Tucsen sCMOS 카메라 트리거링 소개

Tucsen sCMOS 카메라는 표준 SMA 인터페이스를 사용하는 TTL 트리거를 지원합니다. 따라서 카메라와 외부 장치의 트리거 입력 포트에 SMA 커넥터가 있는 트리거 케이블을 연결하기만 하면 됩니다. 다음 카메라들이 이 인터페이스를 사용합니다.

● 디야나 400BSI
● 디야나 95
● 디야나 400D
● 디야나 6060 및 6060BSI
● 디야나 4040 & 4040BSI
● 디야나 XF95/XF400BSI

사용하시는 카메라가 Tucsen Dhyana 401D 또는 FL20-BW인 경우, 아래에 제공된 해당 카메라용 지침을 따르십시오.

아래 핀 배치도는 카메라에 트리거 케이블을 연결하는 위치를 보여줍니다. 카메라와 외부 장치를 연결하면 트리거 설정을 시작할 수 있습니다!

트리거 케이블 및 핀 배치도

SMA 트리거 인터페이스를 사용하는 sCMOS 카메라의 트리거 핀 다이어그램.

SMA 핀	핀 이름	설명
1	트리그인	카메라 촬영 타이밍을 제어하는 트리거 신호
2	트리거 아웃1	트리거 출력 1 – 구성 가능, 기본값: '읽기 종료' 신호
3	TRIG.OUT2	트리거 출력 2 – 구성 가능, 기본값: '전역' 신호
4	트리거 아웃3	트리거 출력 3 – 구성 가능, 기본값: '노출 시작' 신호

위 표는 Tucsen sCMOS 카메라의 다양한 트리거 연결 기능을 보여줍니다. 세 개의 트리거 출력 포트는 각각 독립적으로 사용할 수 있습니다.

트리거링 전압 범위

SMA 트리거링으로 인한 출력 전압은 3.3V입니다.

트리거 입력에 허용되는 입력 전압 범위는 3.3V에서 5V 사이입니다.

트리거 모드 및 설정

Tucsen sCMOS 카메라는 외부 하드웨어 트리거(트리거 입력 신호) 처리를 위한 여러 가지 작동 모드와 애플리케이션에 맞게 최적화하고 선택할 수 있는 몇 가지 설정을 제공합니다. 이러한 설정은 소프트웨어 패키지에서 사용할 수 있습니다. 아래 스크린샷은 Tucsen Mosaic 소프트웨어에서 이러한 설정이 표시되는 방식을 보여줍니다.

하드웨어 트리거 설정

이 설정에는 네 가지 옵션이 있으며, 카메라가 외부 트리거와 무관하게 자체적인 내부 타이밍으로 작동할지, 아니면 외부 신호에 따라 작동할지 여부를 결정합니다. 또한 소프트웨어 트리거를 사용할 수도 있습니다.

이러한 설정은 아래 표에 요약되어 있으며, 자세한 내용은 다음 섹션에서 설명합니다.

환경	설명
끄다	내부 타이밍 모드입니다. 모든 외부 트리거는 무시되고 카메라는 가능한 최대 속도로 작동합니다.
기준	간단한 트리거 작동 모드로, 각 트리거 신호가 프레임 획득을 유도합니다.
동기화됨	최초 '시작' 트리거 신호가 발생하면 카메라는 연속적으로 작동하며, 새로운 트리거 신호가 발생할 때마다 현재 프레임의 노출이 종료되고 다음 프레임의 노출이 시작됩니다.
글로벌	카메라는 광원과의 동기화를 통해 롤링 셔터 카메라의 글로벌 셔터 효과를 모방하기 위해 '유사 글로벌' 상태로 작동합니다.
소프트웨어	SetGpio 함수를 통해 트리거 신호를 시뮬레이션하는 고급 모드입니다.

메모모든 경우에 트리거 입력 신호 수신과 데이터 수집 시작 사이에 아주 미미한 지연이 발생합니다. 이 지연 시간은 0에서 카메라 라인 타임(카메라가 한 라인을 읽는 데 걸리는 시간) 사이입니다. 예를 들어 Dhyana 95의 라인 타임은 21μs이므로 지연 시간은 0에서 21μs 사이가 됩니다. 아래 타이밍 다이어그램에서는 이해를 돕기 위해 이 지연 시간을 표시하지 않았습니다.

