KRISS, 대형 적외선 카메라 평가장치 개발
고해상도 가시광 카메라를 사용하여 인원 및 물자의 출입 등을 감시하여 판단할 수도 있지만 또 다르게는 적외선 카메라를 사용하면 된다. 적외선은 온도를 가지고 있는 모든 물체에서 나오는 빛으로 낮과 밤에 상관없이 물체에서 방사되기 때문에 적외선 카메라를 사용하면 밤에도 형상을 구분할 수 있게 된다. 특히 공장이나 발전소 등을 가시광 카메라로 촬영하게 되면 건물의 외형밖에는 볼 수 없어 내부의 가동여부를 판별하기가 어렵지만, 적외선 카메라를 이용하면 열을 내는 곳이 주변 물체보다 훨씬 밝게 빛나므로 가동 여부를 쉽게 판별할 수 있다. 또한 신종플루 때문에 공항과 같이 사람들의 이동이 잦은 곳에서 열이 나는 사람을 찾기 위하여 사용되는 카메라도 적외선 카메라로 우리 몸에서 나오는 적외선이 온도에 따라 세기가 달라지는 현상을 이용한 것이다. 이렇듯 적외선 카메라는 주야간 감시목적으로 우리 주변에서 다양하게 활용된다.
적외선 카메라를 제대로 사용하기 위해서는 정확한 성능평가가 필수적이다. 특히 대형 적외선 카메라에 대한 성능을 평가할 수 있는 장비와 기술을 보유하고 있는 나라는 미국, 러시아 등 일부 국가에 불과하다.
적외선 카메라는 일반 가시광이 아닌 온도와 관련한 빛에 반응하기 때문에 성능평가 방법 또한 가시광 카메라와 다르다. 가시광 카메라의 경우, 얼마나 작은 간격에서 물체의 밝고 어두운 정도를 구분하는가를 평가하지만 적외선 카메라는 얼마나 작은 간격의 물체를 작은 온도차까지 구분할 수 있는지를 평가하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 국내연구기관 및 산업체와 함께 KRISS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 우주광학센터(센터장 이윤우) 양호순 박사팀이 대형 적외선 카메라 성능평가장치를 개발하였다.
개발한 성능평가장치는 직경 최대 800 mm인 적외선 광학계가 온도를 0.01도 이하로 분해할 수 있는지를 평가할 수 있다.
적외선 카메라의 성능 평가장치는 온도조절이 가능한 물체부와 물체부에서 나오는 적외선을 평행광으로 만들어 마치 물체가 아주 먼 곳에 있는 것과 같은 효과를 내주는 직경 1 m 시준장치, 그리고 전체 시스템을 운영하고 측정결과를 분석하는 소프트웨어로 구성된다. 이때 물체부를 움직임으로써 인공위성에서 지상을 쳐다볼 때 지상의 물체가 움직이는 것과 같은 효과를 낼 수도 있다.
시준장치로는 비축포물면을 주로 사용한다. 특히 직경 수백 mm에 이르는 대형 반사경을 사용하는 적외선 카메라의 성능을 평가하기 위해서는 평가하고자 하는 적외선 카메라보다 더 크고 성능이 뛰어난 시준장치가 필수적이다. 이러한 대형 시준장치는 군사용으로 사용이 가능하기 때문에 선진국에서 수출을 제한하고 있어 국내개발이 필수적이다.
양박사팀은 특허 출원된 비축포물면 가공시스템을 이용해 직경 1 m 비축포물면을 형상오차 30 nm(나노미터) 이하로 제작하였다. 이 시스템을 사용하면 기존의 방법보다 재료 손실이 적고 가공시간을 최대 75% 이상 단축할 수 있다.
성능측정용 소프트웨어는 검출기에 들어오는 영상을 분석해 적외선 카메라의 성능을 평가하는 역할을 한다. 평가 항목으로는 최소온도분해능, 잡음등가온도, 신호대 잡음비, 시야각, 초점거리 등으로 적외선 카메라와 관련한 거의 모든 성능을 평가할 수 있다.
양호순 박사는 “대형 적외선 카메라 성능평가장치를 국산화함에 따라 관련 장비에 대한 수입대체효과는 물론 해외로 수출도 가능하다.”며 “개발한 장비의 일부 기능은 가시광 카메라에서도 이용 가능하기 때문에 국내에서 개발하는 고해상도 위성용 카메라의 성능평가에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번에 특허를 출원한 비축포물면 가공 시스템은 직경이 1 m 보다도 큰 비구면 거울 제작에도 이용할 수 있다. 이에 연구팀은 가공 시스템을 확대해 거대마젤란망원경(GMT :Giant Magellan Telescope) 사업에 활용할 계획이다. KRISS는 한국천문연구원과 함께 직경 1.1 m 비축비구면 7장을 제작해 이 사업에 참여할 계획이다. 이를 계기로 우리나라의 반사경 제작기술을 세계에 알릴 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 기대한다.
- 비구면 : 평면, 구면이 아닌 모든 면을 비구면이라고 하는데 들어오는 빛을 한점에 맺혀주는 능력이 탁월해 영상의 질을 높여주기 때문에 최근 우주용 카메라, 천체망원경 및 디지털 카메라등 영상장치에 많이 사용됨.
- 비축포물면 : 포물면은 비구면의 일종으로 비축의 의미는 형상이 중심대칭이 아니라는 의미임. 큰 포물면에서 중심을 포함하지 않는 일부분을 잘라내면 비축포물면이 됨. 주로 구경이 가려지지 않는 완전한 평행광을 만드는데 사용됨.
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
웹사이트: http://www.kriss.re.kr
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