[산업자동화] 머신비전 - 라인 스캔 검사 (노출 제어)

한 점의 빛의 세기를 나타내는 전기적 신호를 만들기 위해서는 CCD 픽셀 영역이 일정 시간 동안 빛에 노출되어야 합니다. 이 시간을 노출 시간 또는 통합 시간이라고 합니다.

라인 CCD 센서에서는 모든 픽셀이 같은 노출 시간을 가집니다. 이는 노출 시작 및 종료 순간이 모든 픽셀에 공통됨을 의미합니다.

노출은 대표적으로 두 가지 경우가 고려됩니다

□ 영구 노출

□ 통제된 노출

모든 라인 스캔 카메라는 영구 노출 방식을 지원합니다. 모든 라인 CCD 센서와 모든 라인 스캔 카메라가 제어된 노출 방식을 지원할 수 있는 것은 아닙니다. 제어된 노출 방식을 지원하려면 라인 스캔 카메라에 소위 전자 셔터 기능이 장착되어야 합니다.

CCD 센서는 일시적으로 "픽셀 재설정" 상태로 설정될 수 있습니다. 이 조건에서는 빛이 센서의 민감한 영역에 영향을 미치지 않습니다. 픽셀에 포함될 수 있는 모든 전하는 제거됩니다.

이후 카메라는 픽셀 재설정 조건을 벗어나 노출 또는 통합 상태로 들어갑니다. 이 시간 동안 모든 픽셀은 수신하는 빛의 강도에 비례하는 속도로 전하를 생성합니다. 노출 시간이 길어질수록 전하는 더 커집니다. 결과적으로 노출 시간을 늘리는 것은 카메라의 감광도를 높이는 수단입니다.

노출 시간의 끝은 일반적으로 "트랜스퍼 게이트"라고 하는 특별 이벤트로 표시됩니다. 이 순간, 픽셀에 의해 생성된 개별 전하는 따로 보관되어 CCD 센서 출력으로 이동할 준비가 됩니다.

트랜스퍼 게이트 이후 CCD 센서는 판독 기간에 들어갑니다. 이는 트랜스퍼 게이트 순간에 따로 보관된 개별 전하를 추출하는 데 고정된 시간이 걸립니다. 전하는 전압으로 변환되어 CCD 센서 외부로 직렬로 전달됩니다. 그 후, 전압은 디지털 값으로 변환되어 라인 스캔 카메라 외부로 직렬로 전달됩니다.

그래픽적으로 작동 순서는 다음과 같이 표시될 수 있습니다.

영구 노출 상황에서는 CCD 센서가 픽셀 재설정 상태로 전환되지 않습니다.

센서를 호스팅하는 라인 스캔 카메라는 주기적으로 "트리거 펄스"를 발생시킵니다. 트리거 펄스는 라인 주파수에서 발생합니다. 각 트리거 펄스는 전송 게이트 이벤트를 발생시킨 후 판독 프로세스를 수행합니다.

다음 그림은 라인 주파수에서의 작동 순서를 보여줍니다.

두 개의 연속 트리거 펄스 사이에서 센서는 빛을 통합합니다. 카메라의 감도는 펄스를 분리하는 라인 주기에 따라 달라집니다. 라인 주파수가 낮을수록 주어진 장면에 대한 반응이 높아집니다.

끝.