KR102044355B1 - 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치 및 영상 획득방법 - Google Patents

다채널 조명을 이용한 영상 획득장치 및 영상 획득방법 Download PDF

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Abstract

다채널 조명을 이용한 영상 획득장치 및 영상 획득방법에 관한 것이다. 영상 획득장치는 LED들과, 카메라와, 컨트롤러와, LED 드라이버, 및 프레임 그래버를 포함한다. LED들은 검사대상물을 조명하도록 배열된다. 카메라는 검사대상물에 대해 프레임 구간별로 영상을 획득한다. 컨트롤러는 LED들 중 점등될 LED들이 프레임 구간별로 설정되어 입력되면 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 출력하며, 해당 프레임 구간마다 설정된 LED들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 출력한다. LED 드라이버는 컨트롤러로부터 입력된 동기 신호와 점등 신호에 따라 프레임 구간별로 해당 LED들을 점등시킨다. 프레임 그래버는 컨트롤러로부터 입력된 동기 신호에 따라 카메라로 출력되는 노출 신호에 의해 카메라로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장한다.

Description

다채널 조명을 이용한 영상 획득장치 및 영상 획득방법{Image acquisition apparatus and method using multichannel lighting}
본 발명은 다채널 조명을 이용하여 영상을 획득하는 기술에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 패널 등을 제조하는 산업분야에서 제품의 외관 결함 등과 같은 불량을 검사하기 위해 영상 획득장치가 이용되고 있다. 일반적으로, 영상 획득장치는 조명기에 의해 제품을 조명한 상태로 카메라에 의해 제품의 영상을 획득하여 제품의 불량 여부를 검사하도록 구성된다. 조명기로는 LED(light emitting diode) 조명기가 많이 활용되고 있다. LED 조명기는 할로겐, 형광등과 같은 조명기에 비해 낮은 전력으로 빛의 밝기를 오랜 시간 안정적으로 공급할 수 있다는 장점을 갖기 때문이다.
한편, LED 조명기는 LED들을 다채널로 연결하여 제품의 검사 조건에 따라 밝기, 조명 위치, 색상 등이 제어되도록 구성된 예가 있다. 이 경우, LED들은 LED 드라이버로부터 전류를 공급받아 점등하게 되는데, 종래에 따르면 LED 채널 간에 일정한 전류를 공급하는데 어려움이 있었다.
예를 들어, LED를 하나씩 개별적으로 점등시킬 경우 LED마다 일정 전류가 공급되어 설정 밝기로 점등되나, 복수의 LED들을 동시에 점등시킬 경우 LED들마다 공급되는 전류가 일정하지 않고 낮아져 설정 밝기보다 저하되는 현상이 있었다. LED 채널마다 별도의 전원공급장치를 사용하더라도, 복수의 LED들을 동시에 점등시킬 경우 전술한 현상이 해소되지 않았다. 이러한 현상은 LED 채널을 어떻게 조합하느냐에 따라 밝기 저하가 일어나는 양상이 달라져서 보정하기도 어려운 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 카메라의 촬영시 프레임 구간 동안 복수의 LED들을 점등시키더라도 설정 밝기보다 저하되는 현상이 방지될 수 있는 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치 및 영상 획득방법을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치는 LED들과, 카메라와, 컨트롤러와, LED 드라이버, 및 프레임 그래버(frame grabber)를 포함한다. LED들은 검사대상물을 조명하도록 배열된다. 카메라는 검사대상물에 대해 프레임 구간별로 영상을 획득한다. 컨트롤러는 LED들 중 점등될 LED들이 프레임 구간별로 설정되어 입력되면 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 출력하며, 해당 프레임 구간마다 설정된 LED들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 출력한다. LED 드라이버는 컨트롤러로부터 입력된 동기 신호와 점등 신호에 따라 프레임 구간별로 해당 LED들을 점등시킨다. 프레임 그래버는 컨트롤러로부터 입력된 동기 신호에 따라 카메라로 출력되는 노출 신호에 의해 카메라로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장한다.
여기서, 컨트롤러는 프레임 구간별로 점등될 LED들과 조명시간이 설정되어 입력되면 해당 프레임 구간마다 설정된 LED의 개수와 조명시간에 맞춰 해당 프레임 구간의 길이를 가변시킬 수 있다.
본 발명에 따른 다채널 조명을 이용한 영상 획득방법은, 카메라의 프레임 구간별로 LED들 중 점등될 LED들이 설정되면, 컨트롤러에 의해 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 생성해서 출력하며, 해당 프레임 구간마다 설정된 LED들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 생성해서 출력하는 단계; 및 출력된 동기 신호와 점등 신호에 따라 LED 드라이버에 의해 프레임 구간별로 해당 LED들을 점등시켜 검사대상물을 조명함과 동시에, 출력된 동기 신호에 따라 프레임 그래버 또는 컨트롤러에 의해 카메라로 노출 신호를 출력해서 검사대상물에 대해 카메라로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장하는 단계;를 포함한다.
