카메라 센서 크기 안내

CMOS 센서 크기는 카메라 성능에 어떤 영향을 미치나요?

디지털 카메라의 센서 포맷 크기는 카메라의 기본적인 성능 특성을 결정합니다. 저조도 감도, 다이내믹 레인지, 물리적 크기, 비용 및 렌즈 요구 사항은 모두 센서 포맷 크기와 관련이 있습니다. 각 용도와 카메라 프로젝트마다 장단점을 신중히 따져보아야 합니다.

픽셀 아키텍처가 동일하다면, 픽셀 크기가 클수록 더 많은 빛을 수집하여 저조도 성능이 향상됩니다. 그러나 센서 크기가 커지면 더 큰 렌즈가 필요하거나, 비선형 주광선 각도가 더 큰 근본적으로 다른 광학 레이아웃이 요구됩니다. M12 렌즈는 최대 약 1/1.6" 포맷의 센서에 사용되며, C-마운트 렌즈는 글로벌 픽셀 아키텍처를 갖춘 더 큰 포맷의 센서에 사용됩니다.

디지털 카메라 센서 포맷 종류가 왜 이렇게 헷갈리는 걸까요?

이 형식 유형 분류 체계는 CCD 및 CMOS 센서가 등장하기 전에 제조된 비디오 카메라 튜브에서 유래했습니다. 이러한 비디콘 튜브는 튜브와 전극을 고정하는 기계적 구조로 인해 활성 음극 영역 외부에 불투명한 부분이 있었습니다.

이미징 영역은 튜브의 외경보다 상당히 작았습니다. 고체 상태 CCD 센서가 튜브를 대체했을 때, 제조사들은 기존 렌즈 시스템과의 호환성을 유지하기 위해 기존의 포맷 명명 규칙을 그대로 따랐습니다. 그 결과, 현대의 센서 포맷 명칭은 센서의 실제 치수가 아니라, 동일한 이미지 서클을 생성할 수 있는 비디콘 튜브의 등가 직경을 나타냅니다.

포맷 유형과 실제 센서 크기 사이에는 어떤 수학적 관계가 있나요?

저희는 이미지 센서 포맷 유형을 보다 정확하게 정의하는 “현대적인” 공식을 도출하기 위해 최선을 다했습니다. 1" = 16.0mm, 1/2" = 8.0mm, 1/3" = 6.0mm, 1/4" = 4.5mm라는 일반적으로 인정되는 데이터 포인트를 사용하여 적합한 공식을 도출한 뒤, 가능한 한 많은 다른 기사들과 대조해 보았습니다. 안타깝게도, 디지털 이미지 센서 유형을 나타내는 이 공식에는 1/2" 이미지 센서와 1/2.3" 이미지 센서 포맷 크기 사이에 불연속성이 발생합니다.

센서 포맷 참조표

다음 표에는 일반적인 CMOS 센서 형식과 대략적인 치수가 정리되어 있습니다. 대부분의 센서는 이 값들과 대략 일치합니다.

내 센서 포맷에 맞는 렌즈는 어떻게 선택하나요?

왜곡을 감수할 수 있거나 어안 렌즈를 사용하는 경우가 아니라면, 렌즈의 화각은 센서의 대각선 길이와 같거나 그보다 커야 합니다. 1/2인치 포맷용으로 지정된 렌즈는 대각선 길이가 최대 8mm인 센서를 커버합니다. 더 큰 센서에 이 렌즈를 사용하면 비네팅(모서리가 어두워지는 현상)이 발생합니다. 더 작은 센서에 이 렌즈를 사용하면 광학 성능이 제대로 발휘되지 않지만, 화질 저하는 발생하지 않습니다.

최대 1/1.8인치 포맷(대각선 8.9mm)의 센서를 사용하는 임베디드 비전 애플리케이션의 경우, M12 마운트 렌즈가 콤팩트하고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 더 큰 센서나 뛰어난 광학 성능이 필요한 애플리케이션의 경우, C-마운트 렌즈가 조리개와 초점을 조절할 수 있는 산업용 등급의 품질을 제공합니다.

내 용도에 맞는 센서 형식은 무엇으로 선택해야 할까요?

센서 형식 선택은 해상도 요구 사항, 감광도 요구 사항, 물리적 공간 제약 및 예산에 따라 달라집니다. 다음 지침을 참고하십시오.

• 이동형 로봇 (1/4" ~ 1/1.7"): 소형 센서는 로봇 공학용 경량 M12 렌즈와 잘 어울립니다. 내비게이션을 위해서는 넓은 시야각을 우선적으로 고려하십시오.
• 자동차용 비전(1/2.8" ~ 1/1.7"): 소형 패키지와 저조도 성능 간의 균형. 자동차용 M12 렌즈는 내구성이 뛰어난 설계를 갖추고 있습니다.
• 머신 비전 (1/1.7인치 ~ 1인치): 더 큰 포맷일수록 더 높은 해상도와 글로벌 셔터 기능을 지원합니다. 2/3인치 및 1인치 포맷의 글로벌 셔터 센서는 정밀 응용 분야에 사용하기 위해 C-마운트 렌즈와 결합됩니다.
• 감시용 (1/3인치 ~ 1/2인치): 검증된 렌즈 공급망을 갖춘 비용 효율적인 포맷입니다. 감시용 렌즈는 주야간 작동에 최적화되어 있습니다.

노출은 조리개 수치, 게인, 모션 블러와 어떻게 상호작용하나요?

