사용 사례

고급 장시간 노출 이미징 솔루션: 열 노이즈 및 핫 픽셀 문제 해결

장시간 노출 촬영은 디스플레이의 데드 픽셀 감지 또는 저조도 환경에서 반도체 검사 시 희미한 결함을 포착하는 데 필수적입니다. 그러나 긴 노출 시간은 핫 픽셀과 같은 문제를 유발할 수 있어 이를 효과적으로 해결하는 것이 중요합니다.

고급 장시간 노출 이미징 솔루션: 열 노이즈 및 핫 픽셀 문제 해결
장시간 노출 이미징 비교: 노출 시간: 10초 | 게인: 27dB | 조리개: f/4 | 테스트 환경: 다크 박스

장시간 노출로 모든 디테일을 정확하게 포착

디스플레이와 반도체 검사에서는 정밀도가 가장 중요하며, 작은 디테일 하나까지도 놓쳐서는 안 됩니다. 디스플레이 검사에서 장시간 노출은 저휘도 결함과 색상 균일성 변화를 감지하는 데 자주 사용됩니다. 반도체 검사에서는 높은 처리량을 위해 짧은 노출 시간이 선호되는 반면, 조명이 부족하여 신호가 노이즈와 구별되지 않을 경우 장시간 노출이 중요한 역할을 합니다.

반도체 및 디스플레이 검사를 위한 장시간 노출 이미징의 주요 과제

그러나 노출 시간이 길어지면 열 노이즈 증가, 핫 픽셀, 다크 커런트(Dark Current) 및 모션 아티팩트와 같은 문제를 초래할 수 있으며, 이는 이미지 품질 및 검사 정확도를 손상시킬 수 있습니다.

  1. 열 노이즈 및 핫 픽셀:

    노출 시간은 센서의 열 축적을 증가시켜 열 노이즈와 핫 픽셀을 생성합니다. 이러한 아티팩트는 결함처럼 보일 수 있어 오탐(False Positives) 발생률을 높이고, 불필요한 재작업 비용 증가로 이어질 수 있습니다.

  2. 이미지 세부 정보 손실:

    기계적 이동, 환경 진동, 또는 열 팽창으로 인해 고배율 반도체 검사 및 고해상도 디스플레이 분석에서 미세 디테일이 흐려질 수 있습니다.

  3. 신호 대 잡음비(SNR) 트레이드 오프:

    긴 노출 시간은 더 많은 광자(Photons)를 포착하여 신호 대 잡음비 (SNR)를 향상시키지만, 동시에 핫 픽셀과 다크 커런트 노이즈도 증폭시킵니다. 이로 인해 고해상도 센서에서 중요한 결함이 가려질 위험이 있어, 장시간 노출 시에는 적절한 노이즈 감소 기술이 필요합니다.

  4. 비용 vs. 이미지 품질:

    고급 센서는 최적화된 냉각 시스템을 통해 노이즈를 최소화하지만, 이는 비용과 시스템 복잡성을 증가시킵니다. 따라서 예산이 중요한 어플리케이션에서는 실용성이 낮아질 수 있습니다.

장시간 노출 이미징의 과제
8.5μm 구조의 형광 캐리어를 현미경을 사용하여 이미지화했습니다. 왼쪽/중앙: 1초 노출, 24dB 게인, 2×2 비닝, 40× 배율. 오른쪽: AI 기반 처리를 적용하여 시간적 노이즈를 줄여줍니다.

열 노이즈 및 핫 픽셀을 해결하는 다양한 방법

이러한 문제를 극복하기 위해 센서 최적화, 냉각 솔루션 및 고급 이미지 처리 기술을 조합하면 정밀도를 유지하면서도 효율성을 저하시키지 않는 데 도움이 될 수 있습니다.

방법

작동 원리

장점

단점

핫 픽셀 보정

다중 프레임 분석을 통해 핫 픽셀 감지 및 보정

핫 픽셀을 직접 타겟팅하여 신호 무결성 유지

실시간 어플리케이션에서는 연산 부담 증가

전통적인 다크 프레임 감산

다크(reference) 이미지를 촬영한 후, 이를 이용해 열 노이즈 보정

정적 노이즈 패턴 제거에 효과적

두 개의 프레임이 필요하며, 시간에 따라 변하는 노이즈 처리 불가능

픽셀 매핑 & 마스킹

핫 픽셀을 감지하여 인접 픽셀 값으로 대체

지속적인 핫 픽셀 제거에 효과적

실제 결함 패턴을 왜곡할 가능성 있음

시간적 노이즈 감소(프레임 스태킹)

여러 프레임을 평균화하여 랜덤 노이즈 감소

신호 대 잡음비(SNR) 향상, 정적 노이즈 제거에 효과적

움직이는 물체나 역동적인 장면에는 적합하지 않습니다.