여기서, 점등될 LED들이 설정되는 단계는 프레임 구간별로 조명시간이 설정되는 과정을 더 포함하며, 점등 신호를 생성해서 출력하는 단계는 해당 프레임 구간마다 설정된 LED의 개수와 조명시간에 맞춰 컨트롤러에 의해 해당 프레임 구간의 길이를 가변시키는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 카메라의 촬영시 프레임 구간 동안 복수의 LED들에 일정한 전류를 공급할 수 있으므로, 복수의 LED들을 점등시키더라도 설정 밝기보다 저하되는 현상이 방지될 수 있다. 그 결과, 양질의 영상이 획득되어 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 있어서, 프레임 구간별 동기 신호, 노출 신호, 점등 신호를 나타낸 타이밍 도면이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치에 대한 구성도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 프레임 구간별 동기 신호, 노출 신호, 점등 신호를 나타낸 타이밍 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치(100)는 LED(110)들과, 카메라(120)와, 컨트롤러(130)와, LED 드라이버(140), 및 프레임 그래버(150)를 포함한다.
LED(110)들은 검사대상물(10)을 조명하도록 배열된다. 여기서, 검사대상물(10)은 검사를 필요로 하는 각종 제품에 해당할 수 있다. LED(110)들은 다양한 각도로 검사대상물(10)을 조명하도록 배열되어 회로기판에 실장될 수 있다. LED(110)들은 다양한 색상을 발광하도록 조합될 수 있다. LED(110)들의 각 위치 정보는 컨트롤러(130)에 미리 입력되어 저장될 수 있다.
카메라(120)는 검사대상물(10)에 대해 프레임 구간별로 영상을 획득한다. 카메라(120)는 프레임 그래버(150)로부터 입력되는 프레임 구간별 노출 신호에 따라 검사대상물(10)에 대한 영상을 획득하여 프레임 그래버(150)로 출력한다.
컨트롤러(130)는 LED(110)들 중 점등될 LED(110)들이 프레임 구간별로 설정되어 입력되면 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 출력한다. 컨트롤러(130)는 사용자 인터페이스(160)와 연결될 수 있다. 사용자 인터페이스(160)는 설정 메뉴를 화면에 표시하며, 사용자가 터치 패널이나 별도의 입력수단에 의해 명령을 입력하도록 구성되는 것과 같이 다양하게 구성될 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스(160)를 통해 검사대상물(10)의 검사 조건에 따라 점등될 LED(110)들을 선택해서 컨트롤러(130)로 입력할 수 있다. 컨트롤러(130)는 제어프로그램을 수행할 수 있는 적어도 하나의 프로세서로 구성될 수 있다.
컨트롤러(130)는 해당 프레임 구간마다 설정된 LED(110)들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 출력한다. 컨트롤러(130)는 미리 입력되어 있는 LED(110)들의 각 위치 정보를 기초로 해당 프레임 구간마다 설정된 LED(110)들의 위치를 인식할 수 있다. 컨트롤러(130)는 인식된 LED(110)들을 점등시키기 위한 점등 신호를 해당 프레임 구간 내에서 시간적으로 분리 생성한 후 LED 드라이버(140)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, LED(110)들이 n개로 구비되며, 첫 번째 프레임 구간 내에서 1번 LED(LED_1), 3번 LED(LED_3), n번 LED(LED_n)를 점등시키고자 할 경우, 컨트롤러(130)는 1번 LED(LED_1), 3번 LED(LED_3), n번 LED(LED_n)를 점등시키기 위한 점등 신호들을 시간적으로 분리해서 생성할 수 있다. 두 번째 프레임 구간 내에서 2번 LED(LED_2), 4번 LED(LED_4)를 점등시키고자 할 경우, 컨트롤러(130)는 12번 LED(LED_2), 4번 LED(LED_4)를 점등시키기 위한 점등 신호들을 시간적으로 분리해서 생성할 수 있다. 컨트롤러(130)는 후속하는 프레임 구간에서도 해당 LED(110)들을 점등시키기 위한 점등 신호를 전술한 방식으로 시분할해서 생성할 수 있다.
LED 드라이버(140)는 컨트롤러(130)로부터 입력된 동기 신호와 점등 신호에 따라 프레임 구간별로 해당 LED(110)들을 점등시킨다. 이때, LED 드라이버(140)는 컨트롤러(130)로부터 점등 신호를 수신해서 해당 LED(110)들의 채널들을 통해 해당 LED(110)들에 순차적으로 전류를 공급함으로써, 해당 LED(110)들을 점등시킬 수 있다. 해당 LED(110)마다 일정 전류가 공급되어 점등될 수 있으므로, 해당 LED(110)들의 점등에 따른 밝기가 설정 밝기보다 저하되는 현상이 방지될 수 있다. 따라서, 카메라(120)의 촬영시 프레임 구간 동안 복수의 LED(110)들을 점등시키더라도 설정 밝기보다 저하되는 현상이 방지될 수 있다. 그 결과 양질의 촬영 영상이 획득되어 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
