완전한 2차원 배열을 갖는 중적외선 대역의 $320\times240$ 검출기를 사용하는 3세대 열상 장비의 설계 및 제작은 이차원 배열 검출기 제작 기술의 발달과 영상 신호처리 기술의 진전으로 인해 최근 더욱 더 활발히 이루어지고 있다. 본 논문은 다양한 응용 분야에서 적외선 센서로 사용될 수 있도록 하기 위하여 소형 경량화 제작을 목표로 한 3세대 열상장비의 이중 배율 적외선 카메라의 설계와 Defocus용 셔터 렌즈에 의한 영상기반 불균일 보정 방식에 대해 다룬다.
2개의 시분할 8시점 영상 채널을 공간적으로 시역을 결합시킴에 의해 16시점 3차원 영상 시스템을 설계했다. 각각의 8시점 채널을 빛의 3원색(빨강, 초록 그리고 파랑)에 대응하는 빛을 발산하는 3개의 CRT들을 한 개의 채널로 결합해주는 이색 빔 분할기(dichroic beam splitter)로 이루어져 있고 각각의 CRT는 8시점의 영상을 시간분할 방식에 의해 표시하며, 각 채널별 영상은 투사광학계를 통과하여 1$\times$0.8$m^2$ 크기의 홀로그래픽 스크린에 투영된다. 이 시스템을 위한 최적 투사광학계를 설계하기 위해 시스템에 적용 가능한 3개의 서로 다른 투사광학계에 대해 그 특성을 광학 설계 프로그램인“ DEMOS ”를 사용하여 시험했다. 설계 시스템의 최적 투사광학계는 각 채널별 영상을 양면 반사경(two-folded mirror)에 의해 결합하여 16개의 띠형 액정 셔터로 구성된 한 개의 LCD 셔터를 통해 투사용 대물렌즈로 입사시키는 구조를 가지는 것이 최적임을 보였다. 단 이 구조에서 셔터는 투사용 대물렌즈의 입력개구(entrance pupil)에 위치해야하며, 양면 반사경의 접혀진 선은 이 셔터의 중심과 맞닿아 대칭이 되도록 위치해야 한다.
렌즈의 실시간 성능축정을 위하여 MTF측정장치에 CCD를 많이 사용하고 있다. 본 연구에서는 2차원 CCD를 복사기 렌즈의 실시간 MFT측정장치에 사용했을 때 CCD에 의한 각종 MTF특성을 분석하였다. CCD로 측정한 복사기 렌즈의 MTF는 2차원 CCD의 shift register가 배열된 방향과 셔터 속도, 광신호 증폭회로의 증폭률에 따라 다른 특성을 나타내었다. 광원의 밝기에 의한 MTF 값의 변화를 줄이기 위하여 축상면 및 비축상면에서 복사조도가 균일한 광원장치를 제작하였으며 MTF 값이 측정된 표준렌즈를 사용하여 복사기 렌즈용 실시간 MTF측정장치를 교정하였다.
인간 양안의 자연스러운 작용들과 뇌의 영상과정을 토대로 단일 CCD와 두개의 줌렌즈로 구성한 교차식 입체 동영상 카메라를 설계하고 제작하였다. 50도의 넓은 시야각과 0도에서 16도까지 변하는 주시각을 갖는 이 카메라는 두 줌렌즈를 인간의 양안거리와 같은 65mm 간격을 두고 배열하여 인간과 같은 양안시차를 갖도록 설계하고 제작하였다. 그리고 입체 동영상을 촬영할 수 있도록 하기 위하여 좌우 영상을 차례로 보내주는 셔터 블레이드와 이 셔터 블레이드를 통하여 들어온 좌우 영상을 하나의 CCD로 보내는 X-cube 영상결합기 및 1초당 60 frame의 촬영이 가능한 하나의 CCD를 사용하였다.
