[기초] Line-scan 영상 취득 방식

지난 포스팅에서는 Area-scan 카메라의 영상 취득 방식에 대한 내용을 소개했었습니다.

[기초] Area-scan 영상 취득 방식

이번에는 Line-scan 카메라의 영상 취득 방식에 대해 소개하고자 합니다.

<출처: Euresys YouTube>

Area-scan 카메라와 마찬가지로, Camera Link 및 CoaXPress 인터페이스 Frame Grabber 기준의 설명이지만 기초적인 내용은 인터페이스와 상관 없이 도움이 될 거라 생각합니다.

아래 내용은 동영상의 전체 설명을 번역하여 작성했으며, 중요한 내용은 굵게 표시했습니다.(짧은 영어 지식이라 오역이 있을 수 있습니다 ^^;)

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이 비디오는 Euresys 프레임 그래버 보드와 카메라, 센서 그리고 조명 컨트롤러와의 동기에 관한 능력을 보여줍니다. 이 비디오는 line-scan 또는 1D 카메라의 영상 취득에 관한 것입니다.

검사할 대상이 크거나 이동하거나 또는 무한대의 웹(Web) 형태일 때, line-scan 카메라를 사용하여 라인 이미지를 획득하는 것이 적합할 수 있습니다.

> 26초

라인 스캔 카메라를 사용할 때 프레임 그래버는 카메라에서 전송받은 개별적인 1-Line 이미지를 모아 호스트 컴퓨터 메모리에 2D 이미지로 재구성합니다. 이미지의 개별적인 라인이 하나씩 획득되기 때문에,  이미지 왜곡을 피하기 위해 카메라의 움직임 또는 물체의 움직임과 카메라 라인 레이트(Line rate)를 완벽하게 동기화하는 것이 과제입니다.

카메라 Line rate가 물체 이동속도보다 빠르면 늘어지는 이미지가 취득됩니다. 반대로 카메라 Line rate가 물체 이동속도보다 느리면 줄어든 이미지가 취득됩니다. 이 왜곡된 이미지들은 동영상에서 예시로 소개하니 이해하기 쉬울 것입니다.

> 48초

이것은 인크리멘탈 모션 엔코더(Incremental motion encoder)를 사용합니다. 인크리멘탈 모션 엔코더는 로터리(Rotary) 또는 리니어(Linear)가 있으며, 이는 회전의 각도 또는 물체의 위치를 측정할 수 있습니다.

인크리멘탈 모션 엔코더는 물체가 주어진 각도로 회전하거나 주어진 거리에서 움직일 때 출력이 토글되도록 동작합니다. Euresys Grablink, Coaxlink 보드는 모션 엔코더의 연결을 위한 GPIO 입력 라인을 가지고 있습니다. 이 GPIO는 카메라 Line rate와 검사할 물체의 움직임과 동기를 맞출 수 있습니다.

물체의 이동이 빨라지면, 카메라의 영상 취득 Line rate가 증가합니다.
물체의 이동이 느려지면, 카메라의 영상 취득 Line rate가 감소합니다.

> 1분 26초

아주 간단한 동작 모드로, 프레임 그래버는 모션 엔코더로부터 받은 각 펄스에 대해 카메라로부터 한 라인을 요청합니다. 예를 들면, 모션 엔코더가 100 micron마다 한 펄스를 생성한다면(이 경우 엔코더 피치(Encoder pitch)가 100 micron 이라고 합니다). 물체가 100 micron 이동하면 카메라 한 라인을 획득하게 됩니다. 이 방식은 일정한 분해능을 유지하는 동안 영상 취득 분해능을 조정하려는 경우, 즉시 엔코더를 변경해야 하므로 그다지 유연하지 않습니다.

