온도를 측정하고자 하는 타겟 영역을 정의하는 인디케이터를 생성하는 오에스디 생성 모듈; 상기 인디케이터 및 상기 열화상 정보를 표시하는 디스플레이 모듈; 및 상기 열화상 정보가 상기 인디케이터와 함께 상기 디스플레이 모듈에 표시된 상태에서, 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서 모듈을 제어하여 상기 피사체의 온도를 측정하는 컨트롤러;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도 측정 방법은, (a) 적외선 어레이 센서를 이용하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 단계; (b) 온도를 측정하고자 하는 상기 피사체의 타겟 영역에 대응하는 프로파일을 가지는 인디케이터를 생성하여 상기 피사체의 상기 열화상 정보와 함께 표시하는 단계; (c) 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서를 동작시켜 상기 피사체의 온도를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 적외선 어레이 센서에 포함된 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값들을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하여 표시하는 단계;를 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치 및 온도측정방법에 대한 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치는, 예컨대 적외선 어레이 센서 모듈(Infrared Array Sensor Module), 카메라 모듈(Camera Module), 및 이들 모듈들을 제어하는 전자 회로 모듈(Electric Circuit Module)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 적외선 어레이 센서 모듈은, 예컨대 써모파일 어레이 센서와 같이, 적외선 센서(예컨대, 써모파일 센서)가 복수개 구비되어 각각이 픽셀을 구성하는 어레이 형태로 배열될 수 있으며, 사물이나 인체 등과 같은 피사체의 열화상 정보를 취득한다. 또한, 카메라 모듈은 예컨대 씨씨디 (CCD) 또는 씨모스(CMOS) 카메라와 같은 카메라 소자를 포함하여 피사체의 영상 정보를 취득한다. 아울러, 본 발명에 따른 온도측정장치는, 예컨대 도 5에 도시한 바와 같이, 카메라 모듈과, 써모파일 어레이 센서 모듈(TAS Module)과, 디스플레이(Display), 그리고 키 버튼(Key Button) 등이 구비된 다양한 유형의 휴대용 단말기(Portable Device)에 적용될 수도 있다. 여기서, 카메라 모듈과 써모파일 어레이 센서 모듈은, 예를 들어, 디스플레이와 반대되는 방향을 향하도록 나란하게 고정되어 설치될 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 카메라 모듈과 써모파일 어레이 센서 모듈은, 디스플레이와 반대되는 방향 또는 같은 방향을 향하도록, 별도의 회전 부재(Rotator)에 의해 180도 이상 회전될 수 있도록 설치될 수도 있다. 나아가, 본 발명에 따른 온도측정장치는 특정한 장소에 고정되어 설치될 수도 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 온도측정장치의 세부 구성 및 그 작동 방식에 대해 자세히 설명한다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 온도측정장치는 카메라 모듈, 적외선 어레이 센서 모듈 및 전자 회로 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 카메라 모듈은, 렌즈부(40), 씨씨디(42) 등으로 구성될 수 있다. 그리고, 적외선 어레이 센서 모듈은, 써모파일 어레이 센서(53), 앰프(54), 로우 패스 필터(55), 제1 A/D 컨버터(56), 제2 A/D 컨버터(57), 그리고 디지털 신호 처리부(58) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 전자 회로 모듈은, 자동 이득 조절부(42), 디지털 신호 처리부(43), CCD 구동부(44), 컨트롤러(45), 검출부(46), 중첩부(47), 오에스디 생성부(48), 스위칭부(49), 디스플레이(50), 스토리지(51), TAS 구동부(52) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 디스플레이(50)는, 휴대용 단말기에 적합한 소형 크기의 엘씨디(LCD) 등이 사용될 수 있으며, 특히 키 버튼의 간소화와 사용자의 편의성 등을 고려하여, 터치스크린(Touch Screen) 기능이 구비된 엘씨디가 사용될 수 있다.
이러한 디스플레이(50)에는, 씨씨디(CCD: Charge Coupled Device)(41)에 의해 촬영되는 카메라 영상 정보, 또는 써모파일 어레이 센서(53)에 의해 측정되는 열화상 정보가 선택적으로 표시될 수도 있고, 또는 영상 정보와 열화상 정보가 중첩(Overlay)되어 표시될 수도 있다. 나아가, 디스플레이(50)에는 후술할 오에스디 생성부(48)에서 생성된 인디케이터(Indicator)가 영상 정보 및/또는 열화상 정보와 함께 중첩되어 표시될 수도 있다. 이를 위해, 컨트롤러(45)는, 사용자 키(User Key) 입력 등에 따라, 오에스디(OSD: On Screen Display) 생성부(48)의 동작을 제어하여, 다양한 메뉴 및 오에스디 영상(즉, 다양한 형상의 인디케이터)이 디스플레이(50)에 표시되도록 한다.
