[헬로티]

멀티 조명 플래시 기능이란? 

allPIXA 라인스캔 카메라는 센서의 라인별로 4개의 각각 다른 조명을 조명 컨트롤러(채널)와 동기화하여 사용할 수 있다. 다크 필드, 브라이트 필드, 백라이트, 동축 등 다른 종류의 조명이나 백색, 적색, 녹색, UV, IR 등 다른 색상의 조명을 조합하여 사용할 수도 있다. 멀티 조명(채널) 플래시 기술을 사용하면 한번의 스캔으로 여러 번 스캔한 효과를 얻을 수 있다.

그림1. 멀티 조명 플래시 기능을 적용한 시스템 구성도

위의 <그림1>과 같이 구성되는 비전 시스템을 이용하면 깨짐, 긁힘, 얼룩, 이물 등 여러가지 어려운 유형의 불량을 검사할 수 있다. 동시에 획득한 여러 조명 환경의 영상을 합성하면 특히 반짝이는 표면을 가진 대상물의 불량을 검출하는데 효과적이다. 이런 장점을 가진 멀티 플래시 기능은 웨이퍼 검사, AOI PCB 검사, LCD 패널 검사, 글라스 검사, 보안 라벨 검사, BGA검사, 반도체 검사 등 다양한 응용 분야에서 매우 효과적으로 사용될 수 있다. 

이 기술은 한번의 스캔으로 여러 조명을 사용한 이미지를 동시에 얻을 수 있기 때문에 시간과 비용이 절감된다. 크로마센스사의 allPIXA pro, allPIXA wave, allPIXA evo 시리즈 등 모든 allPIXA 카메라는 이 기능을 지원하며 카메라 셋업 소프트웨어로 손쉽게 설정할 수 있다.

그리고 allPIXA 카메라의 높은 컬러 품질(color fidelity)과 다이내믹 레인지(dynamic range) 또한 불량 검출에 있어 효과적인 결과를 만드는 중요한 요소다. 이미지의 컬러 품질이 우수하면 대상물 표면의 불량의 종류와 크기에 대한 좀더 명확한 정보를 파악할 수 있다. allPIXA 카메라의 이미지 센서는 full well capacity가 커서 다이내믹 레인지가 높고 블루밍 효과가 적다. 이 특성은 local reflection이 강한 브라이트 필드(bright field) 조명 사용 시 매우 효과적이다.      

적용 사례 

멀티 플래시 기능을 유용하게 사용하는 애플리케이션 중의 하나는 브라이트 필드 조명(bright field illumination, 긁힘 검사에 유리)과 다크 필드 조명(dark field illumination, 이물 검사에 유리)을 둘다 사용해야 할 경우다. 

아래 <그림2>는 금속 샘플의 표면으로 멀티 플래시 기능을 사용해 브라이트 필드와 다크 필드 2개의 조명을 적용한 것이다. 왼쪽의 원본 이미지는 스캔 방향으로 길이가 2배인데 이는 각 라인별로 두 개의 조명이 적용된 신호가 합쳐져 있기 때문이다. 오른쪽은 이 원본 이미지를 각 조명 별로 분리하고 컬러 보정을 한 것이다. 분리된 이미지에서 서로 다른 불량이 확인됨을 알 수 있다. 

                        원본 이미지                              다른 조명 별로 분리한 이미지(위: 브라이트필드, 아래: 다크필드)

그림2. 멀티 조명 플래시 기능을 사용해 촬상한 금속 표면 이미지

멀티 플래시 기능은 컬러 조명도 사용할 수 있는데 이 경우 특정 색상에 최대 휘도가 집중된 이미지들을 얻게 된다. RGB 카메라의 경우 분리된 각각의 이미지들은 그럼에도 불구하도 3가지 색상(color plane) 모두를 포함한다. 이때 최대 휘도가 집중된 색상을 분리하는 작업은 별도의 프로세싱이 필요하다.  

멀티 플래시 패턴 시퀀스 셋업 

카메라는 최대 4개의 조명 채널 중 하나 이상의 채널을 자유롭게 제어할 수 있다. 어느 채널을 얼마의 시간 동안 활성화할 것인지 정의한 것을 플래시 패턴이라고 하는데, 정의된 여러 개의 패턴은 일정한 시퀀스로 동작한다. 플레시 패턴과 동작 시퀀스는 크로마센스가 제공하는 카메라 셋업 툴에서 쉽게 설정할 수 있다. 

다중 노출 HDR(High Dynamic Range) 이미징 

allPIXA 카메라의 멀티 조명 플래시 기능을 사용하면서 동시에 다중 노출(multi-exposure)을 사용할 수 있다. 결과적으로 한번의 스캔으로 다른 노출 시간을 사용한 여러 장의 이미지를 얻을 수 있고, 이 이미지들을 합성하면 다이내믹 레인지가 높은 이미지를 만들 수 있다. HDR 이미징을 사용하는 목표는 밝기 편차가 심한 대상물의 디테일을 손실없이 한번에 촬상하는 것이다. 짧은 노출로는 어두운 영역의 촬상이 불가능하고 긴 노출로는 밝은 영역의 촬상이 불가능한데, 2개 이상의 짧은 노출과 긴 노출의 이미지가 있다면 HDR이미지를 생성할 수 있다. 

멀티 조명 플래시 기능으로 노출 시간이 다른 이미지들을 한번에 촬상할 수 있다. 즉, 센서의 각 라인을 동시에 여러 다른 조명으로 촬상할 수도 있지만 또한 각 라인의 노출 시간도 조절할 수 있다. 노출 시간은 각각의 조명 플래시 패턴을 구성할 때 그 동작 시간을 필요한 노출 시간에 맞추는 방식으로 설정하고 제어한다.  

아래 <그림3>은 BGA(Ball Grid Array) 샘플을 촬상한 예시인데, solder ball은 매우 반사가 심한 금속 재질인 반면, 바닥면은 상대적으로 어둡다. HDR 이미징으로 볼 영역이 포화되지 않으면서 바닥면의 긁힘 등의 불량을 검사할 수 있다.

                원본 이미지                    다른 노출 별로 분리한 이미지                   최종 합성된 HDR 이미지

그림3. BGA 샘플을 이용한 HDR 이미징 적용 예시

XLC4 조명 컨트롤러 

카메라의 출력 신호의 전기적, 타이밍 사양과 호환된다면 멀티 채널을 지원하는 조명 컨트롤러는 어떤 것이든 allPIXA 카메라와 사용이 가능하지만 완벽한 호환성을 위해서 크로마센스가 제공하는 XLC4 조명 컨트롤러의 사용을 권장한다.

멀티 카메라 동기화와 멀티 조명 플래시 기능 

allPIXA 카메라는 여러 대의 카메라를 master/slave 모드로 동기화하여 사용하는 멀티 카메라 기능을 지원한다. 이 기능을 사용하면 여러 대의 카메라가 완벽히 동일한 시간에 촬상을 진행하는데, 이때 master 카메라가 앤코더 신호를 받아 다른 카메라들을 제어한다. allPIXA 카메라는 멀티 카메라 동기화 기능을 사용하는 중에도 멀티 조명 플래시 기능을 완벽하게 지원한다.

자료: 이오비스