[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.

누출 선명도가 더 큰 것(누출을 상세히 식별 가능)을 추구하거나 작은 누수 지점을 밝히려 하는 분야에서는 일반적으로 OGI 해상도가 높은 것이 좋다. [사진=플리어]

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. 

플리어는 탄화수소 및 VOC 가스 탐지를 위해 특수 설계된 GFx320, GF320, GF300, G300a, GF620를 비롯해 필요한 해상도나 NECL에 맞는 OGI 카메라를 제공한다. [사진=플리어]

‘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 (news@industrynews.co.kr)]

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