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| == 초고속카메라 ==
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| 1/1,000초 미만의 노출 또는 250fps를 초과하는 프레임 레이트(fps, frame per second)로 동영상을 캡처할 수 있는 장치. 빠르게 움직이는 물체를 사진 이미지로 저장 매체에 기록하는 데 사용된다.
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| === 역사 ===
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| ==== 1. 움직임을 포착하려는 시도 (19세기 후반) ====
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| 초고속 카메라의 역사는 '움직임'의 본질을 포착하려는 열망에서 시작되었다. 이 시기의 기술은 연속된 사진을 통해 빠른 움직임을 분해하여 보여주는 것에 초점을 맞췄다.
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| * 에드워드 마이브리지 (Eadweard Muybridge): 1878년, 사진작가 마이브리지는 "달리는 말의 네 발이 모두 공중에 뜨는 순간이 있는가?"라는 논쟁을 해결하기 위해 독창적인 실험을
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| 진행했다. 그는 경주 트랙을 따라 12대의 카메라를 설치하고, 말이 달려가면서 설치된 줄을 건드리면 각 카메라의 셔터가 차례로 터지도록 설계했다. 이 실험을 통해 말의 네 발이
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| 모두 지면에서 떨어지는 순간을 성공적으로 포착했으며, 이는 연속 사진을 통한 동작 분석의 시초이자 초고속 촬영의 개념을 연 중요한 사건으로 평가받는다.
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| * 에티엔쥘 마레 (Étienne-Jules Marey): 프랑스의 생리학자 마레는 마이브리지의 작업에서 한 걸음 더 나아갔다. 그는 1882년 '크로노포토그래픽 건(Chronophotographic Gun)'을
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| 발명했다. 이 장치는 총 모양의 카메라로, 방아쇠를 당기면 회전하는 원판 필름에 초당 12장의 이미지를 연속적으로 기록할 수 있었다. 여러 대의 카메라를 사용한 마이브리지와
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| 달리, 단일 카메라로 다중 프레임을 포착한 마레의 방식은 현대적인 고속 촬영 기술의 직접적인 조상으로 여겨진다.
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| ==== 2. 발전기: 기계식 및 전자식 기술의 등장 (20세기 초중반) ====
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| 20세기에 들어서면서 필름 기술과 기계 공학이 발전함에 따라 초고속 카메라는 본격적인 성장기에 접어든다.
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| * 회전 프리즘 카메라: 필름을 계속 움직이면서 촬영하기 위해 '회전 프리즘'이나 '회전 거울'을 이용한 카메라가 개발되었다. 이 기술은 필름의 움직임에 맞춰 빛의 경로를 보정해
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| 줌으로써, 초당 수천 프레임에 달하는 촬영 속도를 구현할 수 있게 했다. 벨 연구소(Bell Labs) 등이 이 기술을 주도하며 과학 및 산업 연구에 활용하기 시작했다.
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| * 해럴드 에저턴 (Harold "Doc" Edgerton): '파파 플래시'라는 별명으로 불리는 MIT의 해럴드 에저턴 교수는 초고속 카메라 역사에 한 획을 그은 인물이다. 그는 기계식 셔터의
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| 한계를 극복하기 위해 '스트로보스코프(Stroboscope)'라는 전자 섬광 장치를 발명했다. 이 장치는 아주 짧은 시간 동안 강력한 빛을 터뜨려 움직이는 피사체를 순간적으로
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| '얼리는' 효과를 낸다. 그의 유명한 작품인 '사과를 관통하는 총알', '왕관 모양으로 튀어 오르는 우유 방울' 등은 스트로보스코프를 이용해 100만 분의 1초에 달하는 찰나를
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| 포착한 것으로, 초고속 촬영 기술의 가능성을 전 세계에 알렸다.
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| ==== 3. 혁신기: 디지털 혁명과 센서 기술 (20세기 후반 ~ 현재) ====
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| 필름에서 디지털로의 전환은 초고속 카메라 기술에 가장 큰 혁신을 가져왔다. CCD(전하결합소자)와 CMOS(상보성 금속산화물 반도체) 이미지 센서의 등장은 초고속 카메라를 더욱
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| 강력하고 편리한 도구로 만들었다.
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| * 디지털 기술의 장점:
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| * 즉각적인 결과 확인: 필름을 현상할 필요 없이 촬영 즉시 결과를 확인하고 분석할 수 있게 되었다.
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| * 데이터 처리의 용이성: 촬영된 영상은 디지털 파일로 저장되어 컴퓨터로 쉽게 전송하고, 정밀하게 분석하며, 영구적으로 보관할 수 있다.
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| * 성능 향상: 센서 기술이 발전하면서 초당 수십만, 수백만 프레임까지 촬영 속도가 비약적으로 향상되었고, 해상도와 감도 또한 크게 개선되었다.
