[Vision] 머신비전 카메라 완벽 가이드: Area, Line Scan, TDI 방식 차이와 특징

Vision Camera에 대해서

 - Camera는 크게 3가지로 나눌 수 있다.

Area Camera, Single Line Scan Camera, TDI

먼저 가장 이해가 쉬운 Area Camera에 대해서 알아보자

1. Area Camera

"한 번에 면 전체를 찍는다"

Area Camera는 사람 눈으로 사진을 찍는 것과 가장 유사한 방식입니다. 셔터가 열리는 순간, 2D 면 전체를 한 장의 이미지로 동시에 촬영합니다.

CCD 구조: 가로 × 세로로 배열된 2D 격자 구조입니다. 예를 들어 500만 화소 카메라라면 2448 × 2048개의 픽셀이 면 전체에 배치되어 있습니다.

동작 특성: 물체 전체를 한 프레임으로 취득하기 때문에 직관적이고 구성이 간단합니다. 물체가 정지해 있거나 빠르게 움직이는 순간을 포착할 때 유리합니다. 단, 촬영 가능한 영역(FOV, Field of View)이 고정되어 있어 대형 물체를 한 번에 담기 어렵습니다.

 

2. Single Line Scan Camera

"한 줄씩 찍어 쌓아 올린다"

Line Scan Camera는 1픽셀 높이의 가느다란 선(라인)만 촬영합니다. 물체가 컨베이어 벨트를 타고 이동하면서 카메라 아래를 지나가면, 라인이 차례로 쌓여 하나의 "완전한 프레임"이 완성됩니다.

CCD 구조: 가로 방향으로만 픽셀이 배열된 1D 선형 배열입니다. 예를 들어 4096 픽셀짜리 라인 센서라면 가로 4096개, 세로 1개의 픽셀만 존재하며, 세로 방향의 해상도는 물체의 이동 속도와 라인 취득 속도에 의해 결정됩니다.

동작 특성: 물체의 길이에 관계없이 이론적으로 무한한 길이의 이미지를 생성할 수 있습니다. 이 때문에 롤(roll) 형태나 연속 이동하는 소재 검사에 특히 강합니다. 물체가 반드시 일정 속도로 이동해야 이미지 왜곡이 없습니다.

 

3. TDI Camera (Time Delay Integration)

"같은 곳을 여러 줄이 겹쳐 찍어 신호를 쌓는다"

TDI Camera는 Line Scan Camera의 업그레이드 버전입니다. 차이는 CCD가 1줄이 아니라 수십~수백 줄로 구성된다는 점입니다. 핵심은 물체의 이동 방향에 맞춰 각 CCD 행의 전하(charge)를 연동하여 이동시킨다는 것입니다. 물체의 동일한 한 지점이 첫 번째 행 → 두 번째 행 → 세 번째 행... 순서로 노출될 때, 각 행의 신호가 더해져 최종 출력에 도달합니다. 즉, 조명이 약해도 신호를 N배(행 수)만큼 증폭할 수 있습니다.

CCD 구조: 다중 1D 배열(Multi-line)입니다. 일반적으로 32단, 64단, 128단, 256단 등 다양한 단수(stage)로 구성되며, 단수가 많을수록 신호 누적이 커져 감도가 높아집니다.

동작 특성: 고속으로 이동하는 물체도 충분한 노출량을 확보할 수 있습니다. 빛이 부족한 환경에서도 노이즈 없이 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 반드시 물체 이동 속도와 CCD 전하 이동 속도가 동기화(sync)되어야 하므로, 엔코더(encoder) 연동이 필수입니다.

 

"한눈에 비교"

구분	Area Camera	Single Line Scan Camera	TDI Camera
CCD 구조	2D 면 배열	1D 선형 (1줄)	다중 1D (수십~수백 줄)
취득 단위	한 번에 1 프레임	라인 누적 → 1 프레임	중첩 신호 → 1 프레임
물체 이동	불필요 (정지 가능)	필수 (등속)	필수 (등속 + 동기화)
최대 강점	구성 간단, 직관적	긴 물체 전체 커버	저조도·고속 고감도
대표 용도	부품·외관 검사	소재·패널 표면 검사	반도체·디스플레이 검사

 

세 카메라는 서로 경쟁 관계가 아니라 검사 대상의 크기, 이동 방식, 조명 조건에 따라 선택하는 상호 보완 관계입니다. 실제 산업 라인에서는 하나의 설비 안에 Area Camera와 Line Scan Camera를 동시에 운용하는 경우도 흔합니다.