현미경 검사 애플리케이션에 적합한 디지털 카메라를 찾으려면 어떻게 해야 하나?

글/Dr. Kristina Lotz Basler 의료 마케팅 담당 매니저

최근에는 광범위한 광학 현미경 검사 애플리케이션에 화상 처리가 사용되고 있다. 이를 위한 예로는 의료 및 생물학적 연구, 진단, 의료 제품 검사 또는 소재 과학을 들 수 있다.
현미경 검사는 가장 다양한 물체의 구조와 기능에 직접 접근할 수 있게 해 준다. 하지만, 한 가지 방법만 사용해서는 모든 필수 정보를 수집하기가 매우 어렵다. 그 결과, 수많은 프리젠테이션 옵션 및 해상도를 제공하는 다양한 현미경 검사 기술이 개발되었다.
이 글은 Basler가 제공한 기술백서로 카메라 선택 시 고려해야 할 여러 가지 사항들에 대한 내용이다.

현미경 검사에서 화상 처리를 이용하려면 현미경 검사 애플리케이션을 위한 최적의 구성 요소를 선택하는 것이 가장 중요하다. 여기에는 현미경뿐 아니라 적용되는 염료 및 콘트라스팅(Contrasting) 방법에 따라 적합한 렌즈, 조명, 필터 세트, 그리고 편광기 선택도 포함된다. 결국 관련 애플리케이션의 특별한 요구 사항에 따라 가장 적합한 현미경 검사 카메라와 호환되는 화상 처리 소프트웨어 선택이 결정된다.
디지털 현미경 검사 카메라는 이미지 데이터를 사용하는 최적의 방법으로, 현미경 검사 이미지를 제공한다. 이 이미지 데이터는 기록, 저장, 인쇄하거나 문서에 끼워 넣을 수 있다. 현미경 검사 카메라에 의해 제공된 이미지 데이터는 PC나 모바일 장치에서 특수 소프트웨어를 이용해 디지털 처리 및 분석할 수 있다. 디지털 현미경 검사 카메라에 의해 제공된 이미지는 대형 모니터에 쉽게 표시할 수 있어 실시간 시연이나 관찰용으로 바로 사용할 수 있다. 하지만, 현미경 검사 애플리케이션에 적합한 디지털 카메라를 찾으려면 어떻게 해야 하며, 선택을 할 때 고려해야 할 사항은 무엇인지 알아본다.

1. 모노크롬이 좋을까, 아니면 컬러 카메라가 좋을까?

