카메라의 미래

평면 패널 디스플레이, 인쇄 회로 기판(PCB), 반도체 검사는 물론 창고 물류, 지능형 운송 시스템, 작물 모니터링, 디지털 병리학 등 머신 비전 애플리케이션에 사용되는 산업용 카메라 기술과 이미지 센서의 발전— 카메라와 이미지 센서에 새로운 요구가 생겼습니다. 그 중 가장 중요한 것은 더 낮은 전력 소비 및 데이터 대역폭과 함께 더 높은 해상도와 속도를 위해 드라이브의 균형을 유지해야 한다는 것입니다. 그리고 어떤 경우에는 소형화를 추진하는 경우도 있습니다.

외부에는 장착 기능과 광학 장치가 포함된 카메라 하우징이 있습니다. 이는 사용자에게 중요하지만 내부에는 성능, 기능 및 전력 소비에 영향을 미치는 상당한 과제가 있습니다. 이미지 센서 및 프로세서와 같은 하드웨어는 물론 소프트웨어도 여기서 중요한 역할을 합니다.

우리가 알고 있는 바에 따르면 향후 10년 동안 카메라, 프로세서, 이미지 센서 및 처리 분야에서 어떤 변화가 나타날까요? 그리고 그것이 우리 삶의 질에 어떤 영향을 미칠까요?

새 차를 선택할 때 한 가지 크기가 모든 차량에 적합할 수는 없습니다. 이미지 센서도 마찬가지다.

더 크고 더 강력한 이미지 센서가 특정 클래스의 고성능 비전 애플리케이션에 매우 매력적인 것은 사실입니다. 이러한 경우 해당 애플리케이션에 사용되는 이미지 센서의 크기, 전력 소비 및 가격은 성능만큼 중요하지 않습니다. 평판 디스플레이 검사가 좋은 예입니다. 일부 평면 패널 제조업체는 이제 프리미엄 품질 디스플레이에서 미크론 미만의 결함을 찾고 있습니다. 이는 문자 그대로 디스플레이에서 박테리아를 감지할 수 있을 만큼 작습니다.

지상 및 우주 기반 천문학 애플리케이션은 훨씬 더 높은 성능을 요구합니다. 미국 에너지부 산하 SLAC 국립 가속기 연구소(SLAC National Accelerator Laboratory)의 연구원들은 여러 개의 소형 이미지 센서 배열을 사용하여 오늘날 수백 대의 카메라에 해당하는 3기가픽셀 이미징 솔루션을 시연했습니다. SLAC에 따르면 이미지의 "해상도가 너무 높아 약 15마일 떨어진 곳에서도 골프공을 볼 수 있다"고 합니다. 우리는 이 놀라운 성과를 통해 전 세계 연구소가 달성할 수 있는 미래가 거의 무한하다는 것을 추론할 수 있습니다.

대형 시옵틱 측량 망원경(Large Synoptic Survey Telescope) LSST 카메라 팀의 구성원은 320만 화소 이미지를 촬영할 수 있는 CCD 센서의 원형 배열인 카메라 초점면에 L3 렌즈를 설치할 준비를 하고 있습니다. 이미지 제공: Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory

그러나 해상도가 아무리 높아도 잘 확립된 2D 이미징의 기능이 부족해지기 시작한다는 것을 알 수 있습니다. 고급 광학 검사 시스템은 실제로 더 빠른 속도나 더 많은 데이터를 요구하지 않습니다. 그들은 더 많은 유용한 정보만을 요구합니다.

각 단일 픽셀에 필요한 정보의 양이 계속해서 증가하는 몇 가지 추세가 주목을 받고 있습니다.

3D 이미지 캡처는 더욱 세밀하고 세부적이며 감지 기능을 제공하는 추가 차원을 제공합니다. 배터리 검사 또는 TV/노트북/휴대폰 화면 제작과 같은 애플리케이션은 더 많은 정보를 수집하기 위해 광학 검사 센서를 구동합니다. 이 경우 서브미크론 해상도에서 2D 결함을 찾는 것조차 불충분해지기 때문에 이미지가 다른 미립자 물질 중에서 청소 가능한 먼지, 단단한 입자 또는 바늘에 의해 영향을 받는지 확인하기 위해 높이와 모양까지 파악해야 합니다.

응용 프로그램 개발자는 고객의 요구 사항을 충족하기 위해 색상, 각도 및 다양한 이미징 양식(3D 또는 빛의 또 다른 차원인 편광)을 부지런히 사용하고 있습니다. 이에 따라 카메라 제조업체는 업계에 필요한 도구를 제공하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.

초분광 이미징(Hyperspectral Imaging)은 급속도로 강화되는 또 다른 추세입니다. 대부분의 원격 탐사 기술과 마찬가지로 초분광 이미징은 전자 구조(가시 스펙트럼의 경우) 및 분자 구조(SWIR/MWIR 스펙트럼의 경우)로 인해 모든 물체가 파장을 기반으로 하는 고유한 스펙트럼 지문을 보유한다는 사실을 활용합니다. 가시광선과 비가시광선은 흡수하고 반사합니다. 이를 통해 일반 컬러 이미징 시스템(예: 사람 또는 카메라)에서는 볼 수 없는 다양한 세부 정보가 드러납니다. 재료의 화학을 "볼" 수 있는 능력은 광물, 가스 및 석유 탐사, 천문학, 범람원 및 습지 모니터링에 폭넓게 응용됩니다. 높은 스펙트럼 분해능, 분리 및 속도는 웨이퍼 검사, 계측 및 건강 과학에 유용합니다.