예를 들어, 사용자가 사람(피사체)의 이마(Forehead) 부위만을 선별하여 열화상을 측정하고자 하는 경우, 컨트롤러(45)가 오에스디 생성부(48)를 제어하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 사람의 이마 형상에 해당하는 윤곽선(Edge Line)을 가진 인디케이터(Indicator)를 상기 디스플레이부(50)에 표시하게 된다.
한편, 인디케이터는 피사체의 전체 또는 국부 형상에 대응하는 프로파일(Profile)을 가진다. 여기서, 인디케이터가 표시되는 영역은 사용자가 정확한 온도를 측정하고자 하는 대상 영역(피사체의 전체 또는 국부 영역)으로서의 타겟 영역을 정의한다. 인디케이터의 구체적인 형상 및 표시 영역에 관한 정보는, 써모파일 어레이 센서(53)를 이용하여, 예컨대 사람의 이마 부분을 측정하는 데 가장 적합한 측정 거리 및 측정 각도 등이 되도록, 사전에 실시된 실험 결과에 근거하여, 스토리지(51) 내에 미리 저장되어 관리된다.
그리고, 컨트롤러(45)는, 인디케이터가 표시된 상태에서, 씨씨디(41)에 의해 촬영되는 카메라의 영상 정보 혹은 써모파일 어레이 센서에 의해 취득된 열화상 정보가 디스플레이(50)에 중첩되어 표시되도록, 스위칭부(49)를 제어한다. 예컨대, 사용자는 카메라 영상으로 표시되는 사람의 이마 부분이, 인디케이터의 윤곽선에 맞게 표시되도록, 측정 거리와 측정 각도 등을 적절히 조절하게 된다.
또한, 위와 같은 과정을 거쳐, 사람의 이마 부분이 인디케이터에 적절히 매칭(Matching)된 상태에서 사용자가 열화상 측정 키 버튼을 푸시하게 되면, 컨트롤러(45)는, TAS 구동부(52)의 동작을 제어하여, 써모파일 어레이 센서(53)를 인에이블(Enable)시킬 수도 있다.
그리고, 써모파일 어레이 센서(53)로부터 출력되는 전기 신호는 앰프(54), 로우 패스 필터(55), 제1 A/D 컨버터(56), 그리고 디지털 신호 처리부(58)등을 거쳐, 열화상 정보로서 처리된다. 이러한 열화상 정보는, 일차적으로는 복수의 써모파일 센서들 각각에서 취득한 온도값을 의미하는데, 컨트롤러(45)는 미리 저장된 센서 교정 데이터에 기초하여 실제 각각의 써모파일 센서들에 의해 측정된 전기신호값을 온도값으로 계산 및 변환하게 된다. 또한, 컨트롤러(45)는 디스플레이(50)에 픽셀 단위로 측정된 온도값에 따라 색상을 달리한 열화상 이미지를 표시할 수 있다.
이때, 써모파일 어레이 센서의 각 픽셀값이 의미 있는 온도값을 가지기 위해서는, 별도의 온도 센서를 통해 센서 내부의 온도를 측정하고 이 측정값을 통해 각 센서가 측정한 온도값을 보상한다. 즉, 일차적으로 센서 내부의 온도를 피사체 주변의 온도(ambient temperature)와 같다고 전제하고, 센서 내부의 온도 센서에 의해 측정된 온도값을 주변 온도로 보아 각 픽셀(즉, 이에 대응하는 적외선 센서)의 측정값을 보정한다.
여기서, 종래에는 온도 센서로서 비선형적인 로그 함수 특성을 가진 써미스터 센서를 사용하였기 때문에, 센서 자체의 온도 측정에 정확도가 낮았다. 그러나, 본 발명에서는, 1차 함수적인 형태의 선형적인 특성을 나타내는 PTAT(Propotional to Absolute Temperature) 센서를 사용함으로써, 센서 자체의 온도 측정에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다. PTAT 센서를 사용하면 온도값의 보정 과정이 더 간단하다.
