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고속카메라 선택가이드
고속촬영을 위한 고속카메라 선택 가이드
고속카메라, 초고속카메라, 고속촬영 / 임대, 디지털고속카메라 시스템
 
디지털 고속카메라 정의
  • 고속현상의 물체를 촬영 기록하는 것이다.
  • 고속현상은 인간의 눈으로 보기에는 너무 빠른 현상을 말한다.
  • Phantom은 실제로 존재하나 볼 수 없는 것을 의미한다.
  • 디지털 고속카메라는 필름에 저장하지 않고 영상을 메모리에 바로 저장한다.
 
디지털의 개념
  • Pixel(Picture element) : ON or OFF, not partial ON and OFF not same time
  • Pixel(화소) : Rows(열) and Columns(횡) on the Sensor
  • 수백개의 pixels 가지고는 영상을 만들기 힘듬
 
Resolution(분해능)의 주요 항목
울창한 숲의 나무를 보면서 좀 더 자세한 나뭇잎을 보려면 분해능이 요구된다.
 
Pixels Count(화소수)
  • 보통 영상(200x200mm 크기)을 얻는데 256x256pixels이 필요(65,000pixels)하고 좀 더 자세한 영상을 얻으려면 좀 더 많은 pixel이 필요하다.
  • 512x512pixels는 4배인 260,000화소수(Phantom V4)
  • 1024x1024pixels는 16배인 1,000,000화소수(Phantom V5)
  • 800x600pixels는 7배인 480,000화소수(Phantom V7)
  • 1600x1200pixels는 30배인 1,920,000화소수(Phantom V9)
 
Pixels Size(화소 크기)
  • 화소크기가 작으면 분해능이 높아 좀 더 자세하게 볼 수 있으며 같은 크기의 센서라면 Pixels(화소) 크기가 작으면 작을 수록 좋다.
  • V4 - 16㎛(512x512pixels) 센서크기 / 8 x 8mm
  • V5 - 16㎛(1024x1024pixels) 센서크기 /16 x 16mm
  • V7 - 22㎛(800x600pixels) 센서크기 /17 x 12mm
  • V9 - 12㎛(1600x1200pixels) 센서크기 /19 x 14mm
 
Fill Factor
  • 분해능에 영향을 준다.
  • 100%에 가까운 것이 분해능을 높인다. 즉, 같은 크기의 pixels를 가지고 있는 센서는 pixels 사이의 간격이 작은 것이 좋다.
 
Gray Scale values(8, 12 and 16bit)
  • pixels is a photo-responsive device
  • 빛이 없다면 OFF or black 광량이 계속 증가하면, Saturated or white
  • 256 gray scale values, zero is black, 255 is white
  • 왼쪽 그림은 256values의 값으로 표현되어 있고 오른쪽은 2values(black and white)으로 표현되어 있다면, 있고 없고를 구분하는 과정에서는 2values의 값이 좋을 수도 있다.
 
Light sensitivity(감도) : ASA/ISO No.
  • 일반적으로 큰 pixels는 감도가 좋아서 적은 광량으로 촬영 가능하다.
  • 작은 화소를 가지고 좋은 감도를 내기가 어렵다.
  • 적은 광량에서 좋은 영상을 얻는다는 것이 중요하다.
 
고속도촬영(For High Resolution Images at High Sample Rate
  • 고 분해능으로 고속 촬영하는 것은 쉬운 일이 아니며, 고속 촬영을 위해 Image Memory, 분해능을 줄여서 고속 촬영한다.
  • 800x600 at 4,800pps > 512x128 at 29,600pps > 32x32 at 160,000pps
  • 1600x1200 at 1,000pps > 1632x240 at 4,991pps > 48x16 at 144,175pps
 
좋은 고속카메라 선택시 고려할 사항
 
Image Quality(화질)
  • 촬영된 영상을 Zoom기능을 이용해 2, 3배 확대하여 보면 좀 더 쉽게 눈으로 구별할 수 있다.
  • 일반 비디오 카메라 만큼 화질이 좋지는 않다. 고속디지털 카메라는 고속 영상기록에 주안점을 두어 화소크기, 감도, 신호처리, 속도 등 위주로 제작되었다.
 
Sensor or Chip(센서 혹은 칩)
  • 고속카메라 업체에서는 요즘 거의 CMOS(Complimentry Metal Oxide Semiconductor) 센서를 사용한다.(고속카메라 업계에서 Phantom이 제일 먼저 SR-CMOS 센서를 채택해 사용함)
  • 장점은 windowing, on-chip circuitry, blooming immunity, low power, consumption (for overheating, long waiting trigger application) 등이다.
 
