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카메라 선택 - 화상 처리 시스템에 적합한 카메라를 찾으려면 어떻게 해야 할까요?

너무 많은 옵션때문에 혼란스러운가요?

화상 처리 시스템을 설계해야 하는 과제에 직면했을 때 .현기증을 느낄 정도로 다양한 카메라 모델, 관련 특성, 유용한 기능 및 잠재적 애플리케이션과 같은 다양하고 수많은 옵션들 앞에 서 있는 자신을 발견하게 됩니다.

이제 필요한 것은 바로 가이드입니다.비전 애플리케이션에 적합한 카메라를 선택하는 의사 결정 과정에서 새로운 길을 찾고 답을 찾는 데 도움을 주는 사람이 필요합니다.

모든 관련 기준에 대한 단계별 탐색에 함께 하십시오. 이것은 귀하의 요구 사항에 맞는 장비를 선택하기 위해 한 번에 하나씩 올바른 결정을 하는 데 도움을 드릴 것입니다. 객관적인 자체 평가부터 시작하십시오. 다음 두 가지 질문에 답해보세요.

  • 카메라로 촬영할 대상은 무엇인가요?
  • 정확한 촬영을 위해 내 카메라에 필요한 특성은 무엇일까요?

이에 대한 답변은 대개 최초 지침을 제공하고 다음 두 가지 지침 중 하나를 제시할 것입니다.

네트워크(IP) 카메라
네트워크(IP) 카메라
산업용(MV) 카메라
산업용(MV) 카메라

결정 #1: 네트워크 카메라 또는 산업용 카메라

화상 처리 시스템용 카메라는 산업용/머신 비전(MV) 또는 네트워크/IP (Internet Protocol) 카메라로 분류됩니다.

네트워크 카메라는 비디오를 녹화합니다. 이 카메라는 산업용 카메라와 함께 전통적인 감시 애플리케이션에 자주 사용됩니다. 일반적인 특성에는 다음과 같은 것들이 포함되어 있습니다.

  • 주로 충격 및 거친 날씨에 견디도록 설계된 튼튼한 케이스에 들어 있어 실내외 어디에서의 사용에도 적합합니다

  • 주간/야간 모드 및 특수 적외선 필터와 같은 다양한 기능을 통해 아주 나쁜 조명과 날씨 조건에서조차 뛰어난 이미지 품질을 제공합니다.

  • 촬영한 이미지를 압축합니다. 이로 인해 데이터 양이 카메라 안에 저장할 수 있을 정도로 아주 작아집니다. 네트워크 연결로 이론적으로 보면 무제한의 사용자들이 카메라에 액세스할 수 있습니다.

산업용 카메라는 이와 대조적으로

  • 이미지를 압축되지 않은 상태의('원시') 데이터로 PC에 직접 전송합니다. 그런 뒤 PC에서 상대적으로 많은 양의 데이터를 처리합니다. 이 방식의 장점은 손실되는 이미지 정보가 없다는 점입니다.

  • 산업용 카메라는 에어리어 스캔 및 라인 스캔 카메라의 두 가지 기술로 구성되어 있습니다. 두 가지 기술의 이미지 캡처 방식에는 차이가 있으며 비전 애플리케이션 종류와 관련되어 있습니다.

학습: 에어리어 스캔 및 라인 스캔 카메라의 이미지 캡처 방식

에어리어 스캔 카메라

  • 에어리어 스캔 카메라에는 동시에 노출되는 수많은 픽셀 라인으로 구성된 사각 센서가 장착됩니다. 따라서 이미지 데이터가 한 번에 기록되며 같은 방식으로 처리됩니다.

  • 에어리어 스캔 카메라는 보통 의료 및 생명 과학, 교통 및 운송 또는 보안 및 감시와 같은 다양한 산업용 애플리케이션에 사용되며 네트워크 카메라의 보완 카메라로 사용되는 경우가 많습니다.

