카메라 선택 – 내 이미지 처리 시스템에 적합한 카메라를 어떻게 찾을 수 있습니까?
수많은 카메라 모델, 기술, 기능 속에서 최적의 시스템을 선택하는 것은 쉽지 않습니다. Basler는 귀사의 애플리케이션에 가장 적합한 카메라를 찾을 수 있도록 명확한 가이드와 전문적인 지원을 제공합니다.
이미지 처리 시스템에 대한 기초 지식
백서에서 상세히 다루는 질문들
요구사항 정의가 왜 중요한가요?
카메라의 '해상도와 센서에 대해 무엇을 알아야 할까요? 컬러 또는 모노크롬 중 어떤 것을 선택해야 할까요? 어떤 카메라 기능이 중요합니까?
카메라의 크기와 이미징 성능은 얼마나 중요하며 이미지 품질은 어떤 역할을 합니까?
단계별 최적의 이미지 처리 가이드
체계적인 분석으로 시작하세요. 스스로에게 두 가지 질문을 해보세요.
카메라로 무엇을 보아야 하나요?
카메라가 이를 정확하게 전달하기 위해 필요한 특성은 무엇입니까?
이 질문들의 답변이 올바른 카메라 선택의 방향을 결정합니다.
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
라인 스캔 카메라는 1, 2, 또는 3개의 픽셀 행(row)으로 구성된 센서를 사용하며, 이미지 데이터를 한 줄씩 노출, 캡처, 그리고 재구성하여 처리합니다. 이를 통해 빠르게 움직이는 물체나 연속적인 공정에서 고해상도 이미지 획득이 가능합니다.
라인 스캔 카메라는 고속 컨베이어에서 이동하는 제품과 자재를 검사하는 데 최적화되어 있습니다. 주로 인쇄,분류및포장, 식품 산업,표면 검사 등과 같은 산업에서 널리 활용됩니다.
3D 카메라
3D 카메라는 2D 이미지뿐만 아니라 깊이 정보(Depth Information)까지 캡처하기 위해 고급 센서 기술을 활용합니다. 일반적으로 ToF(Time-of-Flight), 스테레오 비전 ,구조광 등과 같은 기술이 사용됩니다. 이러한 방식으로 객체의 공간적 위치를 측정하고, 캡처된 장면이나 물체의 정밀한 3D 모델을 생성할 수 있습니다.
3D 카메라는 주로 로보틱스, 자동화, 물류 (예: 부피 측정 또는 객체 인식), 의료 (예: 수술 내비게이션) 및 엔터테인먼트 산업 (애니메이션 및 VR) 등 다양한 산업에서 활용됩니다.
두 번째 결정 : 모노크롬 또는 컬러 카메라?
카메라 선택에서 비교적 단순하지만 중요한 결정은 필요한 이미지 유형입니다. 결과를 평가하기 위해 컬러가 필요합니까, 아니면 모노크롬으로 충분합니까? 컬러가 필수가'아닌 경우 모노크롬 카메라가 더 높은 감도와 디테일을 제공하므로 일반적으로 더 나은 선택입니다. 예를 들어, 지능형 교통 시스템(ITS)에서는 국가별 법적 요구사항을 충족하기 위해 모노크롬 카메라와 컬러 카메라를 함께 활용하여 증거 수준의 이미지를 제공하는 경우가 많습니다.
세 번째 결정 : 센서 유형, 셔터 기법, 프레임 속도
이 단계에서는 CMOS 또는 CCD 센서 기술을 기반으로 구축된 적절한 센서를 선택하고, 글로벌 셔터 또는 롤링 셔터와 같은 셔터 기술 유형을 선택하는 것이 포함됩니다. 다음으로 고려해야 할 사항은 프레임 속도로, 이는 카메라가 해당 작업을 원활하게 처리하기 위해 초당 제공해야 하는 이미지 수를 의미합니다.
CCD 또는 CMOS?
두 센서 기술의 근본적인 차이점은 구조에 있습니다.
