열화상 카메라의 원리

코로나19 확진이 장기화되면서 열화상 카메라를 자주 보게 됩니다.

처음 보게 된 것은 공항에서 입국자의 체온을 측정하기 위해 설치한 것을 TV를 통해서 보게 된 것이고 지금은 매일 아침 출근길에 회사의 1층 로비에서 보고 있습니다.

처음에는 한 명의 안전 관리 요원이 열화상 카메라를 들고 있더니, 어느 날부터 두 명으로 늘어났더군요.

제법 무거워 보이는 카메라를 이 분들이 출근 시간 내내 들고 있는 것이 안 쓰러 보였습니다.

그러더니 이번 주부터는 아예 출입문부터 엘리베이터까지 차단막을 쳐서 출입하는 분들의 동선을 관리하면서 한 대의 열화상 카메라를 좌식으로 설치해서 안전 관리 요원이 앉아서 체온을 체크하기 시작했습니다.

그야말로 하루하루 진보하고 있는 모양새입니다.

어떻게 생각하면 열화상 카메라가 있어서 그나마 편리해진 것입니다.

만일 한 명 한 명의 체온을 비접촉식 체온기로 측정했다면 측정을 하는 쪽이나 당하는 쪽이나 얼마나 불편할까요.

열화상 카메라는 어떻게 여러 명의 체온을 한꺼번에 측정할 수 있을까요?

그 원리는 알고 보면 비교적 간단합니다.

적외선을 측정하다.

모든 물체는 절대온도(-273도) 이상이면 해당 파장의 빛을 방출하는데 사람의 체온은 37도 근방으로 적외선 중에서 원적외선인 8~14um의 파장대의 빛을 방출합니다.

이 부근대의 적외선을 센싱해서 그 파장의 정확한 값을 알 수 있으면 온도로 환산하는 것이 가능합니다.

이것이 열화상 카메라의 원리입니다. 원리적으로는 정말 간단합니다.

우리 주변에서 볼 수 있는 적외선 센서들...

이 원리를 초보적으로 활용한 것으로 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 것이 있습니다.

바로 PIR 센서 (Passive Infrared Sensor)라는 것으로 아파트의 현관 천정에 있는 현관 램프입니다.

이 현관 램프 안에서 적외선을 감지하는 PIR 센서가 있어서 사람이 들어오면 사람 몸에서 나오는 적외선을 감지해서 램프를 켜게 하는 것입니다.

흔히 근접 센서라는 이름으로 다양한 곳에서 사용이 됩니다. 가격이 싸고 용도가 다양하기 때문에 제법 큰 시장을 형성하고 있는 센서입니다.

이 센서 안에는 적외선을 센싱 하는 셀이 보통은 한 개가 들어있는데 측정 정도를 올리기 위해서 4개가 들어간 것도 있습니다.

이 것을 좀 더 정밀하게 만들면 우리가 흔히 알고 있는 비접촉식 체온계나 온도 측정기를 만들 수가 있습니다.

그런데 이것들은 모두 한점 (One Spot) 밖에 측정할 수가 없습니다.

좀 더 넓은 면적을 측정하고 싶은 니즈 (Needs)가 생긴 것이죠.

그래서 나온 제품 중에 재미있는 것이 파나소닉사의 Grid Eye 센서와 같은 것입니다.

전외선을 감지하는 셀을 8x8개로 배열을 해서 다양한 응용기능을 구현하도록 만들었습니다.

열화상 카메라의 원리

앞서 한 점의 온도를 측정하는 "비접촉식 온도 측정기"를 말씀드렸습니다.

한 개의 적외선 셀이 들어 있는 경우인데 이런 셀의 기능을 갖는 것을 마치 카메라의 이미지 센서처럼 만들어서 카메라 안에 넣어서 사진을 찍게 되면 바로 열화상 카메라가 됩니다.

이해하기 쉽게 비교를 든다면, 우리가 가지고 있는 핸드폰 카메라는 이미지 센서가 가시광선을 측정하는데 이 이미지센서 대신에 적외선 이미지 센서를 넣고 이 센서 앞에 가시광선 영역을 차단을 하고 적외선 영역의 빛만 들어가도록 필터를 넣게 되면 원리적으로는 열화상 카메라가 만들어지는 것입니다.

그런데 이런 적외선 이미지 센서는 아직 대중화되지 못했기 때문에 가격이 매우 비싸고 해상도도 핸드폰 카메라에 적용되는 것은 수천만 화소가 되지만 열화상 카메라에 적용되는 것은 일반적으로 4,800 화소 (80 x 60), 19,200 화소 (160 x 120) 정도가 일반적입니다.