컬러 카메라는 애플리케이션에서 융통성이 뛰어나고 광범위한 분야의 일반 광학 현미경 검사에 필수적인 부품이다. 산업 및 소재 연구뿐 아니라 생물의학 및 임상 실험 환경에서, 수많은 현미경 검사 애플리케이션이 다양한 조명과 콘트라스팅 방법을 채택한 광학 현미경 검사를 바탕으로 하고 있다. 아울러, 좀 더 높은 콘트라스트의 세밀한 분석을 위해 현미경 검사 표본에 특수 염색 기법들이 사용되곤 하는데 조직병리학적 질병 진단 및 질병 진행 상황 모니터링과 같은 작업의 일환으로 사용되는 경우를 예로 들 수 있다. 따라서, 현미경 검사 이미지 색 충실도 및 색 재현은 소재 및 생물학적 표본에서 가장 미세한 구조까지 구분할 수 있을 정도로 정확해야 한다.
현미경 카메라의 디지털 컬러 센서는 컬러 정보를 기록하기 위해 센서 칩에 부착되는 서로 다른 컬러의 필터들을 사용한다.
일반적으로, 컬러 센서는 픽셀 당 한 가지 색상만 기록하지만 대부분의 경우 각각의 픽셀에서 모든 색상이 방출된다. 이를 위해서는 모든 픽셀에 대해 인접 픽셀의 정보도 사용해야 한다. 각각의 센서 픽셀에 완전한 색상 정보를 할당하려면 세 가지 기본 색상 각각에 대해 보간된 값(Interpolated value)으로 갭을 채워야 한다(‘De-Bayering’). De-Bayering으로 인해 보간 인공물이 생성되고 컬러 필터의 광 흡수 효율이 저하될 수 있는데 이는 특히 조명 환경이 좋지 않은 경우 더욱 그렇다.
그럼에도 불구하고, 높은 감도를 가진 컬러 카메라 덕택에 일반 형광 현미경 검사와 같이 낮은 조도 아래 수많은 애플리케이션에서도 사용 할 수 있다. 컬러 카메라는 라이트 필드와 다크 필드에서의 작업과 함께 일부 콘트라스팅 프로시저 및 형광 애플리케이션에서의 작업도 허용해, 현미경에 이상적이다. 이들은 또한 멀티밴드 필터를 이용해 여러 개의 형광 색소를 동시에 모니터링 및 기록하는 데에도 적합하다.
모노크롬 카메라는 색상 정보는 없지만 이미지 센서에서 휘도 값에 관한 완전한 정보를 제공한다. 여기에서 추가 계산 없이 모든 픽셀에 대한 정보를 확보할 수 있다. 모노크롬 카메라를 사용하면 컬러 필터를 통한 빛 에너지 흡수로 인해 빛의 세기가 약해지는 컬러 카메라와 달리, 빛의 세기가 저하되지 않는다. 하지만 모노크롬 센서에는 종종 센서 앞부분에 광원으로부터 방출되는 적외선을 막아주는 이차원 적외선 차단 필터가 사용되곤 한다. 많은 애플리케이션에서 이러한 적외선 방출은 이미지 정보에 기여하지 않고 오히려 이미지 콘트라스트를 저하시키기만 한다.
따라서 컬러 정보가 필요하지 않다면 감도 및 정보 컨텐츠를 수집할 수 있다. 결과적으로, 모노크롬 카메라는 정밀 형광 현미경 검사 애플리케이션에 완벽하게 어울린다. 노출 시간이 감소되어 민감한 형광 표본들을 쉽게 다룰 수 있다. 빛에 더 민감한 센서들은 약한 광 신호로도 노이즈가 적은 이미지를 제공한다. 특수한 NIR 센서들은 근적외선 영역을 포함해 보다 개선된 감도 범위를 제공한다.

2. 센서 종류(CCD 대 CMOS), 셔터 옵션, 프레임 속도

다음으로 중요한 단계는 가장 적절한 센서를 고르는 것이다. 기술적 관점에서 먼저 CMOS와 CCD 센서 중에서 하나를 선택한다. 다음으로 카메라가 작업을 끊김 없이 처리하기 위해 매 초 전송해야 할 이미지 개수를 의미하는 최대 프레임 속도를 선택해야 한다.

센서 종류
현미경 검사 카메라용 이미지 센서로 적합한 매우 다양한 CCD(Charge-coupled device) 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 기반 센서들이 판매되고 있다. 이들 센서 종류의 기술적 디자인에는 근본적인 차이가 있으므로 특성 또한 차이가 있다. 올바른 센서 종류 선택은 애플리케이션에 좌우된다.
CCD와 CMOS 센서는 모두 빛(광자)을 전기 신호로 변환한다. 주목해야 할 것은 이들 센서의 서로 다른 특성, 그리고 이런 특성이 앞으로의 기술 발전으로 인해 어떻게 바뀔 것인가 하는 것이다.
CCD 센서의 주목할 만한 특성은 무엇인가. 일반적으로, CCD 센서는 낮은 노이즈 지수, 높은 Fill Factor(FF), 우수한 신호대잡음비, 그리고 이미지에 대한 색 충실도를 갖고 있다는 장점이 있으며 이로 인해 매우 높은 이미지 품질을 구현한다. 이들 특성으로 인해 CCD 센서를 이용하는 카메라들은 낮은 조도의 애플리케이션을 위한 좋은 선택이 될 수 있다.

