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고속카메라 선택 가이드3.0
고속카메라 선택 가이드3.0
| 고속카메라 선택 가이드3.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 고속촬영의 시작
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| 영국의 사진작가 Eadweard Muybridge는 고속촬영의 새 역사를 열었다. 그는 1873년에 달리는 말의 움직임을 스틸카메라로 연속 촬영을 했다. Muybridge의 고속촬영 기술에 의해 말이 달리는 동안 말의 네 발이 동시에 땅에서 떨어진다는 것을 확인하게 된 계기가 되었다. 이것이 눈으로 볼 수 없는 빠른 현상을 고속 촬영한 첫 사진이다. 1960년대 초까지 빠른 현상을 관찰하고 기록할 수 있는 저장 매체는 필름이었다. 1960년대말에 새로운 비디오 기술 개발에 따라 연구 개발자들에게 모션분석의 툴이 제공되었고, 즉석에서 촬영한 영상을 바로 볼 수 있게 되었고, 1970년대 들어서면서 Electronic을 이용한 모션 분석 장치가 상업적으로 이용할 수 있게 되었다. 하지만 중요한 촬영 대상에 따라 필름 고속카메라도 계속 이용되고 있었다. 1990년대 CCD 촬상 소자를 이용한 고속촬영 장치가 상용화된 이래 16mm 필름고속카메라의 성능(속도 및 영상화질)을 능가하는 CMOS 센서인 1600 x1200 화소에 초당 1,000장, 640x480화소에 10,000장을 촬영하는 디지털 고속카메라가 나오게 되었고, 2005년부터 상용화 되어 이용되기 시작했다. Vision Research, Inc.가 개발한 이 고속카메라가 CMOS 센서 저전력 소모의 특징을 이용한 최초의 성과물이라 하겠다. 계속적인 발전이 이어지다가 2017년에 드디어 4K(4096 x2160) 해상도에서 초당 1,000장 촬영하는 Phantom Flex4k 고속카메라 출시되었으며, 뒤이어 4메가픽셀 화소에서 초당 6,500장 촬영 고속카메라 PhantomV2640이 나왔고, 2021년에는 고속카메라 업계에 최초로 최첨단 기술 BSI (Back side illumination) 센서를 탑재한 Phantom TMX7510 초고속카메라가 업계 최초로 출시되어 상용화 되고 있다. 2023년 현재 4메가픽셀 해상도에 초당 9,000장까지 고속 촬영하는 고속카메라 Phantom T4040이 시중에 유통되고 있다. 지금 고속카메라 업계의 도전 과제는 BSI 센서를 이용한 새로운 고속카메라 모델의 지속적인 출시일 것이다. Phantom 고속카메라는 2023년에도 누리호 발사 현장에서 충실히 자기의 역할인 고속촬영 임무를 잘 수행하고 있다. |
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| 고속촬영을 하는 이유
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| 디지털고속카메라에 의한 고속촬영은 사람의 눈으로 볼 수 없는 물체의 빠른 움직임 현상들을 촬영하여, 고속의 현상을 천천히 재생하여 눈으로 확인할 수 없었던 새로운 현상을 볼 수 있게 하고, 진단, 분석하여, 재설계, 재 시험하게 하는 것이 고속촬영의 이유라 하겠다. 일반카메라 촬영과 비교하여 많은 조명이 필요하며, 고속의 촬영속도, 메모리 크기, 큰 단위 픽셀크기, 매우 높은 감도를 가지며 산업체, 국방, 연구소, 방송, 다큐멘터리, 스포츠 등 연구 및 산업 전반에 걸쳐 사용될 수 있고 일반 카메라와는 차별화된 특징을 가지고 공장 생산라인의 문제해결, 기기 고장 진단, 파괴실험, 자동화 부품, 제품포장, 종이생산, 충격, 낙하실험, 연소, 탄도, 미사일, 공기역학, 유동가시화, 사람 동작, 스포츠, 생체 물리학, 예술사진 등 많은 분야에 사용되고 있고 앞으로 더 많이 사용될 것이다. 또한, 여러 대의 카메라 동기화가 가능하고, 다른 각도에서 동시에 촬영하여 3차원 동작 분석도 가능하다. 기술의 발달로 인하여 초당10,000 ~ 100,000장의 고화질, 사용의 편리성 등과 더불어 새로운 고객의 수요 또한 증가할 것으로 본다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 고속촬영 카메라 선택 전 검토 사항
