화성에서의 임무
오토포커스 기능이 있는 산업용 카메라는 극한 조건에서도 완벽한 사진을 제공합니다.
약 8 millibar의 대기압, 약 96% CO²의 대기 및 최대 100%의 상대 습도로, 화성의 조건은 혹독합니다. 또한, 적도에서 중위도까지의 여름 기온의 범위는 어두운 경사면에서 -75°C에서 +20°C에 이릅니다. 하지만, 화성은 정말 생명체가 살기 어려운 곳일까요, 또는 지구에서 온 일부 유기체가 그러한 조건에서도 생존할 수 있을까요? 독일 항공 우주 센터 (DLR)의 행성 연구소 (Institute of Planetary Research)의 과학자들은, 화성과 유사한 환경인 극지방 및 고산지 지의류(lichens)와 남조류(cyanobacteria)의 활동에 대하여 질문하고 조사하고 있습니다.
IDS의 USB 2.0 산업용 카메라가 임무를 수행 중입니다. 오토포커스 카메라는 과학자들이 실험을 평가하고 문서화하는 데 도움이 되고, 극한 조건에서도 완벽한 이미지를 제공합니다.
어플리케이션
"우리는 화성의 조건에서 대사 과정과 성장을 보여주는 유기체가 지구 상에 존재하는지 알아내고 싶습니다." DLR 행성 연구 연구소의 화성 시뮬레이션 연구실(Mars Simulation Laboratory)의 과학자 Andreas Lorek은 실험을 설명합니다. "그리고 최적의 조건은 무엇일까요? 화성에서 무언가가 생육할 가능성이 가장 높은 곳은 어디일까요? 아마도 더 높은 고도에서, 아니면 바위 틈일까요?"
이러한 질문들에 대한 답을 찾기 위하여, DLR의 행성 연구원들은 특별한 기후 챔버에서 화성 환경을 시뮬레이션하고 있습니다. 과학자들은 행성 임무를 수행 중인 Opportunity and Spirit Mars 탐사 로버로부터 획득한 정보를 기반으로 다양한 광물 성분으로 화성의 표면을 재현했습니다.
챔버 내부에는, 우주생물학 박사 Jean Pierre de Vera가 이끌어가는 연구원들은, 질소, 아르곤 및 산소가 포함된 약 96%의 이산화탄소로 구성된 화성의 대기를 복제했습니다. 또한 진공 펌프 시스템은, "인공 화성"의 기압이 약 6–8 millibar로 유지되도록 합니다. 자외선으로부터 적외선에 이르기까지의 특수 방사선원(radiation sources)은 화성의 태양 표면 복사를 복제합니다. 약 -50°C에서 +20°C까지의 온도 변동도 재현되었습니다.
과학자들은 30일 이상의 실험으로 다양한 미생물들(지의류, 곰팡이류, 및 남조류)을 극한 환경에 배치하고, 예를 들어 앞서의 조건들 하에서 샘플과 표면 물질이 어떻게 성장하는지, 그리고 광합성 또는 대사 과정이 일어나는지를 관찰합니다. 프로세스를 분석하고 문서화하기 위하여, 시뮬레이션 챔버에 장착된 카메라를 통해 규칙적인 간격으로 이미지를 캡처합니다. 실험을 위해, 연구원들은 두 개의 영역을 결합한 IDS의 특수 산업용 카메라를 선택했습니다. USB 2 uEye XS.
산업용 카메라
5 메가픽셀 오토 포커스 카메라는 산업용 카메라의 콤팩트하고 견고한 설계와 함께, 표준 디지털 카메라의 편리한 작동과 다양한 기능들을 제공합니다.
마그네슘 하우징으로, 카메라는 혹독한 환경에서의 사용을 위하여 설계되었습니다. 그러나 화성 시뮬레이션 챔버의 조건은 높은 상대 습도와 엄청난 온도 변동으로 인해, 심지어 XS에서 내구성에 대한 진정한 테스트였습니다. "그러나 오토포커스는 -50°C에서도 완벽하게 작동합니다."라고 Lorek 박사는 열정적으로 말합니다. "카메라가 앞서의 조건들에 대하여 완전히 노출되었음에도 불구하고 완벽하게 작동하였습니다. 공간을 절약하기 위해 우리는 추가 하우징을 사용하지 않기로 결정했습니다; 대신에, 열을 발산하기 위해 작은 카메라를 구리 블록 위의 나사로 직접 고정하였습니다."
오토포커스는 카메라가 조건들에 완전히 노출되더라도 -50°C에서도 완벽하게 작동합니다
uEye XS는 무게가 12g에 불과한 세계에서 가장 작은 산업용 카메라들 중 하나이며, 크기는 1입방 인치 미만(약 23 x 26.5 x 21.5mm)입니다. 아주 작은 크기에도 불구하고, 이 초소형 장치는 빠른 오토포커스 기능과 많은 자동 기능들 덕분에 새로운 표준을 설정하고 있습니다.