오늘날에는 CMOS 센서가 많은 CCD 센서보다 우수한 성능을 보이기도 한다.
최근 몇 년 사이 CMOS 센서의 성능은 근본적인 기술 혁신 덕분에 CCD 센서에 맞먹는 수준에까지 도달했다. 높은 속도(프레임 속도) 및 해상도(픽셀 개수), 보다 낮은 소비 전력, 그리고 최근에 크게 개선된 노이즈 특성, 다이내믹스, 양자 효율 및 컬러 컨셉으로 인해 CMOS 센서는 전에 CCD 센서가 독점했던 애플리케이션 영역에 대거 진출할 수 있게 되었다. 똑같은 상황이 현미경 검사 분야에도 벌어지고 있는데, 이 분야에서 최신 CMOS 센서는 특히 빠른 속도와 새로운 컬러 컨셉으로 탁월한 실시간 이미지를 제공하고 있다.
최근 몇 년 간의 진행 상황을 감안하면 CMOS 분야에서, 보다 흥미롭고 새로운 기술 발전이 앞으로도 계속될 것으로 예상된다. 시장의 추세를 보면 최신 CMOS 기술이 CCD 기술을 대부분 대체하게 될 것으로 예상된다.

프레임 속도
이 용어는 ‘초당 프레임 수’ 또는 ‘fps’와 뜻이 같다. 이 용어는 센서가 1초 동안 촬영해 전송할 수 있는 이미지 개수를 나타낸다.
프레임 속도가 높을수록 센서가 빨라지고 초당 더 많은 이미지를 촬영할 수 있게 되어 더 많은 양의 데이터를 전송할 수 있게 된다. 가능한 또는 필요한 프레임 속도는 카메라를 사용하는 현미경 시스템과 현미경 안의 카메라가 기록해야 할 대상이 무엇인지에 따라 좌우된다.
모니터를 통해 지연 없이 실시간 이미지를 관찰하는 것이 많은 시스템의 주요 목표인데, 이를 통해 매끄러운 표본 조사와 빠른 초점조절이 가능하다. 인간의 뇌는 대략 초당 14-16개의 이미지를 감지하는데 훈련된 사람의 경우에는 이 수치가 훨씬 높게 나온다. 일반적인 극장 영화의 프레임 속도는 24fps이며 최근에 제작된 영화에서는 48fps에까지 이른다. 표준 현미경 카메라의 이상적인 프레임 속도는 이 범위 안에 있다.
하지만 실시간 모니터링 중의 편안함은 매끄러운 재생뿐 아니라 우수한 이미지 품질과 움직이는 이미지의 샤프니스(Sharpness)에도 영향을 받는다. 여기에서 프로그레시브 스캔 기술이 결정적 역할을 한다.
높은 이미지 품질에 더해 높은 처리 속도도 필요로 하는 자동화된 애플리케이션에서는 아주 높은 프레임 속도가 중요하다. 최대한 짧은 시간 내에 전체 표본을 재현하기 위한 표본 범위에 대한 자동 스캔, 자동 초점조절 또는 복수 이미지 촬영이 필요한 경우를 예로 들 수 있다.

3. 해상도, 센서 및 픽셀 크기

디지털 화상 처리에서 배율이라는 용어는 일반적인 현미경 검사에서 렌즈와 접안 렌즈 배율에 의해 결정되는 값을 의미하며, 디지털 이미지가 다양한 크기로 인쇄되거나 다양한 크기의 디스플레이에 표시됨에 따라 본래의 중요성을 잃어버렸다. 하지만 렌즈의 조리개수(NA)에 의해 결정되는 광학 해상도는 여전히 중요하다.