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| 고속촬영에 있어 고려할 몇 가지 항목은 촬영면적, 촬영대상체 크기 및 이동속도, 이벤트가 일어나는 시간인데, 중요한 고속카메라의 검토 항목은 촬영속도, 카메라해상도, 감도, 노출시간, 촬영 기록시간, 트리거 방법 및 동기화, 확보될 조명의 수량 등 이러한 것들은 촬영결과에 바로 영향을 미치는 것들이다. 가장 중요한 것은 내가 촬영하려는 것이 어떤 것이며, 무엇을 어떤 결과로 얻으려 하는 것인지 이해하는 것이다. 디지털 고속촬영의 큰 장점은 빠른 시간 안에 일어난 촬영 영상 결과물을 바로 다시 천천히 보기 기능으로 디테일 한 영상을 볼 수 있다는 것이다. 예비테스트 촬영 결과 촬영속도가 느리다면 간단히 증가시켜 재 촬영을 하고, 좋은 영상을 얻기 위해 광량이 더 필요하다면 추가의 조명을 준비하거나 또는 조리개를 열어 실험에서 보고자 하는 최적의 조건을 찾아 촬영하면 된다. 고속카메라는 상당히 고가이므로 고속카메라 구입 전 선택함에 있어 아래의 내용을 이해하고 숙지하여 고속카메라의 주요 항목을 검토하고 용도에 맞는 적절한 고속카메라를 선택하는 데 있어 도움이 될 것으로 본다.
- 촬영속도(FPS, PPS): 초당 촬영 이미지 수를 말한다. - 해상도(Resolution), pixels x pixels, number of pixel : 이미지 만드는 가로x세로의 픽셀의 수. 해상도 = 촬영대상체 크기 mm / 화소수pixels e.g) mm / pixel - 감도(light sensitivity-ISO): 물체가 빛에 최소한으로 노출(Exposure time)되어 좋은 이미지를 얻는 것. 하지만 단순히 밝은 이미지를 감도가 좋다고 말하지 않는다. e.g) Dynamic range, Gray scale, SNR and Full well capacity 항목 검토 필요함. - 노출시간(Exposure time): 영상을 얻기 위하여 전자 셔터가 열렸다 닫히는 시간 - 심도(Depth of field/focus): 초점이 맞는 물체 거리 범위이다. - 메모리(Memory), 기록시간(Recording time): 촬영하고자 하는 이벤트(촬영)을 기록 가능한 저장용량. e.g) 대개의 경우 고속촬영은 1초내외 저장 필요함. - 조명(Illumination): 필요한 광량은 카메라 감도, 초당 촬영속도, 노출속도, 대상체 크기 (Illumination area), 카메라심도, 조명 크기 및 무게 등 고려해야 할 요소들이 많다. - 예산 (가용할 수 있는 예산 범위): 공급 업체에 견적 받기. |
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 촬영속도 (Temporal Resolution-FPS)
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| 촬영속도는 고속카메라에서 가장 중요한 검토 항목으로, 어떤 해상도(Full Resolution)을 가지고 초당 몇 장의 영상을 촬영하는 가이고, FPS(Frame Per Second)로 표시한다. 프레임속도(Frame Rate), 샘플속도(Sample Rate), 촬영속도(Capture Speed) 카메라속도(Camera Speed), 처리속도(Throughput, Gpx/sec)는 모두 같은 개념이다. 최대 촬영 장수(Maximum sample rate)와는 혼동해서는 안 된다. 