고해상도 영상

과제:PCB 및 평면 패널 디스플레이의 밀도가 점점 높아짐에 따라, 정밀하고 비용 효율이 우수하면서도 높은 처리량을 갖춘 검사 시스템을 설계하기 위해서는 그에 맞는 적정한 카메라가 필요합니다.

해결책:
FLIR 고해상도 카메라의 경우, 대형 부품이나 고도로 복잡한 부품을 검사하는데 적합한 기능을 갖추고 있습니다. 다음을 할 수 있습니다.

•여러 카메라를 하나의 9, 12, 또는 20 MP 카메라로 교체합니다.
•높은 프레임률에서 고급 트리거링으로 처리량을 증가시킵니다.
•뛰어난 동적 범위 및 저 노이즈가 있는 매우 세부적인 영상을 캡처합니다.

고해상도 광학 검사

복잡성을 줄이고 처리량을 향상시켜 비용 절감

5 MP영상을 100% 확대 상태로 표시

20 MP영상을 100% 확대 상태로 표시.
LED 내에서 더 많은 세부사항을 검출할 수 있습니다.

5 MP영상을400% 확대 상태로 표시.
LED 내부 세부사항은 더 많이 픽셀처리됩니다.

20 MP영상을200% 확대 상태로 표시. LED 내부에서 더 명확한 세부사항이 보입니다.

비용 절감
여러 카메라로 구성된 검사 시스템의 경우, 여러 개의 렌즈, 데이터 케이블, GPIO 케이블 및 제어기 카드가 있어야 합니다. 싱글 초고해상도 카메라는 각각 하나만 필요하며 결국 상당 부분 절약할 수 있습니다. 적은 부분을 사용하면 시스템 안정성이 향상되고 정비 비용이 줄어듭니다. 컴팩트한 크기의 초고해상도 1” 및 1.1” 센서를 C-마운트 광학 장치와 사용할 수 있습니다. 고품질의 C-마운트 렌즈는 고비용 및 큰 크기의 F-마운트 광학 장치가 없어도 초고해상도 센서를 완벽하게 지원합니다.

왼쪽:5 MP 카메라 4대로 촬영한 범위와 20 MP 카메라 1대로 촬영한 범위 비교

우측:5 MP 및 20 MP 해상도를 활용했을 때의 촬영 영역 크기 차이를 비례적인 표현.

큰 영역을 담기 위해 여러 카메라를 사용할 시 매우 정밀한 조정이 필요합니다. 진동 및 열 팽창 시 영상이 "손상"되는 데 이로 인해 카메라는 올바른 조정이 어려워집니다. 카메라 간의 컬러 불균형으로 추가 인공물이 생겨납니다. 소프트웨어 내 영상 조정 및 컬러 보정은 비전 어플리케이션 개발 프로세스와 어플리케이션 실행에 필요한 시스템 리소스의 복잡성을 증가시킵니다. 멀티 카메라 시스템의 소프트웨어 조정 시 영상 간 오버랩이 필요하며 아우르는 영역이 감소합니다. 카메라 교정이 쉽고 빠릅니다. 네 대의 카메라를 교정하고 교정을 유지하는 것은 훨씬 시간 소모적입니다. 싱글 초고해상도 카메라를 통해 이러한 문제를 방지할 수 있습니다.

고성능 카메라 영상 품질
고밀도 PCB 및 평면 디스플레이를 대상으로 광학 검사를 수행하는 경우, 저해상도 카메라를 활용하면 픽셀 성능이 부족 할 수 있습니다. FLIR의 초고해상도 카메라에는 최신 Sony Pregius 및 Starvis 센서가 장착되어 있습니다. 뛰어난 영상 성능으로 인해 사용자는 간단한 구성요소 배치 검사부터 부품 번호, 부품 방향 및 포스트 리플로우 조인트 품질 검증까지 넘어설 수 있습니다.

동작 범위
동작 범위는 영상 센서가 데이터를 기록 할 수 있는 최고-최저 조도의 차이를 나타냅니다. 높은 동작 범위를 갖춘 센서는 어둡고 밝은 영역의 세부사항을 캡처합니다. 조명을 밝히면, PCB의 무광 부분과 유광 부분은 그림자와 밝은 하이라이트를 만들어 냅니다. 높은 동적 범위를 갖춘 카메라는 멀티 노출 HDR 프로세싱 없이 이를 극복합니다. 동적 범위는 dB로 측정됩니다.

