TDI(Time Delay Integration) Sensor Camera

TDI는 Time Delay Integration의 약자로 시간차 적분을 의미하며, 다른 표현으로는 시간을 지연 시키면서 광량을 적산 시키는 센서를 말합니다.

통상적으로 Line sensor 카메라에서는 Area sensor와 Line sensor의 비교에서 소개 한 것과 같이 센서의 노광시간이 줄어들게 되어 영상이 어두워 지기 쉬운 문제가 있습니다.

이 때문에 고휘도의 조명이 필요하게 되는 등의 결점이 발생하며, 이러한 결점을 해소하기 위해 만든 센서가 TDI센서 입니다.

보기에는 Line sensor의 세로 방향으로 픽셀수가 (64픽셀 또는 96픽셀 등) 많음으로, 길쭉한 모양의 Area sensor와 같은 형상을 하고 있습니다.

Line Sensor Line Sensor
Line sensor TDI Sensor

TDI sensor는 피사체를 조금씩 이동시키면서, 피사체의 이동에 맞추어 휘도값을 적산(합계)하게 됨으로 광량을 많이 많이 확보할 수 있을 뿐 아니라 적산을 하는 것으로 평활화 효과도 있음으로 노이즈 개선 효과도 있습니다.

Line sensor(좌측)과 TDI센서(우측)의 동작방식은 아래와 같은 느낌↓

tdi-sensor2

카메라의 횡 방향에서 보면 아래 그림과 같이 됨으로 피사체의 이동에 맞추어 센서의 적산 타이밍도 동기 시키면서 촬영 됩니다.

tdi-sensor1

TDI Sensor 카메라의 촬영 시스템


TDI Sensor는 피사체의 이동에 맞추어 동기 시키면서 촬영을 할 필요가 있음으로 일반적으로 엔코더 신호를 이용하여 동기하면서 촬영을 하게 됩니다.

스테이지에 부착된 엔코더 신호를 영상입력 보드로 받고, 영상입력 보드는 엔코더 신호에 맞추어 카메라에 동기 신호를 발생 합니다.

카메라는 이러한 동기 신호에 맞추어 촬영을 하고 영상 입력 보드로 촬영한 데이터를 전송 합니다.

촬영 시스템의 개요에 대해서는 아래 그림을 참조 바랍니다.

tdi

카메라, 영상입력 보드에 대해서는 광학부품 및 카메라 업체 가이드를 참조 해 주세요.

주의점


TDI Sensor는 Line sensor과 비교하여 사용 방법이 많이 어렵고 가격도 비싸다는 점을 고려한다면, 우선 Line sensor로 Test 를 하여 충분한 밝기를 얻을 수 없을 경우에만 검토 하는 것을 추천 합니다.

TDI Sensor는 촬영하는 위치를 조금씩 옮겨가면서 적산을 하게 됨으로 피사체의 이동속도에 완전히 동기되지 않으면 세로 방향으로 희미해지는 영상이 되게 됩니다.

또한 적산 방향( 카메라의 위에서 아래 또는 아래에서 윗 방향)의 설정(카메라의 설정) 에도 주의 할 필요가 있습니다.

이 방향이 맞지 않으면 렌즈의 초점을 아무리 잘 맞추더라도 세로 방향으로 찌그러진 느낌이 영상이 되어 버립니다.

이러한 필수 요소를 고려하여 정확한 초점을 맞추기 위해서는 우선 세로 방향으로 엣지가 표현되는 피사체를 촬영하여 영상의 촬영한 다음 영상의 횡 방향의 초점을 맞추는 방식으로 조정을 하는 것이 좋습니다.

그 다음에 Scan rate (촬영을 미루는 타이밍)을 설정하게 됩니다만, 이는 영상의 횡 방향 시야폭과 엔코더의 이동방향 분해능을 가지고 엔코더의 몇 펄스폭마다 촬영을 해야 하는지를 대략적로 계산을 한 다음 이 펄스 수를 조정하는 것으로 세로 방향의 초점을 맞출 수 있습니다. ( “초점을 맞추다”라는 표현은 조금 의미가 다릅니다만, 다른 표현이 없어서… )

또한 TDI Sensor는 휘도값을 적산함에 따라 처음에 촬영한 영상에서 몇 라인정도( TDI의 세로방향의 화소수)는 휘도값이 불안정해 지는 경우가 있어 그 만큼의 데이터를 빼고 사용 하는 경우가 많습니다.

이 영상 데이터를 삭제하는 기능은 영상입력 보드에서 제공하고 있는 기능으로 보드측에서 설정 하면 됩니다.

기타


최근에는 TDI  Sensor는 비싸다는 이유로 세로 방향으로 2픽셀 또는 4픽셀이 있는 Dual, Quad Line sensor도 나와 있으나, 기본적으로는 TDI Sensor와 동일함으로 취급시에 주의 바랍니다.

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