보통 카메라는 해상도를 줄여 (Decreased resolution) 초당 최대 촬영 장 수를 최대 크게 할 수 있다, 예를 들어 PhantomTMX7510 카메라로 초당 1,750,000장을 촬영한다고 할 경우에 센서가 사용하는 축소된 해상도는 1280 x 32pixels or 640x64pixels로, 전체 센서 1280 x 800pixels 중 일부분의 센서 화소수만 사용하게 되어 해상도는 많이 작게 된다. 기존의 CMOS Type인 FSI (Front side illumination)는 해상도가 축소되면 고속의 처리 속도가 현저히 줄어들지만 새로이 출시된 BSI(Back side illumination)센서 Type의 고속카메라들은 고속의 처리 속도가 ROI(Region of interest)와 관계없이 일정하게 유지된다. 촬영하고자 하는 영역(FOV), 이벤트 기간 내에서 분석하기 위해 얻으려는 영상 수(images)와 대상 체의 움직이는 속도(Motion Velocity)를 고려하여 사용자(User)들은 필요한 고속카메라의 촬영 속도(Frame rate)를 예측할 수 있다. 예를 들어, 초당 1,000장 촬영한다는 것은 매1ms(1/1,000초)마다 1장의 영상을 촬영하는 것이다. 이 경우100ms (100 /1,000초) 동안 일어나는 현상을 촬영한다면, 100장의 영상을 얻게 되는 것이다. e.g) 1sec = 1000ms. 일반적인 경우에 이벤트 한 주기에 20-100장 정도의 영상을 얻는다면 모션을 이해하고 분석하는데 있어 별 문제는 없을 것이다. 따라서 낮은 촬영속도로 설정하여 촬영한다면, 움직이는 동안 일어난 현상을 분석하는데 있어 충분한 영상 수(images)를 얻지 못하여 제대로 된 현상파악 및 분석하지 못하게 되고, 반대로 필요했던 촬영 속도보다 많이 높게 촬영한다면, 제한된 메모리 용량으로 인하여 필요한 영상을 전부 메모리에 저장하지 못하게 될 수도 있다. 메모리 확장, 촬영속도 축소 또는 해상도를 줄여 촬영 저장 가능 시간을 늘린다. 현재의 고속카메라 Phantom T4040는 최대 4백만화소 해상도로 초당 9,350장을 촬영할 수 있고, 해상도를 줄여 1024x768pixels로 하여 최대 초당 40,200장 촬영 가능하며, Phantom T3610 고속카메라는 1280 x 800 pixels 해상도에서 초당38,040장을 촬영이 가능하며, 또한 해상도를 줄여 초당 456,000(1280 x 64 pixels)장도 촬영 가능하다. 보통 저가형 Phantom C211고속카메라는 1.2M (1280 x 1024pixels) 해상도에서 초당 1,800장(60X 배속) 촬영하며 고가 제품 Phantom TMX 7510 경우는 1M해상도를 가지고 초당 76,000장 (77Gpx/sec, 일반 카메라 촬영 속도 초당30 FPS의 2,533X배속)으로 믿을 수 없는 초고속의 촬영 속도이다. 현재 2023년에 출시된 고속카메라 Phantom T4040은 4M 해상도에 초당 9,350장(40Gpx/sec), Phantom TMX 7510은 1Mpx 해상도로 77Gpx/sec의 촬영 처리 속도를 제공한다. 고속카메라에 있어 촬영스피드가 제일 중요한 항목이긴 하지만 아래에서 언급될 항목들을 무시할 부분은 없다. 예를 들어 고속카메라는 촬영 속도는 충분한데, 분해능이 낮아 대상물체가 잘 구별 안 되고, 낮은 감도로 인하여 대상물체 인식이 어렵고, 조명이 어두워 영상 인식이 안되고, 다이나믹레인 지가 낮아 너무 밝거나 너무 어두운 부분의 영상이 안보이고, 심도가 너무 낮아 아웃 포커스 되어 영상 흐리게 되고, 너무 크고 무거워 설치 하기 곤란하고, 저장속도가 너무 오래 걸려서 다음 촬영에 지장을 초래하고, 저장 할 수 있는 메모리 공간이 적어 일부분만 저장하게 되고, 노출 속도가 너무 길어 모션블러(영상 끌림 현상)가 발생하고, 렌즈가 확대/축소가 안되는 등의 여러 중요한 문제가 발생하면 고속촬영 하려는 목적이 희석되는 경우가 있으므로 촬영속도 외에도 많은 것을 잘 고려해 보아야 할 것이다. |
