[산업자동화] 머신비전 - 라인 스캔 검사 (방향, CCD, 렌즈 배율)

라인 스캔 카메라는 라인을 따라 빛의 강도를 시간에 따라 변하는 비디오 신호로 변환합니다. 라인 스캔 기반 시스템은 일반적으로 규칙적인 이동 움직임을 나타내는 연속적인 재료 또는 물체 세트를 관찰합니다. 우리는 이 자료를 "검사된 웹(inspected web)"이라고 부르겠습니다. 개념적으로 이 시스템은 1D 분석에서 움직이는 장면의 2D 표현을 재구성합니다.

기준이 되는 방향이 2가지 있습니다.

❑ 다운웹 방향: 검사된 웹의 이동 방향. 축 방향이라고도 할 수 있습니다.

❑ 크로스웹 방향: 관찰된 선의 축. 가로 방향이라고도 할 수 있습니다.

이 두 방향은 서로 수직입니다.

관찰된 선은 정렬된 픽셀 집합으로 나뉩니다. 디지털 라인 스캔 카메라의 경우 생성된 비디오 신호는 각 연속 픽셀에 대해 측정된 광도에 해당하는 디지털 값 세트입니다.

타이밍 다이어그램에서 디지털 라인 스캔 카메라의 출력 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

관찰된 선은 왼쪽에서 오른쪽으로 한 픽셀씩 반복적으로 스캔되며 해당 광 강도는 일련의 디지털 숫자로 변환됩니다. 디지털 숫자는 픽셀 주파수라고 알려진 속도로 디지털 버스를 통해 빠르게 출력됩니다.

각 라인마다 고정된 수의 픽셀이 출력됩니다. 전체 라인 정보를 출력하는 작업을 판독 프로세스라고 합니다.

판독 프로세스는 주기적으로 반복됩니다. 반복 기간을 라인 기간이라고 하며, 라인 주파수의 역수 값과 연관됩니다.

두 개의 연속적인 판독 과정의 라인 정보는 동일하지 않다는 점을 이해해야 합니다. 검사된 웹이 움직이기 때문에 카메라 아래에서 관찰된 빛의 강도 패턴이 변경되고 이에 따라 디지털 출력 패턴도 변경됩니다.

라인스캔 카메라의 핵심은 CCD(Charge Coupled Device)라 불리는 광전자 반도체 소자이다. 보다 정확하게는 영역 스캔 카메라에 사용되는 영역 CCD와 달리 라인 CCD가 사용됩니다.

라인 CCD 센서는 작은 실리콘 조각에 정렬된 감광 물질 세트입니다. 각 물질은 픽셀에 해당합니다. 일부 전용 전자 회로는 개별 요소에서 측정된 데이터를 추출하고 판독 프로세스 중에 장치 외부로 전송하는 데 연결됩니다. 라인 스캔 기반 시스템에서 CCD는 크로스웹 방향을 따라 정렬됩니다.

다음 그림은 CCD 센서의 몇 가지 중요한 치수 특징을 나타냅니다.

CCD 픽셀 크로스웹 치수는 CCD 피치라고도 합니다. 일반적으로 CCD 픽셀은 크로스웹과 다운웹 크기가 동일합니다. 즉, 개별 픽셀의 영역은 정사각형입니다. 예를 들어, CCD 센서는 각각 14x14 µm 크기의 2048개 픽셀을 가질 수 있습니다. 이 경우 CCD 감지 영역의 전체 길이는 28.67mm입니다.

관찰된 선의 이미지를 CCD 센서의 감지 부분에 투사하는 데 렌즈가 사용됩니다. 렌즈 광학 설정의 가장 일반적인 속성은 배율입니다. 

예를 들어, 특정 라인 스캔 기반 시스템은 폭이 80cm가 넘는 웹을 검사하도록 설계되었습니다. 사용된 카메라에는 유효 길이가 28.67mm인 CCD 센서가 장착되어 있습니다.

배율을 실제 물체에 대한 광학 이미지의 비율로 정의하면 필요한 배율은 0.03584입니다. 실제로 이는 실제 물체에서 센서에 형성되는 광학 이미지의 크기가 줄어드는 것에 해당합니다. 이 값의 역수는 27.90로 렌즈의 배율이 27.90, 대략 28배율인 것으로 정량화할 수 있습니다. 예를들어 CCD 센서 크기가 14x14 µm라고 가정한다면, 웹에서 해당 픽셀의 크기는 0.39x0.39mm입니다.

끝.