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열화상 카메라
열화상 카메라(thermographic camera)는 물체에서 방출하는 열복사를 감지하여 다양한 색깔로 시각화하여 보여주는 카메라를 말한다. 적외선 카메라(infrared camera) 또는 열화상 이미지 장치라고도 한다.
개요[편집]
열화상카메라 또는 적외선 카메라는 피사체가 발산하는 적외선(열선)을 가시화(可視化)시켜 화상을 구성하는 카메라를 말한다. 열화상(熱画像)은 서모그래피(thermography)의 한자 번역명이다. 즉, 가시광선을 사용하여 이미지를 형성하는 일반 카메라와 유사하게 적외선(IR) 방사선을 사용하여 이미지를 생성하는 장치이다. 가시광선 카메라의 400~700나노미터(nm) 범위 대신 적외선 카메라는 약 1,000nm(1마이크로미터 또는 μm)부터 약 14,000nm(14μm)까지의 파장에 민감하다. 이것들이 제공하는 데이터를 캡처하고 분석하는 방식을 열화상 측정이라고 한다. 일반 카메라는 사람의 눈과 같은 구조를 하고 있어 눈이 보는 것과 유사한 모습을 담아내지만 열화상 카메라는 오직 열을 이용해서 촬영한다. 이러한 특징 때문에 열화상 카메라로 사람들의 체온을 측정해 발열과 오한 등의 증상이 있는지 구별해낼 수 있다.
사람의 눈이나 일반 카메라는 가시광선을 감지하는 데 반해 열화상 카메라는 열을 가진 물체가 발산하는 복사열을 감지하여 화면에 표시한다. 이 덕분에 열화상 카메라는 조명의 유무와 상관없이 물체를 볼 수 있고, 열화상 카메라가 사용하는 장파장 적외선은 가시광선과 달리 연기 등도 잘 투과하기 때문에 육안으론 볼 수 없는 각종 장애물 뒤의 물체도 확인할 수 있어 여러 분야에서 유용하게 쓰이고 있다. 영화 존 오브 인터레스트에서 촬영하는데 쓰였고 실제 영화에 열화상카메라로 촬영한 장면이 존재한다. 원래 6.25 전쟁 중 군사용으로 개발된 열화상 카메라는 의학, 고고학 등 다양한 분야로 천천히 확산되었다. 최근에는 가격 인하로 인해 적외선 관찰 기술이 채택되는 데 도움이 되었다. 고급 광학 기술과 정교한 소프트웨어 인터페이스는 IR 카메라의 다양성을 지속적으로 향상시킨다.[1][2]
특징[편집]
열화상카메라는 열을 이용하여 촬영하는 카메라를 말한다. 즉, 열을 추적, 탐지하여 화면으로 한 눈에 보여주는 장치를 말한다. 일반 카메라는 사람의 눈과 같은 구조를 하고 있어 우리 눈이 보는 것과 유사한 모습을 담아내지만 열화상카메라는 오직 열을 이용해서 촬영하는 특수 장비이다.
이러한 점을 활용하여 여러 분야에서 유용하게 쓰이고 있는데, 춘천시에서는 무인항공기(드론)에 열화상카메라를 장착하여 산불 감시활동에 사용하고 있다. 멀리서는 눈에 보이지 않을 정도의 작은 화재라고 해도, 열화상 카메라는 이것을 포착할 수 있다. 또한 가축의 질병 여부를 손쉽게 판단하는데도 사용된다. 다른 가축에 비해 특별히 열이 더 있는 것으로 관찰되는 가축은 병에 걸렸을 가능성이 높기 때문이다. 군사용으로도 사용되는데, 열화상카메라를 이용하면 빛이 전혀 없는 밤이라고 할지라도 스스로 열을 발생시키는 사람의 몸을 쉽게 찾아낼 수 있어 야간 감시 장비로 사용된다.