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| 해상도(분해능)-화소수(Pixel x Pixel, Spatial Resolution)
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| 해상도는 센서의 픽셀 개수(Number of pixel)를 의미하며, 분해능은 촬영면적 대 픽셀 수 (가로 x 세로)의 비율에 의해 결정된다. 가로x세로(1280x800pixels)의 픽셀 수가 1백만 화소 보다는 9백만 화소(4096x2160pixels)일 때 디테일 한 영상을 얻을 수 있다. 이런 고해상도의 센서를 만드는 기술이 어려운 것이 아니고, “고속의 고해상도 센서”을 만들기가 어렵다. 촬영하려는 영역이 300 x 200M이고, 촬영 영역에서 촬영 대상물체가 직경이 0.3M인 것을 촬영 분해하려면 해상도가 최대한 좋은 것이 유리하다. 가로x세로(300M x 200M)의 촬영 영역을 가로x세로(4096 x 2160pixels)의 픽셀 수로 나누면 분해능(0.07 x 0.09M)이고 적용 분야에 적당한지 판단할 수 있다. 이 경우 해상도는 3.3pixels을 차지하게 되어 그다지 해상력이 좋지는 않지만 최소한 물체의 움직임은 확인할 수 있을 것이다. 분해능의 간단한 다른 예로는 아날로그(NTSC) TV에서는 여배우 얼굴의 주근깨. 잡티는 화면에서 보기 힘들었지만 현재의 고화질(HD)TV에서 쉽게 너무나 잘 보이는 것은 해상도의 디테일이 10배는 현저히 좋아졌기 때문이다. 고속촬영은 일반적으로 시간의 디테일을 중요 하게 요구하는데 반하여 해상도는 넓은 면적을 촬영하거나 작은 크기의 물체에서 높은 공간 해상력을 요구하는 고속촬영에 있어 요구되는 항목이다. 고속움직임을 모션 분석하는데 최소한 2pixels 분해능은 필요하다. 일반적으로는 20 pixels이면 더 좋겠다. 일반적으로, 위에서 언급된 바와 같이 카메라 해상도 가로x세로 화소 수를 줄이면 촬영 속도는 반 비례하여 증가된다. 현재 출시되는 카메라 고급 기종 들 중에는 Phantom T4040 모델은 2560x1664pixel의 4M해상도에 초당 9,000장 촬영 가능하며, 2M 해상도에서는 초당 15,000장 촬영이 가능하다. PIV, DIC, 대면적과 국소 면적 촬영에 있어 공간 정확도가 높이 요구되는 촬영 분석 분야에서 고해상도의 카메라가 필히 요구된다. ※ 분해능(Resolution) = 촬영 영역 /FOV(mm X mm) ÷ 화소 수/ (pixel X pixel) |
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| 감도(Sensitivity- ISO Rate, SNR, DR, FWC & Dark Noise)
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| 감도가 좋은 카메라는 적은 광량으로도 좋은 영상을 얻을 수 있어 좋은 카메라이며 고속카메라 성능에서 아주 중요한 요소 중 하나이다. 일반 Video camera는 저속(30pps)의 촬영속도로 촬영하기 때문에 적은 광량에서 좋은 영상을 보여준다. 대부분의 현재 고속카메라 센서는 400/640/1250/4000/6400 /12500 ISO 칼라 감도와 2500/3200/6400/32,000/40,000 ISO흑백의 감도를 갖고 있다. 고속촬영을 할 때는 광량을 많이 필요로 하게 되는데, 물리적인 제약으로 인하여 대상물체에 조명을 조사하기 힘들게 될 경우, 카메라가 갖고 있는 좋은 감도요소가 밝고 깨끗한 영상의 화질을 얻기 위한 매우 중요한 항목이 된다. 만약 영상이 저 노출 상태라면 조리개를 열어 밝은 영상을 얻도록 한다. 조리개를 최대한 개방 상태라면 감도가 좋은 카메라야 한다. 그렇지 않으면 이미지가 어둡고, Gain/gamma을 올리면 영상이 칙칙하게 흐려져 뿌옇게 보여 진다. 