예컨대, 써모파일 어레이 센서의 각 모서리 부분에 총 4개의 PTAT 센서를 장착하고, 이 PTAT 센서들의 평균 온도값을 센서 자체의 온도로 하여 측정값을 보정한다. 최종적으로는 4개의 PTAT 센서의 평균값을 취하여 사용하지만 평균값을 취하기 전에 각 센서들의 온도 분포 범위를 측정하여 4개의 센서가 모두 ±0.2℃이내에 들어와야 안정된 상태로 판단하여 비로소 평균값을 구하고 최종적으로 센서 내부 온도값으로 사용한다.
한편, 디스플레이(50)에 피사체의 열화상 정보(즉, 피사체의 열화상 이미지) 혹은 영상 정보(즉, 피사체의 카메라 이미지)가 인디케이터와 함께 표시된 상태에서, 사용자는 온도측정장치 또는 피사체의 위치를 조절하여 피사체의 이미지 중 타겟 영역을 인디케이터에 중첩시킨다. 그 후, 피사체의 타겟 영역에 대한 온도를 측정하게 된다. 이때, 타겟 영역에 대한 정확한 온도 측정을 위해 본 발명에서는 다음과 같은 온도 측정 방법에 따라 피사체의 온도를 측정한다.
한가지 방법으로서, 피사체의 타겟 영역과 중첩된 인디케이터의 내부에 위치한 픽셀들을 “유효픽셀”로 판단하고, 이 유효픽셀들에 대응하는 써모파일 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 피사체의 최종측정온도를 계산한다. 예컨대, 8x8 어레이 센서의 경우, 총 64개의 픽셀값이 측정이 되는데, 모든 픽셀 데이터가 의미 있는 값을 가지지는 않을 것이므로, 이 중에서 체온 측정에 사용될 의미가 있는 픽셀들을 ‘유효픽셀(valid pixel)’로 판단한다. 즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 써모파일 어레이 센서(53)의 8 x 8 픽셀들 중에서, 인디케이터가 정의하는 사람의 이마 부분에 대응되는 픽셀들(예: P(5,3), P(5,4), P(5,5), P(5,6), P(6,3), P(6,4), P(6,5), P(6,6))만을 유효한 픽셀(Valid Pixel)로 선별하여 체온 계산에 사용한다.
이때, 측정시 체온계가 피측정자의 얼굴에서 기준거리 이상으로 멀리 떨어진 채로 측정이 되면, 센서가 커버할 수 있는 픽셀 영역이 시야각(field of view, FOV)에 의해 너무 넓어져서 정확한 측정 온도값을 획득할 수 없다. 따라서, 기준 거리 안으로 피험자의 얼굴이 위치하도록 해야 유효 픽셀을 획득할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 온도측정장치에서는, 열화상 정보(또는 영상 정보)로 표시된 피사체의 타겟 영역을 인디케이터의 윤곽선에 맞추는 것에 의해, 일차적으로 피사체에 대한 측정 거리, 측정 각도 등을 적절히 조절될 수 있다.
유효픽셀을 판단하기 위한 또 다른 방법으로는, 픽셀 데이터가 미리 설정된 온도 범위(예컨대, 인체의 경우 30.0~40.0℃) 내에 속하는 경우 해당 픽셀을 유효픽셀로 판단하고, 그 온도 범위에서 벗어난 픽셀들은 인체를 대상으로 측정한 온도값이 아니므로 인체 온도 측정에서 제외한다.
나아가, 체온 측정시 피험자가 심하게 움직이게 되면 정확한 값을 회득하기 어려우므로 움직임 상태를 판단하여 안정된 상태에서 측정이 시작되도록 다음과 같은 방식으로 유효 픽셀을 판단할 수 있다.
예컨대, 써모파일 어레이 센서는 측정이 진행되면 8 x 8 센서의 경우 한 프레임(frame)에 64개의 픽셀 온도값이 획득된다. 각 프레임은 64개의 픽셀 데이터의 집합으로 볼 수 있으며, 이러한 프레임 단위의 신호 비교를 통해 움직임을 판별할 수 있다.
