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머신비전 기술 백서/카메라

한번에 여러 이미지를 얻을 수 있는 기술이 있다구요? - 2탄- Multi-strobing 기술

by ENPIDIA (주)앤비젼 2020. 6. 12.

[카메라 기술 백서 #14] Multi-strobing 기술 활용 방안

 

지난 시간에는 TDI 카메라를 사용한 Multifield 기술에 대해 살펴보았다면 이번에는 라인스캔 카메라와 스트로브 조명을 이용하여 한번에 여러 조명 영상을 스캔하는 방법인 Multi-strobing 솔루션에 대해 살펴보기로 하자. 앞서 보았던 Multifield 기술은 특정 파장대의 조명만 통과시키는 코팅을 3개의 TDI 어레이에 적용하여 한번에 최대 3개의 조명 영상을 동시에 촬영할 수 있는 기술이었다. 반면 라인스캔 Multi -strobing 솔루션은 센서에 특수 코팅을 사용하지 않고 아래와 같이 스트로브 조명을 순차적으로 점등시켜 촬영 후 다시 각 조명 별 영상으로 분리하는 방식으로 한번 스캔으로 모든 조명 영상을 얻을 수 있는 기법이다. 

 

 

Multifield 기술과 Multi-strobing 기술 간략 비교

이 두가지 기법의 특징을 간략하게 비교하자면 우선 Multifield 기술은 TDI 카메라 기반으로 라인스캔 기반의 Multi-strobing 솔루션보다 감도가 월등히 높다. 따라서 Multifield기술은 주로 빠른 검사 속도를 요구하는 고해상도 애플리케이션에 적합하고 Multi-strobing 솔루션은 간혹 반사율이 좋은 고해상도 애플리케이션에 사용되기도 하지만, 상대적으로 저해상도 어플리케이션에 적합하다. Multifield 기술은 단순하게 파장 대 별 조명 3개를 켜놓으면 카메라 센서 단에서 각 조명 영상으로 따로 촬영하기 때문에 시스템 구성이 단순하지만, Multi-strobing 방식은 조명과 카메라 모두를 신호로 동기 시켜 통제해야 하고 각 조명 별 영상으로 사용자가 직접 분리해줘야 하기 때문에 시스템 구성이 다소 복잡해지고 많은 노하우가 필요하다. 그렇지만, Multi-strobing 방식은 이러한 단점에도 불구하고 기구적인 간섭이 없다면 사용할 수 있는 조명의 개수에 제한이 없다는 큰 장점이 있고, 많은 조명을 사용하여 Computational Imaging을 수행할 수도 있다. 여기까지 서로의 방식 차이를 이해하기 위한 설명이었다. 어차피 이 두가지 방식은 감도 차이로 인해 애플리케이션 분야가 명확히 구분되므로 서로 경쟁할 일은 없을 것이다.

 

 

Multifield 기술

Multi-strobing 기술

카메라

TDI 카메라 기반

라인 스캔 기반

시스템 구성

단순

다소 복잡

조명 개수

제한이 있음 (최대 3)

제한이 없음

애플리케이션

고해상도 애플리케이션

저해상도 애플리케이션

 Multi-strobing 기술 활용 방안

그렇다면 머신 비전 시스템에서 Multi-strobing 기술을 활용하면 어떤 결과물을 얻을 수 있을지 알아보기로 하자. 

 

1) N채널 조명 영상 획득

멀티스트로빙 솔루션은 하나의 검사장비에서 복합적인 이미징을 수행하기 위한 스트로브 조명 기반의 다조건 영상 획득 기술이다. 멀티스트로빙 솔루션을 통해 한번에 다양한 조명 영상을 획득하게 되면 특정 각도의 조명에서 검출되는 결함이나 IR과 같은 특정 파장대에서만 검출 가능한 결함 등을 한번에 검사할 수 있다. 

아래 왼쪽 그림과 같이 하나의 스트로브 조명의 점등시간을 달리하여 HDR 이미징을 할 수도 있고, 연산을 통해 결함의 새로운 패턴을 추출하기 위한 computational imaging에 4채널 교차조명과 같은 다조건 조명 영상이 활용될 수도 있다. 더 나아가 다조건 조명 영상은 인공지능(AI) 성능 향상을 위한 학습 데이터베이스 구축에도 폭넓게 활용될 수 있다. 

이처럼 한번의 스캔으로 다조건 조명 영상을 얻는 기술은 매우 다양한 목적으로 이용될 수 있다. 참고로 앤비젼은 멀티스트로빙 솔루션에 사용하기 적합한 저렴한 카메라부터 현존 최고의 감도와 속도를 보이는 LineaML 카메라까지 다양한 라인스캔 카메라 라인업을 제공하며 두가지 파장대의(VIS, IR) 라인 타입 조명과 computational imaging에 활용할 수 있는 4채널 교차조명까지 사용자의 요구조건에 적합한 스트로빙 조명 솔루션을 제공한다.

 

2) Photometric stereo 이미징

Multi-strobing 기술 및 4개의 라인 스캔 교차 조명을 활용하면 Photometric stereo 이미징으로도 활용할 수 있다.  

아래 중앙의 4개 영상은 4가지 서로 다른 방향의 라인 스캔 교차 조명으로 시료를 촬영한 영상으로 다른 방향의 조명으로 인해 시료 표면 반사 패턴이 각각 다름을 볼 수 있다. 오른쪽 영상은 4개의 영상 중 빨간 네모 박스 영역에 대해 photometric stereo 연산을 거친 결과물로 프린팅 부위에 있던 찍힘만 확인하여 불량을 보다 쉽게 검출할 수 있다.   

아래 영상은 메탈 표면에 대해 동축, 다크필드과 4채널 교차 조명 총 6 채널로 구성하여 한 번의 스캔으로 얻은 영상들이다. 추가로 4개의 교차 조명 영상에 대해 photometric stereo 연산을 수행하였다. 결과에서 볼 수 있듯이 동축과 다크필드 조명에서는 검출하기 힘들었던 스크레치를 교차조명 영상으로 연산을 거친 뒤에는 쉽게 확인할 수 있음을 볼 수 있다.

 

여기까지 Multi-strobing 기술 활용에 관한 소개였고, 다음 글에서는 Multi-strobing 기술을 활용하여 장비를 구성하는 분들이 많이 궁금해하는 속도와 밝기 관계에 대해 자세히 살펴보기로 하자.

 

Multi-strobing 기술 소개 유튜브 5분 영상입니다.  (클릭하면 넘어갑니다)

 

 

 

 

 

 

 필진 소개

 

 

김병도, Brandon

앤비젼 Engineer


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