조리개를 열면 초점을 벗어나 초점 심도를 낮게 만들어 영상 흐림 현상(blur)이 나타나게 된다. 일반적으로 고해상도의 저속의 고속카메라(10Mpx)는 센서 픽셀 크기가 상대적으로 작아 감도가 일반적으로 낮고 저화소의 고속카메라(1Mpx)센서의 감도는 일반적으로 좋다. 현재 출시되는 카메라 모델들은 Micro lens 기술과 Binning 기술을 이용하여 카메라 감도를 높여 주는 기술을 채용하기도 한다. 그리고 최근에 새로운 BSI (Back side illumination) 센서가 출시되어 사용 중이다. 단순히 Gain / gamma를 높여 ISO를 높이 설정하면 노이즈가 많이 생성 될 수 있으니, 자세히 스펙을 검토해 보아야 한다. 신호대 노이즈(SNR) 및 DR (Dynamic Range), 최대 담을 수 있는 전자 수(FWC)의 사양을 면밀히 검토해 보아야 하며, 단순히 gain을 높여 밝게만 하면 노이즈도 함께 많이 보이게 되며, 또한 콘트라스트가 낮으며, 밝고-어두운 영역에 있는 데이터는 손실되게 된다. SNR(bit), DR(dB) & FWC(총전하용량)값은 높은 수치의 값이 좋은 것이다. 즉 단순히 ISO 값이 높다고 하여 좋은 영상을 만드는 것은 아니다. 구체적 사양을 언급하지 않고 더 좋은 고속카메라는 더 밝은 이미지를 제공한다고 반드시 말할 수는 없다. 이러한 밝은 영상을 가정해보자. 장면의 밝은 영역에서 포화된 영상을 보여주고 동시에 어두운 부분에서의 영상은 노이즈가 너무 많아 영상 인식이 힘든 경우가 있다. 반면 어두운 영상인데 밝은 부분과 어두운 부분 영상을 인식할 수 있어 데이터화 할 수 있다면 이러한 상황은 어떻게 발생하는지 구체적인 사양을 검토 이해하는 것이 필요 하겠다. 만약에 특정 파장대 영역에서 감도(Sensitivity)을 검토할 필요가 있을 경우에는 파장 범위에 대한 응답성(Responsibility)커브 곡선을 살펴볼 필요도 있다. |
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| 노출시간(Exposure time) |
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| 노출시간, 셔터시간, 셔터각 등은 같은 개념이다. 전자 셔터는 센서가 빛에 노출되는 시간을 제어한다. 만약 빠른 대상물체를 촬영하려면 노출 값을 줄여 영상 흐림 현상 없이 촬영해야 깨끗한 화질이 되는데, 이때 노출이 작아 영상이 어둡게 되는 경우도 많다. 이미지 품질에 영향을 주는 것은 렌즈의 F-Number, 촬영속도, 노출 속도, 빛의 세기, 측정 대상체의 반사 정도, 센서의 감도 및 센서의 SNR(신호대잡음비, Signal-to-Noise Ratio), DR(dB), FWC( Pixel 총전하용량) 등이다. 고속카메라의 모든 조건이 똑같이 주어진다면 카메라 센서의 감도능력(Sensitivity)이 바로 영상의 화질(Pretty pictures)에 영향을 미친다. 그래서 좋은 렌즈, 밝은 조명이 좋은 영상(Pretty pictures)을 얻는데 매우 중요하다. 충분하지 않은 광량을 가진 영상은 어두운 부분이 보이지 않게 되지만 적절하지 않은 색 온도 또한 좋지 않은 칼라 영상을 만들고 심도의 부족으로 영상 흐림 현상(blur)이 나타난다. 여러 중요한 개념들 중 그냥 지나치기 쉬운 것 중의 하나가 노출시간(exposure time)이다. 노출시간은 고속 촬영 대상물체의 속도와 방향, 실제 촬영 대상물체 크기와 센서의 확대비, 촬영속도과 관련하여 얼마나 선명하고 밝게(sharp or not blur) 촬영할 것인가에 의해 결정하게 된다. 영상의 끌림 현상 없이 깨끗한 샤프한 모션블러 없는 영상을 촬영하는데 필요한 사양(factor)인데 대상물체가 넓은 영역에서 움직이는데 극히 빠르거나 적은 촬영 영역에서 움직임이라면 검토해야 하는 것이 노출 속도 값이다. 