Resolution(공간 분해능, 해상도)
  • 전에는 lines per mm, line pairs or MTF 등의 용어를 사용하였으나, 현재는 pixels(화소수)로 표현한다.
  • 숫자가 클수록 분해능(해상도)이 좋다.
  • 고속카메라에서 분해능을 - 일반적 분해능 25만화소 ( 512 x 512pixels) - 중간 분해능 100만화소 (1024 x 1024pixels) - 고 분해능 200만화소 (1632 x1200pixels) 등으로 구분한다.
  • 고분해능의 센서를 만드는 것이 힘든 게 아니라, 많은 영상 정보를 전송하는 기술이 문제다.
    (1024x1024 at 1000pps일 때, 1GPS의 속도로 8bit의 영상정보 전송 요구)
  • 센서를 "windowed"하여 일정 부분만의 영상을 전송한다. - Max. 1,600,000pps at 32 x 32pixels
  • 센서의 실제 화소수를 물어보게 되면, 실제 화소수는 카다록에서 보여주는 숫자보다 적을 수 있다.
    화소수가 많으면 많을 수록 분해능이 좋은데, 전송속도가 느려지고 촬영기록의 속도가 늦어지게 된다.
    그래서 실제로 존재하지는 않으나 기록 저장을 끝낸후 소프트웨어 처리로 분해능을 높여 주는 장치도 있다. 눈으로 보는 영상은 매우 좋은 편이다.
  • 최고 분해능이 항상 좋은 것은 아니다. 왜냐면 우선 비싸고, 저장 전송속도가 오래 걸리며, 25만화소로 촬영해도 좋은 결과를 얻을 수 있는 조건에서는 예산을 과다하게 투자할 필요가 없기 때문이다.
    그러나 만일 고분해능이 요구된다면 예산을 투자하여 고 분해능의 카메라를 구입해야 됨은 물론이다. 화소를 줄여 고속(high speed rate)으로도 촬영할 수 있기 때문이다.
 
사양 분해능 총 화소 화소크기

Phantom

1632x1200pixels at 1019pps

196만 화소

12㎛

Hg(미제)

1504x1128pixels at 1000pps

169만 화소

-

Vis(유럽)

1536x1024pixels at 1000pps

157만 화소

11㎛

Na(일제)

1280x1024pixels at 1000pps

131만 화소

6㎛

Ap(일제)

1024x1024xels at 2000pps

 100만 화소

17㎛

Phantom

1024x1024pixels at 1000pps

 100만 화소

16㎛

Phantom

800x600pixels at 4800pps

 48만 화소

22㎛

 
Frame Rate
  • 총 해상도에서 초당 촬영, 기록하는 값이다.
  • 화면을 축소(windowed)하여 촬영하는 최대 값과는 혼동해서는 안된다.
  • 항상 영업사원이 초당 몇 장? 촬영대상체의 크기는? 기록시간은? 촬영조건은? 등을 문의하는 이유는 이 때문이다.
  • 항상 고속으로 촬영하면 좀 더 자세한 (시간분해능) 영상을 볼 수 있다.
 
사양 분해능

Phantom

4,800pps at 800x600pixels

Ap

2,000pps at 1024x1024pixels

Phantom

1,019pps at 1632x1200pixels

Hg

1,000pps at 1504x1128pixels

Phantom

1,000pps at 1024x1024pixels

 
Shutter Speed
  • 보통 촬영 속도의 역수이다.
  • 노출되는 동안 촬영대상체가 움직인다면 영상이 흐려지는 결과가 된다.
    아주 빠른 대상체를 촬영한다면 렌즈를 통하여 빛이 센서에 노출되는 시간을 단축하여 흐려지는 영상을 방지할 수 있다.
  • 물론 항상 작은 노출 값을 사용하여 촬영할 수 있지만 센서에 노출되는 값이 적어 영상이 검게 나올 수 있으므로 항상 주의하여 촬영해야 한다.
    그래서 센서 감도(light sensitivity, ASA/ISO 4800/1200)가 중요한 요소가 된다고 할 수 있다.
  • 조명을 조사하여 촬영하는 조건에서는 매우 짧은 노출을 줄 수도 있지만 일반적인 빠른 대상체에서 항상 조명을 조사할 수 있는 상황이 주어지지는 않는다(촬영 면적이 넓은 경우, 촬영대상체가 약한 자발광인 경우, 촬영대상체에 조명 조사하면 해를 입는 물체 및 사람, 동물, 식물 등).
 
