[카메라 기술 백서 #9] 카메라 출력 bit depth 8bit 10bit 12bit


  업무를 하다 보면 고객에게 가끔 이런 요구를 받는 경우가 있다. “검사 대상을 촬영한 영상에서 매우 적은 양의 gray 차이까지 구분해야 해서 8bit 출력으로는 부족합니다. 10bit나 12bit가 지원되는 카메라가 있으면 소개 바랍니다.”


 먼저 8bit / 10bit / 12bit는 무엇을 의미하는 것이며 왜 이런 차이가 발생하는지부터 알아보자. 8bit / 10bit / 12bit 출력과 같은 spec은 output bit depth라고 하며 이를 설명하기 위해 Digital과 Analog의 차이부터 시작해야 하지만 이건 독자를 너무 무시하는 처사로 보여 바로 bit depth에 대해 설명 하겠다.


디지털신호는 0과 1의 조합을 통해서 데이터의 크기를 나타내는 수단 중 하나이다. 그리고 bit depth는 몇개의 자릿수를 사용하여 표현할 것인가에 대한 것이다. 0과 1만을 사용한 숫자를 몇 자리 사용하는가 이며 아래는 8bit / 10bit / 12bit를 예시로 들었다.


 그래 여기까진 다 알고 있다. 그런데 이런 bit depth를 이용해서 영상의 밝기를 표현하면 어떨까. 아래 문제를 한번 풀어 보자.


문제. 다음 보기 중 가장 밝은 pixel data는?

  1. 128DN (8bit)
  2. 512DN (10bit)
  3. 2048DN (12bit)

답은 없다. 3개 모두 동일한 밝기의 pixel data가 된다. 우리가 보고 있는 영상에서 가장 어두운 영역은 0DN 그리고 가장 밝은 영역은 bit depth별로 달리 표현된다.



Bit depth는 결국 동일한 밝기 범위를 얼마나 숫자로 잘게 쪼개는데 있는 것이다.


 이제 센서를 한번 들여다 보자. 실제 카메라에서 output bit depth가 결정되는 곳은 2곳이 있다. 첫 번째로는 analog 형태의 전압을 digital 형태로 변환 시키는 Digitization 과정이다.



위 그림에서 Digitization 부분에 있는 계단이 256단계이면 8bit 출력 4096단계이면 12bit 출력이 될 것이다. Digitization을 하는 소자는 ADC이며 이 ADC의 출력이 10bit라면 이후의 데이터는 10bit의 분해능을 넘는 것은 불가능 하다. 그리고 이후의 image processing은 이 10bit scale의 데이터를 통해 이루어 진다. 그리고 카메라 사용자가 8bit 출력을 원한다면 10bit data를 8bit로 down scale하여 출력하게 된다. 뭐 간단하게 4로 나눈 출력을 최종적으로 내보내게 된다.

 그렇다면 10bit / 12bit 출력은 언제 필요한 것일까? 아래 그래프는 적당한 난수를 생성해서 8bit와 12bit 형태로 표현해 보았다. 만약 내가 검출해야 하는 대상이 8bit 기준 3DN 정도의 차이를 보이는 검은색 화살표 표시지점이면 8bit scale로도 충분하다 말할 수 있다. 그러나 오랜지 색 화살표로 표기된 부분을 검출해야 한다면 8bit bit depth로 프로세싱 하기엔 어려움이 따른다.



그러나 한가지 문제가 있다. 위의 오랜지색으로 표시된 부분이 정말 defect라 보증할 수 있을까? shot noise와 같은 random성을 지닌 노이즈가 아니라는 것은 어떻게 보증할 수 있을지에 대한 해답이 필요하다.

 그러므로 기본적으로 카메라가 가지고 있는 spec이 내가 검출 하고자 하는 defect을 충분히 구분해 낼 수 있는 능력을 가지고 있는지 검토하고 output bit depth 변경을 고려하는 것이 순서이다.


 여기까지 쓰려고 했지만 다시 읽어보니 그래서 어쩌라고? 라는 목소리가 어딘가에서 들리는 것만 같다. 그래서 어떤 상황에서 10bit, 12bit output을 이용하는 것이 검사를 더 유리하게 할 수 있을지 한번 생각해 보자.  랜덤하게 발생하는 노이즈가 8bit 1DN을 넘어서지 않는다고 가정해 보자 8bit scale 0.2DN정도 오르락 내리락 한다고 하면. 8bit scale 0.5DN의 불량은 카메라가 감지할 수 있을 것이다.(실제 소수점 이하 출력은 없다. 단순 가정이라 생각하자) 이럴 때는 10bit bit depth를 사용하는 것이 유리할 것이다.

 그럼 뭔가 답이 보이는 것 같다. random하게 발생하는 노이즈가 8bit 1DN 이하라면 bit scale을 올리는 것이 유리하다는 말이 된다. 이제 과거 포스팅을 복습할 때가 왔다. Random하게 발생하는 노이즈는 readout noise와 shot noise가 있다고 한 포스팅이 어딘가에 있다.(링크는 비전양이 알아서 달아줄 것이다. [머신비전]영상 품질을 결정하는 '카메라 노이즈' 파헤치기) readout nosie는 어두울 때와 밝을 때 모두 나타나고 photon shot noise는 빛이 강해질수록 같이 강해지게 된다. 발로 마우스를 잡고 그래프를 대충 그리면 아래 그림과 같다. 



Total noise가 가장 적은 구간이 이제 눈에 보일 것이다. 절대적인 random한 노이즈 양이 가장 적은 어두운 구간에서는 8bit 1DN을 노이즈가 넘지 않을 가능성이 가장 높다. 그러므로 10bit, 12bit scale은 결국 어두운 구간에서 명암차를 더 효과적으로 구분할 수 있는 도구가 될 수 있다. 기본적으로 카메라의 spec이 충족해야 이런 방법이 효과가 있다는 점을 한번 더 강조하고 글을 마친다.


 필진 소개



목한상, Kyle Mok

(앤비젼 Product Engineer/카메라 담당)


사진가가 되고 싶었던... 그래서 카메라와 함께 일하는...

카메라 담당 Product Engineer



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  1. 비전돌이 2017.02.24 16:47  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요. 잘보고 있는 독자 중 하나 입니다.

    다른게 아니라 궁금한 부분이 있어 글을 쓰게 되었습니다.

    일반적으로 엔코더 트리거를 라인스캔 카메라에 많이 쓰는데요.

    엔코더 트리거를 쓰는 이유가 무엇인지 궁금하여 글을 남기게 되었습니다.
    (일반 스타트(프레임)트리거 와의 차이점 등)

    감사합니다.

  2. 2017.06.20 09:48  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    비밀댓글입니다

  3. 2017.09.01 17:15  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    비밀댓글입니다

[카메라 기술 백서 #9] 카메라 너 때문이야! - 카메라 때문에 생기는 문제점 #2 젤로 현상(Rolling shutter) 현상


  오늘은 카메라 너 때문이야 시리즈 2탄… 1년에 하나씩 나오는 어벤저스 급 포스팅이 되겠다.(빈도만 따진다면…). 최근 스마트폰, 디지털 카메라에 탑재되고 있는 동영상 촬영 스펙은 UHD급 까지 발전하였으며 실제 촬영해 보면 충분히 뛰어난 화질로 상당한 만족감으로 주고 있다. 디지털 카메라로 촬영된 영상을 방송에 내보낼 정도로 commercial image sensor의 품질은 많이 좋아졌다.

머신 비전용 카메라를 다른 말로 표현하면 그냥 동영상 촬영이 가능한 카메라이다. 기계식 셔터 없이 노출을 제어하고 연속적으로 영상을 촬영할 수 있는 카메라 이다. 그렇다면 스마트폰, 디지털 카메라에서 사용하는 이미지 센서를 머신 비전에 사용할 수 없을까? 결론부터 말하면 부분적으로는 가능하다. 그리고 “부분적” 이라는 단어를 붙이게 된 가장 큰 이유는 Rolling shutter 때문이다.


 먼저 Rolling shutter는 CCD와는 전혀 관계없는 현상이며 CMOS 센서에서만 나타나는 현상이다. Rolling shutter를 설명하기 이전에 “shutter”의 의미를 먼저 한번 짚고 가 보자. shutter라는 단어는 분명 shut이라는 동사에서 파생된 단어일 것이다. 한글로 풀어 말하면 “무언가를 닫을 수 있도록 만드는 것” 정도가 되겠다. 그리고 이미지 센서 앞에서 닫는다는 것은 “문을 닫아 빛을 막아주는 장치” 정도로 해석 할 수 있지 않을까 생각한다. 여기까지는 형태적인 정의에 가까우며 기능적인 정의를 하면… 빛을 막아준다는 것은 “내가 원하는 시점의 빛만 얻을 수 있도록 해주는 장치” 라고 할 수도 있겠다. 

 이미지 센서는 빛에 반응하는 장치며 항상 빛을 받게 되면 charge를 생성하게 된다. 내가 원하든 원하지 않든 말이다. 그래서 내가 원하는 시점의 빛만 받아들이기 위해 아래 그림과 같은 방법을 사용하게 된다.


    시간의 흐름 중에서, 사용자는 ↔로 표시된 시점의 빛만 받고 싶어 한다. 즉 사용자가 원하는 시점의 빛만을 얻는 “shutter” 기능이 필요하다. 이미지 센서에서 셔터의 기능을 구현하는 방법은 아래 3가지 사실에 따른다. 


1. 빛을 받게 되면 항상 charge는 생성된다.

2. 필요 없는 구간의 charge는 pixel reset 기능을 통해 버린다.

3. 필요한 구간의 charge는 read out 하여 출력한다.