센서 포맷은 빛을 수집할 수 있는 물리적 면적을 결정하지만, 주어진 프레임 내 각 픽셀에 실제로 도달하는 빛의 양은 노출, 즉 조리개 수치, 노출(적분) 시간, 센서 게인의 조합에 따라 결정됩니다. 이미지 평면의 조도는 1/(f/#)²에 비례하므로, 조리개 수치가 1스톱 증가할 때마다(예: F/2.8에서 F/4로) 센서에 도달하는 빛의 양은 대략 절반으로 줄어듭니다. 자세한 도출 과정은 조리개 수치 가이드를 참조하십시오.

노출 시간을 늘리는 것은 조리개 값을 작게 설정함으로써 손실된 빛을 보충하는 한 가지 방법이지만, 동시에 프레임 촬영 중 물체나 카메라의 움직임으로 인한 번짐 현상도 가중시킵니다. 일반적인 컨베이어 속도인 200~500mm/s에서 노출 시간을 1ms 더 늘리면 물체에 약 0.2~0.5mm의 모션 블러가 추가됩니다. 당사의 모션 블러 가이드와 카메라 노출 가이드에서는 이러한 상충 관계가 비전 시스템의 감지 정확도에 어떤 영향을 미치는지 다루고 있습니다.

센서 게인을 높이는 것이 세 번째 조절 방법입니다. 게인은 더 많은 광자를 수집하지 않은 채 각 픽셀에서 아날로그 신호와 그에 수반되는 노이즈를 증폭시키므로, 밝기는 회복되지만 사용 가능한 다이내믹 레인지는 줄어들고 이미지 노이즈는 증가합니다. 풀웰 용량은 픽셀 면적에 비례하기 때문에(제곱 마이크로미터당 1,000~2,000 전자 수준), 주어진 해상도에서 더 큰 포맷을 사용하는 픽셀 크기가 더 큰 센서는 일반적으로 게인에 의한 노이즈가 제한 요인이 되기 전까지 더 많은 신호 여유 공간을 확보합니다. 이것이 바로 포맷 선택이 단순히 시야각 결정이 아니라 시스템 차원의 절충점인 또 하나의 이유입니다.

자주 묻는 질문

왜 1/2.8인치 센서의 크기가 1/2.8인치가 아닐까요?

인치 단위의 명칭은 1950년대 비디콘 텔레비전 카메라 관에서 유래했습니다. 이 형식 명칭은 유효 영상 영역이 아니라 외부 유리관의 직경을 가리키는 것이었습니다. 기계적 장착 구조로 인해 유효 음극 영역은 관 직경의 약 3분의 2에 불과했습니다.

솔리드 스테이트 센서가 진공관을 대체했을 때, 제조사들은 기존 렌즈 시스템과의 하위 호환성을 위해 기존 명명 규칙을 그대로 유지했습니다. “1/2.8인치” 센서의 대각선 길이는 약 6.4mm로, 0.357인치(9.07mm)와는 거리가 멉니다.

센서 포맷을 기준으로 시야각을 어떻게 계산하나요?

시야각 계산에 포맷 유형을 직접 사용하지 마십시오. 포맷 지정은 제조사마다 차이가 있는 근사치일 뿐입니다. 대신 데이터시트에 명시된 실제 센서 치수를 사용하십시오.

시야각 = 2 × arctan(센서_크기 / (2 × 초점거리)). 정확한 결과를 얻으려면 실제 센서의 너비나 높이를 밀리미터 단위로 입력하여 당사의 시야각 계산기를 사용해 주십시오.

더 작은 센서 형식에 맞춰 설계된 렌즈를 사용하면 어떻게 되나요?

렌즈의 화각이 센서 전체를 덮지 못하기 때문에 비네팅(모서리가 어두워지는 현상)이 발생합니다. 이 현상의 정도는 포맷 불일치에 따라 달라집니다. 1/2" 센서에 1/3" 렌즈를 장착하면 모서리가 상당히 어두워질 수 있습니다. 2/3" 센서에 1/2" 렌즈를 장착하면 심각한 비네팅이 나타납니다.

항상 자신의 센서 포맷과 호환되거나 그보다 큰 포맷용으로 지정된 렌즈를 선택하십시오. 1/3" 센서에서도 2/3" 렌즈를 문제없이 사용할 수 있습니다. 이때는 렌즈의 이미지 서클 중 중앙 부분만 사용하면 됩니다.

내 용도에 필요한 초점 거리는 어떻게 계산하나요?

통치 관계: 초점 거리 = (작동 거리 × 센서 폭) / 장면 폭.

예시: 1/2.8인치 센서(폭 5.1mm)를 사용하여 3미터 거리에서 폭 2미터의 피사체를 촬영하려면 3000mm × 5.1mm / 2000mm = 7.65mm가 필요하므로, 7.5mm 또는 8mm 렌즈를 사용해야 합니다. 정확한 계산을 위해서는 당사의 EFL 계산기를 이용하십시오.

조리개 값은 노출과 모션 블러에 어떤 영향을 미치나요?

F-값은 단위 시간당 센서에 도달하는 빛의 양을 결정합니다. 이미지 평면의 조도는 1/(f/#)²에 비례하므로, 조리개 값이 클수록(F-값이 낮을수록) 더 짧은 시간 내에 동일한 노출 수준에 도달합니다.

노출 시간을 짧게 설정하면 모션 블러가 줄어드는데, 모션 블러의 정도는 대략 피사체 속도에 노출 시간을 곱한 값에 비례합니다. 조리개를 좁게 설정하면 노출 시간을 길게 할 것(블러 증가), 조명을 더 밝게 할 것, 아니면 센서 게인을 높일 것(노이즈 증가, 다이내믹 레인지 감소) 중에서 선택해야 합니다.

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