해상도
현미경 검사에서 해상도란 높은 콘트라스트의 물체 두 개를 현미경으로 관찰할 때, 이미지에서 하나의 물체로 번져 보이지 않고 두 개의 독립된 물체로 구분 가능한 상태를 유지하기 위해 가져야 할 최소 거리 d를 의미한다.
최적의 조명 상태에서 일반 광학 현미경의 해상도는 사용한 빛의 파장 λ(측정용으로는 주로 550nm를 사용함)와 사용한 현미경 렌즈의 조리개수(NA)에 의해 결정된다.

레일리 기준:d=0.61·λ/NA가 적용된다.

해상도라는 용어는 디지털 카메라 센서 설명에도 사용된다. 때로는 센서의 픽셀 개수를 나타내는 데 사용되기도 한다. 예를 들어, 카메라가 800만 픽셀의 해상도를 가졌다면 광학 부품이 센서에 투사하는 이미지가 센서에서 800만 개의 픽셀로 분해됨을 의미한다. 이 용어를 적용하면 센서는 100만 픽셀부터 3200만 픽셀까지의 ‘해상도’를 이용해 지정된다.
하지만 보다 의미 있는 것은 픽셀 해상도의 표시이다. 누군가 카메라 픽셀의 한 변의 길이로부터 광학 부품을 통해 피사체까지 역 추적하면 픽셀 해상도는 한 개의 카메라 픽셀이 이상적으로 커버해야 할 피사체에서의 간격 길이를 나타낸다.
현미경 카메라에서 현미경에 사용한 렌즈에 대한 픽셀 해상도는 렌즈의 광학 해상도보다 높아야 한다. 실제로 광학 해상도보다 최소 세 배 이상의 픽셀 해상도를 사용하는 것이 바람직하다.
현미경 렌즈의 경우 조리개수 범위는 0.1(일반적으로 4배율 렌즈용)부터 1.3(일반적으로 100배율 렌즈용) 사이인데, 이는 광학적으로 분해 가능한 가장 작은 구조로 충분한 픽셀 개수를 제공하는 3.4μm부터 0.26μm까지의 광학 해상도에 해당되는 것이다.
예를 들어, 보다 낮은 배율이 필요하다면 현미경 검사 이미지의 모든 디테일을 최적의 상태로 기록하고 재현하기 위해서, 이에 상응하는 높은 해상도의 카메라가 필요하다. 여기에서는 사실상 500만 픽셀 이상의 해상도가 유용할 수 있다. 하지만 고배율의 경우, 이렇게 높은 해상도는 광학 시스템의 한계로 인해 추가 이미지 정보를 제공하지 않는다. 애플리케이션에 따라 다르지만 3백만 픽셀부터 5백만 픽셀 정도면 충분하다.
픽셀 크기 역시 중요하다. 아주 작은 픽셀의 경우 광학 부품은 가장 작은 구분 가능한 구조와 관련한 한계를 갖고 있다. 모노크롬 센서의 경우 픽셀 너비 5μm 이상, 그리고 컬러 센서의 경우 한쪽 길이 2.5μm부터 시작되는 픽셀이면 합리적인 옵션이다.

