다양한 응용제품에 적용할 수 있는 적외선 탐지 솔루션 분야에서 선도적 위치에 있는 Xenics(www.xenics.com) 사는 N1h1 바이러스에 의해 발병되는 신종인플루엔자와 같은 유행성 호흡기 질환 확산을 효과적으로 차단해 줄 수 있는 IR 서모그래피 시스템(자동으로 신체 표면온도를 측정하고 이를 영상으로 표시해 진단에 사용할 수 있는 시스템)을 제공하고 있다. 

| 편집자 주 |

IR 서모그래피 시스템 제품 중 Raven-384 열화상 IR 카메라 모델은 공항, 국경, 지하철, 철도 등에서 설치·운영이 용이하며, 통행하는 여행자들 중에서 의심환자로 분류할 수 있는 사람의 급격한 체온변화를 0.05°C까지 정밀하게 실시간 원격으로 탐지할 수 있다. 또한, 피부에서 발산되는 온도 패턴을 인식해서 표준 이더넷 연결을 통해 PC 화면에 고해상도 적외선 이미지를 나타내 주는데, 영상은 실시간 384×288 해상도의 이미지이며, 사람의 표면 영상 위에 온도별로 다양한 색깔 분포도를 표시해준다.

특히, 신체 특정 지점에서의 기준 온도 세팅 값 이상의 온도 값을 검출하여 화면에 표출할 수 있는데, 이를 통해 비정상적인 온도 상승을 유발하는 외부요인은 제거할 수 있다. 이 기능은 매우 중요한 것으로, 예를 들어 통행하는 사람이 뜨거운 커피를 들고 있거나 마시고 있으면 신체온도가 외부요인으로 인해서 상승하게 되는데, 이로 인해 잘못된 경보를 유발할 수 있다.

Raven-384의 주요 기능

Raven-384 열화상 IR 카메라를 온도 검출 시스템에 적용시키는 업무를 담당했던 Guy Gielis 씨는 “우리는 사람들에게 예상되는 발열온도 범위를 정했습니다. 왜냐하면 우리가 눈으로 볼 수 있는 것은 한정된 온도범위이기 때문입니다. 즉, 건강한 사람들의 체온은 36~37°C 사이이기 때문에 37.5°C의 측정치는 이미 고열로 인식되었습니다. 이것은 매우 중요하지만 복잡한 문제입니다. 왜냐하면 임상적으로 인지된 발열온도는 자주 변화하기 때문입니다. 하지만 바이러스에 의한 발열의 한계치는 39.5도로 설정할 수 있습니다”라고 이 제품의 적용 필요성을 설명했다.

Guy Gielis 씨는 결론적으로 이 카메라는 특별한 응용분야를 위해 매우 정교하게 만들어졌다고 말한다. 이것은 Xenics 사의 엄격한 온도조절 환경에서 최고 수준의 흑체(모든 파장의 전자기파를 완전히 흡수하는 물체)를 기준으로 만들어진 시스템이기 때문이다.

Raven-384 카메라는 0.05°C와 같이 적은 온도차를 감지할 수 있다. 이 제품은 8bit의 디지털 데이터 출력 또는 실제로 사용하기 편리한 256단계로 분리된 측정치를 제공한다. 총 15°C의 범위를 측정할 수 있도록 Raven-384를 조정할 수 있다. 시장에 공급되는 대부분의 적외선(IR) 카메라들은 데이터 출력에 있어서 최대 2% 또는 최대 2°C의 정밀도까지 가능하지만, 여행객들의 열 감지를 위해서는 이 정도의 정밀도로는 충분치가 않다. 왜냐하면 여행자가 고열인지 아닌지, 건강한지 감염되었는지를 분명히 구분해야 하기 때문이다. 그래서 카메라의 시야범위 내에 배치된 다른 온도의 참조 데이터가 사용된다.

이 카메라는 삼각대에 빠르게 설치 가동될 수 있으며, 측정은 매우 빠르게 이루어진다. 카메라 조작법은 매우 쉬워 누구나 간단하게 조작할  수 있으며, 다양한 형태의 렌즈를 부착할 수 있다. 섭씨 -25~50℃ 사이에서 작동되며, 기준 온도에서 1℃ 차이를 감지했을 때 자동 알람기능이 작동하여 영상 또는 소리 알람 시스템에 신호를 보낼 수 있다.