예컨대, 상호상관법(cross-correlation)을 이용하여 두 프레임 신호를 각각 x(i), y(i)라고 하면 프레임간의 지연값(delay value) d에 대해 상호상관값 r은 다음과 같이 정의된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 27.03.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-101
여기서, mx, my는 두 프레임에 대한 평균값을 의미한다. 이와 같이 구해진 상호상관값들 중에서 피크가 나타나는 부분의 x축값인 픽셀 값이 바로 두 프레임의 지연 값인 이동거리를 나타낸다.
예를 들어 두 프레임을 통해 얻어진 프레임의 상호상관값의 피크가 나타난 부분의 x축값이 -2이라고 하면, 2픽셀수 만큼 이동했다는 것을 의미하며 이 때에 (-)부호는 프레임 2에서의 영상이 위쪽으로 이동했다는 것을 의미한다. 또한 픽셀 크기와 각 프레임간의 데이터 획득 시간정보를 이용하면 간단한 연산으로 피사체의 이동 속도도 구할 수 있다.
본 발명에서 측정 시간이 2초로 설정된 경우 측정이 실시되는 2초 동안에는 피측정자의 움직임이 최소한으로 제한되어야 하며, 위에서 언급한 상호상관법에 의해 이동 거리가 2픽셀 이내로 제한하여 상호상관값의 x 및 y 피크값이 모두 ±2 이하인 경우에만 정상적인 온도 측정 결과값을 지시한다.
상술한 유효 픽셀 판단 방법은 독립적으로 혹은 중복하여 수행될 수 있다. 예컨대, 일차적으로 인디케이터 내부에 존재하는 픽셀들을 유효픽셀로 판단하되, 그 중에서 인체의 온도 분포 범위 내에 속하는 온도값을 가지는 경우에 최종적인 유효픽셀로 판단할 수 있다. 나아가, 이에 더하여 유효픽셀의 개수가 일정 범위 내에 만족하지 못하면 기준거리보다 멀리서 측정된 것으로 판단하여 온도 측정을 다시 실시하도록 유도할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 일차적으로는 피사체의 열화상 이미지(또는 영상 이미지)와 인디케이터의 중첩에 의해 측정 거리 및 각도가 조절될 수 있지만, 위에서 설명한 바와 같이 유효픽셀을 이용한 판별 방식을 추가로 사용하면 보다 정확한 거리 조절이 가능하다.
컨트롤러(45)는 위와 같은 방식으로 유효픽셀을 판단하고, 각 유효픽셀들에 해당하는 픽셀 데이터(즉, 유효픽셀에 대응하는 적외선 센서에 의해 측정된 온도값)을 기초로 피사체의 최종측정온도를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유효픽셀 이외의 다른 픽셀들을 기초로 주변온도값을 더욱 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 통해 피사체의 최종측정온도를 더욱 정밀하게 보정할 수 있다.
먼저, 각각의 픽셀을 구성하는 적외선 센서에서 측정된 적외선 검출량에 따른 온도변환값을 “Ts"라 하고, 온도센서에 의해 측정된 센서 내부 온도값을 "Tpyro"라 하면, 각각의 적외선 센서에 대응하는 픽셀 데이터 "Tp"는 "Ts"와 "Tpyro"의 합과 같다(즉, Tp=Ts+Tpyro). 따라서, 일차적으로 피사체의 열화상 이미지는 위와 같은 각 픽셀 데이터를 기초로 표시된다.
다음으로, 피사체의 열화상 이미지(적외선 어레이 센서에 의해 취득) 또는 영상 이미지(카메라에 의해 취득)에 의해 표시된 타겟 영역에 이와 대응하는 프로파일을 가지는 인디케이터를 생성하고, 인디케이터를 피사체의 열화상 또는 영상 이미지에 중첩시킨다. 그 후, 컨트롤러(45)는 적외선 어레이 센서를 동작시켜 피사체의 온도를 측정한다.
이때, 컨트롤러(45)는 앞에서 설명한 바와 같은 방식들을 통해 유효픽셀을 판단한다. 그리고 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들(비유효픽셀)의 픽셀 데이터를 기초로 주변온도값 "Tamb"을 산출한다. 이때, Tamb는 비유효픽셀의 픽셀 데이터(Tpn) 및 Tpyro의 함수로 표시될 수 있다(Tamb=f(Tpn, Tpyro)). 그리고, 이 주변온도값을 기초로 각각의 유효픽셀의 픽셀 데이터(Tpe)를 보상할 수 있으며, 보상된 유효픽셀의 픽셀데이터 Tpec는 보상전의 픽셀 데이터(Tpe) 및 주변온도값(Tamb)의 함수로 표시될 수 있다(Tpec=f(Tpe, Tamb)). 그리고, 최종측정온도는 각각 보상된 유효픽셀의 픽셀 데이터 값들을 기초로 산출될 수 있다.
