초소형위성 탑재용 Hybrid TDI Line Scan 카메라 개발   이태연 ㈜뷰웍스 광영상연구소   Development of Hybrid TDI Line Scan Camera for Microsatellite payload system   Taeyeon Lee Vieworks Co., Ltd.

Abstract : ㈜뷰웍스는 ‘16년 세계 최초로 CCD와 CMOS 센서의 장점을 결합한 Hybrid TDI 센서를 개발하였고 상용화에 성공하였다. 본 논문에서는 Hybrid TDI 센서와 TDI 센서를 적용한 카메라의 기본 구조에 대해 고찰하였다.

Key Words : CCD 센서, CMOS 센서, TDI (Time Delay and Integration) 센서, FPGA(Field Programmable Gate Array), Multi-spectral, Camera Link, Coaxpress, GigE

1. 서    론

 TDI 센서는 여러 개의 픽셀들이 동일한 목표물을 반복적으로 촬영하여 얻어진 개별 신호를 더함으로써, SNR을 증가시킨다. 일반적으로 인공위성 탑재용 지구관측용 카메라는 화질의 우수성 때문에 CCD TDI 센서를 많이 사용한다. 그러나 CCD TDI 센서는 소비 전력이 높고 전자 유닛의 구조가 복잡하여 최근 CMOS TDI 센서의 사용이 증가하고 있다. CMOS TDI 센서는 동일한 목표물을 반복적으로 촬영하고 각각에 대하여 ADC를 수행한 후 Digital 데이터의 형태로 더한다. 그래서 CMOS TDI 센서는 연속적으로 이동하는 목표물을 불연속적으로 센서에서 샘플링하기 때문에 Motion Blur에 의해 MTF가 떨어지는 문제가 있다. Hybrid TDI 센서는 모든 제작 과정이 CMOS 공정으로 진행된다. CCD와 CMOS 센서의 장점을 결합하여 최적화 된 영상을 획득할 수 있는데 영상 데이터 축적은 CCD 방식으로 설계하고 Readout은 CMOS 방식으로 설계하였다. 본 논문에서는 Hybride TDI 센서와 TDI 센서를 적용한 카메라의 기본 구조에 대해 고찰하였다.

 

2. Hybrid TDI 센서

 

2.1 Hybrid TDI Sensor Structure

Fig. 1 Hybrid TDI Sensor Structure

Fig. 1은 Hybrid TDI 센서의 구조를 도식화 한 그림이다. Hybrid TDI 센서는 CCD 센서와 동일하게 Analog  형태로 영상 신호를 전송 및 축적한다. 축적된 Analog 영상 데이터는 AMP, ADC, MUX, LVDS등의 모듈을 거쳐 Digital 영상 데이터로 출력된다.

 

2.2 Hybrid Multi-spectral TDI 센서

 

 Fig. 2는 Hybrid Multi-spectral TDI 센서의 band를 도식화 한 것이다. Multi-spectral TDI 센서는 고감도/고해상도의 Color 영상을 얻을 수 있기 때문에 대형 패널의 검사나 문서 스캔 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 특히 연속 촬영이 필요한 지구관측용 카메라에 가장 적합한 센서이다. 사용 용도에 따라 픽셀의 크기, 픽셀의 해상도,  Band의 Stage 개수, Band의 색상 및 개수 등을 고려해야 한다.

 

 

3. Hybrid TDI 카메라

Fig. 3 Hybrid TDI Camera Block Diagram

 Fig. 3은 Hybrid TDI 카메라의 내부 블록도이다. 카메라의 모든 컨트롤과 데이터 처리는 FPGA 칩 내에서 이루어진다. FPGA는 크게 제어를 위한 마이크로프로세서와 영상처리를 위한 로직으로 구성되어 있다. 영상 출력은 Coaxpress, Camera Link, GigE, USB등 다양한 방식을 지원한다.

Fig. 4 Hybrid TDI Camera

 Fig. 4 는 렌즈를 장착하지 않은 Hybrid TDI 카메라의 외관이다. 렌즈 마운트는 기본적으로 M42, M72, M95를 지원하고 고객의 요청에 따라 마운트 타입은 변경할 수 있다.

 

 

참 고 문 헌

 

[1]Vieworks, “VT series User Manual”, March2016.