CMOS 센서는 빠르고 유연하며, 예를 들어 SLR 카메라와 같은 대중적인 카메라 시장을 지배하고 있습니다. 센서 표면에 전자 회로를 직접 통합하여 이미지 데이터를 특히 빠르게 판독할 수 있습니다.
CCD 센서 뛰어난 광 감도와 우수한 이미지 품질을 제공하여, 천문학과 같은 저조도 환경에서 이상적인 선택입니다. 그러나 고속 애플리케이션에서는 한계를 가질 수 있습니다.
CCD와 CMOS에 대해 자세히 알아보세요!
셔터 기술: 글로벌 셔터 또는 롤링 셔터
여기서 충족해야 할 단순하지만 매우 중요한 요구사항은 셔터 기술이 어플리케이션에 적합해야 한다는 것입니다. 셔터는 카메라의 센서를 외부 광원으로부터 보호하며, 노출 시점에 정확하게 열립니다. 선택된 노출 시간은 셔터가 열려 있는 시간을 제어하여 적절한 "양"의 빛이 센서에 도달하도록 보장합니다. 글로벌 셔터 와 롤링 셔터의 차이는 노출을 처리하는 방식에 있습니다.
셔터 기술 백서 보기
프레임 속도
"프레임 속도"라는 용어는 "초당 프레임 수" 또는 라인 스캔 어플리케이션에서의 "라인 속도"와 상호 교환적으로 사용됩니다. 프레임 속도는 센서가 초당 캡처하고 처리할 수 있는 이미지의 수를 나타냅니다.
프레임 속도가 높을수록 센서의 작동 속도가 빨라집니다. 빠른 센서는 초당 더 많은 프레임을 제공할 수 있으며, 이는 결과적으로 데이터 양을 증가시킵니다.
에어리어 스캔 카메라에서는 사용된 인터페이스와 프레임 속도에 따라 데이터량이 크게 달라질 수 있습니다. 최소 10 fps에서 최대 340 fps까지 다양하게 지원되며, 필요한 또는 구현 가능한 프레임 속도는 각 이미지 처리 시스템의 요구사항에 따라 결정됩니다.
네 번째 결정 : 해상도, 센서 및 픽셀 크기
올바른 카메라를 선택할 때 해상도, 센서 크기, 픽셀 품질이 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 요소들은 이미지 품질, 광 감도, 그리고 카메라가 특정 요구사항을 얼마나 잘 충족할 수 있는지에 직접적인 영향을 미칩니다.
해상도
카메라의 해상도는 종종 "2048 x 1088"과 같은 사양으로 표시됩니다. 이 숫자는 픽셀 수를 나타내며, 이 경우 가로 2048픽셀, 세로 1088픽셀을 의미합니다. 두 값을 곱하면 총 2,228,224픽셀, 즉 2.2메가픽셀(백만 픽셀 또는 "MP")이 됩니다.
어플리케이션에 필요한 해상도를 결정하는 데에는 간단한 공식이 도움이 됩니다.
해상도 = 객체 크기 / 검사할 세부 사항의 크기
예를 들어, 키가 약 2m인 사람의 눈 색깔을 캡처하고 1mm의 세부 사항을 표시하려면, 계산은 다음과 같습니다.
해상도 = 키(Height) / 눈의 세부 사항(Eye Detail) = (2,000 mm) / (1 mm) = 2,000 px (가로 및 세로) = 4MP
이 경우'원하는 세부 사항을 선명하게 표시하려면 최소 4메가픽셀(MP) 이상의 해상도를 가진 카메라가 필요합니다.
센서 및 픽셀 크기
팩트 #1:
먼저 쉬운 부분부터: 큰 센서와 픽셀 면적은 더 많은 빛을 포착할 수 있습니다. 센서는 빛을 신호로 사용하여 이미지 데이터를 생성하고 처리합니다. 여기까지는 간단합니다. 이제 중요한 부분입니다. 센서의 유효 면적이 클수록 신호 대 잡음비가 향상됩니다. 특히 3.5µm 이상의 큰 픽셀을 사용할 경우 SNR이 더욱 우수해집니다. SNR이 높을수록 이미지 품질이 향상되며, 일반적으로 42dB의 SNR은 우수한 결과로 간주됩니다.