라인 스캔 카메라

  • 이와 달리 라인 스캔 카메라는 1, 2 또는 3줄의 픽셀로 구성된 하나의 센서를 사용합니다. 이미지 데이터는 한 줄씩 캡처된 뒤 처리 단계에서 개별 라인들을 전체 이미지로 재구성합니다. 에어리어 스캔 카메라를 사용해야 하는지, 라인 스캔 카메라를 사용해야 하는지는 애플리케이션 및 애플리케이션 요구 사항에 따라 결정됩니다.

  • 라인 스캔 카메라는 제품이 컨베이어 벨트에서 빠른 속도로, 때로는 아주 빠른 속도로 지나갈 때 검사해야 할 경우 널리 사용됩니다. 일반적인 업종으로는 인쇄, 분류 및 포장, 식품 및 음료 그리고 모든 종류의 표면 검사 애플리케이션이 포함됩니다.
에어리어 스캔 카메라
라인 스캔 카메라

네트워크 카메라

  • 선적 라인 및 포장 시스템부터 건축 및 교통 감시 시스템에 이르는 다양한 분야의 공정 제어에서 감시 작업용으로 사용됩니다.

  • 항만 또는 운송 센터와 같은 물류 및 수송 센터와 함께 대개 은행, 카지노, 기업 캠퍼스 그리고 공공 건물에 사용됩니다.

결정 #2: 모노크롬이 좋을까요, 아니면 컬러 카메라가 좋을까요?

비교적 단순한 의사 결정이며 사용자의 애플리케이션에 필요한 이미지가 무엇인지에 의해 답이 결정됩니다. 결과 평가를 위해 컬러가 필요한가요, 아니면 흑백으로 충분한가요? 컬러가 꼭 필요한 것이 아니면 대개 더 민감하고 자세한 이미지를 제공하는 모노크롬 카메라를 선택하는 것이 낫습니다. 지능형 교통 시스템과 같은 여러 애플리케이션에서 증거 등급 이미지에 대한 구체적인 국가별 법률 요구 사항을 충족시키기 위해 흑백과 컬러 카메라를 조합해 사용하는 경우도 많습니다.

결정 #3: 센서 종류, 셔터 기술, 프레임 속도

이 단계는 CMOS 또는 CCD 센서 기술을 기반으로 구축된 적절한 센서를 고르고 글로벌 셔터와 롤링 셔터 중에서 셔터 기술을 선택하는 것입니다. 다음으로 고려해야 할 사항은 프레임 속도인데 이는 카메라가 작업을 끊김 없이 처리하기 위해 매 초 전송해야 할 이미지 개수를 의미합니다.

학습: CCD, 아니면 CMOS?

두 가지 센서 기술 간 근본적 차이점은 해당 센서의 기술적 구조에 있습니다.

CMOS 칩에는 빛(구체적으로 광자)을 전자 신호(전자)로 변환하는 전자 회로가 센서 표면에 직접 결합되어 있습니다. 이로 인해 이미지 데이터를 보다 신속히 읽을 수 있고 사용자가 이미지 범위를 융통성 있게 호출할 수 있어 속도가 매우 빨라집니다. CMOS 센서는 SLR 카메라와 같은 소비 시장에서 폭 넓게 사용되고 있습니다.

CCD 센서는 센서 표면에 어떤 변환 회로도 배치되지 않기 때문에 센서 표면 전체를 사용해 빛을 받아들입니다. 이로 인해 더 넓은 표면 공간에 픽셀을 배치할 수 있어 더 많은 빛을 포획하게 됩니다. 따라서 이런 종류의 센서들은 빛에 매우 민감하며 천문학에서와 같은 낮은 조도의 애플리케이션에서 사용할 때 매우 유용합니다. CCD 센서는 그 아키텍처와 이미지 데이터 전송 및 처리 방식이 속도의 한계에까지 근접했지만 비교적 느린 애플리케이션에서 뛰어난 이미지 품질을 제공합니다.