이처럼 열화상카메라는 열을 어느 정도 내는지에 따라서 화면을 보여주기 때문에 연기와 같은 장애물의 유무, 빛의 유무와 상관없이 물체를 확인할 수 있다.[3]
원리
열화상카메라는 적외선(IR) 방사선을 사용하여 이미지를 생성하는 장치로, 일반 카메라가 가시광선을 사용하여 이미지를 형성하는 것과 유사하다. 적외선 카메라, 열화상 카메라, 열화상 이미지 장치 등으로도 불린다.
열화상카메라는 물체에서 방출되는 적외선 복사를 감지하여 이미지를 생성한다. 모든 물체는 절대 온도 0 K(-273.15°C) 이상일 때 적외선을 방출하며, 물체의 온도가 높을수록 방출하는 적외선의 양도 많아진다. 열화상카메라는 이러한 적외선 복사를 탐지하여 온도 변화를 시각적으로 표현한다. 적외선 감지기는 물체에서 방출되는 적외선을 감지하고, 이를 전기 신호로 변환하여 디지털 이미지로 출력한다.
역사
열화상 기술은 20세기 중반부터 상업적 및 산업적 응용 분야에서 크게 발전했다. 초기에는 군사 및 소방 분야에서 주로 사용되었으나, 현재는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 예를 들어, 2009년 신종 인플루엔자(H1N1) 유행 시 공항에서 열화상카메라를 사용하여 발열 환자를 감지한 사례가 있다.
주요 용도
- 군사 및 보안: 적외선 감지를 통해 야간 감시 및 적의 위치 파악에 사용된다.
- 소방: 연기 속에서 사람을 찾거나 화재의 근원을 찾는 데 사용된다.
- 의료: 체온 변화를 감지하여 질병 진단에 활용된다.
- 산업: 기계의 과열 부위를 감지하여 예방 정비에 사용된다.
- 건축: 건물의 열 누출을 감지하여 에너지 효율성을 개선한다.
장점과 단점
- 장점
- 비접촉 방식으로 온도를 측정할 수 있다.
- 어두운 환경에서도 사용할 수 있다.
- 다양한 분야에서 활용 가능하다.
- 단점
- 고가의 장비이다. 사실 이게 가장 치명적인 단점이다. 같은 가격이더라도 쓸 일이 많은 건물 내부 시공 기술자라던가 하는 업계 관계자에게는 비싼게 아니지만, 쓸 일이 자주 없는 개인에게는 비싼게 되어버린다. 그래도 중국이 본격적으로 열화상카메라 제작에 뛰어드는 바람에 가격대가 굉장히 내려갔다.
- 해상도가 낮을 수 있다. 열을 감지하는 장비이다 보니 카메라 자체의 열기 때문에 영상이 흐려지는 것을 막기 위해선 자체적인 냉각 장치가 필요하다. 2021년 발사된 제임스 웹 우주 망원경도 적외선 영역을 주로 관측하기 때문에 차양막, 저전력 컴퓨터 등 각종 발열 방지 방안을 채택했다. 다만 이젠 민간레벨에션 비냉각식 열화상 카메라가 주력을 차지하는 중이다.
- 특정 조건에서 정확도가 떨어질 수 있다.
- 적외선이 유리를 투과하지 못한다는 점 때문에 눈으로는 보이는 유리 뒤편을 볼수가 없다. 때문에 최신형 열화상 카메라는 일반 가시광 카메라까지 통합해서 일반 가시광 영상+열상을 혼합해서 보여주는 식으로 이를 극복하고는 하지만 이는 유리의 적외선 발산값을 일반 가시광 이미지에 덧씌우는것 뿐이기 때문에 근본적인 해결책은 아니다.
- 가시광선보다 파장이 긴 적외선을 사용하므로 같은 해상도 기준 일반 카메라보다 큰 센서가 필요하고, 적외선 센서의 가격 자체도 일반 가시광선 센서보다 높다 보니 가격이 비싸다.[2]
활용[편집]
- 검역, 질병 검사에 활용한다. 또한 사람이나 가축의 질병 여부를 손쉽게 판단하는데도 사용된다. 다른 개체에 비해 특별히 열이 더 있는 것으로 관찰되는 생물은 병에 걸렸을 가능성이 높기 때문이다.