센서 크기 및 FOV
크기만 하면 항상 더 좋을까. 큰 센서의 장점은 표면이 넓어 픽셀을 더 많이 배치할 수 있어 더 높은 해상도를 얻을 수 있다는 점이다. 여기에서의 진정한 장점은 사용 가능한 공간이 좁아 작은 픽셀을 사용해야 하는 상대적으로 작은 센서에서와 달리 고해상도를 유지하면서도 충분히 큰 개별 픽셀을 사용할 수 있어 우수한 SNR을 보장할 수 있다는 점이다(‘픽셀 크기 및 민감도' 참조).
하지만, 센서는 실제로 얼마나 커야 할까. 여기에서 필요한 픽셀크기와 픽셀 개수에 더해 FOV의 최적 구현이 중요한 역할을 수행한다.
현미경을 사용하면 두 단계로 이미지가 생성된다: 현미경의 렌즈가 중간 이미지를 생성하며 필요할 경우 현미경의 튜브 렌즈와 함께 생성한다. 사용자가 접안렌즈를 통해 이 중간 이미지를 본다.
전체 배율은 렌즈의 배율과 접안렌즈 배율의 상호 작용에 의해 결정된다. 물리적, 기술적 한계로 인해 렌즈를 통해 생성되는 중간 이미지의 전체 이미지 샤프니스는 그 범위가 제한된다. 이 범위가 적용되는 둥근 렌즈 이미지의 지름을 렌즈의 FOV 너비라 한다.
렌즈의 이미지는 다시 접안렌즈에 의해 확대된다. 접안렌즈가 선명하게 확대할 수 있는 영역의 최대 지름을 해당 접안렌즈의 FOV라 한다. ‘아날로그’ 현미경의 최적 재현 성능을 확보하려면 접안렌즈의 FOV와 렌즈의 FOV 지름을 서로에 맞게 조정해야 한다. 접안렌즈의 FOV(FOV 수치)는 특정 현미경에 사용된 렌즈의 FOV 넓이를 나타낸다. 접안렌즈에 대한 일반적인 FOV 수치는 18, 20 또는 22mm이다. 하지만, 실제로는 23 또는 25mm이상의 FOV 지름도 흔히 사용된다.
어울리는 삼안대안렌즈 튜브(대부분 C 마운트 이용) 또는 접안렌즈 홀더를 이용하여, 현미경에 현미경 카메라를 부착해 접안렌즈의 광학 부품을 거치지 않고, 카메라를 통해 직접 렌즈의 중간 이미지를 볼 수 있다.
따라서, 현미경 렌즈를 통해 생성된 이미지가 현미경 카메라의 센서에 직접 재현되기 때문에 렌즈의 FOV 지름이 현미경 카메라에 결정적인 값이 된다. 따라서, 사각형 센서에 둥근 FOV 영역을 최대한 재현하면서 다른 한 편으로는 FOV의 인접 가장자리에서 재현오류가 발생하는 것을 방지하기 위해 현미경 카메라의 센서 크기를 FOV 지름에 최적화시켜야 한다. 이것은 센서 이미지의 모든 영역이 최적의 샤프니스로 재현되도록 하기 위해 센서의 이미지 대각선이 렌즈의 FOV 지름보다 살짝 작아야 함을 의미한다.
다양한 이미지 대각선을 가진 많은 센서들이 판매되고 있다. 다음 그림은 가장 일반적인 센서 크기를 보여 준다. 센서의 크기를 인치 단위로 표기한 것은, 초기 이미지 레코딩 튜브의 지름을 반영하는 관행에 따른 역사적인 이유이다. 이러한 관행에 따라 1인치는 25.4mm가 아닌 대략 16mm이다.
많은 표준 현미경 광학 제품에서 2/3" 크기의 CCD 및 CMOS 센서는 배율, 해상도, 그리고 현미경 검사 FOV의 이미지 영역 크기 사이에 우수한 균형을 제공한다.
아주 작거나 큰 센서를 선택하는 경우 중간 광학 부품에 내장된 어댑터를 이용해 렌즈의 FOV를 축소 또는 추가 확대해 센서에 맞게 조절해야 할 필요가 있다.
현미경 검사 애플리케이션에 가장 일반적이면서 완벽하게 적합한 센서는 종횡비 4:3의 센서이다. 종횡비 1:1의 센서들은 시각적으로 볼 수 있는 렌즈의 중간 이미지에서 최대 영역을 재현한다. 3:2 또는 16:9와 같은 다른 포맷도 이용할 수 있지만 4:3 센서에 비해 이미지 높이가 낮아 픽셀 개수가 동일하다고 가정하면 FOV에서 재현 가능한 영역이 비교적 작다.
HD(고해상도) 또는 Full HD 포맷은 지금으로서는 영화 및 텔레비전용 표준으로 확고히 자리잡았지만 현미경 검사에 있어서는 다소 논쟁의 여지가 있다. 하지만 토론을 위해 실시간 이미지를 대형 모니터에 투사하는 등의 작업에는 완벽하게 어울린다. 비디오 기술과 디지털 화상 처리를 결합하면 고도의 다이내믹 프로세스를 쉽게 보고, 연구하고 분석할 수 있다.

