라인 스캔 카메라에 대해 알아야 할 모든 것 |

라인 스캔 카메라는 움직이거나 연속적인 물체의 고해상도 이미지를 촬영하도록 설계된 특수 이미징 장치입니다. 한 번의 노출로 2D 이미지를 촬영하는 기존의 영역 스캔 카메라와 달리, 라인 스캔 카메라는 라인 단위로 이미지를 생성하므로 웹 검사, 반도체 분석, 패키징 검증 등의 용도에 적합합니다.

이러한 카메라는 일반적으로 단일 픽셀 행(또는 때로는 여러 행)을 사용하며, 움직이는 피사체나 스캐닝 시스템과 결합하면 거의 모든 길이의 물체에 대해 고품질 2D 이미지를 생성할 수 있습니다. 센서 유형에 따라 라인 스캔 카메라는 일반적으로 CCD 또는 CMOS 센서 기술을 사용하는데, 이는 많은 카메라에서 사용되는 방식과 유사합니다.CMOS 카메라—CMOS는 속도와 에너지 효율성 때문에 선호되는 선택이 되고 있습니다.

라인 스캔 카메라란?

라인 스캔 카메라는 일반적으로 과학적 용도보다는 산업용으로 최적화되어 있으며, 저조도 또는 초고정밀 응용 분야에서는 한계가 있을 수 있습니다. 높은 판독 잡음, 작은 픽셀, 그리고 일반적으로 낮은 양자 효율은 이러한 카메라가 작동 가능한 SNR을 제공하기 위해 높은 광량이 필요하다는 것을 의미합니다.

라인 스캔 카메라는 두 가지 주요 방법으로 사용할 수 있습니다.

1차원 캡처

분광학 응용 분야에서처럼 1차원 정보를 포착할 수 있습니다. 결과는 카메라 소프트웨어에서 그래프 형태로 표현되는 경우가 많으며, y축은 강도를 나타내고 x축은 카메라 픽셀을 나타냅니다.

2차원 캡처

카메라는 카메라나 촬영 대상을 움직여 촬영 대상을 '스캔'할 수 있으며, 연속적인 1차원 슬라이스를 캡처하여 2차원 이미지를 형성할 수 있습니다.

이러한 이미징 방식은 스캔 차원에서 임의로 큰 이미지를 캡처할 수 있도록 합니다. 모션 블러(또는 롤링 셔터 아티팩트) 없이 움직이는 피사체를 캡처할 수 있기 때문에 라인 스캔 카메라는 산업 분야, 조립 라인, 대형 이미징 피사체 검사 등에서 매우 일반적으로 사용됩니다.

라인 스캔 카메라는 어떻게 작동하나요?

라인 스캔 카메라는 움직이는 물체 또는 스캐닝 메커니즘과 연동하여 작동합니다. 물체가 카메라 아래를 지나갈 때 이미지의 각 선이 시간 순서대로 캡처됩니다. 이 선들은 실시간으로 또는 소프트웨어를 통해 결합되어 완전한 2D 이미지를 생성합니다.

주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

● 1차원 센서: 일반적으로 단일 행의 픽셀입니다.
● 모션 컨트롤: 컨베이어나 회전 메커니즘이 균일한 이동을 보장합니다.
● 조명: 일관된 조명을 위해 직선 조명이나 동축 조명을 사용하는 경우가 많습니다.

이미지는 한 줄씩 생성되므로 동기화가 매우 중요합니다. 객체가 불규칙하게 움직이거나 타이밍이 맞지 않으면 이미지 왜곡이 발생할 수 있습니다.

라인 스캔 카메라 vs. 에어리어 스캔 카메라

특징	라인 스캔 카메라	에어리어 스캔 카메라
이미지 캡처	한 줄씩	한 번에 전체 2D 프레임
이상적인 사용	이동하거나 연속적인 객체	정지 또는 스냅샷 장면
이미지 크기	길이는 사실상 무제한	센서 크기에 의해 제한됨
완성	동작 및 타이밍 제어가 필요합니다	더 간단한 설정
일반적인 응용 프로그램	웹 검사, 인쇄, 섬유	바코드 스캐닝, 로봇공학, 일반 이미징

간단히 말해, 라인 스캔 카메라는 빠르게 움직이거나 매우 큰 물체를 촬영할 때 탁월합니다. 에어리어 스캔 카메라는 고정된 대상이나 작은 대상을 촬영하는 데 더 적합합니다.