센서 내부의 온도를 PTAT 센서로 비교적 정확하게 측정한다고 하더라도, 원칙적으로 센서 내부 온도는 피사체의 주변 온도와 다를 수 있다. 따라서, 피사체의 타겟 영역에 대한 정확한 온도 측정을 위해서는, Tp 값에 산출 근거가 되는 Tpyro 값이 실제 피사체의 주변온도값과 같은 환경이 필요하다. 그러나 종래의 온도측정장치에서는 피사체의 주변온도를 정확하게 측정할 수 있는 방법이 적절하지 않으므로, 단순히 체온계를 사용할 환경에 상당 시간 방치한 후 측정하도록 권유하고 있다. 이에 반하여, 본 발명에 따르면, 일차적으로는 Tpyro 값을 기초로 Tp 값을 산출하되, 피사체가 아닌 주변에 대한 비유효픽셀의 픽셀 데이터를 기초로 피사체의 주변온도값을 산출할 수 있다. 예컨대, 만약 산출된 주변온도값 Tamb 값이 Tpyro 값과 다르다면, 컨트롤러(45)는 디스플레이(50) 또는 별도의 알림 수단(스피커 등)을 통해 사용자에게 적절한 온도 측정 환경이 아님을 경고할 수 있다. 또한 컨트롤러(45)는 산출된 주변온도값 Tamb 값이 Tpyro 값과 비교하여 오차가 일정 범위 내에 있는 경우 적절한 온도 측정 환경으로 판단하여, 사용자에게 측정을 안내할 수도 있다.
한편, 비유효픽셀을 기초로 산출된 주변온도값을 이용하여 유효픽셀의 픽셀데이터를 보정할 수 있고, 나아가 보상된 유효픽셀의 픽셀데이터를 기초로 피사체의 최종측정온도를 산출할 수 있다. 예컨대, 인체의 체온을 측정하는 경우, 각 유효픽셀에 대응하는 써모파일 센서들을 통해 측정된 데이터는 피험자의 얼굴 표면의 온도값이다. 따라서 실제의 인체 체온값보다 낮게 분포하고 있고, 실제의 체온값으로 변환해주는 과정이 필요하며, 그 과정은 다음과 같다.
적외선 센서로 수집되는 픽셀 온도값과 피험자의 실제 체온과의 관계를 도출하기 위해 200명(정상 100명, 발열환자 100명)을 대상으로 임상 테스트를 진행하였다. 실험 방법은 먼저 본 장치를 이용하여 어레이 센서를 통해 픽셀 온도값들을 수집하고, 동시에 병원용 접촉식 전자온도계를 이용하여 구강내 온도를 회득하였다. 이 때에 측정은 총 5회씩 실시하였다.
수집된 임상 데이터에 대해, 어레이 센서의 데이터는 8x8의 경우 총 64개 인데, 앞서 언급한 대로 유효픽셀들을 추출하고, 그 중에서 가장 높은 온도값을 지시하는 최대값을 피험자의 얼굴표면 온도값으로 사용한다. 각 피험자별로 수집된 5회의 어레이 센서 데이터 최대값의 평균값을 구하여, 마찬가지로 5회의 구강내 온도값의 평균값과 비교테이블을 구성한다. 즉, X축을 얼굴 표면 온도값(픽셀 데이터의 최대값)으로 설정하고 Y 축을 구강내 온도값으로 설정하면 최종 변환 테이블이 얻어진다. 얻어진 변환 테이블은 룩업테이블(look-up table, LUT) 형태로 구성되어 마이크로프로세서 내부 ROM메모리에 프로그래밍되며, 측정된 값을 X축에 넣어서 선형보간법(linear regression)에 의해 Y축값을 변환하면 실제 체온이 계산된다.
