고속 탄도미사일까지 정밀 촬영하는 ‘Phantom TMX 7510’
코미
미국 비전리서치의 혁신적인 기술로 새롭게 설계된 ‘Phantom TMX 7510’ 고속카메라는 고속 탄도미사일 분야에서 촬영 속도, 해상도, 광감도의 우수성을 입증한 제품이다. 이 카메라는 과학영화 분야의 고속촬영 전문 제작업체인 ‘CineSpeed’ 회사에서 고속 촬영한 독특하고, 디테일하며 화려한 색상을 보여주는 폭발 순간의 영상을 제공함으로 유명해졌다.
CineSpeed 오너이며 Phantom 고속카메라 기술자인 Ryan Mclntyre(이하 맥클린타이어)는 “우리는 재료 테스트와 탄약 분석에 관련된 탄도학에 대대적 지원을 하고 있다. 예를 들어 최근에 방탄 펜스 제조업체를 위해 재료 테스트를 기록하고 있는데, 이 고속 기록을 함으로써 탄약 제조사들이 총알의 회전 속력(Speed) 혹은 속도(Velocity)를 확인할 수 있도록 한다. 우리는 구경의 크기와 총알이 얼마나 멀리 오래 날아가는지 알기 때문에 총알의 속력을 확인할 수 있다”고 설명하며 “빠르게 움직이는 총알의 속도를 늦추는 데 꼭 필요한 것은 강력한 BSI(Back Side Illumination) 센서기술을 활용한 초고속카메라 ‘Phantom TMX 7510’이다”라고 말했다.
그는 이어서 “이전의 고속카메라도 이런 기능을 발휘했지만, 한계에 도달하면 때로는 탄도 이미지에 아트팩츠(artifacts)가 보였다. 이 아트팩츠는 매력적이지도 않지만, 더 중요한 것은 모션분석 소프트웨어를 방해하기도 한다. 하지만 Phantom TMX 7510 카메라는 총알이 총통에서 빠져나올 때 총알의 아주 디테일한 근접촬영을 제공했다”며 “그 결과 이미지들은 정말 깨끗하고 매우 놀라웠다. 우리 고객에게 그것을 보여줄 수 있게 되어 뿌듯했다”고 덧붙였다.
‘BSI 센서 기술’ 사용
고속카메라 운영자는 탄도학과 같이 극도로 빠른 움직임 현상을 적절하게 기록하기 위해서 카메라의 해상도를 줄이는 것이 일반적이다. 그러나 관련 정보는 줄인 해상도 범위 밖에 이벤트가 떨어지는 중에 발생한다. 이것이 일어나는 것을 방지하기 위해서 카메라 운영자는 원하는 촬영속도에서 가능한 최고의 해상도를 목표로 정해야 한다. 대부분의 탄도학 분야에서 최적의 촬영속도 영역은 100,000fps에서 300,000fps이다.
빠른 기록 속도와 고해상도 뿐 아니라, 탄도학 분야는 숨겨진 모션블러 아트팩츠를 남기지 않고 순간을 잡아낼 아주 빠른 노출시간을 갖춘 고속카메라가 필요하다. 그와 동시에 카메라는 고대비 이미지 산출을 위해 충분한 광량을 캡처할 수 있어야 한다. ‘Phantom TMX 고속카메라’는 1㎲ 최소 노출시간을 제공하고, Fast 옵션으로 95ns 최소 노출시간도 제공한다.
이런 짧은 노출시간은 보통 픽셀이 빛을 받는 그 짧은 순간 동안 보충해야 하는 높은 수준의 빛을 필요로 하지만, TMX 고속카메라는 BSI 센서 기술을 사용하여 이 문제를 해결했다. BSI 센서 덕분에 고속카메라 운영자는 더 이상 촬영속도, 해상도, 광감도 중에 선택할 필요가 없다.
조화로운 해상도와 속도를 산출할 수 있기 때문에 고속카메라 운영자들은 속도가 있는 총알, 탄약 테스트, 기타 탄도학 이벤트의 독특하고 매우 디테일하며 깨끗한 영상을 캡처할 수 있다.
총알의 사실적 표현 ‘압권’
맥클린타이어는 “고속 무기에서 TMX 고속카메라로 원하는 해상도와 촬영속도(100,000~300,000fps)에서 더 깨끗한 탄도 이미지를 얻을 수 있었다”며 “9mm, .338 라무아 매그넘과 드래곤 브리드 탄약통을 위한 탄약 테스트를 포함하여 다양한 탄도 이벤트를 캡처하고 분석할 수 있었다”고 설명했다.
이어서 그는 “총알이 총통을 떠날 때 뷰어를 향해 총알이 날아간다는 착각을 만드는 플래시를 최소화하는 특수한 단면(single-sided) 미러로 총알의 반사를 기록했다. 고속 영상을 보면 당신 쪽으로 가는 것 같이 보인다. 섬세함의 차원이 경이적이다. 그 뒤에 작은 폭발과 함께 총통에서 나올 때 총알이 회전하는 것을 볼 수 있다”고 말했다.
몇 가지의 탄도학 시험에서는, 그는 DIC(Digital Image Correlation) 분석을 위해서 작은 점이 박힌 패턴을 총알에 부착했다. 이 비접촉 기술은 시각적으로 변형, 변위, 압력을 계측하기 위해 고속카메라와 전문 소프트웨어를 사용한다. 이것은 방위산업에서 인기가 빠르게 증가하고 있다.
작은 점 패턴을 대상체의 표면에 부착하면 고속카메라와 DIC 소프트웨어는 압력과 방위의 영역을 보여주는 힘에 대응하여 그 패턴의 움직임을 기록하고 분석한다.
최고의 해상도에서 가장 빠른 촬영속도
Phontom TMX 7510 고속카메라는 최고의 해상도에서 가장 빠른 촬영속도를 제공한다. 초당 75기가픽셀의 처리속도로 풀해상도 1280x800에서 초당 76,000장까지 제공하고 1280x192해상도에서는 초당 300,000장 이상을 촬영한다. 데이터 관리를 염두에 두고 설계된 이 카메라는 최대 512GB 메모리와 8TB CineMag 보안 저장 디바이스를 제공하기도 한다. 빠른 데이터 전송을 위해 카메라와 같이 10Gb 이더넷을 제공한다. Fast 옵션으로 초당 100만장 이상의 초고속촬영과 1㎲미만의 노출속도를 수행할 수 있다.
역사상 100만장 이상의 촬영속도와 관련된 해상도는 거의 모든 과학 분야에서 사용하기에는 너무 작지만, 범위가 넓은 응용분야에서는 1280x32 해상도는 진정 사용 가능한 해상도에 해당한다. TMX 7510 고속카메라 덕분에 CineSpeed 프로덕션 팀은 탄약 시험에서 DIC 분석까지 다양한 분야에서 깨끗하고 아주 디테일한 탄도 이미지를 캡처했다.
자료 제공: Phantom 한국공식대리점, 코미 www.komiweb.co.kr
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