예를 들어 인젝션에 있어 속도가 10m/s 이고, 물방울 크기가 50um 일 때 촬영하려면 Micro 렌즈와 밝은 조명과 고속의 고속카메라에 노출 속도가 짧은 셔터 스피드를 갖고 촬영할 때 깨끗한 영상을 얻을 수 있다. 만약에 1us(백만분의 1)의 노출로 촬영한다 해도 10um의 모션블러가 있으므로 깨끗한 영상을 얻지 못한다. 극히 짧은 노출이 필요하다. 아니면 짧은 노출을 가진 Cavitar Pulse(10ns) 레이저, 또는 짧은 펄스 폭을 갖는 스트로브(100ns or 50ns pulse width)의 조명이 추가 보조 장비로 필요 하게 된다. 예를 들어, 날개 안전 분리 철갑탄을 Phantom TMX 7510의 고속카메라로 촬영하려 할 때 적절한 노출 값은 물체 속도 1700m/s, 1.7mm/1us이고, 촬영하려는 면적은 2000mm라 하고, 센서의 크기 1280 x 800 pixels로 23.68mm이고, 필요한 최소 노출은 카메라의 분해할 수 있는 능력이 3.1mm 이므로 필요한 모션블러 없는 적절한 노출설정 값은 1.8us이다. 이러한 이벤트 촬영의 경우에는 좋은 날씨, 좋은 렌즈, 좋은 카메라 (높은 SNR& 큰 Dynamic range, 많은 FWC, 높은 양자효율, 높은 해상도)와 빠른 저장을 위한 성능이 우수한 컴퓨터 사양 등이 요구된다. |
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| 센서의 크기 (Pixel size) |
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| 카메라의 영상센서의 실제 크기를 아는 것은 매우 중요하다. 일반적인 센서의 크기는 1/2"(6.4 x 4.8mm), 2/3" (8.8x6.6mm) 그리고 1"의 크기 (12.8 x 9.6mm)이다. 어떤 렌즈는 작은 센서에서 큰 센서에 이르기까지 잘 적용되며, 가장자리 영역에서 왜곡(저가의 렌즈 사용시)- 베네팅을 일으키고, 주어진 조리개에 의해 심도를 계산할 수 있게 하고, 적당한 노출 값을 산출하여 영상의 흐림 현상을 최소화할 수 있게 해준다. 센서의 크기(mm): 촬영영역 면적(FOV mm) = 렌즈의 초점거리(FL mm): 대상물체까지 거리(WD mm) |
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| 심도(Depth of Field) |
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| 심도는 측정 대상물체가 초점이 맞는 거리범위를 의미한다. 렌즈가 무한대 초점에 위치해 있을 때에 최대 심도가 된다. 낮은 F-Stop은 작은 초점 심도 거리를 갖는다. 만약 대상물체가 렌즈 가까이 있을수록 (확대할수록) 초점 심도는 낮아진다. 다른 초점거리를 갖는 렌즈는 주어진 같은 F-Stop이라도 다른 초점 심도를 갖는다. 초점 심도를 깊게 하기 위해서는 감도가 좋은 카메라와 밝은 렌즈를 구매하는 것이 필요하다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 메모리(Memory) |
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| 고속카메라의 메모리는 저장시간을 결정하며 촬영속도와 해상도에 의해서 결정된다. 대개의 경우 대상체는 0.5 ~ 1.0초 안에 촬영하려는 움직임이 이루어진다. phantom VEO710 고속카메라로 최대 해상도(1280x800pixels), 72GB 메모리, 초당 7,500장을 촬영하는 경우에, 6.5초를 촬영하여 저장할 수 있으며, 필요한 촬영 시간에 따라18G, 36G, 72G의 메모리 옵션을 이용할 수 있다. Phantom TMX7510 고속카메라로 최대 해상도(280x800pixels), 256GB 메모리, 초당76,000장을 촬영할 경우, 2.2초를 촬영하여 저장할 수 있고, 128G, 256G & 512GB의 메모리 용량에 따라 기록속도는 달라진다. e.g) 