한편, 컨트롤러(45)는, 비유효픽셀들에 의해 측정된 주변온도값이 16도 이하인 경우에는, 유효픽셀들의 픽셀 데이터를 체온값으로 변환하기 전에 가중치를 주어 정확한 표면온도값을 측정할 수 있도록 할 수도 있다. 또한, 컨트롤러(45)는, 데이터의 정확도를 위하여, 유효픽셀의 평균 온도값을 산출하는 경우, 가장 높은 온도의 픽셀 데이터와 가장 낮은 온도의 픽셀 데이터를 제외시킬 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상술한 유효픽셀 판단, 주변온도값 보상, 룩업 테이블에 의한 체온값 변환에 의해 보다 정확한 온도 측정이 가능하게 된다. 특히, 개별적으로 국소 영역에 대한 개별적 온도 측정이 가능한 복수의 적외선 센서들이 각각의 픽셀을 구성하므로, 장치를 이동시키면서 측정하지 않아도 한번에 열화상을 측정하여 획득된 픽셀 데이터를 기초로 피사체의 체온을 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 컨트롤러(45)는 오에스디 생성부(48)의 동작을 제어하여, 상기 산출된 평균 온도(예: 36.7도)에 상응하는 문자가, 상기 디스플레이(50)에 표시한다. 따라서, 사용자는, 사람의 이마 부분만을 보다 편리하게 선별하여 열화상을 측정할 수 있고, 아울러 사람의 이마 부분에 해당하는 온도를 측정할 수 있게 된다.
또한, 컨트롤러(45)는, 인디케이터가 표시된 상태에서, 검출부(46)의 동작을 제어하여, 디지털 신호 처리된 카메라 영상의 이미지를 스캔한 후, 사람의 이마 부분의 윤곽을 검출하고, 상기 인디케이터와 비교하여 서로 매칭되는 경우, 그 시점에 자동으로 열화상 측정 동작을 시작할 수 있다.
그리고, 디스플레이(50)에는, 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 카메라 영상을 표시하기 위한 메뉴 항목(예: Camera), 카메라 영상과 열화상을 중첩 표시하기 위한 메뉴 항목(예: Overlay), 온도 측정 결과를 표시하기 위한 메뉴 항목(예: Temp.), 그리고 써모파일 어레이 센서에 의해 측정된 열화상을 표시하기 위한 메뉴 항목(예: TAS) 등이 표시될 수 있다.
또한, 디스플레이(50)에는, 현재 표시된 인디케이터(Indicator)의 종류(예: Forehead)를 나타냄과 아울러, 다른 종류의 인디케이터(예: Ear, Hand)를 변경 표시하기 위한 선택 항목(예: 좌우 화살표), 그리고 열화상 측정 동작을 시작하기 위한 선택 항목(예: Enter) 등이 다양하게 표시될 수 있다.
한편, 컨트롤러(45)는, 예를 들어 사용자가 디스플레이(50)에 표시된 선택 항목 또는 임의의 키 버튼을 푸시하여 다른 종류의 인디케이터 표시를 요청하는 경우, 오에스디 생성부(48)의 동작을 제어하여 그에 상응하는 인디케이터가 표시되도록 한다.
예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 사용자가 사람의 귀(Ear)를 측정하고자 하는 경우, 컨트롤러(45)는 오에스디 생성부(48)의 동작을 제어하여, 디스플레이(50)에 귀 형상의 인디케이터가 표시되도록 한다. 이때, 써모파일 어레이 센서의 (8 x 8) 픽셀들 중에서, 사람의 귀 부분에 대응되는 픽셀들(예: P(2,4), P(2,5), P(3,4), P(3,5), P(4,4), P(4,5), P(5,4), P(5,5), P(6,4), P(6,5), P(7,4), P(7,5))만을 유효픽셀(Valid Pixel)로 선별하여, 온도를 산출할 수 있다.
또한, 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 사용자가 사람의 손(Hand)에 대한 열화상을 측정하고자 하는 경우, 컨트롤러(45)는 오에스디 생성부(48)의 동작을 제어하여, 디스플레이(50)에 손 형상의 인디케이터가 표시되도록 하고, 써모파일 어레이 센서의 (8 x 8) 픽셀들 중에서, 사람의 손 부분에 대응되는 픽셀들(예: P(2,3), P(2,4), P(2,5), P(3,3), P(3,4), P(3,5), P(3,6), P(4,3), P(4,4), P(4,5), P(4,6), P(5,2), P(5,3), P(5,4), P(5,5), P(5,6), P(6,2), P(6,3), P(6,4), P(6,5), P(6,6), P(7,3), P(7,4), P(7,5), P(7,6),)만을 유효픽셀(Valid Pixel)로 선별하여, 온도를 산출할 수 있다.