'꺼짐' 모드

이 모드에서는 카메라가 외부 트리거를 무시하고 내부 타이밍에 따라 최대 속도로 작동합니다.

표준 모드

표준 모드에서는 카메라의 각 프레임 촬영 시 외부 트리거 신호가 필요합니다. 노출 시간은 트리거 신호(예: '노출: 폭') 또는 소프트웨어(예: '노출: 시간')를 통해 설정할 수 있습니다.

트리거 신호가 없는 촬영 방식과 마찬가지로, 카메라는 '오버랩 모드'로 작동할 수 있습니다. 즉, 현재 프레임의 첫 번째 라인의 노출 및 판독이 완료되는 즉시 다음 프레임의 노출이 시작될 수 있습니다. 따라서 수신되는 트리거 신호 속도와 사용된 노출 시간에 따라 카메라의 최대 프레임 속도를 활용할 수 있습니다.

A: 표준 모드에서 동작 트리거(노출: 폭, 가장자리: 상승).

B: 표준 모드(노출: 시간, 에지: 상승)에서의 트리거 동작. 노란색 도형은 카메라 노출을 나타냅니다. 0시간, 1시간, 2시간…은 각 가로 방향 카메라 행을 나타내며, CMOS 카메라의 롤링 셔터로 인해 행 간에 지연이 발생합니다. 트리거되지 않는 '스트림' 획득 방식과 마찬가지로, 새 프레임의 시작 부분이 현재 프레임의 판독 부분과 겹칠 수 있으므로 노란색 도형의 대각선 구성 요소가 서로 겹칠 수 있습니다.

동기화 모드

동기화 모드는 회전 디스크 공초점 현미경에서 카메라의 이미지 획득을 디스크 회전과 동기화하여 줄무늬 아티팩트를 방지하는 데 사용할 수 있는 강력한 모드입니다.

이 모드에서는 첫 번째 트리거 신호가 첫 번째 프레임의 노출을 시작합니다. 다음 트리거 신호는 현재 프레임의 노출을 종료하고 판독 프로세스를 시작하며, 그 직후 다음 노출이 시작됩니다(아래 그림 참조). 이 과정은 각 트리거 신호마다 반복됩니다. 따라서 획득할 이미지 수보다 신호 펄스가 하나 더 많이 필요합니다.

이 모드에서 노출 시간은 하나의 트리거 신호와 다음 트리거 신호 사이의 시간 간격으로 설정됩니다.

트리거 신호 간 최소 시간 간격은 프레임 판독 시간이며, 이는 해당 카메라의 최대 프레임 속도의 역수로 계산됩니다. 프레임 속도가 24fps인 Dhyana 95의 경우, 신호 간 최소 시간 간격은 1000ms / 24 ≈ 42ms입니다. 이 시간 이전에 전송된 신호는 무시됩니다.

글로벌 모드

트리거 가능한/펄스형 광원과 함께 사용되는 글로벌 모드는 카메라를 '유사 글로벌' 상태로 작동시켜 특정 유형의 이미지 촬영 시 카메라의 롤링 셔터로 인해 발생할 수 있는 문제를 방지합니다. 유사 글로벌 셔터에 대한 자세한 내용은 이 페이지 하단의 '유사 글로벌 셔터' 섹션을 참조하십시오.

글로벌 모드 작동 방식

글로벌 모드 트리거 작동 중

글로벌 모드에서 소프트웨어적으로 촬영을 시작하면 카메라가 프레임 노출을 시작하도록 '사전 트리거'되어 노출 시작 부분이 센서에 '롤링' 방식으로 기록됩니다. 이 단계는 광원이 꺼진 어두운 환경에서 진행되어야 합니다.

이 과정이 완료되면 카메라는 '전체' 노출을 시작하기 위한 트리거 신호를 수신할 준비가 되며, 이 기간 동안 카메라로 빛이 전송되어야 합니다. 이 전체 노출 단계의 지속 시간은 소프트웨어(예: '노출: 시간 설정') 또는 수신된 트리거 신호의 길이(예: '노출: 폭')로 설정됩니다.