지금까지 여러 해 동안 CMOS 기술이 발전되어 거의 어떤 화상 처리 애플리케이션용으로든 적합한 수준이 되었습니다. CMOS 센서의 장점은 다음과 같습니다.

  • 뛰어난 가격 대비 성능

  • 높은 프레임 속도

  • 높은 해상도

  • 낮은 소모 전력

  • 탁월한 양자 효율

이러한 장점은 과거에 CCD 센서가 장악했던 영역에 CMOS 센서가 진출하는 데 도움이 되었습니다. 최신 CMOS 센서를 판매할 때 특히 강조할 부분은 이미지 품질 손상 없이 높은 프레임 속도를 얻을 수 있다는 점입니다.

CMOS 에어리어 스캔 센서 및 CCD 센서

결정 #3: 센서 종류, 셔터 기술, 프레임 속도

애플리케이션에 적합한 셔터를 사용하는 것은 단순하면서도 너무나 중요한 요구 사항입니다. 셔터는 노출 순간에만 열려 입사광으로부터 카메라 내부의 센서를 보호합니다. 선택된 노출 시간에 따라 적절한 빛의 ‘양’과 셔터 개방 시간이 결정됩니다. 글로벌 셔터와 롤링 셔터 사이의 차이점은 빛에 대한 노출 방식에 있습니다.

학습: 글로벌 셔터와 롤링 셔터의 작동 방식

글로벌 셔터

글로벌 셔터는 한 번에 센서 표면 전체에 빛이 들어오도록 합니다. 프레임 속도에 따라 이동하는 물체가 빠르게 연속 노출됩니다. 글로벌 셔터는 교통 및 수송 분야, 물류 및 인쇄 매체 검사와 같이 고속으로 이동하는 물체를 촬영해야 하는 애플리케이션에 최적의 선택이 될 수 있습니다.

롤링 셔터

롤링 셔터 는 이미지를 줄 단위로 노출시킵니다. 선택한 노출 시간에 따라 노출 중에 물체가 이동할 때 왜곡이 발생할 수 있으며 이를 롤링 셔터 효과라 합니다. 하지만 귀하의 애플리케이션에 이동하는 물체가 관련된다는 사실만으로 롤링 셔터의 가능성을 포기할 필요는 없습니다. 많은 경우, 노출 시간의 적절한 구성과 외장형 플래시 사용을 통해 이 효과를 피할 수 있습니다.

롤링 셔터의 경우 노출 시간이 동시에 시작하거나 끝나지 않고 각각의 라인마다 달리 적용됩니다. 그림에서는 사진의 개별 라인이 조금씩 비켜서 노출된 것을 보여 줍니다.
글로벌 셔터, 롤링 셔터 — 두 가지 노출 방식의 기능 및 특징.
롤링 셔터의 경우 노출 시간이 동시에 시작하거나 끝나지 않고 각각의 라인마다 달리 적용됩니다. 그림에서는 사진의 개별 라인이 조금씩 비켜서 노출된 것을 보여 줍니다.

백서에서 이들 셔터 기술에 대한 자세한 내용을 알아보세요.

“글로벌 셔터, 롤링 셔터 — 두 가지 노출 방식의 기능 및 특징.”

프레임 속도

‘초당 프레임 수’ 또는 ‘fps’, 라인 스캔 카메라에서의 ‘라인 속도’ 또는 ‘라인 주파수’와 같은 뜻으로 사용됩니다. 프레임 속도는 센서가 1초 동안 촬영해 전송할 수 있는 이미지 개수를 나타냅니다.

프레임 속도가 높을 수록 센서가 빨라집니다. => 센서가 빠를 수록 초당 촬영할 수 있는 이미지 수가 증가합니다. => 이미지가 많을 수록 더 많은 양의 데이터를 전송할 수 있게 됩니다.