일시적 Dark Noise
e-로 측정되는 일시적 Dark Noise는 센서가 판독을 할 때, 픽셀의 밝기를 측정한 값의 차이를 나타냅니다. 일시적 Dark Noise는 포톤이 이에 부딪히지 않을 때에도 픽셀을 통해 밝게 나타날 수 있습니다. 매트 블랙 IC의 표면 또는 그림자와 같은 어두운 영역에서 일시적 Dark Noise는 선명하지 못한 영상을 초래해 부품 번호 등의 세밀한 세부 사항을 보기가 어려워집니다. 일시적 Dark Noise가 줄어들면 노이즈 플로어 아래에 숨을 수 있는 저 강도 신호를 검출할 수 있습니다. Sony Pregius 및 Starvis CMOS 센서의 일시적 Dark Noise는 다른 CMOS 센서의 노이즈에 비해 2 ~ 4배 낮으며 CCD의 노이즈에 비해 4 ~ 9배 높습니다.

Quantum efficiency
Quantum efficiency(QE)은 특정 파장의 빛에 대한 카메라의 감도를 측정한 것입니다. 센서의 QE %가 높을수록 보다 효율적으로 빛을 전기 신호로 변환할 수 있습니다. Sony의 뛰어난 최신 9MP, 12MP and 20MP 센서 QE를 통해 짧은 노출로 고품질 영상을 캡처할 수 있어 검사 시간을 최소화합니다.

QE에 대한 자세한 설명은 “문제 해결 1번: 일관성 있는 컬러 촬영하기”를 참조하시기 바랍니다.

고속 대량 검사
초고해상도 FLIR 카메라의 특장점 중 하나는 사용자가 큰 부품, 혹은 매우 복잡한 부품을 신속하게 검사 할 수 있도록 해준다는 것입니다. 높은 프레임 속도 및 고급 트리거링 기능으로 인해 리프레시 사이클과 동기화되는 영상 평면 패널 디스플레이에 필요한 정밀 제어를 사용자에게 제공합니다. 10 GigE 인터페이스의 향상된 대역폭은 높은 프레임률도 지원합니다. 최신 CMOS 센서의 뛰어난 동적 범위로 인해 멀티 노출 HDR 영상이 필요가 없으며 높은 QE 및 낮은 일시적 Dark Noise는 짧은 노출에서도 뛰어난 세부사항을 캡처하도록 보장합니다.

렌즈 관련 참고 사항
초고해상도 카메라를 최대한 끌어 내기 위해서는 고해상도 렌즈를 활용해야 합니다. 고품질 렌즈는 중앙에서 뿐 아니라 전체 영상에서 뛰어난 밝기, 대비 및 선명함을 제공합니다. 2개의 렌즈가 동일한 초점 거리를 갖고 있다 하더라도, 광학 성능은 크게 다를 수 있습니다.

MTF 차트 
사용자가 카메라와 용도에 맞는 렌즈를 선택 할 수 있도록 도와 주기 위해 제조업체들은 렌즈 사양서에 모듈식 전송 함수(MTF) 차트를 종종 포함시키기도 합니다. MTF 차트는 선명함 및 대비를 수직 축에 결합하지만 수평 축은 영상 중앙에서 거리를 나타냅니다. 렌즈 중앙에서 거리가 클 경우 고성능 렌즈는 높은 MTF 수치를 가집니다.

왼쪽:고성능 및 저성능 렌즈와 가상의 완벽한 렌즈를 비교한 차트.
고성능 렌즈는 영상 전체에 걸쳐 우수한 영상 대비와 선명도를 유지합니다.

우측:고성능 렌즈와 표준 렌즈를 활용하여 촬영한 영상의 모서리 부분을 크롭한 모습. 대비 및 선명도가 커질수록 분명히 드러납니다. 저성능 렌즈(자주색)는 영상 모서리에 접근할수록 선명도가 떨어집니다.