사양 분해능 속도

Phantom

4,800pps at 800x600pixels

1㎲

Ap

2,000pps at 1024x1024pixels

4㎲

Phantom

1,019pps at 1632x1200pixels

1㎲

Hg

1,000pps at 1504x1128pixels

5㎲

Phantom

1,000pps at 1024x1024pixels

2㎲

 
Sensitivity(감도)
  • 촬영시 이미지가 어둡게 나타날 때, 조명을 조사하면 영상이 깨끗하게 나타난다.
  • 어떤 센서의 감도가 높으면 좋은 사진을 찍는데 있어 적은 광량만이 필요하다.
  • 간단한 실험 예) 사무실에서 같은 렌즈(f/2.8), 같은 조건에서 "A"제품은 500pps에 촬영되고, "B"제품은 200pps에 촬영된다면, 결과적으로 "A"제품이 우수한 것이다. 물론 모든 것이 동일 조건이라는 전제하 에서다.
 
사양 분해능 속도 센서감도

Phantom

4,800pps at 800x600pixels

 1㎲

ASA/ISO 4800/1200

Ap

2,000pps at 1024x1024pixels

4㎲

ASA/ISO

Phantom

1,019pps at 1632x1200pixels

 1㎲

ASA/ISO 2400/600

Hg

1,000pps at 1504x1128pixels

5㎲

ASA/ISO

Phantom

1,000pps at 1024x1024pixels

2㎲

ASA/ISO 2400/600

 
Color or Monochrome
  • 칼라 혹은 흑백 HS 시스템 사이에 가격차가 거의 없거나 아주 약간의 차이가 있다면, 고객은 어떤 제품을 선택하겠는가? 칼라 HS 시스템을 당연히 선택할 것 같아도 몇가지 기본 개념을 이해하고 나면, 고객은 생각을 바꾸게 될 것이다.
  • 흑백은 더 높은 해상도를 갖는 특색이 있지만 사용자의 시험대상의 칼라성질상 구별하기 쉽지 않은 회색으로 재현되었을 때 원하는 데이타를 얻기 힘들 경우에는 칼라가 제격일 것이다.
  • 어떤 사용자가 그들 응용에는 흑백이 가장 좋은 선택이라는 것을 알고 사려고 하지만, 그의 상사는 칼라로 사라고 강요하는 경우가 있다. 왜냐면, 이는 매일같이 보게 되는 영상 통신이 칼라 일색으로 만들어진 형식이기 때문에 소비자에게 더 친근감을 주고 더 좋아보이기 때문이다.
  • 우리에게 최고의 친구이자 소비자가 말하기를 "Color sells soap( 칼라는 아첨을 판다)."이라고 한 것처럼, 칼라가 소비자의 일을 함에 있어 다소 힘들더라도 칼라는 소비자에게 행복을 전달하고 그 행복한 소비자는 더 바빠져서 역시 새로운 장비를 구입하는데 쉽게 수 달러를 사용한다! 결단코 "아름다운 영상의 힘을 무시하지 말기를...
 
Memory or Trigger
  • 이미지 메모리의 크기가 저장가능한 이미지의 양을 결정하고, 카메라의 실행 가능한 기록시간을 결정짖는다. 메모리가 크면 클수록 더 많은 이미지를 기록할 수 있다.
  • 대부분의 HS 이미지 응용에 대한 풀 프레임 기록시간은 1, 2초면 충분하다. 이 짧은 기록시간에 일반적인 이벤트의 진행과정을 기록할 수 있다. 이런 빠른 프레임 속도(rates)에도 불구하고 풀 카메라 해상도에서 초당 1,000장 이상을 기록한다.
  • 최신식 HS 카메라 시스템의 트리거 기능을 사용하면 불필요한 이미지 기록 부분을 제거할 수 있어서 메모리를 효과적으로 사용할 수 있다. "ealy" 트리거를 사용하여 이미지를 포착하기 때문에 이벤트 부분을 사실상 놓쳐도 상관없다.
  • 끊임없는 데이터를 업데이트하여 흘려 보내는 기능 혹은 "buffered images(이미지 완화)" 기능 때문에 "post trigger"이나 "pre-trigger"을 사용하여 카메라가 트리거를 받기 전에 일어나는 이미지들을 보관할 수 있다.
  • 메모리가 카메라 자체에 설치되어 있으면, 제어장치와 장면보기 장비가 연결되어 있지 않아도 카메라의 설정이 그대로 남아 있어 트리거를 기다릴 수 있는 것이 가능하다. 만일 분리된 제어장치나 PC에 메모리가 있다면, 작동하고 있는 동안에는 모든 시스템이 연결된 상태에서 계속 유지하고 있어야 할 것이다.
 