라인 스캔 카메라의 주요 기능

라인 스캔 카메라를 선택할 때 다음 사양을 고려하세요.

● 해상도: 줄당 픽셀 수는 세부 수준에 영향을 미칩니다.
● 라인 속도(Hz): 초당 캡처되는 라인 수 - 고속 검사에 필수적입니다.
● 센서 종류: CMOS(빠르고, 저전력) 대 CCD(경우에 따라 더 높은 화질).
● 인터페이스: GigE, Camera Link, CoaXPress와 같은 데이터 전송 옵션.
● 다이나믹 레인지 및 감도: 밝기나 반사율이 가변적인 물체를 검사하는 데 중요합니다.
● 컬러 vs. 단색: 컬러 카메라는 RGB 필터가 있는 여러 행을 사용하는 반면, 흑백 카메라는 더 높은 감도를 제공할 수 있습니다.

라인 스캔 카메라의 장단점

장점

매우 빠른 속도(일반적으로 수백 kHz의 라인 속도로 측정)로 1차원 정보를 캡처할 수 있습니다. 이미징 대상을 스캐닝할 때 임의 크기의 2차원 이미지를 고속으로 캡처할 수 있습니다.

별도의 빨간색, 녹색, 파란색 필터링 행을 사용하여 해상도를 희생하지 않고 색상 정보를 캡처할 수 있으며, 맞춤형 카메라는 특정 파장 필터링을 제공할 수 있습니다.

조명은 1차원만 필요하며, 이미징 설정에 따라 2차원(스캔된)에서 플랫 필드 또는 기타 보정이 필요하지 않을 수도 있습니다.

단점

2차원 데이터를 수집하려면 전문적인 하드웨어 및 소프트웨어 설정이 필요합니다.

일반적으로 QE가 낮고 노이즈가 많으며 픽셀 크기가 작기 때문에 저조도 이미징에는 적합하지 않습니다. 특히 고속 스캐닝에 일반적인 짧은 노출 시간과 결합하면 더욱 그렇습니다.

일반적으로 과학적 이미징에 사용하기 위한 것이 아니므로 선형성과 이미지 품질이 좋지 않을 수 있습니다.

과학 분야에서 라인 스캔 카메라의 일반적인 응용 분야

라인 스캔 카메라는 고해상도, 정밀성, 그리고 지속적인 데이터 수집을 요구하는 과학 연구 및 고급 이미징 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적인 사용 분야는 다음과 같습니다.

● 현미경 이미징: 세부적인 표면 또는 세포 분석을 위해 고해상도 라인 스캔을 캡처합니다.
● 분광학: 정확한 공간 분해능으로 샘플 전체의 스펙트럼 데이터를 기록합니다.
● 천문학: 최소한의 왜곡으로 천체의 이미지를 촬영하거나 빠르게 움직이는 표적을 추적합니다.
● 재료과학: 금속, 폴리머 또는 복합재의 표면 검사 및 결함 감지.
● 생체의학 영상: 조직학 및 병리학을 포함하여 진단이나 연구 목적으로 생물학적 조직을 스캐닝하는 작업입니다.

이러한 응용 프로그램은 라인 스캔 카메라가 넓은 영역이나 동적인 실험 설정에서 매우 자세하고 왜곡 없는 이미지를 생성하는 기능으로부터 이점을 얻습니다.

라인 스캔 카메라의 한계

개략도: Tucsen 고감도 라인 스캔/TDI 과학 카메라

왼쪽: 비냉각 영역 스캔 카메라

가운데: TDI 과학 카메라

오른쪽: 냉각 영역 스캔 카메라

라인 스캔 카메라는 뛰어난 해상도를 제공하고 연속 이미징에 적합하지만, 특히 감도와 신호 안정성이 중요한 첨단 과학 환경에서는 한계가 있습니다.