팩트 #2:
큰 센서는 더 많은 픽셀을 수용할 수 있는 공간을 제공하여 더 높은 해상도를 구현할 수 있습니다. 여기서 진정한 장점은 픽셀 크기가 충분히 커서 우수한 신호 대 잡음비(SNR)를 유지할 수 있다는 점입니다. 반면, 작은 센서는 공간이 제한적이므로 더 작은 픽셀을 사용해야 하며, 이로 인해 SNR이 낮아질 수 있습니다.
팩트 #3:
아무리 큰 센서와 높은 픽셀 수를 갖춘 카메라도 '적절한 렌즈 없이는 성능을 제대로 발휘할 수 없습니다. (올바른 렌즈 선택 방법 알아보기). 센서가 최대 성능을 발휘하려면, 결합된 렌즈가 해당 고해상도를 정확하게 표현할 수 있어야 합니다.
팩트 #4:
큰 센서는 더 넓은 실리콘 면적을 필요로 하기 때문에 항상 더 높은 비용이 발생합니다.
결정 #5: 인터페이스 및 하우징 크기
카메라를 비전 시스템에 통합할 때 적절한 인터페이스와 하우징 크기 선택이 핵심적인 역할을 합니다. 이 두 요소는 기술적 성능뿐만 아니라 전체 솔루션의 유연성과 호환성에도 영향을 미칩니다. 아래에서 다양한 인터페이스 기술과 하우징 크기가 어떻게 최적의 어플리케이션 지원을 제공할 수 있는지 알아보세요.
인터페이스
인터페이스 는 카메라와 PC를 연결하는 핵심 요소로, 하드웨어(카메라 센서)에서 소프트웨어(이미지 처리 구성 요소)로 이미지 데이터를 전달하는 역할을 합니다. 어플리케이션에 가장 적합한 인터페이스를 선택하려면 성능, 비용, 신뢰성 간의 최적의 균형을 찾는 것이 중요하며, 이를 위해 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.
GigE Vision, USB3 Vision및 CoaXPress와 같은 최신 표준은 표준 규격을 준수하는 다양한 구성 요소와의 높은 호환성을 보장합니다. 반면, FireWire 및 USB 2.0과 같은 이전 기술은 최신 시스템과의 적합성이 낮아 머신 비전 어플리케이션에서 덜 적절한 선택이 될 수 있습니다.
인터페이스 비교하기
여섯 번째 결정 : 유용한 카메라 기능
카메라는 다양한 작업을 최적의 방식으로 지원할 수 있도록 출고 시 사전 설정됩니다. 모든 Basler 카메라는 이미지 품질을 향상시키고, 이미지 데이터를 보다 효과적으로 분석하며, 공정 제어를 최고 수준의 정밀도로 수행할 수 있도록 설계된 유용한 기능들을 기본 탑재하고 있습니다.
이미지 처리 시스템을 설계할 때 다음과 같은 세 가지 기능을 접하게 될 가능성이 큽니다.
AOI(관심 영역)
특정 프레임 내에서 개별적인 관심 영역(AOI)을 선택하거나, 여러 개의 AOI를 동시에 설정할 수 있습니다. 이 기능의 주요 이점은 이미지 평가에 필요한 영역만 처리하여 카메라 데이터의 판독 속도를 향상시키는 것입니다.
자동 기능
Basler 카메라는 자동 노출 조정(Auto Exposure) 및 자동 게인 조정(Auto Gain)과 같은 다양한 자동 기능을 제공합니다. 이 기능들은 주변 환경 변화에 따라 노출 시간과 게인(감도) 값을 자동으로 조정하여 이미지 밝기를 일정하게 유지할 수 있도록 합니다.
시퀀서
시퀀서는 특정 이미지 시퀀스를 순차적으로 읽어들이는 기능을 수행합니다. 예를 들어, 다양한 관심 영역(AOI)을 미리 프로그래밍하면, 시퀀서를 통해 자동으로 순차적으로 읽어들일 수 있습니다.