- 건축물에 단열이 제대로 되는지 확인하는 데 사용된다. 또한 물이 새는지도 검사할 수 있다.
- 산불 감시활동에 활용한다. 멀리서는 검은 연기도 나지 않는, 눈에 보이지 않을 정도의 작은 화재라고 해도, 열화상 카메라는 이것을 포착할 수 있다. 춘천시에서는 무인항공기(드론)에 열화상카메라를 장착하여 산불 감시활동에 사용하고 있다.
- 군사용으로도 사용되는데, 열화상카메라를 이용하면 빛이 전혀 없는 밤이라고 할지라도 스스로 열을 발생시키는 차량이나 사람의 몸을 쉽게 찾아낼 수 있어 야간 감시 장비로 사용된다. 군에서 사용하는 장비는 열상감시장비라고 한다. 특히 기갑장비, 공격헬기, 전술기에는 웬만하면 열화상 탐색/조준장치가 장착되며 없어도 추후 개량을 통해 무조건 달아주는 것이 추세이며 개인화기용 열상조준경 또한 비싸지만 존재한다. 야간작전중이나 수풀 등에 숨어있는 차량/병력의 열을 감지해서 색적하는 것. 공개된 군사작전 영상 중 기갑/항공장비에서 촬영된것들은 열영상으로 촬영된 영상들도 많다. 군사용으로 사용되는 것들 중 내부적으로 열화상을 사용하지만 사용자에게 영상을 제공하지 않는 종류는 단거리 열추적 공대공 미사일이나 IRST 등이 있다. 이런 종류의 장비들은 사용자에게는 분석 완료 이후의 정보만을 HUD를 통해 알려주는 것 이상이 필요하지 않기 때문이다. 그러나 이렇게 찾으려는 장비가 있으면 탐지를 피하기 위한 장비도 발전하고 있는데 열에 의한 탐지를 피하기 위해 기갑장비의 경우 배기관의 위치를 후방 하향으로 조정하거나, 위장망 등에 열 차폐 소재와 열 차폐 또는 발열 연막을 사용하고, 보병은 군복에 열 차단처리를 하고 복면을 쓰며, 항공 병기는 IRCM 등을 사용한다
- 흔히들 '나이트 비전'이라 부르는 캐딜락, 아우디 등 고급 자동차의 야간 시야 확보 기능에도 활용된다. 군사용과 원리 자체는 비슷한데, 열 영상 기술과 적외선 기술이 접목된 시스템이다. 물체가 열에너지를 방출한다는 것에 기초를 두고 만들어진 장치이기에 이 점을 최대한 활용하는 것인데, 모든 사물을 통틀어서도 특히 인간과 동물이 움직일 때는 주변 배경에 비해 높은 열을 발산하기 때문에 소프트웨어 처리를 거쳐 인간과 동물을 대조적으로 분명하게 표시하는 가상 영상을 만들 수 있다. 차량 계기판 등에 띄워지는 가상 영상 자체는 흑백 인화 사진과 같은 느낌을 주는데, 뜨거운 물체는 흰색으로, 차가운 물체는 검은색으로 나타난다. 이 장치와 연계하여 주변에서 물체가 튀어나올 것을 미리 경고하는 시스템도 장착된다. 한국의 경우 전 세계에서 유일하게 TAR 등의 승인을 받더라도 차량에 열화상카메라를 부착하여 운전자에게 화상을 보여주거나 자율주행을 위한 데이터 소스로 활용할 수 없기에 무용지물이다. AESA - ESR 및 고정밀 LIDAR 과 함께 열화상 카메라를 사용할 수 없다 보니 여러 회사의 ADAS 시스템이 한국에 도입될 때 기능이 대폭 축소되거나 심지어 안전 기능 자체의 성능이 크게 너프되는 원인이기도 하다. 한국도 이러한 부분에 대해 "이중용도품목" 이라는 이름으로 관리하고 있지만 큰 의미는 없으며, 한국을 제외한 대부분 국가에서 이중 용도품목은 민간사용목적만 허용된다.[2]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