최적화된 카메라 하우징 디자인

센서 온도를 낮춰 열 노이즈 및 핫 픽셀 발생 방지

핫 픽셀 발생을 근본적으로 방지하여 이미지 품질 향상

초장시간 노출에서는 모든 노이즈를 완전히 제거하지 못함

최상의 접근 방식: 하이브리드 솔루션

반도체 및 디스플레이 검사와 같은 복잡한 환경에서는 단일 표준 솔루션만으로 모든 문제를 해결하기 어렵습니다. 따라서 하드웨어 솔루션과 후처리 알고리즘을 결합하는 하이브리드 접근 방식을 사용하는 것이 좋습니다.

장시간 이미징을 위한 맞춤형 카메라 하우징
장시간 노출 이미징 중에 코어 보드 온도를 낮추도록 설계된 맞춤형 카메라 하우징 | 치수: 60mm x 60mm x 60mm.
  • 하드웨어 기반 최적화: 효율적으로 설계된 카메라 하우징은 센서를 안정적이고 낮은 온도로 유지하여 열 노이즈 및 핫 픽셀 발생을 최소화할 수 있습니다. 특히, 카메라 코어 온도를 45°C 이하로 유지하면 핫 픽셀 생성을 줄이는 데 효과적이며, 이를 통해 장시간 노출 촬영에서도 신뢰할 수 있는 이미지 품질을 제공할 수 있습니다.

  • 소프트웨어 기반 후처리: 촬영 후 핫 픽셀 상관 분석, 다크 프레임 보정, 픽셀 매핑과 같은 알고리즘을 적용하면 남아있는 아티팩트를 보정할 수 있습니다. 이러한 후처리 기법을 활용하면 장시간 노출로 인해 발생하는 이미지 결함을 효과적으로 수정하고, 최적화된 품질의 이미지를 제공할 수 있습니다.

  • 실시간 FPGA 기반 노이즈 감소: 고급 FPGA 기반 솔루션은 노출 설정을 동적으로 조정하고, 센서 레벨에서 실시간 노이즈 보정을 수행하여 핫 픽셀과 노이즈를 최소화할 수 있습니다. 이를 통해 추가적인 처리 지연 없이 고품질 이미지를 확보할 수 있으며, 실시간 이미지 분석이 필요한 어플리케이션에서도 최적의 성능을 유지할 수 있습니다.

결과: 장시간 노출 이미징 성능 극대화

당사의 고급 솔루션을 활용하여 장시간 노출 촬영의 문제를 효과적으로 해결하고, 반도체 및 디스플레이 검사에서 최상의 이미지 품질과 신뢰성을 확보하세요.

  • 핫 픽셀 감소: 다이나믹 핫 픽셀 보정 알고리즘으로 8초 노출 시간과 27dB 게인 설정에서 핫 픽셀 발생을 100만 픽셀당 2개 이하(2 ppm)로 유지하여, 더욱 선명하고 정확한 결함 검출을 보장합니다.

  • 실시간 처리 & 0% CPU 부하: 여러 이미지 처리 알고리즘을 PC가 아닌 카메라의 FPGA에서 직접 실행하여 고품질 결과를 실시간으로 제공하면서도 CPU 부하를 완전히 제거할 수 있습니다. 이를 통해 시스템 효율성이 향상되고, 빠른 데이터 처리가 가능해집니다.

  • 최적화된 노출 설정: 동적인 디스플레이 검사든, 고정밀 반도체 분석이든, 당사는 검사 요구사항에 맞춰 최적화된 노출 설정을 제공하여 최상의 결과를 보장합니다.

  • 컴팩트하고 효율적인 냉각 솔루션: 핫 픽셀 생성을 근본적으로 방지할 수 있도록 선택 가능한 냉각 설계를 제공합니다. 이 솔루션은 후처리 과정과 결합되어 더욱 최적화된 이미지 품질을 보장합니다.

하이브리드 솔루션

Basler의 하이브리드 접근 방식과 동적 솔루션을 활용하면 탁월한 이미징 성능과 향상된 검사 정확도를 달성할 수 있습니다. 또한, 처리 속도를 저하시키지 않으면서도 비용 효율성을 극대화할 수 있어, 궁극적으로 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

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