한편, 컨트롤러(45)는, 사용자의 요청에 따라, 예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같이, 유효픽셀들의 평균 온도(예: 36.7)를 최종측정온도로 산출하고 이를 디스플레이(50)에 표시할 수 있다. 아울러, 컨트롤러(45)는 유효픽셀들 중 가장 높은 온도(예: 36.9)와, 가장 낮은 온도(예: 36.5)를 선별하여 동시에 표시할 수도 있다.
또한, 컨트롤러(45)는, 평균 온도를 최종측정온도로 산출하는 과정에서, 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도를 제외시켜, 평균 온도가 보다 안정화되도록 하거나, 유효픽셀들 중 가운데에 배치된 픽셀의 온도에 대해서는 높은 가중치(예: 120%)를 부여하고, 주변에 배치된 픽셀의 온도에 대해서는 낮은 가중치(예: 80%)를 부여할 수도 있다.
그리고, 디스플레이(50)로서, 터치스크린(Touch Screen) 기능이 있는 엘씨디를 사용하는 경우, 컨트롤러(45)는 예컨대 도 10에 도시한 바와 같이, 사용자가 디스플레이(50)의 특정 위치에 손을 터치하게 되면, 그 위치의 좌표값을 검출한 후, 오에스디 생성부(48)의 동작을 제어하여, 그 위치에 해당하는 픽셀(예: T(6,5))의 온도(예: 36.8도)만을 표시할 수도 있다.
또한, 컨트롤러(45)는, 예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이, 사용자가 오버레이(Overlay) 메뉴 항목을 선택하게 되면, 중첩부(47)와 스위칭부(49)의 동작을 제어하여, 디스플레이(50)에 카메라 영상과 열화상이 중첩되어 표시할 수 있다. 그리하여, 사용자가 사람의 이마 부분에 해당하는 열 분포를 용이하게 식별할 수 있도록 한다.
그리고, 컨트롤러(45)는, 예를 들어 상기와 같은 과정을 거쳐 측정된 온도가 사전에 설정된 기준 온도 범위를 벗어나는 비정상적인 온도인 경우, 카메라 영상, 열화상, 그리고 측정 온도들을 상기 스토리지(51) 내에 저장하여, 사용자가 추후 재생하여 볼 수 있도록 한다.
한편, 본 발명이 적용되는 온도측정장치에는, 예를 들어 유선(Wire) 통신 모듈 또는 무선(Wireless) 통신 모듈이 추가로 구비될 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(45)는 스토리지(51) 내에 저장된 카메라 영상, 열화상 그리고 측정 온도들을 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 접속된 컴퓨터(Computer) 또는 서버(Server) 등으로 전송할 수도 있다.
그리고, 본 발명이 적용되는 온도측정장치의 다른 실시예로서, 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 디스플레이로서 반투명 엘씨디가 사용될 수 있다.
이 경우, 사용자는 카메라 영상 대신에 투명 혹은 반투명 엘씨디를 통해 투과되는 피사체의 형상을 육안으로 직접 확인할 수도 있다. 이때, 투명 혹은 반투명 엘씨디에는, 본 발명에서 제시한 다양한 종류의 인디케이터들이 투영될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시한 바와 같이, 사람의 이마(Forehead) 부분에 해당하는 인디케이터(Indicator)가, 상기 투명 혹은 반투명 엘씨디에 표시되면, 사용자는 엘씨디를 투과하는 피사체의 형상을 육안으로 직접 보면서, 타겟 영역과 인디케이터와의 조절을 통해 측정 거리 및 각도를 적절히 조절할 수 있게 된다.
그리고, 사용자가 열화상 측정 키 등을 푸시하게 되면, 도 7을 참조로 설명한 바와 같이, 유효픽셀 선별, 주변온도 보상 등의 과정을 거쳐 열화상 측정 및 온도 측정을 수행하게 된다.
한편, 본 발명이 적용되는 온도측정장치의 또 다른 실시예로서, 예를 들어, 도 14에 도시한 바와 같이, 디스플레이로서 엘씨디와 함께 투명 유리창(Glass)이 사용될 수 있다.
이 경우, 예컨대 투명 유리창의 상단 부분에 최소한의 메시지를 표시하기 위한 저가격의 소형 엘씨디 또는 반투명 엘씨디가 구비될 수 있다. 투명 유리창에는 임의의 형상을 가진 인디케이터가 라벨(Label) 형태로 인쇄될 수 있는데, 예컨대 도 15에 도시한 바와 같이, 사용자가 필요에 따라 다른 형상의 인디케이터가 인쇄된 것으로 교체할 수도 있다.