미니 카메라는 또한 초당 15 프레임들에서 최대 720 픽셀 (1280 x 720 픽셀)의 "HD 지원" 해상도로 다양한 크기의 라이브 이미지들을 전송합니다. 초당 최대 30 프레임의 프레임 레이트를 더 낮은 해상도에서 얻을 수 있습니다. 카메라는 또한 고사양의 광학성을 자랑합니다. 통합된 렌즈는 53° 수평 화각을 가지며, 이는 작은 이미지 형식에서 초점 거리 35mm에 해당합니다. 넓은 조리개 각도는 많은 어플리케이션들에 대하여 충분한 FOV를 캡처합니다.
자동 화이트 밸런스, 자동 게인 및 자동 노출 시간을 포함한 다양한 자동 이미지 제어 기능들이 카메라 자체에서 수행됩니다. 그러나, 자동 이미지 제어를 적용할 수 있는 넓은 범위로, 노출 보정, 역광 보정, 측광 및 플리커 방지 기능 옵션이 있습니다.
카메라에 전력을 공급하는 USB 2.0 포트를 사용하면, 어떠한 PC 또는 노트북에도 매우 쉽게 연결될 수 있습니다. 오토 포커스 기능은 소프트웨어를 사용하여 자동 또는 수동 중의 하나로, 단 10cm 거리에서도 선명한 이미지를 제공합니다. 디지털 줌을 사용하면, 이미지의 더 작은 부분을 쉽고 거의 연속적으로 확대할 수 있습니다. 1.4μm 픽셀 크기의 5메가픽셀 Aptina CMOS 센서는, 7개의 고정 이미지 형식들의 선택으로(VGA에서 5 메가픽셀까지) 매우 상세한 실색상 이미지(true-color images)를 제공합니다.
소프트웨어
미니 산업용 카메라의 광범위한 자동 기능들 덕분에, 대부분의 상황에서 어떠한 설정도 조정할 필요가 거의 없으며, 캡처된 이미지를 PC 시스템과 독립적으로 쉽게 처리할 수 있습니다. 그러나, 제공된 소프트웨어 개발 키트를 사용하여, 필요한 경우 초소형 카메라의 각 개별 파라미터를 수동으로 변경할 수 있습니다. 드라이버 및 인터페이스 (DirectShow, TWAIN, ActiveX 및 GenICam)와 함께, SDK에는 이미지 캡처 및 보기에 유용한 다양한 도구들이 포함되어 있습니다. 예를 들어, uEye Cockpit은 모든 주요 카메라 설정들 및 기능들에 대한 액세스를 제공하고, 이미지와 비디오를 쉽게 캡처할 수 있도록 합니다. Windows 7, 8 및 10을 지원할 뿐만 아니라, SDK의 최신 출시 제품을 Linux 및 Linux Embedded에 대하여 사용할 수 있습니다. 따라서 카메라를 관련 어플리케이션과 빠르고 쉽게 통합할 수 있습니다.
그러나 DLR 과학자들은 어떤 경우에도 이미지를 분석하기 위해 특정한 어플리케이션이나 추가 프로그램을 필요로 하지 않습니다. 소프트웨어 패키지가 제공하는 가능성은 과학자들의 요구 사항에 대하여 완전히 충분합니다.
결론
그러나 원래의 질문으로 돌아가봅시다: 화성이 생명체를 살아가도록 지원할 수 있나요? "30일 이상 지속된 실험에서도, 일부 지의류와 박테리아는 측정 가능한 활동을 보여주고 화성 조건에서 광합성을 수행했습니다."라고 Lorek 박사가 결과들을 요약합니다. "지의류는 특히 토양의 틈새 또는 바위의 갈라진 틈과 작은 균열에서 발견되는 것과 같은 조건 하에서 실제로 생존할 수 있음이 입증되었습니다. 실험 기간 동안, 지의류는 남극과 같은 자연 서식지에서의 활동과 동일한 활동을 보여주었습니다.
생명체가 40억년 전에 화성에서 출현했다면, 행성 표면의 틈새에서 오늘날까지 살아 남았을 것입니다." DLR 과학자들이 얻은 결과는 향후 화성 탐사에 매우 유익할 것입니다.
아마도 uEye XS는 화성의 다음 임무시에 함께할 것입니다. 그 작업을 감당할 수 있다는 것이 확실히 입증되었습니다.
USB 미니 카메라. 산업용 어플리케이션을 위한 소비자 편의.
- 인터페이스: USB 2.0
- 이름: uEye XS 2
- 센서 타입: CMOS 컬러
- 제조사: onsemi
- 프레임 레이트: 15 fps
- 해상도 (h x v): 2592 x 1944 px (WVGA)
- 셔터: 롤링 셔터
- 광학 등급: 1/4”
- 치수: 26.5 x 23.0 x 21.5 mm
- 무게: 12 g
- 인터페이스 커넥터: USB 2.0 미니-B