고속카메라 ‘Phantom C540·C980’, 고해상도·저노이즈 BSI 센서로 고속 현상 포착
고속카메라는 눈으로 확인하기 어려운 순간의 움직임을 정밀하게 기록 하는 계측 장비다. 빠른 현상을 분석하기 위해서는 높은 촬영 속도뿐 아니라 해상도와 저노이즈, 정확한 동기화가 중요하다.
AMETEK 그룹의 Vision Research가 선보인 ‘Phantom C540’ 과 ‘Phantom C980’은 이러한 요구를 겨냥한 컴팩트 고속카메라 다. 두 모델 모두 BSI(Back-Side Illuminated) 구조의 CMOS 센서에 CDS(Correlated Double Sampling, 상관이중샘플링) 기술을 적용해 고속 촬영 과정에서 발생하는 노이즈를 낮추고, 카메라 자체 메모리와 Programmable I/O, 이더넷 등 독립형 운용에 필요한 기능을 하나의 바디에 통합했다.
C540은 4.3메가픽셀급 해상도에서 최대 1,140fps를 지원하며, C980은 8.2메가픽셀의 3840×2160 풀해상도에서 최대 1,180fps의 촬영 성능을 제공한다. 해상도를 낮추면 각각 최대 51,750fps와 50,820fps까지 고속 촬영이 가능해, 고해상도 이미지가 필요한 정밀 계측부터 매우 짧은 시간 간격의 현상을 분석하는 초고속 촬영까지 폭넓게 대응한다.
▲ 4.3MP C540(왼쪽)과 8.2MP Phantom C980(오른쪽)의 렌즈 장착 예
4.3MP ‘C540’: C540은 2560×1680의 최대 해상도와 5μ m 픽셀을 갖춘 4.3MP급 모델이다. 약 15.3mm의 1인치 센서 포맷을 적용해 비교적 작은 광학계와 결합하기 쉽고, 풀해상도에서도 최대 1,140fps의 촬영 성능을 제공한다. 이러한 특성은 현미경과 생체역학, PIV, 정밀 산업시험처럼 제한된 설치 공간에서 높은 공간 해상도와 빠른 촬영 속도를 동시에 확보해야 하는 환경에 적합하다.
8.2MP ‘C980’: C980은 22mm급 4/3인치 센서를 적용한 고해상도 모델이다. 3840×2160, 8.2MP 풀해상도에서 최대 1,180fps를 지원해 넓은 영역을 보다 세밀하게 관찰 해야 하는 애플리케이션에 대응한다. 고속으로 움직이는 대상의 전체 거동을 한 화면 안에서 관찰하거나, 촬영 이후 관심 영역을 확대해 세부 현상을 분석해야 하는 경우 고해상도의 장점이 크다.
<표1> Phantom C540·C980 주요 사양 비교
BSI와 CDS로 고속 촬영에서 이미지 품질 확보
Phantom C540과 C980은 BSI 구조의 CMOS 센서를 적용했다. BSI는 입사광이 배선층의 영향을 덜 받고 광수광부에 도달할 수있도록 설계된 구조로, 광량이 제한되는 환경에서 유리한 센서 아키텍처다. 여기에 CDS를 적용해 센서의 Read Noise를 억제한다.
제공된 자료에서는 두 모델 모두 5e - 미만의 초저잡음 특성을 구현한다고 설명한다. 낮은 노이즈 플로어는 단순히 이미지가 깨끗해 보이는 것 이상의 의미가 있다. PIV처럼 영상 속 입자의 위치를 추출하거나 고배율 현미경 이미지에서 미세한 변화를 분석할 경우, 픽셀 수준의 밝기 편차가 줄어들수록 측정 신뢰도를 높이는 데 유리하다. C 시리즈는 데이터 생성에서 저장까지 이미지의 일관성을 유지하도록 설계돼 PIV와 고배율 촬영 등 정량적 분석이 필요한 분야를 주요 적용 대상으로 제시한다.
▲ 센서부와 렌즈 마운트 구조를 보여주는 ‘C540’(왼쪽)과 ‘C980’(오른쪽)
C540과 C980은 최소 2μs의 글로벌 셔터 노출을 지원한다. 빠른 이동체의 위치 변화에 따른 모션 블러를 줄이고 짧은 순간을 포착할 수 있으며, PIV에 필요한 연속 이미지 취득을 위한 framestraddling 방식도 지원한다.
카메라 자체에서 운용 가능한 독립형 시스템
Phantom C 시리즈는 실제 시험 환경에서 필요한 운용 기능을 본체에 통합한 독립형 고속카메라다. C540과 C980은 Programmable I/O와 온보드 메모리, RJ45 Ethernet, 3G-SDI 출력, IRIG-B 타임코드를 지원해 촬영과 모니터링, 외부 장비와의 동기화를 수행할 수 있다.
카메라 RAM은 최대 63개의 Multi-Cine 파티션을 지원하며, USB-A 포트를 통해 촬영한 Cine 파일을 플래시 드라이브로 직접 전송할 수 있다. 본체는 96×96×68mm, 약 0.6kg의 컴팩트한 크기로 설계됐으며, 능동 냉각과 팬 작동을 중지하는 Quiet Mode도 지원한다.
렌즈 마운트는 C-마운트와 Canon RF-마운트를 기본 옵션으로 제공하고, M42 및 EF/F 마운트 어댑터도 지원한다. 또한 30G 작동 충격 등급과 표준 마운팅 포인트를 갖춰 실험실과 산업 현장에 모두 적용할 수 있다.
촬영에서 모션분석까지 이어지는 소프트웨어 환경
Phantom은 고속 촬영부터 데이터 관리와 분석까지 연결할 수있는 소프트웨어 환경을 제공한다. 기본 제공되는 PCC(Phantom Camera Control)는 카메라 설정과 이미지 캡처, 저장, 재생, 편집 등을 지원하며, PCA(Phantom Cine Analysis)는 Phantom Cine 원본 파일을 이용해 속도와 거리 등을 분석할 수 있다.
국내에서는 Phantom 한국독점대리점 코미가 자체 개발한 PSSA(Phantom Size & Speed Analysis)를 제공한다. PSSA는 Phantom Cine 파일을 기반으로 입자의 크기와 속도를 분석하고, 결과를 Excel 파일과 다양한 다이어그램 형태로 출력할 수 있다. 이를 통해 촬영부터 Cine 데이터 관리, 모션·입자 분석까지 하나의 워크플로우로 연결할 수 있다.
<표2> Phantom C540·C980 주요 적용 분야
자료제공: 코미 대표 이은일 / Phantom 고속카메라 한국공식대리점,
코미 www.komiweb.co.kr / Tel. 031-251-2114 / 010-5091-2705
