[플리어 제공] 적외선 카메라를 고를 때 해상도가 핵심 사양일 법 하나, 일부 석유·가스분야를 들여다보면 꼭 그렇지 않은 것으로 보여진다. 광학가스이미징(OGI) 분야에서는 저 해상도 카메라를 선택하는 것이 최적의 성능을 얻는데 유리할 때가 있다.

플리어가 고해상도가 OGI에서 항상 좋은 것만은 아닌 이유를 제시하며, 고해상도가 필요한 시나리오들을 소개하고 있다.

석유가스 업체들이 사용하는 장비는 대부분 사양에만 집중해 구매가 이루어지는데, 이때 핵심이 되는 사양 중 하나로 해상도가 꼽힌다. 하지만, 실제 OGI 카메라 사용자가 사용하는 특정 분야 장비의 성능에는 별 중요하지 않은 사양이라는 사실이 경각심을 일깨운다. 우수한 사양에 매료될 수 있겠지만, 기능적인 면에서 보면 실수할 우를 범할 소지가 크다.  

OGI 카메라는 적외선 파장에서 작동한다. 적외선 분야에서는 카메라에 픽셀을 추가하면 더 작은 스팟 크기 비율(측정가능 영역)을 더욱 정확하게 측정할 수 있게 되고 이미지 품질도 향상돼 더 좋지 않겠냐는 반응이 대체적이다.  

플리어는 OGI는 적외선 해상도와 가스 감도 두 가지 모두에 달려있다고 강조한다. 감도는 카메라의 고유 노이즈 상에서 특정 길이의 경로를 어느 정도의 가스가 지나갔는지 감지할 수 있는 NECL(잡음 등가 농도 길이)를 통해 측정한다. 

플리어는 이 두 가지 특성이 상호작용하는 방식을 이해하는 데에는 몇 가지 매개변수가 핵심이며, 카메라 구입 시 중요하게 고려해야 할 부분이라고 구두점을 찍는다. 

픽셀 크기 - OGI에서는 해상도와 NECL가 선형 관계가 아니며, 실제로는 서로 모순된다. 앞서 말한 대로, 비-OGI 적외선 카메라 사용 분야에서는 해상도가 높을수록 카메라가 사안을 방사분석적으로 진단하는 능력이 좋다. 일례로, 카메라에 도달하는 적외선 신호 강도로 목표물 표면의 온도 측정을 가늠할 수 있다. 픽셀 크기가 작아지고 측정하려는 물체의 크기는 그대로일 때, 목표물에 더 많은 픽셀을 확보하면 측정 정확도가 향상된다. 

같은 맥락에서, 온도 측정 대 OGI를 나란히 놓고 보면, 해상도가 높거나 픽셀이 작은 쪽에서 하나의 픽셀 안에 ‘흰색’이 더 많이 나타난다는 것을 알 수 있다. 이 픽셀(즉, 색상)로 된 모든 영역에 이 가설을 균분 적용하면, 픽셀이 흰색으로 채워질수록 온도(강도) 값이 더 정확해질 것이다. 이는 고해상도가 유리하다는 것을 반증한다. 

픽셀 피치 - 반대로 가스를 감지할 때, 사용자는 대부분 화면에 있는 물체와 비교한 픽셀 ‘크기’에 관심이 없다. 가스 감지의 가장 큰 관심사는 하나의 픽셀에 도달하는 에너지의 양으로, 가능한 더 많은 에너지가 한 픽 셀에 도달하는 것에 집중돼 있다. 

초점면 배열(FPA)의 해상도를 높일수록, 전체 디텍터 크기를 더 작게 유지하기 위해 각 픽셀 의 크기(마이크로 미터 단위로 측정되며 ‘픽셀 피치’, 즉 한 픽셀의 중앙에서 그 다음 픽셀의 중앙까지의 거리를 나타냄)는 일반적으로 점점 작아진다. 이렇게 되면 각 픽셀에 모이는 ‘에너지’ 양이 감소하고 이미지의 감도는 떨어진다. 일반적으로 이 두 가지는 서로 모순(해상도가 높아지면 감응도는 낮아짐)되기 때문에, OGI 분야에서는 더 많은 에너지를 포획할 수 있는 픽셀 피치가 더 큰 쪽을 선호한다. 

예를 들어, 플리어 냉각 OGI 카메라 중에서 GFx320 카메라는 픽셀 피치가 30 µm이고 GF620 카메라는 피치가 15 µm로, GFx320이 GF620 보다 감도가 조금 더 좋다(15 mK vs. 20 mK). NECL을 보면, GF620의 메탄 NECL이 GFx320의 두 배 수준이다. 

‘소규모 누출’에서는 높은 해상도를 지닌 GF620(640 × 480 대 320 × 240)이 더 낫다. 첫째로 누출된 부분을 좀 더 명확하고 선명하게 볼 수 있고 누출에 대해 잠재적으로 자세히 파악할 수 있다. 이 고해상도 요소를 열화상 기기의 디지털 줌과 결합하면 훨씬 선명한 결과물을 얻을 수 있으며, 그에 따라 작은 누출 지점을 시각화 할 수도 있다. 

열화상 감도, 또는 잡음 등가 온도차(NETD)란 카메라로 측정할 수 있는 온도 차의 최소 단위를 의미한다. 숫자가 작을수록 적외선 장치의 열 감도가 더 좋다. 측정은 일반적으로 산업 표준 온도인 30°C에서 이뤄진다. 

측정하고자 하는 목표물이 온도 편차가 크다면, NETD 값이 낮은 카메라를 사용해야 할 필요가 없다. 그러나 습기 문제 식별과 같이 높은 감도가 요구되는 작업이라면, 감도가 좋은 제품을 선택하는 것이 좋다. 대부분의 경우, OGI는 단순히 ‘가스가 있는가/새어 나왔는가?’에 초점을 두기 때문에 NETD 보다 픽셀 피치를 더 중요하게 여긴다. 

가스 흡수력 - 적외선 카메라가 스펙트럼 범위에서(여과를 하거나 하지 않거나) 가스를 흡수하지 않으면 열화상 기기에서 가스를 확인할 수 없다. 달리 말하면 이미지화 된 가스가 카메라의 스펙트럼 범위에서 에너지를 흡수하는 것이 아니라면 적외선 카메라의 해상도는 카메라의 가스를 확인하는 기능에 영향을 주지 않는다. 

또한, 플리어의 특허 받은 고감도 모드(HSM)는 더 많은 픽셀로 인해 더욱 작은 누출 지점을 감지하는 데 도움을 줄 수 있다. 이 기본 OGI 속성은 가스마다 다르다. 흡수력은 가스반응계수(RF)로 설명할 수 있는데, 이 값이 높을 수 록 가스의 이미지화가 더 용이하다.

최정훈 기자 다른기사 보기