빛과 시간 그리고 정교한 기술

 

고흐의 “별이 빛나는 밤” 을 실제로 본 사람들은 작품 속에서 고흐가 표현한 별이 내뿜는 밝은 빛에 감탄한다고 합니다. 천재 혹은 미치광이로 보일만큼 그 빛은 무척 강렬하다고 하는데요. 인상주의 화가들의 빛과 시간에 대한 이해 그리고 그러한 이해를 캔버스에 표현하는 기술적 정교함이 사람들로부터 대대로 사랑받는 역작을 만들어낼 수 있었던 것이라고 합니다. 고흐는 어떻게 놀라운 빛의 표현을 이루었을까요? 그 비밀을 캐고자 그가 알고 있었던 지식과 그가 사용했던 도구들을 살펴보고 싶습니다.

 

 

How to get Brighter

 

고해상도 특히 라인 스캔 카메라가 필요한 고속 어플리케이션에서의 과제는 어떻게 하면 밝은 영상을 얻는가하는 것입니다. 밝은 빛의 표현을 이뤄낸 고흐의 비밀을 알고자 그의 화방을 둘러보듯 비전 시스템의 주요 구성요소인 카메라, 조명, 렌즈 등 각 하드웨어 구성요소를 어떻게 하면 더 밝은 영상을 얻을 수 있을지 고해상도 고속 라인스캔카메라 어플리케이션의 면면을 하나둘씩 들춰보겠습니다.

 

 

 

 

물론 이러한 제반의 노력들은 더 나은 영상을 얻기 위한 비용 투자를 전제로 하는 것들입니다. 특히 일반 line scan camera에 비해서 TDI line scan camera인 HS 카메라는 가격이 높아 일부 고가의 장비를 제외하고는 적용이 쉽지 않았으나, 최근 출시된 ES 카메라가 이에 대한 적절한 대안을 제시하고 있습니다.

 

 

 

 

Various line scan sensor

 

 

 

Line scan sensor는 기본적으로 수평으로 512, 1K ~ 12K 등 여러 개의 픽셀을 가지고, 수직으로는 1개의 픽셀만 가집니다. Line scan 의 특성상 상대적으로 매우 짧은 노출시간 때문에 영상의 밝기가 이슈가 되어, 이를 응용한 여러가지 기술이 나오고 있습니다.

여러 개의 라인 센서를 누적하여 밝기를 강화하는 TDI (Time Delay & Integration) 센서는 매우 밝은 영상을 얻을 수 있는 반면, 까다로운 모션 제어와 노출시간제어불가능이라는 제약점을 가지고 있기도 합니다. 가장 최근에는 dual line sensor 가 개발되어 출시되기도 했는데, TDI와 line 의 각 장점만을 취합하여 2개의 센서값만 합하므로써 밝기는 개선시키되 integration으로 인한 제약점은 최소화된 제품입니다.

 

 

 

 

위 센서 개념도를 보면 각 라인센서의 개략적 특성을 알 수 있습니다. 단, 센서에서 빛을 받아 전하로 변환하는 과정과 이를 여러 개의 센서에 누적하는 각각의 기능의 특성이 single / dual line sensor와 32/96 TDI line sensor가 달라 단순히 1:2:32:96의 비율로 밝기를 비교할 수는 없습니다. 아래 센서 구조도를 보면, line scan sensor와 TDI line scan sensor의 구조와 복잡도가 어떻게 다른지 알 수 있습니다.

 

 

 

 

위 그래프에서 확인할 수 있는 것처럼, 감도와 해상도, 그리고 속도에 따라 각 센서를 채택한 카메라가 다양한 특성 값을 가지고 있어서, 어플리케이션의 주요 목적에 따라 적합한 카메라 모델을 선택하는 것이 중요하다고 하겠습니다. 예를 들어 일반 라인 스캔 카메라에서 감도를 올리려고 할 때 해상도나 속도가 큰 문제가 되지 않을 때는 dual line scan camera 인 S3를 선택할 수 있지만, 해상도가 8K이어야하거나 line rate도 빨라져야할 때는 저가형 TDI line scan camera인 ES를 적용해야 합니다.

 

 

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