프레임 그래버(150)는 컨트롤러(130)로부터 입력된 동기 신호에 따라 카메라(120)로 출력되는 노출 신호에 의해 카메라(120)로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장한다. 프레임 그래버(150)는 컨트롤러(130)로부터 입력된 동기 신호에 따라 카메라(120)로 노출 신호를 출력할 수 있다. 도시하고 있지 않지만, 프레임 그래버(150)가 카메라(120)로 노출 신호를 출력하는 대신, 컨트롤러(130)가 프레임 그래버(150)로 동기 신호로 출력함과 동시에 카메라(120)로 노출 신호를 출력할 수도 있다.
프레임 그래버(150)는 카메라(120)로부터 수신된 영상 신호를 디지털화하여 컨트롤러(130)가 처리할 수 있는 신호로 바꾸어줄 수 있다. 컨트롤러(130)는 프레임 그래버(150)로부터 제공된 신호를 처리하여 기준 데이터와 비교하여 검사대상물(10)에 대한 외관 결함 등의 불량 여부를 판단할 수 있다.
한편, 컨트롤러(130)는 프레임 구간별로 점등될 LED(110)들과 조명시간이 설정되어 입력되면 해당 프레임 구간마다 설정된 LED(110)의 개수와 조명시간에 맞춰 해당 프레임 구간의 길이를 가변시킬 수 있다. 이 경우, 사용자는 사용자 인터페이스(160)를 통해 검사대상물(10)의 검사 조건에 따라 조명시간을 점등될 LED(110)들과 함께 설정해서 입력할 수 있다. 또한, 컨트롤러(130)는 가변된 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 출력하고, 가변된 프레임 구간마다 설정된 LED(110)들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 출력할 수 있다.
컨트롤러(130)는 해당 프레임 구간에 설정된 LED(110)의 개수와 조명시간이 증가할수록 해당 프레임 구간의 길이를 증가시키며, 해당 프레임 구간에 설정된 LED(110)의 개수와 조명시간이 감소할수록 해당 프레임 구간의 길이를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 1개의 LED를 최소한의 조명시간으로 해당 프레임 구간 동안 점등할 경우, 컨트롤러(130)는 해당 프레임 구간의 길이를 카메라(120)의 최대 초당 프레임 수(frame per second)에 의해 결정되는 최소 프레임 구간 길이로 설정할 수 있다. 컨트롤러(130)는 최소 프레임 구간 길이를 기준으로 LED(110)의 개수와 조명시간의 각 증가율에 비례하여 해당 프레임 구간의 길이를 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 해당 프레임 구간에 설정된 LED(110)의 개수와 조명시간에 맞춰 해당 프레임 구간의 길이를 가변하게 되면, 해당 프레임 구간 동안 복수의 LED(110)들을 효과적으로 점등시킬 수 있을 뿐 아니라, 프레임 구간별 영상 획득 시간을 최소화할 수 있다.
전술한 영상 획득장치(100)에 의해 영상을 획득하는 방법의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 카메라(120)의 프레임 구간별로 LED(110)들 중 점등될 LED(110)들이 설정된다. 추가적으로, 프레임 구간별로 조명시간이 설정될 수 있다. 이때, 사용자는 사용자 인터페이스(160)를 통해 검사대상물(10)의 검사 조건에 따라 점등될 LED(110)들과 조명시간을 설정해서 컨트롤러(130)에 입력할 수 있다.
점등될 LED(110)들과 조명시간이 컨트롤러(130)에 입력되면, 컨트롤러(130)에 의해 해당 프레임 구간마다 설정된 LED(110)의 개수와 조명시간에 맞춰 해당 프레임 구간의 길이를 가변시키며, 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 생성해서 출력하며, 해당 프레임 구간마다 설정된 LED(110)들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 생성해서 출력한다.
그 다음, 출력된 동기 신호와 점등 신호가 LED 드라이버(140)에 입력되면, 동기 신호와 점등 신호에 따라 LED 드라이버(140)에 의해 프레임 구간별로 해당 LED(110)들을 점등시켜 검사대상물(10)을 조명한다. 이와 동시에, 출력된 동기 신호가 프레임 그래버(150)에 입력되면, 동기 신호에 따라 프레임 그래버(150) 또는 컨트롤러(130)에 의해 카메라(120)로 노출 신호를 출력해서 검사대상물(10)에 대해 카메라(120)로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장한다. 저장된 영상 정보로부터 검사대상물(10)의 불량 여부가 검사될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..LED 120..카메라
130..컨트롤러 140..LED 드라이버
150..프레임 그래버 160..사용자 인터페이스

