움직이는 물체의 3D 표면 특징을 구현하는 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)는 인쇄 패턴이나 텍스처의 영향을 받지 않고 3D 표면 결함을 검출할 수 있는 검증된 머신비전 기술입니다. 그러나 기존 방식은 정지된 대상에만 적용할 수 있다는 한계가 있습니다. Basler는 IMX900 센서의 쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control) 기술을 활용하여 움직이는 대상에서도 고정밀 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 이미징을 구현합니다.
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)란 무엇이며, 왜 움직이는 물체에는 적용하기 어려울까요?
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)는 표면 형상 정보를 2D 외관 정보와 분리합니다
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)는 찍힘, 균열, 스크래치, 변형과 같은 미세한 표면 결함을 검출하는 머신비전 기술입니다. 기존의 2D 이미징과 달리 표면 외관이 아닌 표면 형상을 분석하므로, 인쇄 그래픽, 라벨, 텍스처 또는 다양한 색상을 가진 제품도 안정적으로 검사할 수 있습니다.
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)의 구현 방식과 한계
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)는 서로 다른 조명 방향에서 여러 장의 이미지를 획득한 후, 각 이미지의 음영 정보를 분석하여 표면 형상을 재구성하는 방식으로 동작합니다. 표면 형상과 표면 외관을 분리해 분석하기 때문에 인쇄 패턴이나 텍스처 변화에 가려질 수 있는 결함도 효과적으로 검출할 수 있습니다.
그러나 기존 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)는 동일한 위치에서 촬영한 여러 장의 이미지가 필요합니다. 움직이는 물체를 검사할 경우 이미지 간의 미세한 위치 변화만으로도 3D 재구성 오류가 발생하여 검사 신뢰도가 저하될 수 있습니다. 이러한 이유로 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)는 지금까지 정지된 물체 또는 스톱 앤 고(Stop-and-Go) 생산 공정에 주로 적용되어 왔습니다.
쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control): 단일 프레임에서 4개의 조명 이미지 획득
Basler는 Sony IMX900 이미지 센서의 쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control) 기능을 활용하여 하나의 프레임에서 4개의 조명 이미지를 획득할 수 있도록 구현함으로써 기술 수준을 한 단계 발전시켰습니다.
움직이는 물체 검사로 확장된 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)
Basler는 Sony IMX900 센서를 기반으로 쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control)을 최적화하여 구현함으로써 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)를 움직이는 물체 검사에도 적용할 수 있도록 확장했습니다. 이 기술은 하나의 이미지 획득 사이클 내에서 4개의 노출 시간을 각각 독립적으로 제어할 수 있습니다.
기존 시스템에서는 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)에 필요한 4장의 이미지를 순차적으로 획득하기 때문에 이미지 간 시간 차가 발생합니다. 물체가 움직이는 경우 이 시간 차로 인해 위치 오차가 발생하며, 이는 3D 재구성 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control)은 4회의 노출을 마이크로초(μs) 단위의 매우 짧은 시간 내에 수행하며, 4개의 방향성 광원과 동기화됩니다. 이를 통해 실제 이미지 획득 간격을 획기적으로 줄여 물체가 사실상 동일한 위치에 있는 상태에서 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)에 필요한 모든 정보를 획득할 수 있습니다.
그 결과, 물체를 멈추지 않고 연속적으로 이동시키는 상태에서도 신뢰성 높은 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 이미징이 가능하며, 검사 정확도를 유지할 수 있습니다.
움직임이 있는 환경에서도 일관된 이미징을 위한 정밀한 노출 타이밍
쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control)는 2 × 2 픽셀 그룹 내 각 픽셀의 노출 시작 시점을 독립적으로 제어할 수 있습니다. 이를 통해 하나의 이미지 획득 트리거만으로 4개의 개별 노출 이미지를 획득할 수 있으며, 움직이는 물체에 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)를 적용할 수 있는 기반을 제공합니다.
쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control)는 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)에 필요한 4장의 이미지를 매우 짧은 시간 내에 획득할 수 있도록 지원하여, 물체가 사실상 동일한 위치에 있는 상태에서 이미지를 촬영할 수 있도록 합니다.
예를 들어, 일반적인 100 fps 카메라는 연속된 이미지 획득 사이에 약 10 ms의 시간이 필요합니다. 반면 Basler 구현 방식은 하나의 이미지 획득 과정에서 마이크로초(μs) 단위의 간격으로 4개의 노출 시점을 제어할 수 있습니다.
여기에 4개의 방향성 광원을 동기화하여 제어하면, 필요한 이미지 간의 실제 획득 간격을 거의 0에 가깝게 줄일 수 있습니다. 이를 통해 기존 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)의 가장 큰 병목 요인을 해결하고, 움직이는 물체에도 포토메트릭 스테레오 기술을 적용한 검사가 가능해집니다.
관심이 있으신가요? 귀사의 요구사항을 Basler와 함께 논의해 보세요.광도 스테레오에서 가장 중요한 과제는 서로 다른 조명 방향에서 촬영된 이미지 간의 기하학적 일관성을 유지하는 것입니다. 쿼드 셔터 제어 기술은 촬영 간격을 대폭 단축시켜, 피사체가 움직이는 상황에서도 신뢰할 수 있는 표면 재구성이 가능하게 합니다.
포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)를 고속 생산 라인으로 확장
쿼드 셔터 제어(Quad Shutter Control)를 통해 제조업체는 물체의 움직임과 생산 속도의 제약으로 인해 기존에는 적용이 어려웠던 애플리케이션에도 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo)의 장점을 활용할 수 있습니다.
생산을 멈추지 않고 움직이는 물체 검사
인쇄 패턴, 색상, 텍스처의 영향을 받지 않는 실제 표면 결함 검출
생산 라인의 처리량을 유지하면서 높은 검사 신뢰성 확보
대표적인 적용 분야는 인쇄 그래픽, 라벨 또는 텍스처가 있는 제품으로, 기존 2D 검사에서는 외관상의 변화와 실제 표면 결함을 구분하기 어려운 경우에 효과적입니다.