픽셀 크기 및 민감도
앞서 논의한 바와 같이 픽셀 개수 또는 이미지 센서의 해상도는 현미경 검사 이미지의 정보 내용 및 품질에 있어 주된 역할을 수행한다. 일반적인 추세는, 가능한 최대한의 해상도를 추구하는 것이 확실하지만, 보다 높은 해상도는 보다 작은 픽셀을 의미하기도 한다. 일반적으로 픽셀 수가 많아지는 데는 픽셀 소형화보다 높아진 감도가 더 많이 기여한다. 결과적으로, 모든 애플리케이션에 대해 구체적으로 이미지 노이즈, 신호대잡음비(SNR), 새츄레이션커패시티, 그리고 관련 다이내믹레인지의 최적 조합을 선택해야 한다.

이미지 노이즈: 다크 노이즈, 광 노이즈 또는 디지털 노이즈와 같은 다양한 노이즈 효과는 신호를 가려 디지털 이미지에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 아주 민감한 센서에서 이미지 노이즈는 낮은 조도에서 측정 대상 신호 강도가 매우 낮을 때 더욱 두드러진다. 여기에서 감지 한계는 센서에서의 열 발생을 의미하는 써멀 이펙트(Thermal effect)에 의해 생기는 다크 노이즈에 결정적인 영향을 받는다. 이 써멀 이펙트는 공냉, 수냉 또는 펠티에 소자(Peltierelement)를 이용한 패시브 또는 액티브 방식의 센서 냉각을 통해 크게 줄일 수 있다(‘냉각된 센서 대 냉각되지 않은 센서’ 단원 참고).

새츄레이션커패시티(Saturation capacity): 새츄레이션커패시티 또는 풀웰커패시티(Full well capacity)는 개별 픽셀이 흡수할 수 있는 전자의 최대 개수를 알려준다. 전자는 센서에 대한 빛의 충돌에 의해 생성된다.

SNR: 큰 픽셀은 작은 픽셀에 비해 보다 높은 새츄레이션커패시티를 갖는다. 이는 빛에 의해 픽셀에서 생성되는 전자에 대한 수용 능력이 더 크다는 것을 의미한다. 이는 다시 더 많은 빛을 처리할 수 있음을 의미한다.
높은 새츄레이션커패시티는 보다 우수한 신호대잡음비를 의미하고 이는 다시 픽셀 표면이 넓을 수록 신호대잡음비(SNR)가 우수해짐을 의미한다. 신호대잡음비는 실제 이미지 컨텐츠와 원치 않는 노이즈 신호와의 차이를 공유하는 카메라 데이터의 인자로 나타낸다. SNR이 클 수록 이미지 품질이 좋아진다.
간략 정보: 카메라의 센서에서 주어진 센서 크기에 픽셀이 많을 수록 신호대잡음비가 나빠지며 이는 비율이 작아짐을 의미한다.