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| * 소형화 및 비용 절감: 기술의 발전은 초고속 카메라의 크기를 줄이고 가격을 낮춰, 과거에는 거대 연구소에서나 가능했던 분석을 일반 산업 현장이나 방송국에서도 쉽게
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| 활용할 수 있게 만들었다.
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| ==== 4. 현대의 초고속 카메라와 활용 분야 ====
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| 오늘날 초고속 카메라는 상상을 초월하는 성능으로 다양한 분야에서 활약하고 있다.
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| * 과학 및 연구: 유체 역학, 플라스마 물리, 신소재 파괴 실험, 곤충의 날갯짓이나 동물의 움직임 같은 생물학적 현상 분석 등 미시 세계의 비밀을 푸는 데 핵심적인 역할을 한다.
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| * 산업 및 공학: 자동차 충돌 테스트, 에어백 전개 과정 분석, 반도체 및 전자기기 생산 라인의 오류 검출, 용접 및 절삭 과정 모니터링 등 제품의 안전성과 품질을 높이는 데
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| 필수적이다.
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| * 군사 및 항공우주: 탄도 분석, 폭발 현상 연구, 로켓 및 미사일 발사 과정 관찰 등 국방 및 우주 기술 개발에 사용된다.
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| * 미디어 및 스포츠: 스포츠 중계에서 결정적인 순간을 슬로우 모션으로 보여주거나, 영화나 다큐멘터리에서 극적인 시각 효과를 연출하는 데 널리 활용된다.
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| === 구조와 명칭 ===
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| ==== 본체 (Sensor Head) ====
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| * 카메라의 핵심 모듈로, 이미지 센서·메모리·프로세서가 내장된 부분
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| ==== 렌즈 마운트 ====
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| * 렌즈를 장착하는 부위
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| ==== 방열판 (히트 싱크) ====
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| * 장시간 고속 촬영 시 발생하는 열을 해소하는 방열 구조
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| ==== 마운트 홀 ====
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| * 삼각대·로봇 암 고정을 위한 부분
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| ==== 전원 포트 ====
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| * DC 전원 케이블 연결부
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| ==== Ethernet 포트 ====
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| * PC 제어 소프트웨어 연결을 위한 LAN 단자
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| [[파일:초고속카메라.jpg|섬네일|초고속 카메라 설치 모습]]
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| ==== *강원과학고등학교 초고속 카메라 | Phantom VEO E310L ====
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| ===== 풀 해상도에 Up to 3,260PPS 촬영 =====
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| Phantom VEO E310L 고속카메라는 기존 VEO-L 기능을 기반으로 하여 새롭게 설계된 고속카메라로 기존 VEO 고속카메라보다 20% 정도 작고 가볍다. 1,280x800 1메가픽셀의 CMOS 센서의 와이드한 화면비율을 제공하며 풀 해상도에 초당 3,260장까지 촬영하고, 축소된 해상도로는 기본 최대 초당 650,000장을 촬영한다.
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| 고속카메라 VEO E310L은 업계표준 커넥션 사용으로 효과적이면서 설치가 쉽도록 설계되었으며, 연구소나 교육기관에 가성비 대비 매우 적합하고, 3G HD-SDI와 HDMI 출력기능과 2개의 Programmable I/O를 제공한다. 그리고 최단 1㎲의 셔터속도를 제공하므로 미세하고 세밀한 순간을 캡쳐할 수 있고 이미지 흐림을 제거할 수 있다.
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| ===== 12비트 센서 =====
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| Phantom VEO E310L 고속카메라는 풀 해상도에서 12비트 픽셀 심도, 글로벌 셔터, 슈퍼 35mm 형식의 고유한 CMOS 센서 설계로 다양한 고품질 광학장치와의 사용이 용이하다. 높은 비트 심도는 더 좋은 그레이 레벨과 아주 미세한 부분까지 고속촬영이 가능하다.
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| == 사용 방법 ==
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| ==== 1. LED 설치 ====
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| - 형광등은 우리 눈에 보이지 않는 속도로 깜빡이고 있다. 그러나 초고속 카메라는 그 깜빡임까지 잡아낼 정도로 초당 찍어내는 프레임 수가 많다 보니, 실험 시 형광등을 끄고 LED를 사용한다.
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| - LED는 역광을 피하기 위해 카메라가 위치한 곳과 같은 곳에 있는 것이 좋다. 또한, 주변에 빛 반사가 심하게 되는 물체나 기구를 치우면 더욱 좋은 조건에서 촬영이 가능하다.
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| - 설치를 모두 끝냈는데도 LED와 조리개가 심하게 흔들린다. 원래 그런 것이니 너무 걱정하지 말 것. 촬영하는 데에는 전혀 지장이 없다.
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| - 조리개는 필요 시에만 설치하되 실험자의 안구 건강을 위해 설치하는 편이 좋다.
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| i. LED의 삼각대를 설치한다. 안전을 위해 삼각대 중간 나사를 끝까지 조인다.
