CCD 대 CMOS
산업용 카메라에 더 적합한 기술은 무엇일까요?
CCD 센서는 오랫동안 시장에서 가장 일반적인 이미지 센서였습니다. 그러나 업계는 계속 발전해 왔고 CMOS 센서가 점차 시장을 장악해 왔습니다. 이 글에서는 CMOS 센서와 CCD 센서의 차이점을 자세히 살펴보고 미래의 센서에 대해 알아보고자 합니다.
CCD 카메라를 대체하는 최신 CMOS 카메라
이 백서에서는 새로운 CMOS 센서가 CCD 센서와 비교하여 제공하는 주요 이점에 대해 설명합니다.
카메라 기술을 언제 교체해야 할까요?
적합한 후속 카메라는 어떻게 선택해야 할까요?
통합을 위해 어떤 노력이 필요할까요?
최신 CMOS 센서가 CCD 센서보다 우수한 경우가 많습니다.
2015년 3월, 소니는 전체 CCD 센서의 단종을 발표했습니다. 이는 당시 몇 가지 측면에서 CCD 기술보다 열세였던 CMOS 센서를 선호하게 만들었고, CCD 기술을 기반으로 한 새로운 개발의 종말을 예고하는 것이었습니다. 지난 몇 년 동안 새로운 개발로 이러한 몇 가지 단점도 제거할 수 있게 되었고, 이제 우리는 CMOS 센서의 많은 이점을 누릴 수 있게 되었습니다.
물론 CMOS 센서가 개발 측면에서 8년 이상 앞서 있기 때문에 CCD와 CMOS 센서를 비교하는 것은 완전히 정확하지는 않습니다. 두 센서 유형이 경쟁하던 시절에는 대상 어플리케이션에 따라 CCD 또는 CMOS를 사용할지 여부를 결정했습니다. 오늘날에는 CCD 센서가 더 이상 개발되지 않고 있기 때문에 더 이상 CCD와 CMOS 중 어떤 것을 선택할지 고민할 필요가 없습니다. CMOS 센서는 빠른 속도와 해상도, 낮은 전력 소비, 향상된 노이즈 특성, 양자 효율 및 색상 개념 덕분에 이전에는 CCD 센서의 전유물이었던 영역으로 진출하고 있습니다.
CCD와 CMOS - 기술적 사실에 대한 자세한 설명
CMOS 기술의 개선과 이 센서의 뛰어난 가성비로 인해 산업용 머신 비전에 대한 CMOS 센서의 매력은 점점 더 커지고 있습니다. 특히 이미지 품질 저하 없이 매우 높은 프레임 속도를 구현할 수 있다는 점은 현 세대 CMOS의 주요 특징 중 하나입니다.
카메라 센서의 기능은 무엇인가요?
CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서는 모든 빛(광자)을 전기 신호(전자)로 변환합니다. 두 센서 유형의 주요 차이점은 기술 구조에 있습니다. CCD 센서에서는 픽셀당 전하가 이동합니다. 반면 CMOS 센서는 각 픽셀이 직접 판독됩니다.
효율성 향상
과거에는 CMOS 센서가 입사광을 변환하는 효율이 현저히 떨어졌습니다. 이제 상황이 바뀌었습니다. 마이크로렌즈 어레이(칩에 적용되는)와 같은 추가 개발 덕분에 CMOS 센서는 이제 CCD와 동일하거나 더 높은 감도를 달성할 수 있게 되었습니다.
더 높은 프레임 속도
CCD 센서의 경우 행 단위 또는 열 단위 판독으로 인해 판독 속도가 제한됩니다. 반면 CMOS 센서는 아키텍처 덕분에 훨씬 더 빠른 프레임 속도를 구현할 수 있습니다. CCD 센서처럼 전하를 이동시킬 필요 없이 각 픽셀을 개별적으로 판독합니다. 즉, 이미지 정보를 훨씬 빠르게 판독할 수 있습니다. 결과적으로 성능이 향상되어 예를 들어 초당 더 많은 부품을 검사하거나 교통 위반을 더 잘 감지할 수 있습니다.
더 넓은 다이나믹 레인지
카메라의 다이나믹 레인지는 이미지의 노이즈 위에서 인식할 수 있는 가장 강한 신호와 가장 약한 신호 사이의 비율, 즉 포화 용량과 감도 임계값의 비율을 나타냅니다. CMOS 센서는 포화 용량이 더 높은 경우가 많지만(즉, 픽셀당 최대 전자 수가 더 많음) 일반적으로 감도가 낮습니다. 즉, CMOS 센서의 다이내믹 레인지가 CCD 센서의 다이내믹 레인지와 일치하는 경우가 많습니다. 하지만 소니 IMX174와 같은 최신 CMOS 센서는 다이나믹 레인지 측면에서 비교 가능한 모든 CCD 개발 제품보다 우수합니다.
"Blooming" 및 "Smearing"
CMOS 기술은 밝은 조명에서 분명한 이점이 있습니다. CCD 픽셀이 과다 노출되면 생성된 과도한 전자가 인접 픽셀로 "스필 오버(spill over)" 됩니다. 그러면 매우 밝은 이미지 구조가 어두운 이미지 구조로 넘쳐나거나 꽃이 "피는 것"처럼 보이는데, 실제로 이 효과를 "Blooming(블루밍)" 현상이라고 부릅니다. 노출 후 CCD 센서의 전하가 매우 밝은 빛으로 이동하면 CCD 센서의 이미지에 밝은 줄무늬가 나타날 수 있습니다. 그러면 이미지에 흰색 영역이 선으로 번져 나타납니다. 예를 들어 야간에 헤드라이트가 달린 자동차가 카메라를 향해 주행할 때 이러한 현상을 볼 수 있습니다. 이 효과를 "Smearing(번짐)"이라고 합니다. CMOS 센서에서는 이 두 가지 효과가 모두 발생하지 않는다는 큰 장점이 있습니다.
글로벌 셔터 덕분에 아티팩트 없음
오늘날 CMOS 기술이 적용된 최신 카메라는 Sony의 Pregius S 센서 라인이 탑재된 당사의 ace 2 모델 이나 onsemi의 PYTHON과 같은 CMOS 글로벌 셔터 카메라입니다. 이러한 카메라를 사용하면 롤링 셔터가 있는 카메라에서 발생하는 아티팩트에 더 이상 노출되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 글로벌 셔터가 있는 카메라보다 특정 어플리케이션에 더 적합할 수 있으므로 CMOS 롤링 셔터 카메라를 절대적으로 배제해서는 안 됩니다.
CCD 카메라를 대체하는 최신 CMOS 카메라
무료 백서에서 CMOS 센서로의 전환에 대한 자세한 내용을 확인할 수 있습니다.
백서에서 자세히 답변해드리는 질문들
카메라 기술 변경은 언제 고려해야 할까요?
적합한 후속 카메라는 어떻게 선택하나요?
최신 CMOS 기반 카메라를 통합할 때 중요한 것은 무엇인가요?
어떤 통합 노력이 필요하나요?
