[첨단 헬로티]
열화상 카메라를 구매하려고 나섰다가 너무나도 다양한 사양과 옵션에 놀랐던 기억이 있는가? 사양서만 봐서는 자신에게 필요한 제품을 고르기가 매우 어렵기 때문에 다양한 요소를 복합적으로 고려하여 자신에게 맞는 성능의 카메라를 선택하는 것이 중요하다. 물론, 사양서에 유용한 정보가 담겨 있는 것은 사실이지만, 원하는 용도에 맞는 카메라를 구매하기 위해서는 다음과 같은 정보를 중점적으로 살펴보아야 한다.
측정 가능 범위
측정 가능 범위는 해당 열화상 카메라가 측정할 수 있는 온도의 범위를 나타낸다. 일부 카메라의 경우, 더욱 넓은 범위에 걸쳐 온도를 정확히 측정하기 위해 측정 가능 범위가 여러 개로 나뉘어져 있는 제품도 있다.
따라서 작업을 할 때 측정해야 할 목표물의 온도가 대략 몇 도인지는 반드시 알고 있어야 한다. 보일러나, 가마, 용광로 등 온도가 매우 높은 설비나 시설의 온도를 측정해야 하는 작업에는 측정 가능 온도 범위가 넓은 제품을 선택해야 안전하고 정확하게 온도를 측정할 수 있다.
그림 1. 가마(좌측) 등 측정 대상의 온도가 높을 것으로 예상되는 경우에는 높은 온도까지 측정이 가능한 카메라를 선택해야 합니다. 카메라가 측정 가능 범위를 벗어난 경우, 온도 값 옆에 별(*)표가 표시되는데, 이는 카메라가 실제로 측정한 값이 아닌 추정한 값이라는 것을 의미한다.
시야각
주어진 순간에 카메라가 볼 수 있는 화면의 범위를 나타내는 시야각(FOV)은 카메라의 렌즈에 따라 달라지게 된다. 매우 가까운 거리에서 작업을 수행해야 하는 경우, 광각의 FOV(45° 이상)를 가진 렌즈를 선택하는 것이 바람직하다.
반면, 멀리 떨어진 거리에서 작업을 수행해야 하는 경우에는 망원 렌즈(12° 또는 6°)를 활용하는 것이 좋다. 카메라 중에는 작업에 따라 각기 다른 렌즈를 사용할 수 있는 제품도 있다.
그림 2. FOV는 카메라가 특정한 거리에서 측정할 수 있는 이미지의 범위를 의미하는 개념입니다. 망원 렌즈는 원거리(죄측)에서 측정하기에 좋고 광각 렌즈는 근거리(우측)에서 활용하기가 좋다.
적외선 해상도
카메라의 해상도는 하나의 장면을 측정하는 픽셀의 수에 따라 달라지게 된다. 해상도가 높다는 것은 각 이미지에 더욱 많은 정보가 담겨 있다는 뜻으로, 픽셀이 많으면 더 다양한 디테일을 잡아내고 보다 정확한 측정값을 얻을 확률이 높아진다.
목표물에 가까이 접근할 수 있는 경우, 저렴하고 해상도가 떨어지는 카메라를 사용해도 원하는 작업을 성공적으로 마칠 수 있을 가능성이 있다. 하지만, 크기가 보다 작은 목표물을 원거리에서 측정해야 할 때에는 반드시 해상도가 우수한 제품을 사용해야 한다.
그림 3. 저해상도 카메라는 근거리에서 대상을 측정하는데 더 적합한 제품입니다(좌측). 먼 거리에서 목표 대상을 측정하려면 고해상도 카메라가 필요하다(우측).
열 민감도
열 민감도(NETD) 또는 잡음 등가 온도 차(NETD)란, 카메라를 통해 측정할 수 있는 온도 차의 최소 단위를 나타내는 개념이다. 이 때, NETD 값이 작을수록 적외선 시스템의 열화상 감도가 우수하다는 뜻이다. 단, 저가형 카메라는 업계 표준 30°C 대신 50°C의 NETD를 사용하기 때문에 열 민감도가 떨어질 수 있다.
측정하고자 하는 목표물의 온도 변화가 극심한 경우, NETD 값이 작은 카메라를 꼭 사용해야 할 필요는 없다. 다만, 보다 높은 감도가 요구되는 작업(습기 문제 식별 등)에는 감도가 높은 제품을 선택하는 것이 좋다.
그림 4. 벽체에 숨어 있는 스터드 등 미세한 온도 차이를 유발할 수 있는 요소까지 잡아내기 위해서는 높은 열화상 감도가 필요하다.
초점
카메라는 고정식 초점을 갖춘 제품과 수동식 초점을 갖춘 제품, 자동식 초점기능을 갖춘 제품이 있다. 고정식은 초점이 항상 맞추어져 있는 형식, 수동식은 사용자가 자유롭게 초점을 조정하는 형식, 자동식은 카메라가 특정 화면의 대조를 인식하여 초점을 자동으로 조정하는 형식을 의미한다.
일반적으로 엔트리급 카메라는 고정식 초점, 고성능 카메라는 수동식 또는 자동식 초점 기능을 갖추고 있는 경우가 많다. 수동식 초점과 자동식 초점은 각자 장단점이 있기 때문에 사용자의 특성에 맞게 선택해야 한다.
그림 5. 온도를 정확히 측정하기 위해서는 초점이 잘 맞춰진 이미지가 필요하다.
스펙트럼 범위
스펙트럼 범위란, 카메라에 내장되어 있는 센서가 감지해 낼 수 있는 파장의 범위를 마이크로미터(µm)로 나타낸 것이다. 대부분의 가스 감지 카메라(프로판, 메탄, 부탄 감지 카메라 등)는 스펙트럼 범위가 2~5µm에 달하는 중파장 카메라이다.
그림 6. 중파장 카메라는 프로판, 메탄 및 부탄과 같은 가스를 감지하는데 사용되며(좌측), 장파장 카메라는 다른 대부분의 응용 분야에 사용된다(우측).
이 외의 열화상 카메라는 대부분 스펙트럼 범위가 8~14µm인 장파장 카메라에 해당된다. 장파장 카메라는 상기 가스 감지용 이외에는 거의 모든 용도(전기 검사, 소방 활동 등)로 활용이 가능한 제품이다.
니즈에 맞는 열화상 카메라를 선택할 때에는 반드시 위의 사양을 유심히 살펴보고 고려해 보기 바란다. 예를 들어, 습기 등 까다로운 문제를 찾아내야 하는 경우, 아무리 카메라의 해상도가 높아도 열 감도가 높지 않으면 문제를 해결하는데 큰 도움이 되지 않기 때문이다. 따라서 하나의 사양 값만 보아서는 절대 해당 열화상 카메라의 기능이나 성능을 정확히 파악할 수 없다.
처음 열화상 카메라를 구매하는 경우, 다목적 휴대형 카메라인 FLIR Exx-시리즈가 좋은 선택이 될 수 있다. 원거리에서 전자설비나 전기설비를 검사하는 작업에는 FLIR T-시리즈가 좋고 근거리 작업을 위한 엔트리급 제품으로는 FLIR ONE Pro나 FLIR C3 같이 경제적인 가격대의 제품을 추천한다.
글 / 플리어시스템(FLIR Systems, Inc.)