다이내믹레인지: 빛에 대한 센서 반응의 하한 및 상한을 정의한 뒤, ‘다이내믹레인지(DR)’를 설명한다. 이것은 감지 한계에 대한 새츄레이션커패시티(풀웰커패시티)의 비율로 규정된다. 다시말해 다이내믹레인지는 픽셀이 들어오는 빛에 실제로 반응해 감지할 수 있는 가장 밝은 값과 가장 어두운 값의 비율이다. 애플리케이션에 높은 다이내믹 레인지가 필요하면 이에 맞는 보다 큰 픽셀을 가진 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
오늘날, 3.5μm부터 6μm 사이 크기의 픽셀은 예전 같으면 10μm 픽셀에서나 얻을 수 있었던 것과 동일한 출력을 제공한다. 이로 인해 광 민감도와 높은 해상도 간의 충돌 문제가 상당히 해결된다. 높은 해상도 및 인기 있는 센서들의 픽셀 크기 범위는 2.2μm부터 1.4μm 미만까지이다. 이들 센서는 높은 픽셀 해상도를 제공하지만 표면적이 작아 광 민감도가 낮다.
센서의 민감도는 형광 현미경 검사와 같이 조도가 낮은 애플리케이션에서 특히 중요하다. 이렇게 어려운 조명 여건에서 아주 낮은 광 신호를 탐지하고 동시에 우수한 이미지 품질을 보장하려면 카메라의 신호대잡음비가 뛰어나야 한다.

4. 현미경 검사 애플리케이션에서의 냉각된 CCD/CMOS 센서 대 냉각되지 않은 CCD/CMOS 센서

모든 센서는 다크 노이즈 또는 다크 커런트(Dark current)를 발생시킨다. 열은 센서 칩의 픽셀에서 전자를 발생시켜 빛에 의해 생성된 전자와 섞이게 함으로써 필요한 이미지 정보를 가리고 이미지 콘텐츠를 왜곡하는 장애를 유발한다. 게다가, 다크 커런트와 노이즈는 냉각되지 않은 센서에서는 센서 온도에 따라 달라진다. 이로 인해, 작동 중에 온도가 증가하는 센서의 작동 온도 및 주변 온도에 따라 파동이 생긴다. 장기적으로 노출될 경우, 센서의 전압 및 온도도 증가해 픽셀로 해석되고 노이즈로 표시될 수 있다.
센서를 냉각시키면 다크 커런트가 감소한다. 센서 온도를 주변 온도 대비 7°C 저하시키면 이미지 신호가 같은 상태를 유지한다고 가정할 때 다크 커런트는 대략 절반으로 감소한다.
상당한 장점을 갖고 있는 새로운 센서 기술이 등장했다. 이러한 기술에는 차세대 CMOS 센서를 예로 들 수 있다. 전력 소비 감소와 전자 기술 최적화는 이들 센서가 노이즈 관련 성능이 크게 향상될 것임을 의미한다.
냉각되지 않은 센서가 부착된 디지털 카메라들은 뛰어난 이미지 품질을 제공하고 모든 화상 처리 및 분석 요구 사항을 이행하는 많은 표준 현미경 검사 애플리케이션에 최적이다.
냉각된 센서는 어려운 조명 여건에서 오랜 노출 시간이 필요할 경우나 이미지 분석이나 추가 처리를 위해 일정하고 재현 가능한 결과가 필요할 경우 특히 적합하다. 이런 요구 사항들은 예를 들어 현대적인 형광 현미경 검사, 생체 내 생물 발광 애플리케이션 또는 천문학에서의 정교한 애플리케이션에 널리 퍼져 있다.