셔터방식의 쵸퍼를 이용한 정지 및 이동인체 감지 모듈을 개발하였다. 감지 모듈은 프레넬 렌즈(Fresnel lens), 초전형적외선(pyroelectric infrared : PIR) 센서, 센서 인터페이스 회로, MCU(micro control unit) 그리고 경보 LED(light emitting diode)로 구성된다. 정지 인체 감지 원리는 PIR 센서에서 나오는 신호를 카메라 셔터를 이용하여 인체의 열을 쵸핑하여 감지하는 방식이다. MCU에서 인터럽트 함수를 제어하는 알고리즘을 통해 정지 및 이동 인체 신호를 감지하게 하였다. 개발한 감지 모듈은 기구부와 PCB(print circuit board)를 일체화함으로써 종래의 상용화되고 있는 이동인체 감지 모듈을 대체 가능하다. 실내 상온에서의 실험 결과, 감지거리는 약 7.0m, 감지각도는 $110^{\circ}$로 측정되었다. 이런 조건에서 감지률은 100%이였고 모듈의 소비 전력는 100mW이였다.
초 미약 생물광자의 이차원적 영상을 얻기 위해 고속 초고감도 CCD 사진기를 검출기로 사용한 실험 장치를 고안하였다. 본 장치에는 식물의 잎으로부터 방출하는 지연광 (delayed luminescence)를 발생시키기 위한 조명 장치를 설치하였으며, 조명 장치와 검출기에 있는 셔터들은 서로 연동되어 동작하도록 이루어졌다. CCD 사진기에 사용된 렌즈계는, 상용렌즈들로만 구성되었는데, 시료에서 나오는 생물광자의 집광 효율 (collection efficiency)을 높이도록 최적화된 렌즈 설계에서 나온 결과를 기초로 하였다. 이 장치들을 다용도 암 상자에 장착하여 사철나무 잎에서 나오는 지연광의 영상을 성공적으로 얻었다.
조명각 변조 방식에 의한 3차원 입체영상 표시장치의 구현을 위해 렌티큘라 렌즈가 만족해야할 조건을 확립한 후 근축광선이론으로 렌즈 규격 및 모듈 구조를 설계하였고, 유한광선 추적법(finite ray tracing)을 이용하여 스테레오스코픽 모듈의 규격변화, 조립과정의 정렬오차, 그리고 관찰자의 관찰 조건에 따른 영향을 분석하였다. 이를 통해 신호잡음을 최소화하기 위해 제작 공정에서 렌즈 함몰부가 발생하지 않아야 하며, 평판형 액정 셔터와 렌티큘라 렌즈 판 사이의 어긋남이 최소화되어야 함을 알 수 있었다.
방사선검출기를 이용한 고방사성물질의 측정이나 방사선사고 등의 신속한 대응을 위하여 주위의 선량률 준위에 따라 크기별로 여러 종류의 콜리메이터들을 구비해야 하며, 이는 무거운 콜리메이터의 특성상 효율적인 현장 측정에 심각한 장애가 될 수 있다. 본 연구에서는 콜리메이터의 모양을 카메라의 렌즈 조리개 형식으로 제작하여 사용자가 직접 카메라 렌즈를 돌려 초점을 맞추듯이 콜리메이터의 내경을 조절하고 방사선의 감쇄율을 쉽게 알아볼 수 있도록 IRIS형 콜리메이터를 제작하였다. 먼저, 콜리메이터를 위상을 달리한 2 중의 텅스텐 셔터 구조로 제작하여 기계적 공차에 의한 방사선의 침투를 차단하고자 하였다. 그리고 셔터의 재질별로 콜리메이터 내경에 따른 방사선 감쇄율을 MCNP 코드를 이용하여 계산함으로써 이론적인 성능평가를 수행하였다. 계산된 내경의 크기별 감쇄율을 콜리메이터 외부 눈금링에 표시함으로써, 카메라 렌즈에 표시된 배율과 같은 방법으로 사용자가 해당 표시지점으로 콜리메이터 내경을 조절하였을 때, 방사선의 세기가 얼마만 큼 감소되는지 쉽게 알아볼 수 있도록 구현하였다. 끝으로 개발된 IRIS형 콜리메이터를 장착한 소형 방사선검출기를 현장 측정에 활용할 경우, 콜리메이터의 교체 없이 주위 방사선의 세기에 따라 콜리메이터 내경을 적절한 크기로 신속히 교체가 가능하며, 방사선 세기의 감쇄 정도를 쉽게 알아보게 함으로써 신속하고 정확한 대처가 가능할 것으로 판단된다.