 종합하면 사용자가 원하는 노출시간이 시작하는 지점에서 pixel reset을 통해 내부의 charge를 비워 놓고 exposure time만큼 쌓인 charge는 read out하여 출력하는 것이다. 이 방법이 우리가 흔히 말하는 전자셔터의 구동 방식이다.


 다시 rolling shutter로 돌아가면…

 Rolling shutter는 이런 전자 셔터의 구동 방식인데, 문제는 이런 셔터 기능을 모든 pixel에 동시에 적용시키는 것이 어렵다는 것이다. 모든 pixel에 쌓여있는 charge를 원하는 시점에 동시에 read out 할 수 있으면 좋겠지만, 이 read out이라는게 그렇게 간단하지 않다. charge의 양을 측정하여 전압을 생성하고 이를 digital 신호로 변환하고 data 출력까지 해줘야 한다. 모든 pixel을 동시에 하는 것은 물론이며 한번에 1개의 pixel를 처리할 수밖에 없다. 일반적인 CMOS image sensor는 read out register라는 공간을 통해 한번에 한 줄의 row를 가져와 1pixel씩 처리한다. 여기서 1개의 row를 가져오는 시점이 exposure end가 이루어 지는 순간이 된다. 그러다 보니 각각의 row의 exposure end 타이밍이 차이가 나게 된다. 그림으로 표현하면 아래처럼 4번의 row line을 전송하는 과정이 된다.

   


 이렇게 각각의 row를 순차적으로 read out할 때 object가 움직이게 되면 어떻게 될까? 

좌측의 그림처럼 이미지 센서가 보고 있는 영역에서 파란색 세로 막대가 우측으로 평행 이동하고 이를 Rolling shutter로 촬영하게 되면 우측의 그림처럼 보이게 된다. 아래에 위치한 row부터 순차적으로 readout을 하고 각 row에서는 exposure time 동안 object가 움직인 만큼 image blur가 발생하게 된다.

 가장 쉽게 해당 현상을 볼 수 있는 방법은 차를 타고 이동하는 도중 창 밖의 가로수를 스마트폰으로 촬영해 보자. 가로수들이 비스듬히 누워있는 것을 볼 수 있을 것이다. 만약 동영상 촬영 중이라면 이 rolling shutter에 의해 발생하는 현상은 마치 젤리가 울렁거리고 있는 것처럼 보이며 이를 젤로 현상이라고 부른다.


 머신 비전에서는 이런 rolling shutter에 의한 row별 exposure timing 차이 현상을 해결하기 위해 CMOS image sensor를 특별한 형태로 제작한다. 각 pixel에 저장소를 하나씩 만들고 read out이 필요한 시점에 해당 저장소로 각 pixel의 charge data를 이동시킨다. 그리고 저장소에 있는 각 row를 꺼내어 가면서 read out을 진행하게 된다. 이런 방식을 Global shutter 방식이라고 하며 이 기능을 구현하기 위해서는 CMOS 이미지 센서의 pixel에 해당 기능을 수행하기 위한 transistor를 추가적으로 만들어야 한다. 이런 이유로 각 pixel의 크기가 작은 스마트폰 용 image sensor는 각 기능을 수행할 충분한 transistor를 탑재하지 못해 rolling shutter로 동작할 수 밖에 없는 것이다.


 결론은 pixel에 더 많은 transistor를 탑재하여 Global shutter를 구현해야 젤로 현상을 피할 수 있다는 것인 데 다른 방법이 없는 것은 아니다. 정확히 말하면 젤로 현상을 없애는 방법이 아닌 줄이는 방법이 있다.


 2개의, rolling shutter로 동작하는 CMOS 이미지 센서가 있다.

 

 해상도

 최대 fps

 1장 촬영 시 소요시간(read out time)

 CMOS 1

 1920 x 1080

 60fps

17ms

 CMOS 2

 1920 x 1080

 360fps

2.8ms


일반적으로 이미지 센서의 최대 frame rate의 역수는 이미지 1장을 촬영하여 read out하는 시간과 동일하다. 그리고 이 read out 시간 동안 가장 마지막 row와 가장 첫 row의 촬영 시간차가 발생하게 된다. 위에 예시로 든 2개의 이미지 센서로 움직이는 물체를 촬영하게 되면 아래의 그림처럼 보일 것이다. 분명 젤로 현상은 CMOS 2 센서로 촬영했을 때 줄어들 것이며 더 자연스러운 동영상으로 보일 것이다.


<좌측: CMOS 1 , 우측: CMOS 2>


다시 한번 결론 지으면 젤로 현상을 완전히 피하고 싶다면 Global shutter를 사용하고 Rolling shutter를 사용하면서라도 젤로 현상을 줄이고 싶다면 read out time이 짧은 이미지 센서를 선택하는 것이 방법이다. 그리고 read out time은 최대 frame rate을 통해 어느 정도 유추할 수 있다.


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목한상, Kyle Mok

(앤비젼 Product Engineer/카메라 담당)


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  1. 정민 2016.08.09 10:37  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    포스팅 항상 잘 보고 있습니다.
    이번 내요을 보고 하나 질문이 있어서 질문을 남깁니다.


    맨아래 그림과 설명을 보면
    젤로 현상을 줄이고 싶으면 read out time 이 짧은 이미지 센서를 선택해야 한다라는 설명이 있습니다.
    이 설명 대로라면 CMOS1 이 read out time이 더 짧은 센서로, 이미지가 1, 2번이 바뀐게 아닌가요?

    • 목한상 2016.08.09 13:03  댓글주소  수정/삭제

      먼저 관심을 가지고 봐 주셔서 감사드립니다.

      말씀해 주신 부분이 맞습니다. 위의 표는 1번 센서가 더 짧은 readout 시간을 가지는 것으로 되어 있으며 아래의 이미지는 2번 센서가 더 짧은 readout 시간을 가지는 것으로 되어 있네요.

      한번더 글을 상세히 검토하지 못해 발생한 오류이며 관심을 가지고 지적해 주셔서 정말 감사합니다.

      오류는 바로 수정하도록 하겠습니다.

  2. 김대광 2017.07.08 18:44  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    재미있게 잘 읽고 갑니다.
    앞으로는 자주 오도록 하겠습니다.

    좋은 글 감사 합니다.

  3. KT 2018.03.02 02:25  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    좋은 자료 감사합니다.

  4. knamsang 2019.07.19 12:35  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요, 궁금한 점이 있어 문의드립니다. CMOS 센서에서 read out register를 통해 한 줄의 row를 가져와 한 pixel을 처리한다 하였는데, 그럼 한 row 전체 pixel을 처리하려면 row당 column번의 read out이 필요한 것인가요? 아니면 한 row를 가져와 한 row 전체를 처리하는 것인가요?

앤비젼이 올해로 창립 13주년을 맞았습니다.

앤비젼은 13년이라는 짧지만 긴 시간동안 앤비젼과 함께 해 온 구성원들 중 10년 장기 근속자들을 대상으로 매년 감사패와 함께 시상을 하고 있는데요. 올해 앤비젼 창립 기념일에는 총 2명의 구성원들이 10년 장기 근속상을 수상하게 되었습니다. 이번 포스팅에서는 그 영광의 주인공 중 1명인 이길재님과의 간략한 인터뷰를 소개하고자 합니다. 그가 기억하는 앤비젼에서의 10년 이야기, 지금부터 들어보시죠!


매일 보는 사이지만 간단하게 자기 소개 해주세요.

안녕하세요. 저는 앤비젼 3D 솔루션 그룹에 이길재입니다. 제가 앤비젼에 입사한지 올해로 10년이 되어 장기 근속상을 받게 되었네요. 누구나 10년동안 일하면 받을 수 있는 개근상이랄까요?(하하) 제가 초등학교 때부터 고등학교 때까지 개근상은 쭉 받았습니다. 앤비젼에서도 다행히 10년을 근속하게 되서 정말 영광스럽게 생각합니다.


지난 10년동안 가장 기억에 남는 일은 무엇인가요?

제가 10년동안 맡은 앤비젼에서 맡은 직무는 Application Engineer와 3D 솔루션 매니저인데요. 사업부에서 Application Engineer할 때는 동료들과 같이 라인에 들어가서 함께 고생하며 일했던 가장 기억에 남아요. 3D 솔루션그룹으로 오고나서는 협력사 발굴을 위해 해외 출장을 가서 새로운 사람들을 많이 만나는 경험을 했던 것이 기억에 남습니다. 한국 정서만 가지고 열심히 일을 하다보니까 오후 6시~6시반까지 일을 하게 되었는데, 나중에는 쫓겨나기도 했었죠. (하하하) 새로운 직무를 맡겨되면서, 해외 협력사들과 해야 할 일이 많아졌는데 그 곳에 있는 사람들과 소통하기 위해서는 각 문화의 정서도 정확하게 이해하고, 공부해야 한다는 걸 그 때 배웠습니다.


10년이면 강산도 변한다는데 앤비젼은 얼마나 변했나요?

제가 처음에 앤비젼에 들어왔을 때는 사무실이 서교동 (홍대쪽)에 있었는데요. (대표님이 어떻게 생각하실지 모르겠는데) 처음에는 창고 같은 분위기였어요. 꽤 어두컴컴한 테스트룸에 앉아서, 2주에서 1달 정도를 아무것도 못했던 것 같아요. 다들 바쁜 분위기여서 다른 분들에게 업무를 물어보고 할 새가 없었죠. 저에게 앤비젼은 첫 직장이기 때문에, 직장이란 원래 이런 곳인가하는 생각을 했었죠. (웃음)

그런데, 지금은 상당히 체계적으로 변했죠. 신입사원 OJT나 각종 직군 관련 교육들도 생기게 되었구요. 그리고 사무실 분위기도 화사해졌잖아요~ 그 때와 비교하면 정~말 많이 바뀌지 않았나라고 생각하네요.