5. 인터페이스

일반적으로 카메라 사용자들은 여러 가지 인터페이스를 선택해야 하는 상황에 처하곤 한다. 가장 중요하고 적합한 인터페이스는 USB 2.0, USB 3.0, FireWire, 기가빗 이더넷 또는 Camera Link이다.
USB 3.0은 다양한 애플리케이션에 새롭고 간단한 표준으로 점점 더 각광을 받고 있다. SuperSpeed USB로도 알려져 있는 USB 3.0은 대중적인 ‘플러그 앤 플레이’ USB 규격의 차세대 규격으로서 USB 2.0의 약점은 보완하고 장점은 계승한 규격이다. 오늘날 이미 USB 3.0은 표준 PC에서 별도의 하드웨어가 필요하지 않은 표준 인터페이스로 이용할 수 있다. 가까운 미래에 USB 3.0은 FireWire 및 2.0을 대체하게 될 것이다. FireWire는 이미 일부 운영 체제에서 더 이상 표준으로 지원되지 않고 있다. 하지만, USB 3.0 카메라는 가까운 미래에 PC에서 추가 인터페이스 하드웨어 없이 이용할 수 있게 될 것이다.
빠른 인터페이스는 실시간 전송을 지원한다. 더욱이, USB 3.0 인터페이스 기술을 구현하면 이미지 데이터를 메인 메모리에 직접 전송하기 때문에 프로세서 리소스를 절약할 수 있다. 이러한 여유 프로세서 용량은 화상 처리 애플리케이션에 사용할 수 있다. 이는 다시 보다 복잡한 처리 절차를 가능케 하고 사용자에게 결과를 더 빨리 보여 줄 수 있게 한다.
기가빗 이더넷 인터페이스의 장점은 긴 케이블 길이가 필요한 경우에 드러난다.

<가장 적합한 현미경 카메라를 선택할 때 고려사항>

▲매끄러운 표본 움직임 및 쉬운 초점조절을 위한 진정한 실시간 이미지
▲문서 작성, 화상 처리, 그리고 분석을 위한 최상의 이미지 품질, 색 충실도, 그리고 우수한 콘트라스트 범위.
▲낮은 조도의 애플리케이션을 위한 탁월한 민감도
▲CCD, CMOS, NIR (near-infrared) 최적화 형식과 같은 구체적인 센서 종류는 애플리케이션 특성에 따라 결정
▲FOV의 최적 재현을 위해 필요한 픽셀 크기 및 해상도는 필요한 센서 크기에 영향 미침
▲이전 시스템 및 의도했던 보편성에 따른 크기, 무게, 사용자 편의성, DirectShow, TWAIN, USB3 Vision, GenICam과 같은 소프트웨어 표준과의 호환성.

<카메라 선택 힌트>

▲컬러 카메라는 보편적으로 사용될 수 있다. 컬러 카메라를 사용하려면 카메라가 컬러 프로필을 제공하는지 확인한다.
▲정교한 형광 애플리케이션의 경우 노이즈가 적은 모노크롬 카메라 사용을 고려해 본다.
▲예를 들어 문서 작성 및 보관 목적으로 이미지를 사용하기 위해 낮은 배율로 표본의 넓은 부분을 재현하려면 높은 해상도를 선택한다.
▲FOV 사용을 최적화하려면 적절한 카메라 현미경 어댑터를 선택한다.
▲사용자의 주요 목표가 화면으로 표본을 보는 것이라면 실시간 이미지의 이미지 품질과 카메라 속도가 중요하다.
▲표준 현미경 검사 애플리케이션의 경우 낮은 프레임 속도의 카메라로도 충분할 때가 많다.
▲때로는 적절한 소프트웨어를 사용하면 이미지 품질이 크게 개선될 수 있다. 항상 사용하는 카메라에 최신 소프트웨어 버전을 이용한다.

Basler AG에 대해

Basler는 공장 자동화, 제약 및 교통 모니터링 애플리케이션을 위한 고품질 디지털 카메라 분야의 선도적 제조업체이다. 제품 개발은 산업 필요에 의해 결정된다. 손쉬운 통합, 작은 크기, 뛰어난 이미지 품질, 그리고 탁월한 가성비를 갖춘 카메라를 제공하고 있다.
Basler는 화상 처리 분야에서 25년 이상의 경험을 보유하고 있다. 400여 명의 직원이 독일 아렌스부르크의 본사와, 미국, 싱가포르, 타이완, 중국, 일본 및 한국의 지사에 근무 중이다.

자료제공 | Basler AG(www.baslerweb.com)