인쇄된 이미지 검사
카메라 검사 지점을 지나 고속으로 이동하는 신문에 인쇄된 이미지의 검사와 같은 고속으로 이동하는 애플리케이션의 경우 카메라가 수 밀리초 이내에 ‘촬영’할 수 있어야 합니다.
현미경 검사는 의학 및 제조업에서 사용됩니다.
이것은 대개 낮은 프레임 속도만을 필요로 하는 제약 및 제조업에서 사용되는 일부 미세한 검사에서와는 큰 차이가 있는 것입니다.

결정 #4: 해상도, 센서 및 픽셀 크기

해상도

카메라 사양에 "2048x1088"이라 기록되어 있습니다. 이것이 의미하는 것은 정확히 무엇일까요? 이것은 줄 당 픽셀 개수를 나타내며 이 경우에는 가로줄 2048 픽셀, 그리고 세로줄 1088 픽셀을 나타냅니다. 두 숫자를 곱해 얻은 숫자는 2,228,224 픽셀 또는 220만 픽셀(백만 픽셀 또는 줄여서 ‘MP’)의 해상도를 나타냅니다.

사용자의 애플리케이션에 필요한 해상도를 결정하는 데는 간단한 공식이 사용됩니다.

해상도=(피사체 크기)/(검사 대상 세부 정보의 크기)

학습: 필요한 해상도를 결정하는 방법

특정 지점에 서 있는 키가 약 2m인 사람의 눈 색상 이미지를 정밀 촬영하려 합니다.

해상도= 키/(눈 세부 정보) =(2,000mm m /1mm) = x와 y 방향으로 각 2,000 픽셀 = 4 MP

= > 1 mm 크기의 세부 정보를 명확히 인식하려면 4백만 픽셀의 해상도가 필요합니다.

학습: 필요한 해상도를 결정하는 방법

센서 및 픽셀 크기

팩트 #1:

기초 지식: 센서와 픽셀 표면이 넓을 수록 더 많은 빛을 포집할 수 있습니다. 빛은 이미지 데이터를 생성하고 처리하기 위해 센서가 사용하는 신호입니다. 여기까지 아주 간단한 내용입니다. 계속 설명하겠습니다: 사용 가능 면적이 넓을 수록 신호대잡음비(SNR)가 커지며 특히 3.5 µm 이상의 크기를 갖는 픽셀의 경우 더욱 그렇습니다. SNR이 클 수록 이미지 품질이 좋아집니다. 42 dB 정도의 SNR이면 훌륭한 결과로 간주됩니다.

팩트 #2:

대형 센서는 공간이 넓어져 더 많은 픽셀을 심을 수 있어 더 높은 해상도를 얻을 수 있습니다. 여기에서의 진정한 장점은 사용 가능한 공간이 좁아 작은 픽셀을 사용해야 하는 상대적으로 작은 센서에서와 달리 고해상도를 유지하면서도 충분히 큰 개별 픽셀을 사용할 수 있어 우수한 SNR을 보장할 수 있다는 점입니다.

팩트 #3:

그럼에도 불구하고 센서가 크고 대형 픽셀의 개수가 많다 하더라도 적절한 광학 부품을 사용하지 않으면 좋은 결과를 얻을 수 없습니다. 높은 수준의 해상도를 표현할 수 있는 적당한 렌즈와 결합될 때만 최대한의 성능을 발휘할 수 있습니다.

팩트 #4:

또한 대형 센서는 더 많은 실리콘을 사용하게 되어 결국 가격이 비싸집니다.

결정 #5: 인터페이스와 카메라 하우징 크기

인터페이스

인터페이스

인터페이스는 하드웨어(카메라 센서)에서 소프트웨어(이미지를 처리하는 구성 요소)로 이미지 데이터를 전송하는 카메라와 PC 사이의 통신 수단 역할을 합니다. 애플리케이션에 가장 적합한 인터페이스를 찾는다는 것은 성능,비용 및 신뢰성의 최적 균형점을 찾기 위해 서로 다른 요소들 사이의 비중을 계산하는 것을 의미합니다.