10년 근속의 비결(?)은 무엇인가요?

그러게요. 사실 저에게는 직무전환이 컸던 것 같아요. 만약 같은 곳을 10년동안 똑같은 일을 하며 다닌다고 한다면 물론 거기서도 많이 배우고 경험했겠지만, 솔직히 슬럼프가 안왔을까 생각해봤을 때 왔을 것 같습니다. 직무전환을 하면서, 지금까지와는 완전히 다른 새로운 아이템을 찾고 관련 스터디도 하면서 고객들에게 소개하는 일들을 하게 되었죠. 저에게는 직업이 한 번 바뀐거나 마찬가진 것 같아요. (웃음) 그래서 제 나름대로 제 2의 인생을 사는 느낌이라고 할까요? 하하하.


직무 전환을 하기 전과 후에 어떤 점이 달라졌나요?

Application Engineer 시절에는 현장에서 발로 뛰는 일들이 훨씬 많이 있었어요. (물론 지금도 많이 다니지만) 그 때 외근을 다니고, 고객들과 만나서 고객 상황이나 환경에 대해 배운 경험들이 없었다면 지금의 나의 일(직무)을 할 수 있었을까라고 생각해보면 절대 못했다라는 결론을 내리게 되요. 그래서 그 때 그 경험들이 정말 소중하고, 그 경험 덕분에 3D 솔루션 매니저로서 고객들과의 미팅을 주도적으로 진행하면서 앤비젼의 솔루션을 적극적으로 소개할 수 있게 된 것 같습니다.


마지막으로 10년동안 함께 한 앤비져너들에게 한 마디해주세요.

10년동안 동료들과 사이좋게 지냈을 때도 있고, 업무하면서 서로 협의하느라 약간 다툼을 한 적도 있을텐데 돌이켜 생각해보면 모두 다같이 잘해보려고 한 일이었다고 생각해요. 앞으로의 시간들도 함께 더 많은 이야기 나누면 좋겠습니다~ 감사합니다. 


10년동안 묵묵히 자신의 분야에서 절대적인 시간을 채우는 꾸준함과 동시에 새로운 길을 걸으며 3D 솔루션의 가치를 보다 많은 곳에 전달하고자 하는 이길재님의 열정이 돋보이는 인터뷰였습니다. 앞으로도 앤비젼에서 그의 활약을 기대해봅니다.


 필진 소개



비전양, Miss Vision

앤비젼 공식 블로그의 마스코트.(비전군 & 비전양)

라인스캔 카메라(Line scan camera)의 몸과 고해상도 렌즈(Super resolution lens)인 얼굴로 앤비젼 구석구석의 이야기를 전해주는 호기심 많은 소녀



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시간이 갈수록 머신비전 장비 성능의 요구 사항이 더 까다로워지고 있다. 이에 Line scan 카메라도 다양한 기능과 성능 변화가 일어났다. Line scan 카메라보다 진화된 Dual Line scan 카메라, TDI Line scan 카메라 등 다양한 형태와 방식의 카메라들이 시장에 선보이고 있다. 이 글에서는 산업용 카메라로 널리 쓰이는 Line scan 카메라의 종류와 특징에 대해 알아본다.




Line Scan 카메라의 기본 원리


일상생활에서 복사기를 이용해 본 경험이 있다면 복사를 할 때 긴 불빛이 한 방향으로 일정하게 움직이는 것을 본 적이 있을 것이다. 이때 조명에 붙어있는 이미지 센서가 복사할 용지를 차례대로 읽고 이를 다시 출력하는 것이 복사기의 원리이다. Line scan 카메라는 복사기와 같은 원리로 동작한다. 이처럼 Line scan 카메라에서 사용하는 이미지 센서는 Area scan 카메라에서 사용하는 이미지 센서와 달리 1개의 라인만으로 이루어져 있다. 즉, Line scan 카메라는 단 1개의 라인만으로 개체 전부를 촬영하며 개체 또는 카메라 자체가 움직이면서 촬영하는 방식을 사용한다. 

이미지 센서는 카메라가 노출하는 동안 개체에 비치는 빛에 비례하는 광전자 전하를 각 픽셀에 축적하고, 노출이 끝나면 전체 픽셀 라인의 전하는 판독 레지스터로 전송된다. 판독 레지스터가 픽셀 전하를 이동시키고, 카메라가 이들을 증폭하고 보정하여 디지털화하여 전하로 출력한다. 이렇게 전하를 시키는 동안 다음 픽셀 라인이 동시에 노출된다. 

노출과 판독을 할 수 있는 최대 속도를 "Line rate"라고 하며, kHz(킬로헤르츠) 단위를 사용하는데, 빠르게 움직이는 개체의 움직임을 촬영하려면 고속 Line rate가 필요하다. 판독 속도를 향상하기 위해서는 여러 개의 ‘탭(판독 레지스터를 따르는 판독 지점)’을 사용하면 된다. 



일반적으로 Line scan 카메라가 Area scan 카메라보다 불편하다고 생각할 수 있지만, Area scan 카메라는 개체를 정지시키고 난 다음 촬영해야만 하지만 Line scan 카메라는 컨베이어 벨트와 같이 움직이는 개체를 촬영할 수 있으므로 산업 현장에서는 오히려 Line scan 카메라가 더욱 유용하게 쓰일 수 있다. 



위 그림을 보면, 픽셀의 수에 따라 높이에 대한 제약이 있는 Area scan 카메라보다 Line scan 카메라는 높이에 대한 제약이 없다는 장점이 있으며, 이러한 특징으로 인해 공정에 사용되는 카메라의 수를 줄일 수 있다는 장점을 한눈에 볼 수 있다. Dual line scan 카메라는 Single line scan 카메라보다 개선된 신호대잡음비(SNR)와 노출 조정을 갖췄다. 


Line scan 카메라를 사용할 때 장점

  • 픽셀 당 가격(Price/pixel): Area scan 카메라를 사용할 때보다 더 높은 해상도의 이미지를 훨씬 저렴한 비용으로 촬영할 수 있다.
  • 다이내믹 레인지(Dynamic range): 다른 이미지 캡처 방식보다 다이내믹 레인지가 훨씬 높다.
  • 높은 픽셀 충전율(High pixel fill-factor): 감도를 극대화할 수 있다.
  • 스미어(Smear) 없는 이미지: 큰 비용을 사용해야 하는 스트로보(Strobe) 또는 다루기 어려운 셔터 없이 고속으로 이동하는 개체를 촬영할 수 있다.
  • 프로세싱 효율: Line scan 카메라를 사용하면 프레임 오버랩 없이 원활하게 이미지를 촬영한다. 프레임 오버랩은 고속 고해상도 장비에서 소중한 프로세싱 대역폭(bandwidth)을 점유하는 중복 데이터를 말한다.


TDI Line Scan 카메라


투명한 셀로판지에 아주 흐릿한 동그라미 하나가 그려져 있다. 이때, 이 셀로판지와 똑같이 흐릿한 동그라미가 그려진 셀로판지를 1개 더 겹쳐 보면, 겹치기 전보다 동그라미가 조금 선명해진다. 그렇다면, 수십 장을 겹쳐 놓으면 셀로판지 위에 그려진 동그라미는 확실하게 모습을 드러낸다.



TDI(Time Delayed Integration) Line scan 카메라는 바로 이와 같은 원리로 만들어졌다. 기존의 Line scan 카메라는 Area scan 카메라보다 적은 수의 픽셀만 사용한다는 경제성과 검사할 부분의 길이 한계가 없다는 장점이 있지만, 노출 시간이 짧아 감도가 약하다는 단점도 가지고 있었다. 

이러한 단점을 극복한 TDI Line scan 기술은 앞에서 언급한 예와 같이 셀로판지를 겹쳐 놓듯 여러 개의 라인 픽셀을 사용하여 검사체를 중복으로 촬영하여 더 선명한 이미지를 만들 수 있다.



위 그림과 같이 개체가 1→2→3의 방향으로 이동한다면, 개체의 이동에 따라 카메라에 내장된 TDI Line scan 이미지 센서의 각 스테이지에 이미지들이 중첩되며 선명한 상을 맺게 된다. TDI Line scan 기술은 스테이지에서 동일한 이미지를 여러 번 촬영해야 하므로 개체의 이동 속도에 맞춰 뒤의 스테이지가 앞의 스테이지보다 조금 늦게 이미지를 촬영한다. 이러한 특성으로 인해 "Time Delayed"라는 이름으로 붙게 되었다. TDI Line scan 기술은 정확히 같은 이미지를 촬영한 후 이를 중첩해 선명한 상을 얻으므로 카메라의 촬영 속도와 개체의 이동 속도를 동기화시키는 것이 중요하다.


하지만, 이런 번거로움에도 불구하고 높은 조도를 지닌 Metal Halide와 같은 광원을 조명으로 사용해야 하는 일반 Line scan 카메라보다 조금 적은 조도를 지닌 LED와 같은 조명을 사용하더라도 높은 선명도를 구현할 수 있어 조명의 설치 비용과 유지 비용를 줄일 수 있고, 일반적인 Line scan 카메라를 사용하여 설치할 수 없는 고속 장비에도 장착할 수 있는 점 등 많은 장점이 있다.



고속 Color Line Scan 이미징

    Color line scan 카메라는 다양한 파장의 빛을 감지하기 위해 행 방향 픽셀에 다양한 컬러 필터를 장착하거나 다양한 컬러 필터를 가진 센서 픽셀 라인을 사용한다. 일반적으로 사용되는 필터는 R(Red, 적색), G(Green, 녹색), B(Blue, 청색)이지만, 원격 위성 탐사와 같은 분야에서 사용되는 일부 장비는 다른 필터 유형을 사용한다.