주요 한계 중 하나는 저조도 환경에서의 성능입니다. 기존의 라인 스캔 카메라는 단일 패스 노출에 의존하는데, 이는 형광 현미경이나 특정 생물의학 분석과 같이 조명이 약하거나 빛에 민감한 샘플을 이미징할 때 충분한 신호 대 잡음비(SNR)를 제공하지 못할 수 있습니다. 또한, 물체의 움직임과 이미지 획득 간의 정확한 동기화를 달성하는 것은 기술적으로 까다로울 수 있으며, 특히 가변 속도나 진동이 발생하는 환경에서는 더욱 그렇습니다.

또 다른 제약은 매우 느리게 움직이거나 조명이 고르지 않은 표본의 고품질 이미지를 포착하는 능력이 제한되어 있어 노출이 일관되지 않거나 동작 아티팩트가 발생할 수 있다는 점입니다.

이러한 과제를 극복하기 위해 TDI(Time Delay Integration) 카메라가 강력한 대안으로 부상했습니다. TDI 카메라는 피사체가 움직일 때 여러 번의 노출에 걸쳐 신호를 축적함으로써 감도와 화질을 크게 향상시켜 초저조도 이미징, 높은 다이내믹 레인지, 또는 정밀한 시간 분해능이 필요한 과학 분야에서 특히 유용합니다.

결론

라인 스캔 카메라는 이동하거나 연속적인 표면의 고속, 고해상도 이미징을 요구하는 산업에서 필수적인 도구입니다. 이 카메라의 고유한 스캐닝 방식은 특히 웹 검사, 반도체 이미징, 자동 패키징과 같은 애플리케이션에서 영역 스캔 카메라보다 탁월한 이점을 제공합니다.

라인 스캔 카메라는 주로 산업 현장에서 사용되지만 높은 감도나 낮은 조도 성능이 필요한 사용자는 탐색을 통해 이점을 얻을 수 있습니다.과학용 카메라정밀 이미징 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.

라인 스캔 카메라의 작동 원리와 카메라를 선택할 때 고려해야 할 사항을 이해하면 더욱 스마트하고 안정적인 검사 시스템을 설계하는 데 도움이 됩니다.

자주 묻는 질문

라인 스캔 카메라는 어떻게 컬러 이미지를 캡처하나요?

컬러 라인 스캔 카메라는 일반적으로 세 개의 평행한 픽셀 라인으로 구성된 삼선형 센서를 사용하며, 각 픽셀 라인에는 빨간색, 녹색 또는 파란색 필터가 있습니다. 물체가 센서를 지날 때 각 색상 라인은 해당 채널을 순차적으로 포착합니다. 이 채널들이 결합되어 풀컬러 이미지를 형성합니다. 특히 고속 촬영 시 색상 정렬 오류를 방지하려면 정밀한 동기화가 필수적입니다.

올바른 라인 스캔 카메라를 선택하는 방법

적합한 카메라 선택은 애플리케이션의 요구 사항에 따라 달라집니다. 고려해야 할 몇 가지 주요 요소는 다음과 같습니다.

● 속도 요구 사항: 객체 속도에 따라 필요한 회선 속도를 결정합니다.
● 해결 요구 사항: 검사 허용 오차에 맞춰 해상도를 조정하세요.
● 조명 및 환경: 반사되거나 어두운 표면에는 특수 조명을 고려하세요.
● 센서 종류: CMOS는 속도와 효율성 덕분에 주류가 된 반면, CCD는 여전히 기존 시스템과 정밀성이 중요한 시스템에서 사용되고 있습니다.
● 연결성: 시스템이 카메라 인터페이스를 지원하는지 확인하세요(예: 높은 데이터 전송 속도의 경우 CoaXPress).
● 예산: 조명, 광학 장치, 프레임 그래버 등을 포함한 시스템 비용과 성능의 균형을 맞춥니다.

의심스러운 경우 머신 비전 전문가나 공급업체에 문의하여 시스템 설계 및 애플리케이션 목표와의 호환성을 확인하세요.