Claims (4)

  1. 검사대상물을 조명하도록 배열된 LED들;
    검사대상물에 대해 프레임 구간별로 영상을 획득하는 카메라;
    상기 LED들 중 점등될 LED들이 프레임 구간별로 설정되어 입력되면 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 출력하며, 해당 프레임 구간마다 설정된 LED들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 출력하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러로부터 입력된 동기 신호와 점등 신호에 따라 프레임 구간별로 해당 LED들을 점등시키는 LED 드라이버; 및
    상기 컨트롤러로부터 입력된 동기 신호에 따라 상기 카메라로 출력되는 노출 신호에 의해 상기 카메라로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장하는 프레임 그래버;를 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    프레임 구간별로 점등될 LED들과 조명시간이 설정되어 입력되면 해당 프레임 구간마다 설정된 LED의 개수와 조명시간에 맞춰 해당 프레임 구간의 길이를 가변시키되,
    1개의 LED가 최소한의 조명시간으로 해당 프레임 구간 동안 점등할 경우, 해당 프레임 구간의 길이를 카메라의 최대 초당 프레임 수(frame per second)에 의해 결정되는 최소 프레임 구간 길이로 설정하고, 최소 프레임 구간 길이를 기준으로 LED의 개수와 조명시간의 각 증가율에 비례하여 해당 프레임 구간의 길이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 다채널 조명을 이용한 영상 획득장치.
  2. 삭제
  3. 카메라의 프레임 구간별로 LED들 중 점등될 LED들과 조명시간이 설정되면, 컨트롤러에 의해 프레임 구간 시작시점마다 동기 신호를 생성해서 출력하며, 해당 프레임 구간마다 설정된 LED들을 시분할적으로 점등시키기 위한 점등 신호를 생성해서 출력하는 단계; 및
    출력된 동기 신호와 점등 신호에 따라 LED 드라이버에 의해 프레임 구간별로 해당 LED들을 점등시켜 검사대상물을 조명함과 동시에, 출력된 동기 신호에 따라 프레임 그래버 또는 컨트롤러에 의해 카메라로 노출 신호를 출력해서 검사대상물에 대해 카메라로부터 획득된 영상을 프레임 구간별로 저장하는 단계;를 포함하며,
    상기 점등 신호를 생성해서 출력하는 단계는,
    해당 프레임 구간마다 설정된 LED의 개수와 조명시간에 맞춰 컨트롤러에 의해 해당 프레임 구간의 길이를 가변시키는 과정을 포함하며;
    상기 해당 프레임 구간의 길이를 가변시키는 과정은,
    1개의 LED가 최소한의 조명시간으로 해당 프레임 구간 동안 점등할 경우, 컨트롤러는 해당 프레임 구간의 길이를 카메라의 최대 초당 프레임 수(frame per second)에 의해 결정되는 최소 프레임 구간 길이로 설정하고, 최소 프레임 구간 길이를 기준으로 LED의 개수와 조명시간의 각 증가율에 비례하여 해당 프레임 구간의 길이를 증가시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 조명을 이용한 영상 획득방법.
  4. 삭제
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