2009년 영화 "아바타"의 막대한 성공으로 인해 양안식 입체 영화와 TV가 주목을 받고 있다. 또한 2014년에 개봉한 "로보캅 3"와 "트랜스포머 4"와 같은 대다수의 입체 영화와 컨텐츠는 실제로 촬영한 영상과 가상으로 만들어진 영상을 합성하여 만들어진다. 그러나 양안식 입체 영화는 두 대의 카메라를 리그라고 불리는 장치에 연결하여 조정과 촬영에 많은 노력과 비용이 들어가는 기존의 양안식 입체 영상 리그 카메라 시스템으로 촬영되게 된다. 이러한 문제는 아바타와 같은 성공적인 양안식 입체 영화 촬영을 어렵게 한다. 본 논문은 기존의 양안식 입체 영상 리그 카메라 시스템이 가지고 있는 문제점을 분석하고, 문제의 해결방법으로 새로 고안된 단일렌즈 양안식 입체 영상 카메라 시스템을 제안한다. 이 시스템은 하나의 광축을 두 영상이 지나가도 서로 섞이거나 간섭을 일으키지 않게 시간적으로 혹은 공간적으로 분리하는 기술을 바탕으로 만들어진다. 위의 시스템은 기존의 양안식 입체 영상 리그 카메라 시스템보다 조정과 촬영이 간단하고, 기하학적 왜곡이 적기 때문에 보기 편안한 입체 영상을 촬영할 수 있다. 본 논문은 단일렌즈 양안식 카메라 시스템 중 회전하는 셔터를 사용한 시스템을 설명하고, 실제로 얼마나 왜곡이 적은지 실험한다. 또한 앞으로 더 좋은 결과를 가져올 향상된 단일렌즈 양안식 입체 영상 카메라 시스템에 대하여 논의한다.
본 연구의 목적은 회전익 UAV를 이용하여 1cm 미만의 GSD를 갖는 초고해상도 영상을 취득하기 위해 비행고도, 비행속도, 카메라 셔터의 노출시간, 자동초점조절 사용 여부가 영상의 시각적 해상도에 미치는 영향을 객관적으로 분석하는 것이다. 아울러 다양한 형태의 항공표적에 대한 인식 용이성을 평가하는 것도 목표로 한다. 이를 위해 35mm 크기의 7952*5304 화소 CMOS 센서와 55mm 단렌즈를 이용하여 비행고도 20m부터 120m에서 20m 간격으로 촬영하고 영상의 시각적 해상도를 분석하였다. 결과로 자동초점조절을 사용한 경우 시각적 해상도는 이론적인 GSD에 비하여 1.1~1.6배로 나타났고, 자동초점조절을 사용하지 않은 경우 1.5~3.5배로 나타났다. 다음으로 비행고도 80m에서 5m/s로 정속 비행하면서 카메라의 노출 시간을 1/60sec에서 1/2000sec까지 1/2씩 줄이면서 촬영하고 시각적 해상도를 분석하였다. 허용 흐려짐을 1 화소로 가정할 때 최장 노출 시간을 준수한 경우 시각적 해상도 는 이론적인 GSD이 비하여 1.3~1.5배로 나타났고, 초과한 경우 1.4~3.0배로 나타났다. A4 용지에 항공표적을 출력하여 비행고도 80m 이내에서 촬영하면 상용소프트웨어를 이용하여 코드화된 항공표적을 자동으로 인식할 수 있으며, 자동 인식이 불가능한 고도에서도 다양한 형태의 일반 항공표적 및 코드화된 항공표적을 큰 어려움 없이 수동으로 인식할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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