이 노출이 끝나면 카메라가 노출 종료를 '롤링'하기 시작하고 즉시 다음 프레임을 위한 사전 노출 단계를 시작합니다. 이 단계 역시 어두운 상태에서 진행되어야 합니다.

광원이 외부 트리거 신호에 의해 활성화되는 경우, 이 신호를 카메라 촬영 트리거로 사용할 수 있어 하드웨어 설정이 더욱 간편하고 편리해집니다. 또는 광원이 켜졌음을 나타내는 트리거 신호를 출력하는 경우, 이 신호를 사용하여 카메라 촬영을 트리거할 수 있습니다.

노출 설정

카메라의 노출 시간은 소프트웨어 또는 외부 하드웨어를 통해 트리거 신호 지속 시간으로 제어할 수 있습니다. 노출 설정에는 두 가지가 있습니다.

시간 제한:카메라 노출은 소프트웨어로 설정됩니다.

너비높은 신호(상승 에지 모드의 경우) 또는 낮은 신호(하강 에지 모드의 경우)의 지속 시간을 사용하여 카메라의 노출 시간을 결정합니다. 이 모드는 '레벨' 또는 '벌브' 트리거라고도 합니다.

엣지 설정

하드웨어 구성에 따라 이 설정에는 두 가지 옵션이 있습니다.

상승카메라 촬영은 저신호에서 고신호로의 상승 에지에서 시작됩니다.

떨어지는:카메라 촬영은 높은 신호에서 낮은 신호로 하강하는 시점에 시작됩니다.

지연 설정

트리거 신호가 수신된 순간부터 카메라가 노출을 시작할 때까지 지연 시간을 추가할 수 있습니다. 이 지연 시간은 0초에서 10초 사이로 설정할 수 있으며, 기본값은 0초입니다.

트리거 타이밍에 대한 참고 사항: 트리거가 누락되지 않도록 하십시오.

각 모드에서 트리거 간 시간 간격(고신호 지속 시간과 저신호 지속 시간의 합)은 카메라가 다시 이미지를 촬영할 준비가 될 만큼 충분히 길어야 합니다. 그렇지 않으면 카메라가 다시 촬영할 준비가 되기 전에 전송된 트리거는 무시됩니다.

위의 모드 설명을 참조하여 해당 모드의 타이밍 요구 사항을 확인하십시오.

트리거 출력 모드 및 설정

위의 '트리거 케이블 및 핀 배치도' 섹션에 나와 있는 대로 외부 하드웨어와 카메라의 트리거 출력 포트 사이에 트리거 출력 케이블을 연결했으면 이제 설정에 맞는 트리거 신호를 출력하도록 카메라를 구성할 준비가 되었습니다. 구성에 필요한 설정은 사용 중인 소프트웨어 패키지에서 확인할 수 있습니다. 아래 스크린샷은 Tucsen의 Mosaic 소프트웨어에서 이러한 설정이 어떻게 표시되는지 보여줍니다.

트리거 출력 포트

투센 sCMOS 카메라는 각각 고유한 트리거 출력 핀(TRIG.OUT1, TRIG.OUT2, TRIG.OUT3)을 가진 3개의 트리거 출력 포트를 제공합니다. 각 포트는 독립적으로 구성 및 작동이 가능하며, 서로 다른 외부 장치에 연결할 수 있습니다.

트리거 아웃 종류

카메라 작동 단계 중 트리거 출력에 표시할 수 있는 옵션은 다섯 가지입니다.

노출 시작프레임의 첫 번째 행이 노출되기 시작하는 순간에 트리거 신호를 보냅니다('라이징 에지' 트리거의 경우 낮은 주파수에서 높은 주파수로). 트리거 신호의 폭은 '폭' 설정으로 결정됩니다.

판독 종료카메라의 마지막 행이 판독을 마치는 시점을 나타냅니다. 트리거 신호의 폭은 '폭' 설정에 따라 결정됩니다.

