Imperx / TDI 스캐닝 모드에서의 CCD 이용

머신비전 시스템의 주요 구성 요소는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서를 이용한 카메라다. 대부분의 카메라는 인터라인 전송 이미징 센서(interline transfer imaging sensor)를 사용한다. 센서는 영역 스캔, 라인 스캔 또는 TDI(Time-Delay Integration) 장치의 세 가지 범주로 분류할 수 있다. 영역 스캔 이미징 센서는 많은 머신비전 시스템에서 유용하다. 하지만 제품을 고속으로 넓은 시야를 가로 질러 스캔해야 하는 웹 검사 애플리케이션에는 거의 사용되지 않는다.

애플리케이션에는 라인 스캔 센서 기반의 카메라가 사용된다. 애플리케이션들은 종종 노출되는 화소의 한 줄(보통 수천 개)로 구성된다. 고속 이미징을 위한 집적 시간(integration time)은 짧아야 하므로, 고 휘도 라인-라이트(high-brightness line-lights)가 피사체를 조명하는 데 사용된다.

그러나 일부 초고속 라인 스캔 애플리케이션에서는, 가장 밝은 라인 스캔 조명조차도 충분한 조명을 제공하지 못할 수 있다. 이런 경우 TDI 이미저(imager)를 사용해 이미징 시스템의 응답성을 높일 수 있다. TDI 이미저는 여러 행(단계)의 포토 센서가 있는 라인 스캔 장치이다. 이미지로부터 판독될 때의 최종 라인-스캔 이미저는 훨씬 높은 감도를 가질 것이다.

감도를 높이면 고속 웹 애플리케이션과, 저조도(low-light levels)가 발생할 수 있는 애플리케이션에 유용하다. 하지만 모든 라인 스캔 TDI 이미지 센서에는 중대한 결점이 있다. 결과 이미지는 모든 경우에 1차원 이미지이다. TDI 단계의 수는 공장에서 미리 결정돼서 사용자가 변경할 수 없으며, 대부분 스테이지의 수는 항상 2로 나눌 수 있다. 또한, 스캔 방향은 TDI 제조업체에서 사전 설정하고 변경할 수 없다. 이는 다양한 애플리케이션에 여러 제한을 준다.

기존의 TDI 기술은 이미저 같은 라인 스캔 방식에 국한돼 왔지만, TDI 스캔 모드에서 일반 영역 스캔 인터라인 전송 CCD 이미징 장치를 사용할 수 있어 높은 감도로 고해상도 영역 스캔 이미지를 얻을 수 있다. TDI 스캐닝 모드는 일련의 노출 및 이동에 의해 달성될 수 있으며, 그 결과 2차원 이미지가 생성된다.

사용자가 빠르게 움직이는 물체를 이미징하는 경우, 공간적으로 이동된 이미지 프레임들이 누적돼 결과 영상이 생성된다. 동일한 장면과 물체에 대한 다수의 모션이 동기화된 노출을 제공한다. 사용자의 유연성에 따라서 이미징 도중에 타이밍 파라미터를 즉각적으로 바꾸는 것이 가장 큰 장점이다.

개별 프레임의 노출 시간은 필요한 이미지 품질을 달성하거나, 모션이 일정하지 않은 물체를 추적하기 위해 시프트(N, shift)를 조정할 수 있다. 결과적으로 여러 이미지를 축적함으로써 훨씬 높은 영상 감도로 안정된 이미지를 제공한다.

이러한 이미저를 사용하면 시프트 방향이 이미저의 상단 또는 하단을 향하도록 설정할 수 있는 양방향 TDI 스캔을 수행할 수 있다. 양방향 TDI 모드는 빠른 주기(진자 모양) 모션으로 물체를 추적하는 데 사용할 수 있다. TDI 스캐닝을 위해 기존의 인터라인 CCD 이미저를 사용하는 또 다른 중요한 이점은, TDI와 기존 영역 스캔 간에 모드를 간단히 전환함으로써 정상적인 이미지를 생성할 수 있다는 것이다.

TDI 스캐닝 모드는 저고도 비행 플랫폼(드론, 비행기, 헬리콥터 또는 저궤도 위성 정찰 시스템)과 같이 카메라와 물체 사이의 빠른 상대 운동이 있는 곳에서 유용하다. 일반 카메라를 사용하는 경우 모션 스미어(motion smear)를 방지하기 위해 통합 시간이 매우 짧아야 한다. 애플리케이션에서는 일반적으로 조명을 제어할 수 없으므로, TDI 작동 모드는 전체 이미지 프레임을 이미지화하는 기능을 유지하면서 이미저의 감도를 높이는 데 유용하다.

자료 제공: Imperx(www.imperx.com)