대면적 PCB·배터리 표면 검사를 위한 광학 기술: 2.5D Photometric CIS의 작동 원리와 특징

작성일: 2026-10-13 작성자: virex15

반도체 패키지 기판(FC-BGA, PCB), 2차전지 배터리 셀, 기능성 필름 등의 표면 외관 검사를 진행할 때 비전 엔지니어들이 공통적으로 마주치는 광학적 난제가 있습니다.

조명 세팅을 아무리 조정해도 표면 정반사(Specular)나 난반사광 때문에 미세 결함이 빛에 묻혀 날아가는 현상
어두운 배경 재질이나 복잡한 회로 패턴, 표면 가공 텍스처에 얕은 홈이나 스크래치가 가려져 기존 2D 알고리즘으로는 OK/NG 구분이 불가능한 현상
특히 가로 폭 510mm 이상의 대면적 기판(PCB) 등을 검사할 때, 렌즈 외곽부 왜곡 없이 미세 단차나 찍힘을 균일하게 검출하기 어려운 현상

단순 찍힘과 스크래치를 잡기 위해 수천만 원에 달하는 3D 레이저 센서를 도입하자니 장비 단가가 폭증하고, 무거운 포인트 클라우드 연산 부하로 인해 고속 인라인 양산 라인의 택타임(Tact Time)을 맞추기 어렵습니다.

이 ‘2D의 검출 한계’와 ‘3D의 비용·속도 부담’ 사이의 간극을 해결하는 대안이 바로 바이렉스가 공급하는 INSNEX 2.5D Photometric CIS(Contact Image Sensor) 솔루션입니다.

이름으로 인해 카메라 2대로 삼각측량하는 일반 ‘스테레오 비전(Stereo Vision)’과 혼동하기 쉽지만, 광학적 접근 방식은 다릅니다.

일반 스테레오 비전: 조명 조건은 고정한 채, 카메라의 위치를 2대 이상 다르게 배치하여 시차(Parallax)를 통해 거리를 연산합니다.
포토메트릭 스테레오: 카메라와 검사체의 위치는 단 하나로 고정하고, 서로 다른 입사각의 조명을 고속으로 전환 점등하여 연속 촬영합니다.

핵심은 ‘빛과 음영의 관계(Shape from Shading)’를 역추적하는 수학적 알고리즘에 있습니다.

표면 법선 벡터(Surface Normal) 추정: 평평한 면은 입사각이 달라져도 반사 강도가 완만하지만, 미세한 홈이나 굴곡은 조명 각도에 따라 한쪽은 강한 하이라이트가 맺히고 반대편은 즉시 그림자가 형성됩니다. 각 방향 조명에 반응하는 픽셀별 밝기 변화량을 계산해 표면의 3차원 기울기 벡터를 산출합니다.
반사율(Albedo)과 형상의 수학적 분리: 센서에 입력되는 밝기 데이터는 [표면 반사율/색상] × [입사각과 표면의 각도]로 결정됩니다. 다채널 조명 방정식을 풀면 표면 고유의 인쇄 무늬, 얼룩, 난반사는 지워버리고, 순수 물리적 굴곡(기울기)만 남은 형상 데이터를 획득할 수 있습니다.

INSNEX 2.5D Photometric CIS는 이 정밀 포토메트릭 스테레오 광학계를 단일 CIS 센서 바(Bar)와 일체형 광원 구조로 집약한 솔루션입니다.

[CIS 내장 4EA 분할 조명 순차 점등] ➔ [초기 4장의 원본 이미지 취득] ➔ [전용 알고리즘 실시간 연산] ➔ [용도별 2.5D 합성 맵 출력]

4EA 내장 조명의 순차 조사
- 센서 내부에 탑재된 4개의 독립 분할 광원을 활용해 검사체가 이송되는 동안 서로 다른 각도의 조명 조건에서 초기 4장의 원본 이미지를 고속 취득합니다.
실시간 인라인 처리
- 에어리어 카메라처럼 검사체를 멈춰 세울(Stop-and-Go) 필요 없이, 연속 이송 라인에서 라인 단위로 데이터를 취득하여 즉시 합성합니다.
간결한 기구 설계 및 대면적 대응
- 외장 돔 조명, 복합 미러, 별도 카메라 브라켓을 복잡하게 구성할 필요 없이, 단 1대의 일체형 CIS로 구성되어 협소한 장비 내부에도 간섭 없이 셋업됩니다. 특히 1:1 등배 광학계 구조를 갖추고 있어, 대형 PCB(가로 폭 510mm 등) 검사 시에도 화각 왜곡이나 스티칭(Stitching) 오차 없이 전폭 균일한 품질을 확보합니다.

INSNEX 전용 알고리즘을 통해 단 1회의 스캔으로 검사 목적에 최적화된 4가지 형태의 합성 이미지를 즉시 출력합니다.

생성 원리: 제품 표면의 울퉁불퉁한 경사 변화량을 극대화하여 시각화한 이미지입니다.
주요 용도: 일반 2D 조명 아래에서는 배경 패턴이나 난반사에 묻혀 보이지 않던 표면 미세 스크래치와 국소 찍힘(덴트)을 선명하게 검출합니다.

생성 원리: 형태 이미지를 기반으로 미세 스크래치 등의 노이즈를 필터링(Filtering)하도록 연산된 이미지입니다.
주요 용도: 표면 잔스크래치 간섭을 배제하고, 표면에 부착된 이물질(Foreign Material)이나 주요 불량만을 정확히 선별 검출할 때 사용합니다.

생성 원리: Gradient 1은 X축 방향, Gradient 2는 Y축 방향의 표면 기울기 특성을 각각 추출하여 평평하지 않은 부분을 특징화한 이미지입니다.
주요 용도: 방향성을 띠는 제품의 찌그러짐, 미세 단차, 표면 주름(Wrinkle) 등 거시적 변형 결함을 집중적으로 잡아냅니다.

인라인 고속 연속 검사
- 정지 동작 없이 롤투롤(Roll-to-Roll) 및 컨베이어 이송 공정에서 실시간 인라인 검사를 구현합니다.
표준 2D 비전 알고리즘 호환
- 무거운 3D 포인트 클라우드 좌표계를 처리할 필요 없이, Derivatemap 등 합성된 2D 단차 이미지를 기존 검사 툴(Blob, Edge 등)에 그대로 매핑하여 OK/NG를 즉시 판정할 수 있습니다.
장비 TCO 및 기구 공간 최적화
- 고가의 3D 센서 및 외장 조명 타워 대비 콤팩트한 일체형 바 타입으로 제조 원가와 Z축 공간을 대폭 절감합니다.
광폭(510mm) 기판의 왜곡 없는 전폭 검사
- 여러 대의 카메라를 이어 붙이는(Stitching) 복잡한 캘리브레이션 없이, 단일 CIS 바로 넓은 검사 폭을 균일하게 커버합니다.

[제품 문의 및 기술 지원]