[기초] Trilinear 라인 스캔(Line-scan) 카메라 소개

지난 포스팅에서 라인 스캔(Line-scan) 카메라에 대해 간략하게 소개했습니다.

[기초] 라인 스캔(Line-scan) 카메라 소개

이번 포스팅에서는 칼라 라인 스캔 카메라 중 하나인 Trilinear Line-scan 카메라에 대해 소개하겠습니다.

Trilinear Line-scan 카메라

Trilinear 기술은 RGB 이미지를 캡쳐하기 위해 분리된 세 개의 이미징 라인(imaging line)을 사용합니다.

과거에는 세 개의 선형 센서(linear sensor)가 가능한 한 가깝게 설치되었지만,

오늘날 가장 최신의 카메라는 밀집도가 높은 세 줄의 픽셀이 있는 단일 센서를 탑재하고 있습니다.

<Trilinear 카메라는 R,G,B 필터가 있는 세 개의 인접한 센서 라인에 빛을 집중시킵니다.
노출 타이밍은 타겟의 움직임과 동기화되어 모든 세 라인이 타겟상의 동일한 포인트를 캡처하도록 합니다.>

각 라인에는 세 가지 기본 색상(R,G,B) 중 하나를 캡처하기 위해 픽셀 위에 고분자 색상 필터(polymer color filter)가 장착되어 있습니다.

카메라를 타겟의 움직임과 동기화함으로써 각 라인이 타겟의 동일한 포인트를 통과할 때, 

캡처된 이미지를 결합하여 타겟 라인의 각 픽셀에 RGB값을 제공할 수 있습니다.

즉, 라인 스캔 카메라는 타겟이든 카메라든 어느 한 쪽이 움직이며 스캔해야 하는데, 

한 픽셀을 표현하기 위한 RGB 정보가 정확히 같은 지점의 데이터를 갖고 있어야 합니다.

그래서 이를 위한 동기화(synchronization)가 중요합니다.

Trilinear 카메라는 언제 선택할까요?

1. 카메라 가격이 중요한 경우

특히 대부분의 Trilinear 카메라는 단일 센서로 구성되어 있기 때문에, Prism 방식의 카메라보다 상대적으로 가격이 저렴합니다.

게다가 카메라 가격이 낮을 뿐만 아니라, Prism 카메라처럼 전용 렌즈를 필요로 하지 않기 때문에 더욱 비용을 낮출 수 있습니다.

Prism 방식의 카메라는 빛의 파장에 따라 굴절 정도가 다르므로 동일한 지점에 초점이 맞지 않습니다.
이러한 현상을 색수차라고 하며, 이를 개선하기 위해 Prism 카메라 전용 렌즈를 사용해야 합니다.
이 렌즈는 일반 렌즈보다 가격이 높은 편입니다.

2. 고속 이미징이 요구되는 경우

Trilinear 카메라는 빠른 라인 레이트(line rate)로 정확한 RGB 이미지 데이터(non-interpolated)를 전달하는 특징을 갖고 있습니다.

프리즘 카메라와 비교하자면, 일반적인 프리즘 카메라는 Trilinear 카메라의 속도 보다 느립니다.

3. 수직 정렬을 보장할 수 있는 경우

Trilinear 카메라가 타겟에 대해 기울어져 있으면, 타겟에서 각 세 개의 라인까지의 거리가 달라져 오차가 발생할 수 있습니다.

만약 틸트(tilt)가 작을 경우, 카메라의 보정 알고리즘이 조정될 수 있습니다.

물론, 어느 비전 시스템이든 기구적(hardware)으로 카메라 정렬에 오차를 줄이는 것이 최선입니다.

4. 평평한 표면에서 동작하는 경우

Trilinear 카메라는 단일 센서에 세 개의 픽셀 라인으로 구성되어 있습니다.

컨베이어에서 물체가 이동할 때 흔들리는 경우 세 개의 픽셀 라인에 캡처된 정보는 불일치할 수 있습니다.

즉, 이미지에 잔상 또는 블러와 같이 주위 데이터가 섞여 정상적이지 못할 수 있습니다.

최상의 결과를 위해, 타겟이 평평하고 진동이 적은 상황에서 Trilinear 카메라를 사용해야 합니다.

물론, 어느 카메라를 사용하든 마찬가지지만요.

5. 4K 이상의 해상도를 원하는 경우

현재 해상도가 가장 높은 Prism 라인 스캔 카메라는 4K입니다.

만약 8K, 16K 해상도를 원한다면 Trilinear를 선택할 수 밖에 없습니다.

6. 작은 크기와 저전력, 경량이 요구될 때

Trilinear 카메라는 일반적으로 프리즘 카메라, 멀티 센서 카메라보다 작습니다.

또한, 프리즘 카메라는 세 개의 센서를 제어하기 위해 더 크고 무거우며 전력 소비가 상대적으로 높습니다.

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