Ease of Use
  • 고객자신이나 동료가 새로운 시스템을 이용한 사진촬영 경험이 없어서 문제가 예상되면, 장비 선택시 작동의 간편성이 중요한 요소가 될 것이다.
  • 설정된 매개변수를 계속해서 바꿀 수 있어서 사용자가 쉽게 정교한 노출 조절을 할 수 있어야 한다.
  • 카메라의 연산 시스템과 보기 기능을 제어하는 소프트에 탑재하여, 기록한 후 즉시 현장에서 기록한 이미지를 재빠르게 분석하도록 만든 장비가 매우 유용하다.
  • 해당 프로젝트를 계속 진행하기 전에 거리와 크기 측정, 속도 계산, 혹은 각도를 점검하는 기능을 실행하면 시험한 매개변수들을 확인하는데 도움을 줄 수 있다.
 
Size & Configuration
  • 시스템의 크기가 장비 구입 결정에 중요한 요소가 될 수 있다. 사용자의 시스템을 여러 장소에 옮겨야 하거나 종종 배로 운송해야 한다면, 시스템의 크기, 무게, 내구성에 대해 심사숙고할 필요가 있다.
  • 당사의 소형 HS 카메라, 전력공급장치, 렌즈, 케이블, 작고 높은 광도의 램프, 제어에 쓰이는 휴대용 컴퓨터 모두 가벼운 알루미늄 박스에 포장할 수 있다.
  • 카메라가 시험을 하는 동안에 제어장치를 연결하지 않고 분리된 장소에 치워놔도 되는지 체크하라. 카메라가 기록된 이미지를 자동으로 저장하고 그 다음 이어지는 촬영을 위해 스스로 재설정되는지 확인해 보라. 이 기능은 기계의 고장을 검사하거나 예상치 않은 진행사건을 지켜 볼 때에도 아주 값진 특징이다.
  • 시스템을 야외에서 사용할 거라면, 내구력, 충격과 습기와 먼지 같은 자연 요건들에 대한 저항력을 알아보라. 카메라가 태양열을 직접 받거나, 좁은 공간에 설치되었을 경우 열 운영시스템으로 작동되어 온도가 급격히 떨어지거나 기계 오작동이 발생할 수 있다. 내부 비휘발성 이미지 저장장치 혹은 메모리 전력 백업이 되어 주요 전력공급에 이상이 있을 경우 데이터 손실을 막을 수 있는 설비를 갖췄는지 확인한다.
 
Other Important Features
  • Timming - "time stamp" 기능이 내장되어 있어서 이미지와 동시에 시간이 기록된 다음, 이미지 파일의 한 구성요소로써 저장되는 IRIG 시간 데이터가 가장 간편하고, 안전하며, 이 형식으로 작업하는 것이 정확한 방법이다.
  • File Formet Options - High Speed Camera System을 구입하기 전에, 단일 이미지와 연속되는 여러 이미지를 다양한 형식으로 보관하는 기능이 있는지 확인한다. 특히 카메라 소프트웨어 응용을 진행하는 동안에 스스로 파일변환이 이뤄진다면 더욱 좋다. 단일 이미지 혹은 연속 이미지를 TIFF, BMP, JPEGs 등으로 보관하는 기능, 아니면 연속 모션으로서 AVI로 재생할 파일로 변환하는 기능은 사용자의 작업을 나눠주고 최종 작업 사용에 중요한 기능이 될 수 있다.
  • Remote Control & Connectivity - HS 카메라를 접근하기 힘든 지역이나 닫힌 방, 위험한 지역등에 설치해야 하는 응용이라면, 원격제어와 원격 파일전송이 가능한지 점검한다. 카메라가 원격 연산을 한다면, 사용될 링크 속도를 확인한다. 빠를수록 더 좋다. 만약 여러 카메라를 설치할 필요가 있다면 하나의 시스템 제어기로 링크된 모든 카메라들의 기능을 제어할 수 있는지 확인한다.
  • Price - 높은 가격 ? 가격이 문제다... 사용자가 장기적 문제인 생산재료 비용을 절약하고, 생산 중단시간을 줄이고, 연구 목표에 가속을 다할 거라면 HS시스템으로 그 모든 것을 이행 할 수 있으므로, 오히려 값비싼 가격표는 바겐세일처럼 보이기 시작할 것이다.