최신 CMOS 카메라를 비교하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?
거의 모든 센서 모델에 대해 다양한 제조사의 카메라가 존재합니다. 하지만 같은 센서를 사용하더라도 카메라 성능과 기능은 다를 수 있습니다. 카메라를 비교할 때 무엇이 중요할까요?
EMVA 데이터가 필요합니다.
어플리케이션에 적합한 카메라를 선택하는 것은 중요한 과제이며, 이는 유럽 머신 비전 협회(EMVA)에서도 중점적으로 다뤄온 주제입니다. 그 결과로 만들어진 것이 바로 EMVA 1288 표준입니다. 이 표준은 카메라 또는 센서의 이미지 품질과 감도를 객관적으로 평가할 수 있도록 데이터 수집 방법을 정의합니다.
EMVA 데이터는 카메라의 성능과 적합성을 객관적으로 평가하는 중요한 기준이므로, 카메라를 선택할 때 반드시 비교해야 합니다.
그러나 EMVA 데이터는 "셔터 라인"과 같은 이미지 아티팩트나 결함 픽셀 및 깜빡이는 픽셀과 같은 시간에 따른 변동성 문제를 모두 포함하지 않습니다. 이러한 오류들은 육안으로 쉽게 감지될 수 있지만, EMVA 측정값에는 반영되지 않는 경우가 많습니다.
따라서 샘플 카메라에 대한 철저한 테스트가 필수적입니다. 신뢰할 수 있는 표준을 따르는 것이 도움이 되며, 이러한 표준은 주로 대형 브랜드 제조업체에서 제공합니다. 이를 활용하면 테스트 시간을 절약하고 어플리케이션 최적화를 더욱 간편하게 진행할 수 있습니다.
보너스: 펌웨어 기능 및 안정적인 데이터 전송
같은 센서를 탑재한 카메라라도 펌웨어 및 소프트웨어에 따라 성능과 동작 방식이 크게 달라질 수 있습니다. GenICam 뿐만 아니라 GigEVision 및 USB3 Vision 인터페이스 표준과의 호환성이 중요합니다. 이러한 표준은 카메라와 시스템 간의 통신 채널 및 인터페이스를 정의하여, 통합 작업을 줄이고 안정적인 데이터 전송 품질을 제공하는 역할을 합니다.
펌웨어와 관련 소프트웨어의 효율성에서도 카메라 제조업체마다 다양한 차이점이 존재할 수 있습니다. 첫 번째는 카메라 통합에 필요한 작업의 난이도와 관련이 있습니다. 모든 카메라 제조업체가 카메라 또는 프로그래밍 개발 환경(다양한 운영 체제 및 프로그래밍 언어 호환성)을 제어하기 위한 완성도가 높은 소프트웨어 및 드라이버 환경을 제공할 수 있는 것은 아닙니다. 그러나 이는 모든 주요 설계(Design-In)에 절대적으로 필요합니다.
데이터 안정성에서도 카메라의 펌웨어 설계 방식에 따라 추가적인 차이가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 카메라 펌웨어가 프레임 버퍼를 지원하면, 특히 고대역폭 및 고프레임 속도 환경에서 데이터 안정성이 크게 향상됩니다.
비전 시스템의 성능은 표준화된 기능(Standardized Features) 또는 제조업체의 독자적인 기능(Proprietary Features)에 의해 크게 향상될 수 있습니다. 같은 센서를 사용하더라도 일부 카메라는 독자적인 이미지 처리 기술을 적용하여 훨씬 더 뛰어난 결과를 제공할 수 있습니다.
어떻게 시작하나요? 다음 단계는 무엇'입니까?
당사의 도구를 활용하면 비전 시스템 또는 어플리케이션에 적합한 구성 요소를 손쉽게 찾을 수 있습니다. 포트폴리오를 살펴보고 귀사의 요구사항에 완벽히 맞는 카메라를 찾아보세요.