기록시간 = 메모리(72,000Mb) ÷ 해상도(1280x800pixels x 12bit) x 초당 촬영속도(7,500pps) = 6.5sec 현재 고속카메라 촬영으로 데이터 용량이 점점 더 많아 짐에 따라 촬영한 영상을 빨리 저장하고 다음 촬영을 진행하기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있는데, 하나는 10G Ethernet interface를 이용하거나 외부 비휘발성 Flash 메모리 & CFast Card 저장장치 등을 이용하는 방법이 있다. ⦁ CineMag V (2TB / 8TB) : Down load speed 900Mpx/sec & 1.4Gpx/sec ⦁ Max.frame rate Run/Stop-FPS (Record time - minutes), 8TB/2TB : e.g) TMX 1280 x 800 (1,350FPS (8TB) - 72 Min.), (880FPS(2TB) - 36Min.) ⦁ CFast card (256GB / 512GB) : 80Mb/sec |
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| 칼라 및 흑백 고속카메라 (Color –Monochrome camera) |
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| 칼라와 흑백 카메라 중 어느 카메라를 선택할 것인가? 주저 없이 칼라를 선택하겠지만 몇 가지 기본적인 개념을 이해한다면 좀더 신중히 고려하여 선택할 것이다. 빛의 파장에 의해 색이 결정되는데, 파장이 길면 빨강, 짧으면 파랑 색으로 차갑게 느껴지게 된다. 뇌에 의한 생리현상으로 사람에겐 빨강색이 더 지각하기 쉽다. RGB는 빛의 삼원색인 빨간색(R), 초록색(G), 파랑색(B)을 의미하며, 가장 많이 쓰이는 색 공간은 RGB, YUV, HSV등이다. RGB 값을 회색조로 (Grayscale)로 변환하면 색상의 정보는 손실되지만 데이터 저장 용량이 감소하여 처리속도는 향상되어 영상처리 분야에서 많이 사용된다. HSV는 Hue(색상, 색의 종류), Saturation(채도, 색의 탁하고 선명한 정도), value(명도, 빛의 밝기)를 의미한다. 현재 칼라를 생산하는 방법은 칼라 필터 배열(CFA)에 의한 방법이다. 일반적으로 흑백이미지가 화질이 샤프(sharpness)하면서 감도가 더 좋다. 단지 흑백카메라의 단점은 칼라의 차별화가 없다는 것이다. 칼라 카메라와 흑백카메라 중 어느 카메라를 구매할 것인지는 사용자의 용도에 맞게 결정해야 할 일이다. 소프트웨어를 이용하여 PIV, DIC, 모션분석을 행하고자 할 때는 흑백카메라가 당연히 더 좋으며, 가시적인 칼라 차별성을 이용하려면 칼라 카메라를 선택해야 하는 것이 좋다. 일반적으로 산업체에서 영상 모션 추적 분석을 필요한 경우에는 감도 및 샤프니스 측면에서 흑백 카메라를 추천한다. 색상(R.G.B)의 차별화를 이용한 연구도 많이 진행되고 있다. |
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| 초고속카메라의 광원 및 조명 방법 (Light unit)
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| 조명은 고속촬영에서 또한 중요한 요소 중의 하나이다. 고속촬영에서 조명 방향은 Front, Side, Fill and Back-lighting 방법이 있다. 일반적인 방법은 렌즈의 뒤편 또는 옆에 위치하는 것이고, Front light에 의해 생긴 그림자를 제거하는 Fill, Side lighting이 필요하다. 난반사를 제거하기 위해서는 렌즈의 뒤편에서 조사하는 것이 좋다. Side조명은 낮은 콘트라스트 물체에서 details을 살리는데 좋다. Fill 조명은 렌즈 옆이나 위쪽에서 조사하는 것이 좋으며, 그림자나 어두운 곳을 밝게 하기 위해 사용한다. Back-lighting은 고속촬영에서는 많이 사용하지는 않지만 현미경, Web검사, 유동가시화에 적당하기 때문에 사용된다. 고속촬영을 위한 광원은 균일도, 강도, 색온도, 플리커의 양, 광원의 크기, 조사각의 변화 등을 고려하여 선택해야 한다. 광원의 종류는 현재는LED 조명이 주로 많이 사용되고 있다. 국소 면적을 위한 spot 용과 넓은 면적 조사를 위한 Panel Type의 조명이 있다. - LED light 120W(Cyclops I) 조명: 적은 국소 면적 조사 조사용 |
