이미지 수집 - 카메라 기술에 대해서

이 글에서는 머신 비전 시스템 구축에 필요한 기본적인 카메라 기술에 대해서 살펴보도록 하겠습니다. 

Progressive Scan

표준 아날로그 카메라에서 CCD는 홀수와 짝수 필드로 이루어진 2개의 필드로부터 노출되고 데이터를 수집합니다. 모션에서 물체에 대한 이미지를 수집할 때, CCD 센서의 홀수와 짝수 필드에 대한 교차는 그림 1에서 보이는 것과 같이 이미지에 대한 이중 노출을 야기합니다.

 

Figure 1. 표준 아날로그 카메라에서 수집된 움직이는 물체에 대한 이미지

프로그래시브 스캔 카메라에서 CCD 센서 어레이는 동시에 두 단계에 노출이 됩니다. 이 문제는 검출 이동에 따른 물체를 처리하는 어플리케이션에서 특히 유용합니다. 그러나 이동에 대한 흔들림 없이 이미지를 수집하기 위해서는 적절한 노출 시간을 설정해야 합니다. 그림 2a, 2b와 2c는 각각 노출 시간을 33, 10, 1ms로 설정하여 프로그래시브 스캔 카메라를 이용하여 찍은 장난감 차가 이동하는 그림입니다. 

Figure 2. 33, 10, 1m로 각각 설정하여 프로그래시브 스캔 카메라를 통해 찍은 장난감 차량 이동 사진

National Instruments PC-1407, PXI-1407와PCI-1409 이미지 수집 장치는 프로그래시브 스캔 카메라와 표준 아날로그 카메라를 이용하여 이미지를 수집할 수 있습니다. 

Line Scan

2D 이미지를 요구하는 Area Scan 카메라와 달리 Line-Scan 카메라는 단지 하나의 픽셀의 폭에 대한 이미지를 수집합니다. 그림 3은 한번에 하나의 라인(또는 픽셀)을 통해서 너트 이미지를 수집하는 Line-Scan 카메라에 대한 개념 보여주고 있습니다. 

 

Figure 3. Concept of a Line-Scan Acquisition

Line-Scan는 생산 시스템에서 컨베이어 벨트 또는 스테이지에 있는 물체가 이동하는 것을 검출을 이용하여 웹 기반 검출 어플리케이션에 유용합니다. Line-Scan 카메라는 또한 높은 해상도의 어플리케이션에도 유용합니다. 이는 이동을 할 때 빠른 속도로 라인에 대한 이미지를 수집할 수 있기 때문입니다. 

사용자는 디지털 Line-Scan 카메라와 함께 PCI-1424, PCI-1428, PCI-1422, PXI-1422 장치를 사용할 수 있으며, 아날로그 Line-Scan 카메라와 함께 PCI-1409를 이용할 수 있습니다. Line-Scan 카메라의 폭은 카메라에 있는 CCD의 개수에 따라 고정되어 있습니다. 그러나 NI IMAQ 드라이버를 이용하면 인식해야 할 객체의 사이즈에 따라 온보드 메모리(32에서 80MB)에 맞는 임의의 이미지 높이를 만들 수 있습니다. 이러한 기능을 Variable Height Acquisition(VHA)라 부릅니다. 

Infrared

적외선(열) 카메라는 현장에서 방출되는 적외선 또는 열 에너지를 측정합니다. 적외선 카메라는 조명의 가시광선을 해결 할 수 없는 센서에 대한 과학적이고 산업적인 어플리케이션을 해결하는데 도움을 줄 수 있습니다. 사용자는 적외선 스펙트럼을 통해서 많은 결합을 쉽게 찾을 수 있습니다. 내용물이 용기와 다른 온도인 경우 또한 용기의 내용물을 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 기름 온도가 케이스의 온도와 서로 다른 경우에 압축기 내의 오일 수준을 확인하기 위해서 적외선 카메라를 사용할 수 있습니다. 

National Instrument 이미지 수집 장치는 열 이미지를 수집 및 처리를 간단히 할 수 있습니다. 사용자는 몇몇의 고-해상도의 디지털 카메라를 포함하는 적외선 카메라로부터 이미지를 수집합니다. 사용자는 IMAQ 비전 이미지 분석 함수를 통해서 열 이미지를 분석할 수 있습니다. 그림 4는 PCB의 열 이미지를 보여줍니다. 노란색과 빨간색 영역은 보드의 뜨거운 부분을 표현합니다. 

 

Figure 4. PCB 보드에서 뜨거운 부분을 검출하는 열 이미지 사용

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