물체의 스펙트럼을 계측하는 분광기
빛의 위상 조작해 배율 조정, 조리개 기능까지 한번에
전 세계적으로 초분광 검사에 대한 수요가 증가하고 있다. 농수산물, 식물, 식량 검사와 디스플레이 산업, 제약 산업, 재활용 선별 산업, 디스플레이 검사, 화장품산업 등 산업 전반 분야에서 초분광 카메라를 사용하고 있다. 이러한 시장에서 요구하는 초분광 카메라에 적용된 기술에 대해 알아보자.
SPECTROSCOPY
재료의 특성을 알아보는 좋은 방법은 대상과 빛의 상호 작용을 확인하는 방법이다. 물질과 빛과의 상호 작용을 측정, 해석하는 학문을 분광학 이라고 한다. 분광기는 빛이 대상에서 어떻게 작용하는지를 확인하고, 물질별로 각기 다른 스펙트럼 특성을 기반으로 물질을 인식한다.
이러한 스펙트럼 특성은 재료의 파장대를 통해 식별 할 수 있다. 스펙트럼은 서로 다른 파장의 빛의 양을 나타낸다. 빛이 대상에서 작용하는 방식을 확인 할 수 있다.
다음은 스펙트럼을 표현하는 그래프이다.
위 그림의 가로축은 파장대를, 세로축은 강도를 나타낸다. 모든 재질은 빛과 다르게 반응하므로 스펙트럼의 특성도 다르다.
이러한 스펙트럼 특성은 사람의 지문과 비교할 수 있다. 사람마다 모두 지문이 다른 것처럼 스펙트럼 특성을 사용하여 재질을 식별 할 수 있다.
SPECTROMETER
이러한 빛의 특성을 분석하기 위해선 분광계라는 도구가 필요하다. 분광계는 들어오는 빛을 파장으로 분리하는 도구이다.
그림에서 분광계를 통과하는 빛을 반사 스펙트럼 이라고 한다. 반사 스펙트럼을 측정하는 방식이 초분광 분석을 사용하는 일반적인 방식이다.
HYPERSPECTRAL CAMERA
분광계를 사용하면 분광 정보를 수집할 수 있다. 이 장치를 초분광 카메라라고 한다. 초 분광 카메라를 사용하여 수십만 개의 스펙트럼을 측정 가능하다. 수집 된 스펙트럼은 각 이미지 픽셀이 완전한 분광정보를 포함하는 방식으로 대상의 이미지를 형성하는 데 사용된다. 이렇게 하면 스펙트럼을 기반으로 위치에 따른 결과 값을 얻을 수 있다. 또한, 대상에서 원하는 부분을 선택하여 정보를 얻어 낼 수 있다.
DATA CUBE
데이터 큐브란 많은 양의 정확한 정보를 의미한다. 초분광 데이터는 3차원 정보이며 이를 데이터 큐브라고 하며 이를 책으로 비유 할 수 있다.
WHAT HYPERSPECTRAL IMAGING PROVIDES
디지털 카메라 혹은 스마트폰 카메라는 이미지를 빨강, 녹색, 파랑의 3원색으로 저장한다.
이렇게 저장 된 결과는 3페이지 책 정도의 데이터 양을 가지고 있으며, 각 페이지를 합친 결과를 표지에서 볼 수 있다.
초분광 카메라를 사용하면 파장을 이용하여 수백개의 색상 채널이 데이터로 저장된다. SPECIM 카메라에서는 220페이지의 데이터 양을 가진다.
RGB카메라로 촬영한 이미지와 이를 비교해 보면 더 많고 자세한 정보를 가진다는 것을 확인 할 수 있다.
또한 초 분광 카메라는 사람이 볼 수 없는 파장의 데이터도 수집한다. 이 책의 표지는 여러 파장으로 구성되어 있으며, 모든 페이지를 조합함으로써, 대상의 성질이나 상태(식물의 질병, 수분함량 등)를 파악 할 수 있다.
이를 이용하여 확인하고자 하는 영역을 선택하여 정확한 데이터를 확인 할 수 있다. 따라서 초분광 카메라는 모든 파장대에서 대상을 측정하여 대상의 각 픽셀에 대한 전체 분광정보를 생성한다.
SPECIM FX 시리즈
이러한 특성을 지닌 초분광 카메라로 SPECIM의 FX시리즈가 있다. 해당 제품은 머신비전 산업에 특화되어 있는 제품으로 작은 크기와 빠른 처리 속도가 특징이다. 가시광 영역대의 파장대를 촬영하는 FX10은 농업산업분야에서 선별검사에 사용되며, 스마트폰 디스플레이의 색상검사에 강점을 보인다. 근적외선 영역대를 촬영하는 FX17은 제약, 화학 산업에 특화 되어있다.
SPECIM IQ
IQ는 SPECIM의 신제품으로 휴대성이 큰 특징이다. PC와의 연결이 필요없이, 카메라의 액정으로 바로 결과를 확인 해 볼 수 있다.
자료제공 : 다트비젼