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| 초고속카메라의 렌즈, 삼각대(Tripod/head), 트리거 장치(Trigger)
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| - 105mm F2.8 micro lens - 50mm F1.4 lens - 85mm F1.4 lens - 24-70mm F2.8 Canon EOS lens - 70-200mm F2.8 Canon EOS lens - 100-400mm F4.5-5.6 Canon EOS lens - Manfrotto Tripod/Head (475B/410/405) - Sound, shock 또는 optical 트리거 장치 등을 여건에 맞게 사용 |
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| 초고속카메라의 설치 및 촬영준비 |
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| 고속카메라의 설치과정은 다음과 같다. 1) 컴퓨터 전원 ON 2) 삼각대에 카메라 장착 3) 카메라에 전원 On 4) 카메라와 컴퓨터 간의 network 확인 5) Phantom PCC S/W double click 실행 6) 적당한 렌즈 장착 7) 촬영속도, 노출 값, 조리개 설정, Post-trigger Number 설정 8) Capture button click 9) Waiting for trigger, OK (hardware or software triggering) 10) 촬영된 영상에서 원하는 부분 선택 저장 (Cine Raw, AVI, h264 and TIFF 등) |
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| 고속카메라 응용분야 |
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| 생산라인의 고장부분 촬영, 기계진단, 파괴실험, 자동화조립라인, 포장, 다양한 충격과 충돌 그리고 낙하실험, 벼락(낙뢰), 터빈엔진고장, 균열, 연소, 탄도, 공기역학, 유체흐름의 시각화, 3차원 연구, 인간행동연구 등의 모든 모션분석에 고속촬영 장치가 응용된다. 1) 국방 군사 분야
2) 생물역학
3) 의료
4) 제지 산업 - 제지 기기 : 300 – 2,000pps - 팩킹 5) 섬유 산업
6) 프린트 - 바코드 7) 패키징 - 볼트 - 크래커, 포테이토 칩 : 300pps - 라벨 8) 전기. 전자. 전력. 기계 산업
9) 스포츠 - 골프 공(impact and flight(club) : 1,000 - 10,000pps - 야구공 타격 10) 자동차 관련 고속카메라 응용분야 - 에어백 : 1,000 – 3,000pps, 70us ( 500us 노출 설정 시, 영상 흐림 현상 발생, 촬영시간 300ms) - 차량 충돌 실험 : 1,000 - 2,000pps, 100us - 트래드 실험 - 엔진 - 타이어 거동 11) 기타 - 동전 세는 기기 : 500pps, 100us - 복합재료 파괴 실험 : 1,000 - 50,000pps, 100us - 일반적인 연구 및 테스트 분석 - 눈으로 확인하기 어려운 빠른 현상 |
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코미 고속촬영영상