    Color line scan 카메라에는 필수적인 기능이 몇 가지 있다. 첫 번째로 Color line scan 카메라와 함께 사용하는 렌즈는 상당한 색수차를 없애기 위해 컬러를 보정해야 한다. 렌즈가 평면상의 같은 초점에서 서로 다른 파장의 빛에 초점을 맞추지 못하면 색수차가 발생하는데, 이때 가장자리 주변의 색이 줄무늬로 나타난다.

    또한, 개체 표면과 수직인 방향으로 카메라가 일반적인 각도로 개체를 바라보면 일부 원근 왜곡이 있을 수 있다. 원근 왜곡은 개체에 1/거리로 비례하므로 픽셀의 서로 다른 컬러 라인에 대해 약간씩 다르게 나타난다. 따라서 픽셀 각 라인은 약간씩 다른 크기를 가지고 개체 표면에 투영되는 픽셀의 모양이 되므로 높은 정밀도의 컬러 측정에서 오류가 발생할 수 있다. 개체 표면에 카메라가 수직인지 확인하는 것은 Color line scan 카메라뿐만 아니라 Monochrome line scan 카메라도 마찬가지다.


    3Chip 카메라


    3CCD 또는 3CMOS 등과 같은 3Chip Line-scan 카메라는 프리즘 기반 다이크로닉 빔 스플리터로 RGB 컬러를 분리한다. 파장 분리를 위한 광학 간섭을 사용하고, 필터 라인 모양은 일반적으로 평탄 특성(Flat response)과 급격하게 감소(Sharp drop-off)하는 특성을 가진다. 3개의 센서로 촬영한 RGB 이미지가 결합한 후 컬러 이미지로 복원되며 RGB 컬러는 공통 광축으로 이동하여 공통된 위치에서 개체를 캡처한다. 이로써, 이 기술의 Color registration(컬러 카메라에서 완전한 컬러 이미지를 생성하기 위해 3개의 원색 이미지를 올바르게 겹치도록 하는 것)을 향상하고, 평평하지 않은 표면, 회전물, 낙화물 등을 검사할 수 있다.

    3Chip Line scan 카메라의 단점은 비싼 카메라 비용과 더 비싼 광학 렌즈 비용이다. 프리즘이 백 포컬 시프트(Back-focal shift)와 수차를 발생시키므로 카메라는 특수하게 설계된 렌즈와 함께 사용해야 한다. 3Chip 카메라의 바디는 프리즘과 이미지 센서 3개를 장착해야 하므로 일반적으로 크다.


    Trilinear 카메라


    대부분 장비에서는 실리콘 다이 상에 제조된 각 R, G, B 채널 등 3개의 Linear 배열을 사용하는 Trilinear 기술을 채택한다. 동작 중 각 Linear 배열은 동시에 원색 중 하나를 캡처하지만 이동하는 개체는 약간 다른 위치를 촬영한다. 컬러 필터는 실리콘 웨이퍼에 코팅된 흡착 염료 및 안료이다. Line scan 이미징은 일반적으로 집중적인 조명을 필요로 하므로 컬러 필터는 높은 내광성(7~8 단위)을 가져야 한다. 색상을 악화시키지 않기 위해 최대 250°C 의 열 안정성이 중요하다.


    풀 컬러 이미지로 컬러 채널 3개를 결합하려면 일반적으로 첫 번째와 두 번째 배열을 세 번째로 일치시키는 버퍼링 공간 보정을 참조하여 공간 분리를 보상해야 한다. Trilinear 기술은 카메라 디자인을 단순화시키므로 높은 이미지 품질을 제공하지만 작은 크기로 사용할 수 있다. 또한, 표준 렌즈 사용으로 장비의 총 소유 비용을 줄일 수 있다.


    높은 컬러 이미지 품질, 높은 속도, 적은 비용 등을 특징으로 하는 Trilinear color 카메라는 자동 광학 검사(AOI:Automatic Optical Inspection)를 위한 Color line scan 이미징 분야에서 매력적인 가격대성능비를 제공한다.


    Color line scan 카메라는 인쇄물 이미징에 특히 유용하다. 이 작업을 위해 라인당 1개의 컬러 필터를 가진 “Trilinear” 카메라를 사용하면 각각의 이미지 픽셀이 완벽하게 RGB 컬러를 측정할 수 있다. 서로 다른 컬러 센서의 픽셀 라인은 각 픽셀의 크기만큼 지연하여 촬영하므로 이미지로 통합하면 개체를 자연스럽게 표현할 수 있다.

    Bilinear 카메라


    Bilinear 카메라는 Trilinear 카메라와 많은 장점을 공유하지만, 실리콘 다이 상에 제조된 Linear 배열이 2개라는 차이가 있다. Bilinear 배열의 라인 2개는 공간 보정에 대한 필요성을 최소화시킬 수 있도록 바로 옆에 위치한다. Bilinear 이미지 센서는 픽셀당 2개의 원색만 캡처할 수 있으므로 풀 컬러 이미지를 구축하려면 3번째 컬러는 보간해야 한다.

    공간 크로스토크는 특정 센서 구조로 개선할 수 있다. 스펙트럼 크로스토크는 특정 컬러 필터 배열로 감소시킬 수 있기 때문이다. 새로운 Bilinear color CCD/CMOS 카메라는 스펙트럼 크로스토크를 줄이기 위해 Bayer 패턴 또는 다양한 RG/BG 컬러 패턴을 사용한다. 스펙트럼 오버랩을 줄일 수 있도록 R과 B 채널은 서로 옆에 위치한다. 또한, 흑백 채널로도 사용할 수 있는 100% Fill factor 단일 G 채널을 제공한다.

    Bilinear 카메라는 Trilinear 카메라보다 더 적은 비용으로 구매할 수 있고, 전자 제품 제조, 식품 검사, 재료 분류 등의 분야에서 적합하게 사용할 수 있다. 


    보다 다양하고 구체적인 머신비전 카메라 제품은 앤비젼 홈페이지에서 확인할 수 있다.


     필진 소개



    비전군, Mr Vision

    앤비젼 공식 블로그의 마스코트.(비전군 & 비전양)

    에어리어 스캔 카메라(Area scan camera)의 몸과 고해상도 렌즈(Super resolution lens)인 얼굴로 머신비전의 알짜배기 정보를 전파하는 지적인 소년



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    1. 임용탁 2016.12.14 16:20  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      머신비전 장비 제작가능하신지 알고 싶습니다.
      가능하시면 연락주세요.
      010-9904-8200

      • Favicon of https://blog.envision.co.kr BlogIcon 비전만 2016.12.19 10:55 신고  댓글주소  수정/삭제

        임용탁님 안녕하세요 앤비젼은 머신비전 장비를 직접 제작하지 않고, 장비에 들어가는 component를 공급합니다. 감사합니다.

    2. Favicon of http://www.igisolution.com BlogIcon 최송웅 2016.12.29 12:09  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      Line Scanner를 활용한 유리표면 오염 검사 장비를 제작하려고 합니다.
      업무협의가 가능한지요?
      HomePage에 문의했습니다만,
      연락이 없고 전화도 안되어 문의드립니다.
      가능하시면 연락바랍니다.
      010-3231-7084

    3. 2018.03.13 09:26  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      비밀댓글입니다

    [카메라 기술 백서 #9] 카메라 너 때문이야! - 카메라 때문에 생기는 문제점 #1 모아레(Moire) 현상


      정말 오랜만의 포스팅이다. 이전 작성한 날짜를 열어 보기 겁날 정도로 오래 지난 듯 하다. 더 이상은 블로그 담당자를 피해 도망 다닐 수 없기에

     이번 포스팅은 시리즈다. 카메라 너 때문이야!

    사실 카메라의 장점 보다는 단점을 더 많이 봐야 하는 일을 하고 있어 이런 주제가 마음이 편하다.


     모아레 현상(Moire), 무아레라고 불리기도 하고 어쨌든 경우에 따라서는 많이 들어보기도 하고 생소할 수도 있는 단어이다. 

     모아레 현상은 카메라로 영상을 촬영 시 이미지 센서의 샘플링 주파수 성분과 촬영 대상의 주파수 성분으로 발생하는 간섭 현상이다. 이 포스팅에서는 모아레란 무엇인가 보다는 이미지 센서가 뭘 잘못했길래 모아레 현상을 사용자가 봐야 하는지에 대한 것에 중점을 두려 한다.


    <Bayer pattern으로 인한 moire 샘플 현상>


     위의 샘플 영상은 트램플린(어릴적엔 퐁퐁이라 불렀던)을 반사 조명을 이용해 촬영하여 모아레 효과를 극적으로 보여준 예시 이다. 중앙 부분에 녹빛을 띄는 무늬와 붉은 빛을 띄는 무늬가 선명하게 보이나 실제로 보면 그런 무늬는 존재하지 않는다. 위의 샘플은 Color 카메라의 bayer pattern 때문에 생기는 모아레로 아래 그림으로 설명할 수 있다.


            

       <촬영 대상의 패턴>                           <카메라의 Bayer 패턴>


    <실제 촬영시 대상과 Bayer pattern의 매칭>


     붉은 빛을 띄는 부분은 Bayer 패턴의 붉은색이 촬영대상의 밝은 부분에 매칭되고 녹빛을 띄는 부분은 Bayer 패턴의 녹색이 촬영대상의 밝은 부분에 매칭되어 의도하지 않은 모아레 현상을 경험하게 되었다.


     여기까지는 실생활에서 볼 수 있는 모아레 현상이며 미신 비전에서 경험하는 모아레는 또 다른 발생 요인이 있다. 대부분의 머신 비전 카메라는 Color 보다는 Mono카메라를 사용하게 된다. 그런데 Mono 카메라는 위와 같은 Bayer 패턴도 존재하지 않는데 어떤 이유로 모아레를 발생시킬까?


