앤비젼이 귀뜸하는 머신비전 전문 기술 정보

Suppression of image artifact

 

1990년대 초 CMOS 이미지 센서가 개발되었을 때에는 256 x 256 해상도에 rolling shutter, High noise 등의 많은 제약점으로 인해 머신 비전에서 사용하기 어려웠습니다. 대략 20년이 지난 지금 CMOS 이미지 센서는 Pixel resolution, Speed, Global shutter, Noise(FPN, Dark current, Readout) reduction 등에서 괄목할 만한 발전을 이루어내어 머신 비전 분야의 다양한 부분에서 활용되고 있지만, 이렇게 발전된 CMOS 이미지 센서에서도 특정 조건에서 이미지에 원치 않는 부유물이 생기는 Image artifact라는 문제가 발생합니다. 이것은 깨끗한 이미지를 얻는 것을 방해하고 있습니다. 이러한 Image artifact에 대한 자세한 정보와 이를 해결할 수 있는 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

Image Artifacts란?

 

Horizontal Line Artifact

프레임의 픽셀 값을 읽어내는 동안 exposure를 시작하는 External trigger 신호의 low-high transition이 들어오면 데이터에 간섭을 주어 본래 값보다 좀 더 어둡거나 밝은 값들이 프레임 상에 하나 또는 여러 개의 선으로 나타납니다. 이 현상은 horizontal line artifact라 하고, 빛을 직접 받아 전하로 변환하는 photo diode와 값을 읽어내는 회로 사이에 기생 capacitance 성분이 발생되기 때문에 발생합니다. 앤비젼의 High-end Camera solution은 Pixel reset pulse의 최적화로 horizontal line artifact 현상을 최대한 억제할 수 있습니다.

 

 

 

 

Black Sun Effect

Black sun effect는 카메라가 saturation을 넘어서는 Super Bright spot의 이미지를 얻을 때 CMOS 이미지 센서가 그 일부분을 black sun과 같이 어두운 부분으로 인식하여 나타내는 현상입니다. 이 현상은 Pixel이 Exposure cycle 마다 얻은 level 값과 reference level 값을 비교하여 출력하는 방식에서 볼 수 있습니다.

 

 

 

 

아래 그림은 픽셀에서 빛을 받아 전하로 변환하는 과정을 양동이로 표현하였습니다. 아래 오른쪽 그림과 같이 Super Bright spot에서는 reference level값이 이미 Saturation되었기 때문에 level값이 0으로 read out되는 것입니다. 앤비젼의 High-end Area Scan 카메라 솔루션에서는 5T PPD technology로 Black Sun effect에서 자유롭습니다.

 

 

 

 

앤비젼이 공급하고 있는 High-end Area Scan 카메라 솔루션 중 FALCON2 카메라 시리즈와 Genie TS 카메라 시리즈는 최고의 기술로 이러한 Image Artifact가 최대한 억제되어 최고의 품질로 깨끗한 이미지를 얻을 수 있습니다.

 

 

Light leakage& Reverse Ghost

 

 

 

 

일반적으로 CMOS 카메라를 고속으로 구현하기 위해서는 프레임에서 픽셀이 빛을 받는 Exposure과 값을 읽어내는 리드아웃(readout) 과정이 동시에 일어나야 합니다. 이를 Concurrent mode라고 합니다. 예를 들어, ‘N-1’프레임의 값이 Read-out 하는 동시에 ‘N’프레임이 노출되고, 다음 ‘N’ 프레임이 Read-out하는 동시에 ‘N+1’프레임이 노출됩니다. 이때 한 프레임의 영상에서 전후 frame의 영상이 겹쳐서 나타나는 현상이 생기게 됩니다.

 

이것을 light leakage와 Reverse ghost라고 합니다. Light leakage와 Reverse ghost는 포화레벨(saturation level)에 대한 백분율로 나타낼 수 있는데 아래 이미지는 30%의 light leakage가 발생할 때를 나타낸 것으로 이러한 현상의 표현을 위해 과장되게 연출된 이미지 컷입니다.

앤비젼의 High End Area scan 카메라(Falcon2, GenieTS)는 이러한 현상을 높은 shutter rejection ratio로 억제하여 고품질 이미지를 얻을 수 있습니다.

 

 

 

 

* FALCON2 카메라 시리즈와 Genie TS에 대한 자세한 내용은 지난 뉴스레터를 참조하세요.

 

 

 

 

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