고감도 화상 처리 카메라

고감도 카메라란 정확히 무엇인가요?

잔디가 짧은 그린에 떨어진 골프 공은 ‌‍잘 ‌보입니다. ‌‍만약 ‌‍공이 ‌‍잔디가 다소 길게 자란 페어웨이에 떨어졌다고 ‌해도 ‌‍잘 ‌보일 ‌‍것입니다. 하지만 ‌잔디가 ‌‍꽤 ‌길게 ‌‍자란 ‌러프에 ‌‍공이 ‌떨어지게 ‌‍된다면 ‌이는 ‌‍잘 ‌보이지도 ‌‍찾기도 ‌쉽지 ‌‍않을 ‌것입니다.

잔디가 높을수록 공을 보기가 어렵고, 소음이 강할수록 실제 신호를 해독하기가 더 어렵습니다. 노이즈가 거의 없는 곳(비유하자면 잔디가 ‍잘 ‍깎여 있는 경우)에서는 물체(공)를 쉽게 감지할 수 있습니다. 카메라가 '더 노이즈가 많은' 이미지를 제공할 경우, 물체는 본질적으로 시야에서 사라지게 ‍됩니다. 배경 신호가 약할수록 공을 찾기가 더 쉬워집니다.

잔디에서 공을 더 이상 감지할 수 없는 지점을 의미하는 '감지 임곗값'은 정의에 따라 잔디가 공만큼 클 때 도달합니다. 마찬가지로 노이즈가 신호만큼 크면 이미지 데이터의 물체는 노이즈 신호와 거의 구분할 수 없게 ‍됩니다. 신호와 노이즈의 비율을 신호 대 ‍잡음비라고 합니다. 위에서 설명한 감지 임곗값에서 이 비율은 총 1입니다. 신호 대 잡음비가 높을수록 물체를 더 잘 감지할 수 있습니다.

물체에 의해 카메라 센서에 생성되는 각 신호는 카메라의 픽셀에 닿는 빛의 양을 반영합니다. 저조도에서는 이 신호가 매우 약합니다. 카메라 내부의 전자 장치는 약한 신호도 증폭하여 효과적으로 디지털화하여 전송할 수 있도록 설계되었습니다. ‍여기에는 단 한 가지 문제가 있습니다. ‍즉, ‍원하는 신호와 함께 카메라의 방해가 되는 노이즈도 이 과정에서 증폭된다는 점입니다. 신호 대 ‍잡음비(SNR)는 부스팅으로 인해 변경되지 않습니다.

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