    슬프게도 머신 비전에 사용하는 Mono 카메라의 pixel 구조는 아래 그림과 같은 형태로 되어 있다. 4개의 pixel을 표현한 그림이며 실제 빛을 받는 영역의 크기는 녹색으로 표시된 영역 수준 이다.

    Pixel 하나의 면적에서 실제 빛을 받는 면적이 차지하는 비율을 Fill factor 라고 하며 여러 이유로 100%의 Fill factor를 가진 카메라를 머신 비전에 사용하는 것은 매우 어렵다. 




    <Pixel 영역에서 빛을 받을 수 있는 영역>


     다시 말해 흔히 머신 비전 카메라에서 사용하는 Mono 이미지 센서는 Bayer 패턴을 사용하는 color 카메라와 비슷하게 중간중간 빛을 감지하지 못해 비어있는 부분이 존재한다는 의미이다. 그러므로 Mono 카메라를 사용해서 영상을 촬영하더라도 모아레 현상을 피할 수 없으며 만약 모아레 현상이 검사에 큰 영향을 미치고 있다면 Fill factor 100%의 image sensor 사용을 고려해야 한다. 


     필진 소개



    목한상, Kyle Mok

    (앤비젼 Product Engineer/카메라 담당)


    사진가가 되고 싶었던... 그래서 카메라와 함께 일하는...

    카메라 담당 Product Engineer



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    1. 불멸창식 2018.04.16 16:33  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      예시사진이 이해하는데 너무 좋네요~

    [Slice of ENVISION Life #3] 벌써 1.5년, 필진들이 말하는 앤비젼 블로그


    앤비젼 블로그가 세상에 나온지 어느덧 1년 6개월이 지났습니다.

    ‘생생한 머신비전 지식과 앤비젼의 이야기’를 더 많은 분들과 소통하기 위해, 지난 시간 열심히 달려왔는데요!


    각자의 분야에서 전문성을 발휘하며, 앤비젼 블로그의 구석구석을 든든히 채워나가기까지 블로그 필진들의 많은 수고와 노력이 있었습니다. 지난 1년 6개월을 돌아보고 앞으로의 방향에 대한 그들의 생각과 느낌을 듣기 위해, 필진들에게 공통된 질문을 던졌습니다. 그들의 한 마디, 지금 들어보시죠!



    앤비젼 블로그 필진들에게 공통적으로 물었습니다!


    Q1. 지난 1년 6개월, 블로그 필진으로 열심히 활약해주셔서 정말 감사합니다~ 블로그 필진으로 참여하면서 느꼈던 점이 있다면 자유롭게 이야기해주세요!


    - 광학 담당 정세영님: 블로그 필진으로 참여하면서 얻었던 개인적인 유익은 '알고 있던 내용들을 보다 정확한 개념으로 스스로 학습하고 정리'할 수 있었다는 점입니다. 어떻게 독자 여러분들께 쉽게 설명해 드릴 수 있을지 많이 고민하였고, 덕분에 광학 책들을 정독하고 더 깊이 공부할 수 있었습니다.


    - 광학 담당 박강환님: 저도 어떻게 독자분들이 관심을 가질만한 머신비전 광학의 핵심 이론을 어떻게 글로 쉽게 전달할지에 대한 고민이 많습니다. 머신비전 광학에만 초점을 맞추면 나올 수 있는 내용이 한정 되어 있지만, 포스팅의 범위를 광학 분야로 확장하면 더욱 흥미진진하고 재밌는 이야기를 많이 할 수 있을 것 같습니다.


     - 카메라 담당 목한상님: 저 같은 경우에는 머릿 속에 있는 내용을 글로 쓰는 것이 쉽지 않음을 많이 절감했습니다. 그래서 하나의 글이 나오기까지 제가 예상했던 시간보다 긴 시간이 필요했습니다. 올해는 생각의 끈을 이어 글로 쏟아내는데 충분한 시간을 내기 어려운 한 해여서 포스팅 수가 저조했네요. (더 이상 블로그 담당자를 피해다닐 수 없기에^^;;) 앞으로 분발하도록 하겠습니다.


    - 응용 기술 담당 윤춘범님: 제가 맡은 블로그 파트의 경우 업무에서는 활용이 많이 되었지만, 앤비젼의 메인사업과는 간극이 존재했고 그로 인해 자료가 많이 부족했습니다. 그런데 그 덕분에 저도 여러 방면으로 자료를 찾고 글을 작성하면서 머릿속에 있던 내용들이 많이 정리되었고, 많이 배울 수 있었습니다.


    - 앤비젼 이야기 담당 윤대건 그룹장님: 저는 블로그 콘텐츠를 작성하면서 스스로에게 질문을 던져볼 기회가 많았는데, 그 점이 가장 큰 도움이 되었습니다.


    -앤비젼 이야기 담당 김지은님: 저는 블로그의 독자분들이 어떤 주제에 관심을 가질지, 어떻게 가감없이 담백하게 앤비젼의 이야기를 전할 수 있을지가 늘 고민입니다. 그런 고민의 와중에 "블로그 잘 보고 있다"라는 말이 주변에서 간간히 들려올 때마다 큰 힘을 얻고, 보람을 느낍니다.


    Q2. 필진 여러분들이 기대하는 앤비젼 블로그의 역할은 무엇인가요?


    - 광학 담당 정세영님: 저는 앤비젼 블로그가 머신비전 정보가 갈급한 분들에게 유용한 창구가 되었으면 하는 바람이 있습니다. 어떤 개념이나 이론, 원리 등에서 막혔을 때 검색이나 여러 경로를 통해 앤비젼 블로그에 들어오셔서 여러 기술적인 궁금증이 해결되었으면 합니다.


    - 광학 담당 박강환님: 저도 비슷한 생각이예요! 이 글을 읽는 독자분들의 고민을 해결할 수 있는 단서를 블로그를 통해 발견하셨으면 하는 바램입니다.


    - 카메라 담당 목한상님: 앤비젼의 블로그는 저희 고객분들뿐 아니라 많은 분들이 검색 등을 통해 다양하게 접한다고 들었습니다. 그래서 이 곳이 '앤비젼의 첫 인상'과 같은 곳이라는 생각이 드는데, 앤비젼에 대한 긍정적인 이미지를 갖게되는 첫번째 접촉점이 되었으면 하는 바람입니다.


    응용 기술 담당 윤춘범님: 소통의 장이 되었으면 해요. 요새 SNS를 통해서 많은 교류를 하고 있는데, 블로그에

    서도 댓글 등을 통해서 블로거와 독자와의 소통이 있어서, 독자들에게 꼭 필요한 정보를 제공할 수 있는 자리가 되었으면 합니다.


    - 앤비젼 이야기 담당 윤대건 그룹장님: 어려울 수 있는 내용이나 이야기들을 자근자근 씹어서 이해하기 편하게 들려주는 역할이 되었으면 합니다. 사람으로 비유하면 “똑똑한 동네 옆집 형”같은 느낌이랄까요?


    - 앤비젼 이야기 담당 김지은님: '생생한 머신비전 지식과 이야기'를 담은 공간이라고 소개하는만큼, 머신비전을 잘 알고 있는 분 혹은 잘 알고 싶은 분들이 꼭 봐야하는 블로그가 되었으면 하는 바람입니다. 또한 앤비젼을 이루는 사람과 과정에 대해 많은 분들이 더 잘 이해하고, 그 가치를 소통할 수 있는 공간이 되면 좋겠습니다.


    Q3. 블로그 필진으로 참여하시면서 앞으로 기대하는 바 혹은 기여하고 싶은 바가 있다면?


    - 광학 담당 정세영님:  튼튼한 건물을 쌓아올린다는 마음으로 블로그 포스팅 하나하나 제작해나가고 있습니다. 머

    신비전이라는 큰 건물을 이루는 하나의 벽돌이 되어 부족한 부분들을 채워나가겠습니다.


    - 카메라 담당 목한상님: 저의 블로그 포스팅을 통해 독자분들이 필요로 하는 내용을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 돕고, 직면하고 있는 문제 상황에 대해 명쾌한 답을 드리고 싶습니다. 개인적인 욕심으로 내년부터는 다작의 화신이 되고 싶네요... (웃음)


    - 광학 담당 박강환님: 저도 앞서 이야기 드린 것처럼, 지금보다 더 다양한 이야기로 독자분들이 더 재밌고 쉽게 광학을 이해할 수 있도록 돕고 싶습니다.


    응용 기술 담당 윤춘범님: 저 또한 블로그 포스팅을 쓰면서 역량이 개발되는 것 같이 독자분들도 블로그의 정보를 통하여 같이 지식적으로 발전할 수 있도록, 실질적으로 필요한 정보들을 제공해 드리도록 노력하겠습니다.


    - 앤비젼 이야기 담당 김지은님: 앤비젼 블로그가 더욱 발전하여, 머신비전의 지식과 정보 그리고 앤비젼의 이야기가 꼭 필요한 분들께 전달되길 기대합니다. 그래서 앞으로도 더욱 많은 분들과 소통하고, 사랑 받는 앤비젼 블로그가 되면 좋겠습니다.


    Q4. 앤비젼 블로그 독자분들께 한 마디씩 부탁드립니다!


    - 광학 담당 정세영님: 올 한 해도 너무 고생하셨습니다! 앤비젼 블로그를 통해 여러분의 머신비전 지식도 한 층 더 성장하셨기를 바랍니다.


     - 카메라 담당 목한상님: 올해 카메라 관련 포스팅을 거의 하지 못했는데, 내년에 분발하여 더 좋은 컨텐츠로 찾아뵙겠습니다!