Raven-384의 구현원리

프랭크 발열체 연구이론에 따르면 따뜻한 모든 물체는 일정한 경로를 따라서 에너지를 발산한다. 흑체는 다른 에너지원으로부터 간섭을 받지 않고, 외부로 열을 반사하지 않으면서 자체적으로 이상적인 에너지를 발산한다. 흑체의 성능은 가격에 따라 다른데, 아주 높은 품질의 흑체는 외부에너지원으로부터 발산되는 에너지를 거의 대부분 반사시키지 않는다. 좋은 흑체의 발산 수치는 0.999까지 올라가는데, 인체온도 측정을 위한 발산 수치는 0.95~ 0.99면 충분하다. 

흥미로운 점은 인간의 피부는 흑체와 매우 비슷하다는 점이다. 피부는 0.98 정도의 수치와 비슷하여 외부의 에너지 열을 거의 반사하지 않는다. 사람의 열 발산은 몸 안쪽의 온도와 같은 값으로 볼 수 있는데, 이러한 원리를 이용하여 온도 측정이 가능한 것이다. 항공 여행객의 열 온도 측정에서 Raven-384에 쓰이는 흑체는 보통 여행객이 지나가는 머리 위에 설치되어 있다.

시스템 세팅 시에 내장된 소프트웨어는 시스템 간의 실제적인 작동환경과 지역적인 데이터베이스와 연관되는 통계적인 분석작업을 수행하게 된다. 대표적으로 다양한 사용자의 사용 환경에서는 이러한 모든 환경변수들을 사전에 알 수 없다. 습도는 이런 환경에서 가장 중요한데, 피부 열 발산 능력에 영향을 주기 때문이다.

이러한 변수들을 줄이기 위해 Gielis 씨는 “우리는 몇몇 사람들을 추적하고, 연관되는 작업환경 내에서 활동하는 건강한 사람들의 영상을 얻기 위해 약간의 통계치를 이용합니다. 대부분의 경우 이러한 설치 작업은 시스템을 처음 사용하기 전에 미리 이루어져야 있는데, 예를 들면 공항터미널과 같은 환경이 대표적입니다”라고 설명한다. 이러한 처리절차들은 흑체 온도 범위를 이용한 참고자료로 세팅되어 있다. 이러한 임시적인 설치단계는 몇 초 정도가 소요된다고 Gielis 씨는 말했다.

정밀한 보정은 IR 카메라 제조에 있어 시간이 많이 소모되는 과정이다. 이 과정은 일반적으로 엄격히 통제되는 환경조건하에서 이루어지는데, 이것은 특히 IR 열화상 카메라의 센서보다 더 오차가 없는 센서를 필요로 한다. 센서의 온도는 실제 정밀도에 영향을 미치게 된다. 이러한 이유로 Xenics 사는 외부에 흑체를 대조해서 추가적인 교정수단으로 사용하기로 결정했다.

Raven-384의 활용분야

Raven-384의 열 감지 애플리케이션은 아시아에서 지난 수년간 유행했던 SARS의 결과물이고, 이를 방지하기 위한 과학 논문에 기반한 것으로 알려졌다. 특히, 사람의 눈 가장자리를 가지고 온도상승의 척도로 사용하는 아이디어는 이러한 학술결과로부터 나왔다. 사실 SARS는 Xenics 사에서 내부의 R&D 프로젝트를 시작하게 만들었고, 현재의 신종플루 측정 연구로 결실을 맺게 되었다.

시스템이 설치된 후에는 장시간 시스템을 작동하는 사람이 필요치 않게 된다. 이 시스템은 지나가는 사람의 눈 가장자리를 보고 시각적인 알람을 통해 PC 스크린에 Fever 혹은 No Fever를 표시한다. Fever인 경우에 뚜렷한 징후가 있는 사람의 이미지는 자동 인식되고, 화면상에 크게 나타나면서 저장된다. 이 화면을 보고 위생기관의 관계자는 다음 단계의 적절한 조치, 예를 들면 정밀 측정 등을 시도할 수 있다.

이미 언급했듯이 Raven-384 카메라는 0.05도의 온도 차이를 검출할 수 있을 뿐 아니라 실시간으로 초당 50/60 프레임의 속도로 컬러 패턴 형태의 이미지를 묘사할 수 있다. 흑체 측정법으로, Xenics 사는 볼로미터를 기반으로 만든 카메라에서 나타나는 IR 카메라의 안정성 우려를 해소했다. 8~14um 대역 빛의 파장대를 감지하는 카메라의 고해상도 이미지는 개별적인 또는 집단적인 움직임을 모두 감지할 수 있다.

<자료제공 : 미토스(www.mythos.co.kr)>

[월간 시큐리티월드 통권 제152호(info@boannews.com)]

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