고감도 화상 처리 카메라

고감도 화상 처리 카메라는 조명 여건이 나쁜 경우에도 이미지 노이즈가 적은 좋은 품질의 비디오를 촬영하기 위해서 필수입니다.

고감도 머신 비전 카메라는 고속 애플리케이션 및 조명 여건이 좋지 못한 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다. Basler의 고감도 카메라에는 CCD나 CMOS 센서가 탑재됩니다.

고감도 카메라란 정확히 무엇인가요?

잔디가 짧게 깍여 있으면 그린에 올린 골프공은 눈에 쉽게 띕니다. 공이 잔디가 비교적 길게 자라는 페어웨이에 떨어지더라도 눈에 잘 보입니다. 공이 풀숲인 러프에 떨어지면 잘 보이지도 않고 심지어 찾지 못할 수도 있습니다.

이 비유를 화상 처리 카메라와 이미지 데이터에 적용하면 잔디의 높이는 빛을 이미지로 촬영하는 동안 생성된 ‘노이즈’에 해당됩니다.

잔디가 높아질 수록 공을 찾기 어려워집니다. 노이즈가 커질 수록 실제 신호를 판독하기 힘들어집니다. 노이즈가 거의 없으면(비유에서: 잔디가 짧게 깍여 있으면) 물체(공)를 쉽게 탐지할 수 있(비유적으로 잔디가 짧게 깎여 있으면)습니다. 카메라의 이미지에 ‘노이즈가 많아지면’ 물체는 기본적으로 시야에서 사라집니다. 배경 신호들이 약할 수록 공을 찾기 쉬워집니다.

잔디에서 공을 더 이상 찾을 수 없는 지점을 의미하는 ‘탐지 임계점’은 개념적으로는 잔디의 키가 공 높이에 도달한 이후의 순간입니다. 마찬가지로 이미지 데이터의 물체는 노이즈 크기가 신호와 같다면 어렵지만 아직 구분할 수 있습니다. 신호 대 잡음의 비율을 신호대잡음비라 부릅니다. 위에서 설명한 탐지 임계점에서 신호대잡음비는 1입니다. 신호대잡음비가 높을 수록 물체를 쉽게 감지할 수 있습니다.

물체에 의해 카메라 센서에서 생성된 각각의 신호에는 카메라의 픽셀에 얼마나 많은 양의 빛이 부딪혔는지 반영되어 있습니다. 낮은 조도에서 이 신호는 매우 약합니다. 카메라의 전자 회로는 약한 신호를 증폭해 효과적으로 디지털화해 전달할 수 있도록 설계되어 있습니다. 함정이 하나 있습니다: 원하는 신호와 함께 카메라에서 발생하는 모든 노이즈 역시 이 과정에서 증폭됩니다. 증폭에 의해 신호대잡음비(SNR)가 바뀌지는 않습니다.

고감도 머신 비전 카메라는 강한 신호 증폭을 사용해 작동하기 때문에 이 점은 특히 중요합니다. 이미지를 강하게 증폭하더라도 우수한 해상도를 얻으려면 이들 카메라의 SNR을 최대한 높게 설계해야 합니다. 이런 이유로 좋은 카메라 디자인은 노이즈가 가능한 한 낮게 유지되도록 작동합니다. 강력한 기본 신호 노이즈 성능을 가진 카메라는 우수한 신호대잡음비를 제공해 물체를 식별하기가 더 쉽습니다.

높은 신호대잡음비 구현에서 빛을 최대한 효율적으로 전기 신호로 변환하는 센서의 성능은 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 양자 효율(QE)은 얼마나 많은 전하가 얼마나 많은 광자로부터 생성되는지 알려줍니다. 최근의 센서들을 예로 들면 100개의 광자로부터 60개의 전하를 생성합니다. 이는 60%의 QE에 해당합니다. 센서 기술의 지속적인 개선으로 인해 70%의 QE가 가능할 것으로 예상됩니다.

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