    - 광학 담당 박강환님: 블로그에 방문하시는 독자분들이 저희 블로그를 자주 활용하면서, 댓글로 많은 의견과 질문들을 올려주시면 보다 유용한 컨텐츠를 작성하는데 큰 도움이 됩니다! 많은 질문 부탁드려요~


    응용 기술 담당 윤춘범님: 부족한 부분이 많은데 읽어주셔서 감사합니다. 많이 읽어주시고 많이 소통할수록 블

    로그의 질도 올라갈 것이라고 기대합니다. 많이 도와주시고 응원 부탁드릴게요!


    - 앤비젼 이야기 담당 윤대건 그룹장님: 저도 머신비전 기술 내용이 궁금하면 앤피디아를 먼저 찾아봐요~ 재밌게 보시고 댓글도 많이 달아주세요!


    - 앤비젼 이야기 담당 김지은님: 블로그 필진들의 이야기처럼 앤비젼 블로그의 콘텐츠가 독자 여러분들에게 많은 도움이 되셨기를 진심으로 바랍니다. 내년에도 더 다양하고 유용한 머신비전 분야의 기반 지식과 다채로운 이야기로 찾아올 예정이니, 많은 의견과 격려, 응원 부탁드립니다~ 올 한 해, 뜻 깊게 잘 마무리하시고 다가오는 새해도 힘차게 준비하시길 기원하겠습니다!


     필진 소개



    김지은
    , Mary Kim

    (앤비젼 Marketing communications manager)


    비전이 없는 곳에 비전을, 진심이 없는 곳에 진심을, 가치가 필요한 곳에 가치를 소통하고 싶은 앤비젼 마케팅 커뮤니케이터



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    [카메라 기술 백서 #8]Camera의 pixel size와 sensor size


      이번 포스팅은 카메라의 pixel size와 sensor size에 대해 얘기해 보려 한다. 앞서 큰 pixel이 가지는 장점을 설명하였더니 무조건 큰 카메라가 좋다고 여기진 않을까 걱정되어, 렌즈를 포함한 시스템의 관점에서 센서 크기를 어떻게 선택해야 할지 살펴보겠다.


      아래에 1920 x 1080의 해상도를 가진 2개의 이미지 센서가 있다. 그리고 위에 그려진 원은 어떤 특정한 렌즈가 커버할 수 있는 이미지의 크기(image circle)이다. 우측의 센서는 해당 렌즈를 사용하여 문제없이 영상을 취득할 수 있으나 좌측의 센서는 그렇지 못하다. 즉 더 큰 렌즈를 써야 한다.


     센서의 크기와 렌즈의 image circle 크기와의 관계는 결국 돈 문제로 귀결된다. 내가 원하는 이미지는 1920x1080 해상도의 이미지이며 10um의 분해능을 가지고 촬영하고 싶다. 그리고 이런 시스템을 좀 더 저렴하고 좋게 꾸미고 싶다. 여기서 저렴하게는 렌즈를 작게 만들고 이에 맞게 작은 센서를 사용하면 된다. 좋은 화질은 센서를 크게 만들면 되고 이에 맞게 큰 렌즈를 사용하면 된다. 슬프지만 이게 현실이다. 앞서 포스팅에서 큰 pixel size가 가지는 장점을 충분히 설명했으리라 생각되므로 큰 센서가 가지는 좋은 화질에 대한 설명은 생략하고 오늘은 렌즈와의 관계만 보겠다.


    광학 포스팅을 읽어 보신 분은 MTF가 가지는 의미에 대해 잘 이해하고 있으리라 생각된다. 


    아래에는 3대의 렌즈를 통해 spot 조명을 촬영하였을 때 이미지 센서에 맺히는 모양을 그려 보았다. 푸른색으로 표현된 렌즈는 5~10 사이에 충분히 작게 spot을 위치 시킬 정도로 샤프한 영상을 보여줬다. 그리고 녹색으로 표현된 그래프는 2.5~10.5 사이에 spot이 퍼져 있다. 푸른색의 렌즈가 5um의 pixel size에 대응할 수 있는 렌즈라면 녹색은 10um pixel size에 대응할 수 있는 렌즈가 된다.


    쉽게 말해서 spot을 5um pixel로 촬영할 것인가 10um pixel로 촬영할 것인가에 따라 렌즈의 성능을 결정 지어야 한다.


    처음 설명했던 상황을 다시 가져와 살펴보면



    2개의 시스템에서 고려해야 할 사항은 단순하지 않다.


    최종 목표는 ‘저렴한 가격에 좋은 화질은 기본이며 1920 x 1080 해상도로 10um의 분해능을 가지고 촬영하고 싶다’이며 고려할 사항을 나열해 보면 아래와 같다.


     

    센서크기

    감도 

    노이즈 

    렌즈크기 

    렌즈해상력

     시스템1

     크다

     높다

     적다

     크다

     낮다

     시스템2

     작다

     낮다

     많다

     작다

     높다


      여기에 가격을 더하고 배율 변화에 따른 전체 시스템 크기를 고려한다면 생각해야 할 부분이 너무 많아진다. 카메라 노이즈로 인한 검출력 변화와 렌즈 해상력으로 인한 검출력 변화를 정확히 예측하고 수치화 하여 필요한 수준의 화질을 결정 수 있으며 가격을 고려한 선택을 하면 좋겠지만 너무 어려운 작업이 되므로 앤비젼 담당자에게 전화해 적합한 렌즈와 카메라를 선정해 달라고 하는 것이 가장 쉬운 방법이 될 것이다. 


     필진 소개



    목한상, Kyle Mok

    (앤비젼 Product Engineer/카메라 담당)


    사진가가 되고 싶었던... 그래서 카메라와 함께 일하는...

    카메라 담당 Product Engineer



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    [광학 기술 백서 #26]가변 초점 렌즈


      기존 렌즈들은 초점이나 줌을 조정하기 위해 유리 또는 플라스틱 유리(고체)를 이동한다. 매우 오래된 방법이지만 성공적으로 사용할 수 있다. 하지만 사람의 눈은 완벽히 다르게 움직인다. 사람의 눈은 렌즈를 앞뒤로 이동하는 대신, 렌즈의 형태를 변경하여 초점을 조정하기 때문이다. 사람의 눈이 움직이는 원리를 바탕으로 개발하고 특허를 받은 렌즈인 Optotune사의 가변 초점 렌즈를 통해 동작 원리와 혜택을 소개하도록 하겠다. 


    <그림1>기존 렌즈 동작 원리와 사람의 눈 원리 비교


    동작 원리


      이 렌즈는 광학 유동체(optical fluid)와 고분자 분리막(polymer membrane) 조합을 기반으로 하는 형상 변화 렌즈이다. 핵심 요소는 광학 액체로 채워지고 얇고 탄성이 있는 고분자 분리막(polymer membrane)으로 봉해진 용기로 구성되어 있다. 원형 링이 가변 렌즈를 형성하는 분리막(membrane)의 중심 부분으로 밀어낸다. 


    분리막(membrane)의 굴절률과 렌즈의 지름은,
         분리막(membrane)으로 원형 링을 밀거나,
         분리막(membrane)의 바깥 부분으로 압력을 가하거나,
         용기에서 광학 유동체를 주입하거나 빼내는 방법으로 변경할 수 있다.


    볼록 렌즈에서 평면 렌즈 그리고 오목 렌즈에 이르기까지 렌즈의 형상을 변경할 수 있는 Optotune사의 가변 초점 렌즈의 동작 원리를 아래 그림을 통해 설명하도록 하겠다.


    용기 쪽으로 밀어 렌즈를 형성할 수 있는 링으로 렌즈에 광학 유동체를 채울 수 있다.

    렌즈를 형성하는 원형 링은 움직이지 않는다. 전류를 통하게 만들면 렌즈의 외곽 부분에서 분리막을 아래로 밀어 렌즈의 중앙 부분으로 광학 유동체를 주입하는 링만 움직인다.


    <그림 2>형상 변화 폴리머 렌즈의 가능한 변경


    가변 초점 렌즈의 혜택


      가변 초점 렌즈를 사용하였을 때 수 마이크로미터 단위의 렌즈 지름을 변경하여 렌즈 전체를 수 센티미터 단위로 이동하는 것과 같은 광학 효과를 얻을 수 있다. 광학 장비를 소형화할 수 있고, 더 적은 렌즈를 사용할 수 있으며, 불필요한 이동을 없애거나 적게 할 수 있다. 따라서 비싼 기계식 구동 장치를 이제는 사용하지 않아도 된다. 이동을 줄이면 완벽하게 폐쇄된 장비를 만들 수 있고, 먼지가 유입되지 않도록 할 수 있어 보다 견고한 장비를 만들 수 있다. 또한, 사용하는 재료는 유리보다 가벼워 전체 장비의 무게를 줄일 수 있다. 이동을 줄이고 가볍게 만들면 가변 렌즈를 사용하는 장비의 응답 시간을 밀리초 단위로 줄일 수 있고 더 적은 전력만 사용할 수 있다. 또 다른 장점은 생산 중에 드러난다. 가변 렌즈를 사용하는 장비는 허용 공차를 줄일 수 있어 높은 수율을 낼 수 있다는 점이 바로 그것이다.


    기존 렌즈에 비한 가변 렌즈의 장점을 요약하면 다음과 같다.

    ·      초소형

    ·      적은 부품 수

    ·      빠른 응답

    ·      저전력

    ·      적은 허용 오차 감도


    이 밖에 가변 초점 렌즈에 대해 궁금한 사항은 언제든지 댓글을 남겨주시면, 성심성의껏 답변하도록 하겠습니다.