> 1분 53초

이를 위해, Euresys Grablink와 Coaxlink 보드는 엔코더의 속도 또는 분해능을 변환할 수 있는 장치인 Rate Converter가 포함되어 있습니다. 이 기능은 카메라가 모션 엔코더의 분해능보다 낮거나 높은 프로그래밍 가능한 분해능에서 라인을 획득할 수 있게 합니다. 기술적으로 Rate Converte는 모션 엔코더로부터 오는 신호의 주파수를 곱하거나(Multiply) 나눌(Divide) 수 있습니다. 이것은 시스템 설계자에게 시스템 개발 중에 믿을 수 없는 자유와 유연성을 제공합니다.

> 2분 21초

어떻게 동작하는지 보여주기 위해, 모션 엔코더 피치가 100 micron 어플리케이션으로 돌아가겠습니다. 만약 rate converter를 1:2 변환 비율로 변경하면(이것은 엔코더의 신호 주파수를 2로 나눈 것입니다), 두 배 더 적은 라인을 취득할 것이며, 이는 200 micron당 한 라인을 취득하는 것입니다.

만약 rate converter를 2:1 변환 비율로 변경하면(엔코더의 신호 주파수를 2로 곱한 것입니다), 두배 더 많은 라인을 취득할 것이며, 이는 50 micron당 한 라인을 취득하는 것입니다.

Rate Converter는 1:1.27비율로 설정할 수 있으며(엔코더의 신호 주파수를 1.27로 나눈 것입니다.) 이는 127 micron당 한 라인을 취득하는 것입니다.

Rate Converter를 사용하면 시스템을 보정(Calibrate)하고 완벽한 정사각형 픽셀(Seuqre pixel)을 제공하는 비율을 선택할 수 있습니다.

> 3분 12초

또한, 보드는 부품이 어떤 방향(전방 또는 후방)으로 움직이는지 알기 위해 Quadrature 모션 엔코더에서 나오는 A/B상 신호를 디코딩 할 수 있습니다. 이러한 엔코더를 사용하면 보드는 물체가 앞으로 또는 뒤로 움직이 때만 라인을 취득하도록 설정할 수 있습니다. Backward Motion Cancellation이라 불리우는 기능은 후방 움직임이 감지되면 영상취득을 멈추는 동작을 수행합니다. 모션이 다시 전방 방향으로 움직이게 되면 획득이 중단된 정확한 위치에서 영상 취득이 자동으로 재개됩니다.

> 3분 42초

Euresys 프레임 그래버는 연속적인 웹 스캐닝을 지원하여, 한 라인도 잃지 않고 무한한고 연속적으로 움직이는 표면과 카메라 앞에서 움직이는 물체의 이미지를 얻기 위한 이산(Discrete) 물체 스캔을 지원합니다.

> 3분 55초

영상 취득이 시작과 어떻게 동기화하는지 보겠습니다. 파트가 검사 위치에 있을 때 영상 취득을 시작하기 위해 Start of Scan trigger라고 불리는 트리거를 사용할 것입니다. 하드웨어 트리거(전기 신호)는 보드의 GPIO 입력 라인에 연결되어 있습니다.

이 신호는 모션 제어 보드의 신호 또는 유무, 근접 센서로부터 발생될 수 있습니다. 이것이 시작된 이후, 영상 취득은 무한정 계속될 수 있습니다.

예를 들어, 플라스틱 필름을 검사하는 웹 검사 어플리케이션에서는 사실상 검사가 중단되지 않습니다. 또는 알려진 길이의 물체의 이미지를 획득하는데, 프로그래밍 가능한 라인 수에 대해 영상 취득을 계속 할 수 있습니다. 또는 end-trigger가 수신될 때까지 영상 취득이 계속 됩니다. 이 경우 가변 길이로 스캔되는 봉투를 분류하는 장비를 예로 들 수 있습니다.

> 4분 41초

만약 센서가 카메라의 바로 앞에 놓여질 수 없는 경우, 트리거 지연(Trigger delay)은 프로그래밍 가능한 라인 수에 대한 영상 취득 시작을 연기하는데 사용할 수 있습니다.

유레시스 프레임 그래버는 비전 시스템 또는 기계의 전체적인 설계를 단순화하는 수많은 기능이 포함되어 있습니다.

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위 내용이 라인 스캔 카메라를 사용하는데 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠습니다.

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