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[화인스텍] 어두운 환경에서도 선명한 이미지를 얻는 픽셀 비닝

2025-01-13

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대량 인쇄나 곡물 및 과일 검사와 같은 웹 어플리케이션에서는
개체가 끊임없이 이동하기 때문에 라인 스캔 카메라가 적합한 선택입니다.

이러한 환경에서는 인쇄된 자료나 검사 대상이
고속으로 이동해야 하므로 빠른 처리 속도가 핵심이기 때문입니다.

 

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그러나 라인 스캔 카메라로 고속으로 움직이는 개체를 촬영할 때, 조명 문제가 발생할 수 있습니다.
고속 촬영에는 충분한 노출이 필요한데, 이를 위해 강력한 조명을 사용하는 경우가 많습니다.
문제는 이런 조명이 매우 밝고 고가일 뿐만 아니라, 심지어 물체에 손상을 줄 가능성도 있다는 점입니다.

그렇다면 웹 속도를 늦추거나 고가의 조명을 사용하는 대신, 이 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?
정답은 바로 비닝(Binning)이라는 카메라 기능입니다.

 

 

| 비닝(Binning)이란?

 

비닝(Binning)은 인접한 두 픽셀이 캡처한 빛의 데이터를 결합한 후, 이를 단일 픽셀 값으로 출력하는 기술입니다.
각 픽셀이 수집한 빛의 정보를 합산하여 밝기를 높이고, 결과적으로 어두운 환경에서도 더 밝고 선명한 이미지를 촬영할 수 있게 합니다.
EX) 라인당 4096개의 픽셀을 가진 라인 스캔 센서에서 비닝을 사용하면, 모든 픽셀을 2개씩 결합하여 2048개의 픽셀로 줄이는 대신, 밝기는 2배로 향상된 이미지를 생성할 수 있습니다.

 

디지털 카메라의 센서 픽셀은 노출 중 받은 빛의 양에 따라 광도 값을 기록합니다.
그러나 라인 스캔 애플리케이션에서는 이미지가 한 번에 한 라인씩 캡처 되므로, 노출 시간이 짧아 빛을 충분히 받아들이지 못할 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 비닝(Binning) 기능이 활용됩니다.

듀얼 라인 구조를 가진 최신 라인 스캔 센서는 두 라인을 동시에 노출하여 비닝을 지원하며,
픽셀을 수평, 수직 또는 양방향으로 결합할 수 있습니다.

특히 수평과 수직 비닝을 모두 적용하면 밝기를 최대 4배까지 향상시킬 수 있습니다.

 

결과적으로, 비닝을 통해 픽셀의 유효 크기가 확대되어 노출 시간 동안 더 많은 빛을 수집할 수 있으며,
이를 통해 훨씬 밝고 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다.

 

 

 

| Sweep 시리즈 SW-4000TL-PMCL 4K 3라인 라인 스캔

 

픽셀 비닝 기능을 활용하여 이미지 밝기를 효과적으로 조정할 수 있는 제품으로는 JAI의 Sweep 시리즈가 있습니다.

 

Sweep 시리즈는 픽셀 비닝 기술을 통해 밝기와 이미지 품질을 정밀하게 최적화하며,
다양한 작업 환경에서도 신뢰할 수 있는 성능을 제공합니다.

 

 

Sweep 시리즈 SW-4000TL-PMCL

 

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SW-4000TL-PMCL 모델은 JAI의 Sweep+ 시리즈에서 프리즘 기술이 제공하는
최고 수준의 정밀도가 필요하지 않은 어플리케이션에 탁월한 컬러 라인 스캔 성능을 제공하는 고속 3라인 스캔 카메라입니다.
시장에서 가장 빠른 3 x 4096 컬러 라인 스캔 카메라 중 하나로, 8비트 출력에서 최대 66kHz의 라인 속도를 제합니다.

 

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3라인 카메라 개념

 

Sweep 시리즈 SW-4000TL-PMCL 4K 3라인 라인 스캔 카메라는
적색, 녹색 또는 청색 필터가 탑재된 3개의 센서 라인을 사용하여 이미지를 생성하고
이를 디지털 방식으로 RGB 출력의 싱글 라인으로 결합합니다.

각 필터가 파장에 따라 장면 광의 일부를 차단하기 때문에 3개 라인을 모두 합치면 장면 밝기의 100%까지 합산됩니다.

 

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3라인 카메라 예시 : 비닝 Off

 

각 라인의 기본 픽셀은 7.5 µm x 7.5 µm 크기의 정사각형입니다.
인쇄된 지폐가 빠르게 이동하는 롤을 촬영할 때, 비닝을 끄고 노출 시간을 모션 블러가 없을 만큼 짧게 설정하면|
픽셀이 충분한 광을 캡처하지 못해 이미지가 어두워지고 디테일이 보이지 않게 됩니다.

 

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듀얼 라인 3라인 센서

 

JAI SW-4000TL-PMCL 4K 3라인 카메라에는 비닝 기능이 탑재되어 있습니다.

또한 이 카메라의 센서는 각 색상에 대해 2개의 인접한 라인이 있는 총 6개 라인을 특징으로 하는 아키텍처를 가지고 있습니다.
이를 통해 수평 방향(2x1), 수직 방향(1x2) 또는 양방향(2x2)으로 비닝을 구성할 수 있습니다.

 

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3라인 카메라 예시: 2x2 비닝

 

2x2 비닝을 활성화하면 유효 픽셀 크기가 15µm x 15µm로 증가하며,
동일한 라인 속도와 조명 조건에서 4배 더 많은 광을 캡처할 수 있습니다.

라인당 해상도는 2048 픽셀로 줄지만,
FOV내에서는 이를 허용하여 처리 속도의 손실 없이 조명 문제를 해결할 수 있습니다.

 

 

| 프리즘 라인 스캔 카메라의 비닝

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픽셀 크기 옵션

 

JAI의 프리즘 기반 라인 스캔 카메라는 독립된 센서를 통해 비닝 기능을 효과적으로 활용할 수 있습니다.
각 센서는 7.5µm x 7.5µm 정사각형 픽셀 2개 라인과 7.5µm x 10.5µm 직사각형 픽셀 2개 라인을 포함하며,
간격 없이 배열된 구조로 싱글 또는 듀얼 라인 모드에서 선택적으로 작동합니다.

 

이를 통해 수평, 수직 비닝 또는 결합된 비닝으로 최대 15µm x 15µm 또는 15µm x 21µm의
유연한 픽셀 크기를 제공합니다.

 

 

비닝은 인접한 픽셀의 데이터를 결합해 신호를 증가시키고,
노이즈를 평균화하여 신호 대 노이즈 비율(SNR)을 개선합니다.

 

비닝 기능이 탑재되어 있는 JAI SW-4000TL-PMCL 제품에 대해 궁금하시다면,
화인스텍으로 문의주세요!

 

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