사용자는 카메라 영상 대신 투명 유리창을 통해 투과되는 피사체의 형상을 육안으로 보면서, 피사체의 타겟 영역이 투명 유리창에 인쇄된 인디케이터에 매칭되도록, 측정 거리 및 측정 각도를 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시한 바와 같이, 투명 유리창에 사람의 이마(Forehead) 부분에 해당하는 인디케이터(Indicator)가 인쇄되어 있는 경우, 사용자는 투명 유리창을 투과하는 피사체 형상을 육안으로 보면서, 사람의 이마 부분에 적합한 측정 거리와 측정 각도를 조절할 수 있게 된다.
이에 따라, 사람의 이마, 귀, 손 등과 같은 특정 부위만을 선별하여, 보다 편리하고 정확하게, 열화상을 측정할 수 있게 되므로, 사용상의 편리성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 온도 측정 및 열 분포 측정에 대한 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 복수의 픽셀로 이루어진 어레이로 배열된 복수의 적외선 센서를 포함하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 적외선 어레이 센서 모듈;
    상기 피사체의 전체 또는 국부 형상에 대응하는 프로파일을 가지며 온도를 측정하고자 하는 타겟 영역을 정의하는 인디케이터를 생성하는 오에스디 생성 모듈;
    상기 인디케이터 및 상기 열화상 정보를 표시하는 디스플레이 모듈; 및
    상기 열화상 정보가 상기 인디케이터와 함께 상기 디스플레이 모듈에 표시된 상태에서, 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서 모듈을 제어하여 상기 피사체의 온도를 측정하는 컨트롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피사체의 영상 정보를 취득하는 카메라 모듈을 더 포함하고,
    상기 디스플레이 모듈은 상기 영상 정보 및 상기 인디케이터를 중첩시켜 표시하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 영상 정보가 상기 인디케이터와 함께 상기 디스플레이 모듈에 표시된 상태에서, 상기 영상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서 모듈을 제어하여 상기 피사체의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 피사체의 상기 타켓 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 인디케이터 내부의 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 각각의 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치.
  5. 체1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값이 미리 설정된 온도 범위 내에 있는 경우 그에 대응하는 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정장치.
  7. 제1항의 온도측정장치에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법으로서,
    (a) 적외선 어레이 센서를 이용하여 피사체의 열화상 정보를 취득하는 단계;
    (b) 온도를 측정하고자 하는 상기 피사체의 타겟 영역에 대응하는 프로파일을 가지는 인디케이터를 생성하여 상기 피사체의 상기 열화상 정보와 함께 표시하는 단계;
    (c) 상기 열화상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서를 동작시켜 상기 피사체의 온도를 측정하는 단계; 및
    (d) 상기 적외선 어레이 센서에 포함된 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값들을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하여 표시하는 단계;를 포함하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법.
  8. 제2항의 온도측정장치에 따른 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법으로서,
    (a) 카메라 모듈을 이용하여 피사체의 영상 정보를 취득하는 단계;
    (b) 온도를 측정하고자 하는 상기 피사체의 타겟 영역에 대응하는 프로파일을 가지는 인디케이터를 생성하여 상기 피사체의 상기 영상 정보와 함께 표시하는 단계;
    (c) 상기 영상 정보에 의해 표시된 상기 피사체의 상기 타겟 영역이 상기 인디케이터에 중첩되면 상기 적외선 어레이 센서를 동작시켜 상기 피사체의 온도를 측정하는 단계; 및
    (d) 상기 적외선 어레이 센서에 포함된 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값들을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하여 표시하는 단계;를 포함하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 인디케이터 내부의 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 복수의 적외선 센서들 각각에 의해 측정된 온도값이 미리 설정된 온도 범위 내에 있는 경우 그에 대응하는 픽셀들을 유효픽셀들로 판단하고, 상기 유효픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 피사체의 최종측정온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 유효픽셀들 이외의 다른 픽셀들에 대응하는 상기 적외선 센서들에 의해 측정된 온도값들을 기초로 주변온도값을 산출하고, 상기 주변온도값에 따라 상기 피사체의 최종측정온도를 보정하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서를 이용한 온도측정방법.
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