글로벌 노출이는 노출 시작의 '롤링' 이후부터 노출 종료 및 판독의 '롤링' 이전까지 카메라의 모든 행이 동시에 노출되는 노출 단계를 나타냅니다. 실험에서 광원이나 다른 이벤트를 제어하는 데 사용하면 '유사 글로벌 셔터'를 구현할 수 있습니다. 이를 통해 sCMOS 롤링 셔터의 영향을 받지 않고 카메라 센서 전체에서 데이터를 동시에 수집할 수 있습니다. 유사 글로벌 셔터에 대한 자세한 내용은 아래 '유사 글로벌 셔터' 섹션을 참조하십시오.

높은이 모드에서는 핀이 지속적으로 높은 신호를 출력합니다.

낮은:이 모드에서는 핀이 지속적으로 낮은 신호를 출력합니다.

트리거 엣지

이는 트리거의 극성을 결정합니다.

상승:(낮은 전압에서 높은 전압으로의) 상승 에지는 이벤트를 나타내는 데 사용됩니다.

떨어지는:전압 하강 에지(고전압에서 저전압으로의 변화)는 이벤트를 나타내는 데 사용됩니다.

지연

트리거 타이밍에 사용자 지정 가능한 지연 시간을 추가할 수 있으며, 지정된 시간(0~10초)만큼 모든 트리거 출력 이벤트 신호가 지연됩니다. 지연 시간은 기본적으로 0초로 설정되어 있습니다.

트리거 폭

이는 이벤트 발생을 나타내는 데 사용되는 트리거 신호의 폭을 결정합니다. 기본값은 5ms이며, 1μs에서 10s 사이에서 사용자 지정할 수 있습니다.

유사 글로벌 셔터

일부 이미징 응용 분야에서 롤링 셔터 카메라 작동은 아티팩트, 타이밍 또는 시료에 조사되는 빛의 양에 대한 비효율성, 또는 프레임 간 하드웨어 변경으로 인한 이미지 혼선 등을 유발할 수 있습니다. 유사 전역 작동 방식은 이러한 문제들을 해결할 수 있습니다.

가상 글로벌 셔터 작동 방식

프레임 노출이 시작되면 각 행의 노출 시작 시점이 카메라를 따라 순차적으로 내려가면서 모든 행이 노출될 때까지 진행됩니다. 이 과정 중에 광원이 꺼져 카메라에 빛이 도달하지 않으면 '순차' 단계에서는 아무런 정보도 수집되지 않습니다. 모든 행의 노출이 시작되면 카메라는 '전체적으로' 작동하게 되며, 센서를 통과하는 시간 간격 없이 카메라의 모든 부분이 빛을 받을 준비가 됩니다.

노출 종료의 '롤링'과 각 행의 판독값이 센서 아래로 이동하는 동안 광원이 다시 꺼지면, 이 비전역 단계에서는 다시 한 번 아무런 정보도 획득되지 않습니다.

따라서 광원 펄스의 지속 시간은 카메라의 유효 노출, 즉 빛이 수집되는 시간을 결정합니다.

Tucsen sCMOS 카메라는 두 가지 방법을 통해 유사 글로벌 셔터를 구현할 수 있습니다. 하나는 외부 타이밍을 통해 카메라와 광원을 동시에 트리거하는 방식이고(위의 하드웨어 트리거 설정: 글로벌 참조), 다른 하나는 카메라의 트리거 출력 포트를 트리거 출력 종류: 글로벌 설정으로 지정하여 트리거 가능한 광원을 제어하는 방식입니다.

글로벌 운영 시기

참고로, 유사 글로벌 셔터를 사용할 경우 프레임 사이에 판독/노출 시작 단계를 포함해야 하므로 카메라 프레임 속도가 감소합니다. 이 단계의 지속 시간은 카메라의 판독 시간에 따라 결정되며, 예를 들어 Dhyana 95의 경우 전체 프레임의 판독 시간은 약 42ms입니다.

프레임당 총 소요 시간은 해당 프레임 시간에 '전체' 노출 시간, 그리고 이전 프레임의 판독이 완료된 시점과 다음 프레임 획득을 시작하는 트리거 사이의 지연 시간을 더한 값입니다.