     필진 소개



    비전군, Mr Vision

    앤비젼 공식 블로그의 마스코트.(비전군 & 비전양)

    에어리어 스캔 카메라(Area scan camera)의 몸과 고해상도 렌즈(Super resolution lens)인 얼굴로 머신비전의 알짜배기 정보를 전파하는 지적인 소년



    Posted by 비전만

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    1. 비전돌이 2016.11.16 12:49  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      안녕하세요. 블로그를 통해 많은 정보를 접하면서
      위 논지와는 다르지만, 궁금한 점이 있어서, 질문을 드릴까 합니다.
      기본 렌즈 중에 CCTV렌즈와 마크로 렌즈가 있는데.
      보기에는 큰 차이가 없다고 느꼈지만, 세부적으로 어떻게 다른점이 있는지 알려주시면 감사하겠습니다.

    2. 정세영 2016.11.21 14:19  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      안녕하세요. 제품기획 담당자 정세영입니다.

      CCTV렌즈는 사용 목적이 감시 혹은 교통관측이기 때문에, Working distance 가 수 m ~ 수십 m 로 멀게 설계 되어 있습니다.
      반면 마크로 렌즈는 검사/접사의 목적을 갖고 있는 렌즈를 말하며, 통상 0.5x 수준 이상의 고배율 렌즈들을 말합니다. 정확한 기준이 있는 구분은 아니며, application 에 따라 위와 같이 구분하고 있습니다.

    3. celina 2016.12.15 11:32  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      안녕하세요
      올려주신 자료 잘 보았습니다.
      궁금한점이 있어서 이렇게 댓글남깁니다.
      옵토튠사의 가변 초점 렌즈에 대해 좀 더 정확하게 알려주실 수 있으신지요?
      렌즈 형상변화에 대해 자세히 알고 싶습니다.

      • Favicon of https://blog.envision.co.kr BlogIcon 비전만 2016.12.19 10:51 신고  댓글주소  수정/삭제

        celina님 안녕하세요
        이메일이나 연락처를 알려주시면 렌즈 제품 담당자가 문의에 대한 상세한 답변을 드리도록 하겠습니다. 알고 싶은 부분을 더 구체적으로 적어주시면 보다 구체적인 답변을 드릴 수 있을 것 같습니다. 감사합니다.

      • celina 2016.12.26 13:24  댓글주소  수정/삭제

        가변 초점 렌즈의 동작원리에 대해 그림으로 표현해주셨는데
        정확히 어떻게 렌즈의 형상이 변하는 것인지 그림만으로는 이해가 잘 되지 않습니다.

        또한, 이런 형상 가변 초점렌즈의 단점이 있다면 어떤 것이 있을 수 있는지 궁금합니다.

        메일 주소는 leehyewonny1@gmail.com입니다.
        감사합니다.

    [Slice of ENVISION Life #2] 앤비젼의 두 세일즈맨, '나의 비전 찾기: 나비'를 말하다!


      여러분은 ‘비전’이라고 하면 어떤 이미지가 떠오르시나요? 일반적으로 비전을 생각할 때 분명 의미 있는 무언가라고 생각하지만, 그것이 너무도 멀고 막막하게 느껴지는 경우가 많습니다. 제가 갖고 있던 비전에 대한 이미지도 ‘지금 바로 실현되지는 않지만, 먼 미래에 이루게 될 꿈 혹은 이상향이었습니다. 하지만 그와 동시에 비전을 생각하면, 삶의 활력과 생동감, 기대를 가지기도 합니다. 인생의 단기적인 관점 뿐 아니라 장기적인 관점을 고민할 수 있는 것은 인간만이 가진 특권이기에 우리는 어렵지만 비전에 대해 깊이 고민합니다.


      이번 “Slice of ENVISION Life” 시리즈에서는 앤비젼의 ‘나의 비전 찾기, 나비’를 소개하려고 합니다. 나비 프로젝트는 구성원들이 자신의 업무에 몰입하고 업무를 성취하는 과정에서 행복을 느낄 수 있도록 개인이 커리어 비전을 찾도록 지원하고, 소규모로 구성된 나비 참가 동료들과의 분기별 대화를 통해 서로의 비전을 이해하는 앤비젼만의 독특한  활동입니다. 앤비젼은 구성원 개인의 비전을 소중하게 생각하며, 구성원 개인의 커리어 비전이 모여 앤비젼의 진정한 공유 비전을 이룬다고 생각합니다. 그래서 추진된 앤비져너들의 나의 비전 찾기, 일명 나비 프로젝트는 2014년 1기를 시작으로 2015년 2기까지 진행 중에 있으며, 현재까지 구성원의 30%가 이 프로젝트에 참여하였습니다.


      이번 포스팅에서는 나비 1기에 참여했던 앤비젼에 떠오르는 두 세일즈 맨, 윤장호님&박세영님과의 인터뷰를 진행하였습니다. 현재 나비 2기에 참가중인 저에게도 유익하고, 유쾌했던 시간이었는데요! 두 분의 인터뷰를 지금부터 만나보시죠~  


    ▲앤비젼 솔루션 영업그룹 윤장호님(좌), 박세영님(우)


    Q. 김지은님(이하 은): 나비(나의 비전찾기) 1기에는 어떻게 참여하시게 되었나요?

    윤장호님(이하 윤): 일단 처음에 회사에서 들어왔을 때 저는 ‘비전’이라는 단어에 상당한 충격을 받았습니다. 머리를 한 대 얻어 맞은 느낌이었죠. 앤비젼에 처음 들어왔을 때 읽었던 많은 책들(자기계발서, 조직이나 경영 관련 책 등)에서도 각 파트마다 ‘비전’에 대한 내용이 다수 포함되어 있다라는 것을 알게 되었어요. 이렇게 많은 학자나 기업가들이 비전을 이야기하는데는 다 이유가 있을 것이라는 생각이 들었습니다. 저는 회사에 들어오기 전까지 비전이라는 것에 고민해본적이 없었기 때문에, 이것에 대해 더더욱 관심을 갖게 되었죠. 그런 와중에 회사에서 ‘나의 비전 찾기, 나비’에 참여할 구성원을 모집한다는 공지를 보고, 참여하게 되었습니다. 저에게 필요했던 비전이라는 그림을 그릴 수 있는 기회이자 촉발점이 되었던 거죠.


    박세영님(이하 박): 저 같은 경우에는 장호님의 권유로 관심을 갖게 되었습니다. 같이 한 번 해보자고 하더라구요.(웃음) 저는 평소에 개인적으로도 삶의 비전에 대해 많이 고민해왔고, 또 그 그림을 구체적으로 구상하고 있었는데요. 나비 프로젝트를 알게 되면서, 회사의 비전과 나의 비전의 정렬을 맞추는 작업을 진행할 수 있는 좋은 기회가 되겠다고 생각해서 참여하게 되었습니다.


    Q. 은: 처음 나비 프로젝트를 시작하셨을 때, 비전에 대한 두분의 온도차이가 있었네요. 그래도 두 분 모두에게 비전이라는 것이 의미있게 다가오신 것이 느껴지네요. 나비 프로젝트를 진행하셨던 과정을 더 듣고 싶습니다. 나비 1기에 참가하시면서 가장 좋았던 점 혹은 어려웠던 점이 있었다면 어떤 것이 있었나요?

    윤: 맞아요^^ 나비 프로젝트를 통해, 저의 마음에 품은 ‘비전’이라는 중요한 단어 내지는 하나의 문장을 갖게 되었더라는 것이 가장 큰 유익이었고, 감사한 부분입니다. 나비에 참여하면서 세일즈 관련된 책자들도 많이 읽고, 제가 비전을 실현하기 위해 현재 해야 할 공부들에 대해 여러가지 방면으로 많이 찾아보았구요. 이런 과정을 통해 제가 관심을 가지고 있는 세일즈 교육이나 컨설팅 관련 비전의 기반을 다지는 계기가 되었죠. 또한 나비에 참여하면서 회사에서 기회를 얻어 일본 강소기업 벤치마킹 연수도 다녀왔는데, 그 때 9일동안 같이 다녔던 윤대건 그룹장님과 회사에 대한 이야기나 각자의 비전에 대해 많은 대화를 나누었습니다. 저보다 나이는 어리지만, (가끔은 형 같이 느껴지는) 깊은 생각을 가진 동료와 이야기를 나누는 것 자체가 저에게는 큰 자극이 되었습니다.


    덧붙여 어려웠던 점이 있다면 이러한 많은 학습 및 경험과 더불어서 나비 멤버들 앞에서 진행 과정에 대해 분기별 발표를 준비해야 했기 때문에 심리적인 압박이 있었죠. (웃음) 그래도 돌아보니, 그 때 고민하고 학습했던 내용이 지금의 선택과 일하는 방식에 많은 영향을 미쳤던 것 같습니다.


    ▲나비 1기 미팅 최종 결과물: 자신의 비전을 그림 한 장으로 표현해 보는 시간!

    /비전 발표 중인 박세영님의 모습 (^^)


    박: 저는 나비 미팅을 시작할 때, 동료들의 스토리를 들었던 것이 좋았습니다. 나비를 시작할 때 이미 비전을 가지고 있는 사람도 있고, 없는 사람도 있었는데요. 없다면 왜 없는지, 찾고 있다면 왜 찾고 있는지, 이미 있다면 개인에게 어떤 의미인지 발견해가고 함께 멤버들과 공유하는 과정이 의미 있게 다가왔습니다. 자신의 어린 시절 이야기부터, 자신에게 영감을 주었던 사람에 대한 이야기들을 나누면서, 동료들을 더 깊이 이해하게 된 계기가 되었죠. 


