배경 또는 개체 자체에 밝고 어두운 부분에 동시에 존재하는 경우 HDR(High dynamic range) 이미징이 더 나은 정보를 제공할 수 있습니다.

자동 검사 시스템의 설계자와 운영자 모두 HDR(High dynamic range) 이미징이 필요한 작업을 하거나 가장 밝은 부분과 어두운 부분 사이의 대비가 높은 개체 또는 환경에서 중요 정보를 촬영해야할 때 완벽하게 정확한 검사를 해야 하는 문제가 있었습니다.

그림 1. 개체의 밝은 영역과 어두운 영역 모두에서 꽃을 볼 수 있는 합성 이미지.

HDR(High dynamic range)은 촬영한 개체가 반사율이 높은 일부 특성이 있거나, 어두워지거나 밝아지는 자연 조명 환경에서와 같이 외부에서 검사를 수행해야 할 때 중요합니다.

이런 경우 사용자가 일부 옵션을 선택해야 합니다. 검사 기술이 정확하다고 판단되는 특정 영역 한 군데에만 초점을 맞도록 선택하거나, 밝기 수준을 제한하기 위해 카메라에 여러 필터를 장착하거나, 빛의 세기를 관리할 수 있는 데에 많은 비용이 드는 하드웨어와 스트로보 조명을 장착할 수 있습니다.

이미지 품질 향상과 더 정확한 검사 능력을 요구하는 고객들로 인해 머신비전 기술이 지속적으로 발전하고 있어Area scan 카메라와 Line scan 카메라는 이제 더 높은 다이내믹 레인지가 있어야 하는 검사 장비에 대응할 수 있습니다. HDR(High dynamic range) 이미징 기능을 가능케 하는 새로운 기술은 여러 개의 동기화 노출을 사용하여 이미지를 여러 번 촬영하여 필요한 세부 정보를 촬영합니다. 프레임 또는 라인을 연속으로 촬영하여 이미지를 합성하여 한 번만 노출하여 얻는 것보다 콘트라스트가 높은 이미지를 생성하므로 개체의 밝은 영역과 어두운 영역 모두에서 세부 정보를 촬영할 수 있습니다. (그림 1 참조)

지능형 교통

오늘날의 지능형 교통 시스템은 HDR(High dynamic range) 기능과 함께 관찰해야 합니다. 특히, 이 기술은 철도 레일 검사의 정밀도를 개선해내고 있습니다. 고급 Area scan 카메라는 현재 고해상도, 고속, 높은 다이내믹 레인지를 제공하여 빛의 세기와 기상 조건이 변화하는 환경에서도 최적화된 이미지 촬영을 보장합니다.

그림 2. 철도 레일에 그림자가 생기는 경우와 같이 빛의 세기와 날씨가 변하더라도 이미지를 촬영할 수 있는 HDR 이미징

레일 검사의 경우 고속 이미지 센서가 일반 Frame rate보다 2배 더 빠르게 이미지를 촬영합니다. 먼저 촬영하는 이미지는 지나치게 포화되지 않은 철도의 밝은 부분을 촬영하므로 노출 시간을 짧게 하고, 두 번째 촬영하는 이미지는 철도의 어두운 영역을 볼 수 있도록 노출 시간을 길게 합니다. 카메라 내부 이미지 프로세싱 기능이 이미지를 합성하고 분석한 다음 알람을 울리거나 문제가 검출된 위치를 식별합니다. (그림 2 참조)

다른 지능형 교통 시스템이나 교통 관련 장비에도 같은 원리가 적용되어 화면 내 모든 정보를 식별할 수 있습니다. 예를 들어, 적색 빛의 카메라의 경우에도 HDR(High dynamic range) 이미지는 가변 조명 아래에서 식별할 수 있습니다.

기타 분야

멀티 컬러 개체의 결함을 식별해야 하는 제조 환경에서 HDR(High dynamic range) 이미징은 여러 장비에서 활용되고 있습니다. 하나의 예를 들면, 어두운 집적 회로 또는 녹색 솔더 마스크가 산재된 반사율이 높은 솔더 조인트가 있는 PCB(Printed Circuit Board)와 같이 콘트라스트가 높은 부품이 있는 어셈블리를 검사하는 것입니다.

이 경우, 어두운 재료가 있는 반사율이 높은 금속 부분의 조합에서 가장 초점이 맞는 영역을 결정한 다음 검사 시스템을 만들어야 합니다. 높은 세기의 조명을 사용하면 어두운 요소와 과포하된 반사 부분을 촬영할 수 있지만, 밝은 영역에 적절한 조명을 사용하면 어두운 부분을 볼 수 없습니다.

HDR(High dynamic range) 이미징에서는 여러 개의 동기화된 노출을 사용하여 개체의 콘트라스트에 관계없이 최적화된 노출 시간이 이미지 디테일을 살릴 수 있습니다. 이 결과, 밝은 영역과 어두운 영역 모두 볼 수 있는 개별 이미지 또는 합성 이미지를 제공할 수 있습니다.

HDR(High dynamic range) 이미징 기능은 현재 일부 Line scan 카메라에서도 사용할 수 있습니다. 멀티라인 Line scan 카메라 카메라는 첫 번째 라인은 짧은 노출, 두 번째 라인은 긴 노출을 사용하는 등 다양한 노출로 이미지를 동시에 촬영하여 HDR(High dynamic range) 이미지를 만듭니다. 서로 다른 노출은 서로 다른 세기의 빛이 있는 2개의 이미지를 제공합니다.

지폐 생산 공정에서는 HDR(High dynamic range) 이미징을 제공하는 Line scan 카메라를 사용하여 검사하고 있습니다. 세계 각국의 차세대 지폐는 금속 스레드 또는 스트립의 사용하는 등 위조를 방지할 수 있는 보안 기능을 채택하고 있습니다. 이와 같이 반사율이 높은 금속을 사용하여 다른 재료보다 훨씬 밝게 만들어지므로 기존 머신비전 기술을 사용한 지폐 인쇄 검사 장비에서는 검사하기 어려울 수 있습니다.

그림 3.앤비젼이 제공하는 Linea™ Line scan 카메라는 긴 노출과 절반의 게인(제일 위) 그리고 짧은 노출(제일 아래)을 사용하여 지폐의 결함을 찾아낼 수 있습니다. 최종 HDR 이미지는 가장 아래에 있습니다.

기존 이미지 촬영 방법을 사용하면 빛의 세기가 적은 조명을 사용하면 금속 표면을 촬영할 수 있지만, 반사되지 않는 표면은 너무 어둡게 나타나므로 검사하기 어렵습니다. 현재 사용할 수 있는 Line scan 카메라를 사용하면 라인당 노출 시간을 다르게 미리 프로그래밍할 수 있어 개체 이미지 콘트라스트를 향상할 수 있습니다. 따라서, 짧은 노출을 사용하여 촬영한 이미지는 지폐의 금속 부분에 있는 결함을 표시할 수 있고, 긴 노출로 촬영한 이미지로 어두운 영역을 확인할 수 있습니다. (그림 3 참조)

지능형 교통 시스템, 인쇄 검사, 전자 제품 및 PCB 검사, 의료용 이미징, 식음료 검사 등을 포함한 다양한 검사 장비에서 Area scan 카메라와 Line scan 카메라 모두 HDR(High dynamic range)을 사용하여 어두운 영역과 밝은 영역 모두 확인할 수 있어 단 한 번의 노출만 사용한 것 이상으로 검사 능력을 향상할 수 있습니다.

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