애플리케이션 요건에 따라 Camera Link, GigE 또는 USB 3.0 중에서 카메라에서 PC로 빠르고 깔끔하며 안전하게 이미지 데이터를 전송할 수 있는 최상의 인터페이스를 선택할 수 있습니다.
애플리케이션 요건에 따라 Camera Link, GigE 또는 USB 3.0 중에서 카메라에서 PC로 빠르고 깔끔하며 안전하게 이미지 데이터를 전송할 수 있는 최상의 인터페이스를 선택할 수 있습니다.
GigE Vision, USB3 Vision 및 Camera Link

GigE Vision, USB3 Vision 및 Camera Link는 표준을 따른 구성 요소와 액세서리로 카메라 인터페이스의 호환성을 보장하는 폭 넓게 이용할 수 있는 최신 기술 표준입니다. 각각의 기술은 대역폭, 멀티 카메라 구성, 케이블 길이와 관련된 구체적인 요구 사항 세트를 만족시키도록 설계되어 있습니다. FireWire와 USB 2.0은 오래된 기술들로 성능 상의 한계로 인해 최신 화상 처리 시스템용으로는 권장하지 않습니다.

귀하의 요구 사항에 가장 적합한 인터페이스 기술이 무엇인지 확신이 없으신가요? 인터페이스 어드바이저를 통해 선택에 도움을 받으십시오.

인터페이스 각각의 장점과 단점 모두를 알아보고 싶으신가요? 저희 회사의 백서인 "산업용 머신 비전에 사용되는 가장 일반적인 디지털 인터페이스 기술 비교”를 다운로드하십시오.

하우징

카메라 하우징의 크기는 인터페이스 선택에 직접적인 관련이 있습니다. 하우징은 비전 시스템에 대한 전반적인 통합의 관점에서 중요합니다. 전체 직물 너비를 더 잘 기록하기 위해 카메라를 연달아 설치하는 애플리케이션(멀티 카메라 구성)에서는 1밀리미터의 공간조차 문제가 될 수 있습니다.

29 mm x 29 mm부터 시작되는 사용 가능 모델 포트폴리오
Basler 제품을 예로 들면 사용 가능 모델 포트폴리오가 Basler ace의 29 mm x 29 mm부터 Basler sprint 시리즈와 같이 매우 큰 (라인 스캔) 센서가 장착된 훨씬 큰 규격의 개별 카메라까지 매우 다양합니다.

결정 #6: 유용한 카메라 기능

모든 Basler 카메라에는 이미지 품질을 개선하고 이미지 데이터를 보다 효과적으로 평가하거나 공정을 보다 정밀하게 제어하는 데 도움이 되는 핵심 기능들이 내장되어 있습니다. 각 카메라 모델의 모든 기능에 대한 종합 목록은 저희의 Features Check List를 참조하십시오.

화상 처리 시스템을 설계할 때 부딪히게 될 가능성이 가장 높은 세 가지 특성은 다음과 같습니다.

AOI (Area of Interest) 프레임 내에서 특정 개별 관심 영역을 선택하거나 한 번에 서로 다른 AOI를 여러 개 선택할 수 있는 옵션을 제공합니다. 장점은 프레임에서 이미지 평가에 관련된 부분들만 처리함으로써 카메라 데이터 판독 속도가 빨라진다는 점입니다.

눈앞이 훤해지셨나요?

이제 거의 다 왔습니다. 수많은 기준과 구성 요소를 선택하는 어려운 길을 뚫고 필요한 의사 결정 과정을 지나온 뒤 이제 마지막 과제만 남았습니다.바로 올바른 카메라 선택입니다!

우리는 머신 비전 시스템에 적합한 카메라를 공급합니다.

우리는 머신 비전 시스템에 적합한 카메라를 공급합니다.

더 이상 두려워하지 마세요! Basler 카메라 셀렉터는 귀하에게 필요한 것, 개별 요구 사항에 맞는 완벽한 에어리어 스캔, 라인 스캔 또는 네트워크 카메라를 정확히 선택하도록 도와드립니다.

Basler 카메라 셀렉터