    저도 나비에 참여하는 과정에서 제가 관심 있어 하는 조직 심리학을 공부하고, 관련 전문가 인터뷰 등 다방면에서 준비를 하였습니다. 단기간에 많은 내용을 학습하는 것이 버겁긴 했지만 저의 관심 분야에 대해 더 깊이 이해하게 되었고, 그 중에서도 특히 제가 이루고 싶은 리더십에 대해 깊이 생각해보게 되는 계기가 되었습니다. ‘서번트 리더십’이라는 책을 인상깊게 봤었는데, 나비 미팅에서 이 책을 추천하여 다른 동료 분이 보시기도 하셨죠. 저 같은 경우에는 비전을 이미 가지고 있는 케이스였는데, 이 비전을 회사 안에서 어떻게 구현할 수 있을지 많이 고민할 수 있는 시간이었습니다.


    Q. 은: 지금 저도 나비 미팅 2기에 참여하고 있는데, 비전을 찾아가고 그것에 더 다가가기 위해 현실에서 해야 할 노력들이 만만하지 않다는 점에 정말 공감합니다. 두 분의 이야기를 들으니, 비전을 이루는 2가지 방법 중에서 목표(이상)를 낮추기 보다는 현실을 끌어올리는 선택을 하였다라는 것이 느껴집니다. 나비 미팅을 마친지 거의 1년이 지났네요. 그 이후의 변화들이 궁금합니다.

    윤: 저 같은 경우에는 작년에 나비 미팅 참가 이후, MBA 대학원에 진학하게 되었습니다. 앞으로의 비전 달성을 위해 대학원에서의 공부가 필요하다는 생각을 하게 되었고, 결심하고 실행하게 되었죠. 공대 출신인 저에게는 대학원에서의 공부는 학습의 지평을 넓힐 수 있는 기회가 되어 긍정적인 영향을 받고 있습니다. 그리고 일상적으로는 비전이 생기면서, 제 삶에서 선택의 나침반을 갖게 되었다라는 점이 가장 큰 변화입니다. 삶의 또렷한 관점 내지는 기준이 생긴거죠. 일을 할 때도 비전을 기반으로 생각하다보니 이전에는 잡일처럼 느낄 수 있던 일도 새롭고 의미있게 다가오기도 합니다. 일에 대한 의미를 더 또렷히 갖게 되었죠.(미소)


    박: 저는 리더십에 대해 많이 생각하게 되었습니다. 조직에 영향력을 미치는 리더십에 대한 고민을 많이 하고, 책도 많이 보았습니다. 조직을 이루는 사람, 시스템 등 알아야 할 것들이 정말 많지만 이 학습 과정들이 저에게 큰 도움이 되었습니다. 더불어 나비 미팅을 함께 했던 동료들과 협업하면서, 상대방을 더 폭넓게 이해할 수 있었다라는 점이 가장 큰 변화입니다.



    Q. 은: 일상에서의 마이크로한 변화부터 인생의 큰 로드맵까지 많은 변화가 있었네요. 진솔한 이야기 감사드립니다. 인터뷰를 마치며 마지막으로 자유롭게 한 말씀씩 부탁드립니다.^^

    윤: 비전이라는 것이 한 순간에 찾아지고 끝나는 것이 아니라, 계속 개선하면서 접근해야 할 큰 그림이라고 생각합니다. 나비 2기에 참여하시는 지은님도 올해 나비 미팅이 끝난 이후에 일상에서 업에 대한 의미를 부여하는 기폭제를 마련하시길 바랄게요! 나비 2기 화이팅!!


    박: 저는 나비 프로젝트가 다른 회사와는 차별화되는 앤비젼만의 활동이라고 생각합니다. 회사가 개인의 비전에 지속적으로 관심을 가지고, 이를 지원하는 활동은 회사에도 장기적으로 큰 도움이 될 것으로 기대합니다. 앞으로 더 발전된 나비 모임이 되길 바랍니다!


      진정한 비전은 단순히 좋은 아이디어를 넘어서 인생의 소명이자 목적이라고 합니다. 비전이 있는 사람은 장기적인 관점에서 인생을 생각하기 때문에, 단기적인 손해와 고통을 감수할 수 있는 용기와 인내를 발휘할 수 있다고 합니다. 두 분의 모습 속에서 그 용기와 인내가 보여 저에게도 많은 도전이 되었던 시간이었습니다.


      평소 앤비젼에서 유쾌하기로 정평이 난 두분인지라, 인터뷰 내내 웃음이 가득한 시간이었는데요. 앞으로도 두분의 유쾌한 웃음만큼 비전도 멋지게 성취해나가길 바라며, 앞으로 앤비져너들의 비전이 차곡차곡 쌓여 앤비젼의 비전이 더욱 든든히 세워지길 기대해봅니다.


     필진 소개



    김지은
    , Mary Kim

    (앤비젼 Marketing communications manager)


    비전이 없는 곳에 비전을, 진심이 없는 곳에 진심을, 가치가 필요한 곳에 가치를 소통하고 싶은 앤비젼 마케팅 커뮤니케이터



    Posted by 비전만

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    [광학 기술 백서 #25]Hoffman Modulation Contrast의 활용


    현재에 사용하는 Modulation contrast 시스템은 modulator와 slit이 모두 광축에서 벗어난 형태로 구성되어 있으며 이로 인해 대물렌즈의 NA를 최대한 활용할 수 있게 되어 더 좋은 해상력과 화질을 구현할 수 있게 되었습니다. 또한 검사하고자 하는 물체의 미세한 형태와 특징들이 선명하게 그림자로 표현하여 마치 3차원과 같은 영상을 얻을 수 있게 되었습니다. 이러한 영상은 검사하고자 하는 물체의 형태를 돋보이게 만듭니다. (아래의 세포 사진 참조)


    Modulator는 이러한 물체의 단단함, 굴곡, 굴절률의 변화, 두께와 같은 특성들에 따라 미세하게 밝기를 변화시키는 역할을 합니다. 이러한 결과로 나타난 이미지는 흡사 3차원 영상과 비슷하며 광학적으로 한쪽에서 빛을 조사시켜 얻는 높은 contrast를 지닌 이미지와 비슷한 영상을 얻을 수 있습니다. 


    :

    <그림 8>

    출처: http://microscopy.berkeley.edu/courses/tlm/bf_review/key.html


    그림 9에서 확인할 수 있듯이 관찰하고자 하는 물체의 기울기 방향에 따라 이미지는 밝을 수도 어두울 수도 있습니다. 다양한 굴곡과 평평한 면이 함께 포함되어 있는 가상의 물체를 고려하였을 때 그림 9의 (a)와 같은 굴곡에서는 빛이 modulator의 가장 어두운 면을 통과하여 어두운 이미지를 가지게 됩니다. 반면에 이와 반대의 굴곡을 가지고 있는 (c)와 같은 이미지에서는 빛이 투명한 부위를 통과하여 밝은 이미지를 가지게 됩니다. 평평한 면에서는 회색 부분을 통과하고 회색 이미지를 얻을 수 있습니다. 이러한 작용의 결과로 어떠한 굴곡을 가지고 있는 물체의 한쪽 부분은 밝은 면을 가지고 있는 반면 다른 부분은 어둡게 표현이 되고 별다른 굴곡을 가지고 있지 않을 경우에는 위 그림의 배경이 보여주듯이 회색으로 별다른 특징 없이 표시됩니다.


    이렇게 굴곡의 방향과 기울기를 통해 생긴 contrast는 검사하고자 하는 물체에 가상의 그림자가 생긴 것과 같은 효과를 주게 됩니다. 이러한 효과가 modulation contrast imaging의 가장 일반적인 형태이며 편광필름을 돌리면서 이러한 contrast를 변화시킬 수 있고 편광필름과 slit, 그리고 물체를 회전시키면서 최종 영상의 contrast를 개선 또는 악화시킬 수 있게 됩니다.



    <그림 9>


    Modulator는 검사하고자 하는 물체가 어떻게 slit의 이미지를 shift시키는가에 따라 최종적인 이미지에 영향을 주기 때문에 amplitude filter라고 표현하기도 합니다. Modulator의 다양한 투과율 변화를 통해 모든 종류의 세포와 조직들뿐 아니라 수정이나 glass와 같은 투명한 물질의 이물이나 굴곡의 변화를 관찰할 수 있고 심지어 반사형 조명을 활용한 modulation contrast 현미경도 사용이 가능하여 곡물의 경계면이나 불투명한 물체 또는 금속표면 및 복잡한 회로나 전자 제품을 검사하는 데에도 활용되고 있습니다.


    이러한 modulation contrast 기술은 한계도 있지만 수없이 많은 장점들을 가지고 있습니다. 그 장점들 중 한가지는 바로 기존에 사용되는 렌즈의 NA를 모두 활용할 수 있다는 점입니다. 이와 같이 NA를 충분히 활용하게 될 경우에 높은 수준의 해상력을 보유할 수 있게 되고 이를 통해 검사하고자 하는 물체의 contrast와 가시성을 높일 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 또한 이 방법은 렌즈의 높은 해상력을 그대로 유지할 있기 때문에 achromat와 같은 렌즈에도 적용이 가능하고 심지어 apo-chromatic 렌즈에도 사용이 가능하다는 장점을 가지고 있습니다.



    필진 소개



    박강환, Benjamin Park

    (앤비젼 제품 기획팀/광학 담당)

    광학에 대한 무한 열정으로 제품을 넘어 고객의 솔루션을 만드는 Optic Specialist



    Posted by 비전만

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    1. 안창준 2017.07.06 09:29  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

      호프만 콘트라스트에 대해서 잘 보았습니다.
      이 기법이 위상차 현미경 또는 쉬리렌 광학계와 비교한다면
      어떤 관계에 있는지, 그 차이와 공통점이 궁금하네요

      설명해 주신 내용을 기반으로 봤을때,
      결과는 DIC와 비슷하지만,
      원리는 특히 쉬리렌 광학계와 유사점이 많은것 같습니다.