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| ii. LED의 손잡이가 움직이지 않도록 먼저 고정한다.
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| iii. LED를 삼각대에 넣고 나사를 조인다.
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| iv. 조리개를 설치한다.
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| ==== 2. 카메라 설치 ====
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| i. 카메라를 올릴 삼각대를 설치한다. 카메라의 높이는 LED보다 낮은 것이 좋다.
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| ii. 삼각대의 레버를 당기고 카메라를 올려 고정한다. 기계의 안녕을 위해 카메라는 항상 손잡이를 들어 옮긴다.
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| iii. 카메라에 렌즈를 연결한다. 카메라 렌즈는 두 가지 종류가 있다. 더 긴 것이 더욱 배율이 좋지만, 현미경처럼 물체를 자세히 볼 것이 아니기 때문에 보통 더 짧고 두꺼운 렌즈를 선호한다.
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| iv. 렌즈를 연결한 후 렌즈 마개를 제거한다.
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| v. 카메라에 DC 전원을 연결한다.
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| vi. 노트북과 카메라를 ethernet 포트로 연결한다.
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| ==== 3. 노트북 연결과 전체적 설정 ====
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| i. 카메라 전용 앱에 들어간다. 카메라가 ethernet 포트로 잘 연결되었다면, 우리 학교 기준 "slave"로 시작하는 카메라가 잡힐 것이다. ''왜 slave로 시작하는지는 알 수 없다. 카메라는 애초부터 실험자의 노예가 될 운명이었다는 걸 의미하는 게 아닐까''
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| ii. 연결 후 정상적으로 화면이 보이는지 확인한다. 이때 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
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| ===== 화면이 너무 밝은 경우 =====
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| 카메라 렌즈의 가장 안쪽 다이얼을 돌려 조도를 조절한다.
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| 노트북 프로그램에서 "exposure"이라고 시작하는 메뉴얼을 하나씩 조정해가며 최적 조도를 찾는다.
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| ===== 화면이 기울어 보이는 경우 =====
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| 카메라에 달린 여러 다이얼을 돌려가면서 카메라의 여러 각도를 조정한다. 수평계도 있으니 참고해서 화면을 잘 조정한다.
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| ===== 초점이 맞지 않는 경우 =====
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| 우선 렌즈의 중간 다이얼을 돌려 얼추 초점이 맞는 것 같은 지점을 찾는다(배율을 조절한다). 실험을 진행할 그 위치에 글씨가 써진 물체를 두어 글씨가 선명하게 보이는지 확인하는 방법이 가장 좋다.
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| 초점이 얼추 맞는다 싶으면 렌즈의 가장 바깥쪽 다이얼을 이용해 더욱 정교하게 초점을 맞춘다.
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| iii. 실험을 고려하여, lasting time을 조정한다. 촬영 지속 시간을 의미한다. 이 시간이 길수록 만들어진 영상의 용량이 기하급수적으로 커진다. 만든 영상을 저장할 거라면 최소한의 lasting time으로 설정하자.
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| <nowiki>*</nowiki>하지만 아무리 조정해도 영상을 저장하는 건 시간이 정말 많이 오래 걸린다. 그냥 그 프로그램 자체에서 분석할 것을 모두 분석하고 실험을 마치는 것이 최고이다.
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| iv. fps는 실험 특성상 필요한 만큼 조절한다. 일반적 역학 실험이라면 1000프레임을 많이 사용한다.
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| v. 설정이 모두 완료되면 오른쪽 맨 아래 촬영 버튼을 눌러 실험을 시작/촬영한다.
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| ==== 4. 결과 분석 팁 ====
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| 촬영이 끝나서 분석을 하려고 한 프레임 한 프레임 화면의 초록색 오른쪽 화살표 버튼을 눌러 앞으로 가다간 10년이 지나 버릴 수도 있다.
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| 마우스를 이용해 재생 바를 좌우로 움직여가며 원하는 장면이 나오는 부분으로, 대충이라도 맞춰 놓는 것이 빠르다. 그 후 마우스로 한 프레임 한 프레임 넘겨가며 분석을 진행한다.
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| === 주의할 점 ===
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| - 실험 장비가 모두 매우 무거우니 떨어뜨리지 않도록 주의하십시오.
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| - 렌즈를 손으로 만지지 않도록 주의하십시오.
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| - LED를 분해하기 위해 고정 장치를 풀 때, 꼭 다른 한 손으로 본체를 붙잡으십시오.
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| - 주변에 강한 자석을 위험하게 두지 마십시오.
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| - 전선이 바닥에 많이 깔리니 이동 시 걸려 넘어지지 않도록 주의하십시오.
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| - 더 가까이 찍기 위해 실험 현장과 카메라를 너무 가깝게 하지 마십시오. 배율을 조정하여 화면 크기를 키워 주십시오.
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| [[분류:초고속카메라]] | | [[분류:초고속카메라]] |
