Mission to Mars: ams CMOS image sensors for pictures that are out of this world

NASA의 Mars 2020 Perseverance 탐사 로봇에 사용된 ams CMV20000 및 CMV4000 CMOS 이미지 센서는 화성의 까다로운 환경 조건에서 기능하며 지구상에서 가장 까다로운 산업 애플리케이션에도 적합합니다.

인간은 언제쯤 화성에 첫 발을 내딛게 될 것이라고 생각하나요? 앞으로 몇 년이 더 걸리겠지만 그날은 점점 더 가까워지고 있습니다. 네비게이션 카메라로 2021년 2월 20일에 촬영한 이 붉은 행성의 파노라마 이미지는 지구로 전송된 6개의 개별 이미지를 이어붙인 것입니다. Perseverance 탐사 로봇에는 23개의 카메라가 사용되었으며, 그중 10개에는 ams의 중요한 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 기술이 사용되었습니다. 이 기술은 지구에서 다양한 까다로운 산업 애플리케이션에 사용되는 ams CMV CMOS 이미지 센서 제품군에 기반합니다. 매우 강력한 ams CMOS 이미지 센서가 NASA Perseverance 탐사 로봇에 사용된 것은 탁월한 글로벌 셔터 픽셀, 높은 셔터 효율 및 높은 다이내믹 레인지로 모범적인 이미지 품질을 제공한다는 것을 입증하는 것입니다.

 

 

ams의 20메가픽셀 CMV20000 이미지 센서 9개로 구현된 차세대 엔지니어링 카메라(ECAM) 이미징 시스템

Mars 2020은 탐사 로봇 주변의 지형에 대한 훨씬 더 디테일한 정보를 컬러로 제공하는 신세대 엔지니어링 카메라를 사용합니다. 이 카메라들은 안전한 주행을 위해 탐사 로봇 주변의 지면을 측정하고, 하드웨어의 상태를 점검하며, 샘플 수집을 지원합니다. 그 밖에도 과학적 목표물에 더 가까이 다가갈 수 있는 가장 좋은 방법을 결정하는 데 도움을 주기도 합니다.
9개의 CMV20000 이미지 센서가 표면 작업을 위해 설계된 카메라(네비게이션 카메라(Navcams), 위험 회피 카메라(Hazcams), 그리고 한 대의 Cachecam)에 사용되었습니다. Navcam 2대는 팬/틸트 마스트에 장착되어 화성 표면의 컬러 스테레오 이미지를 캡처합니다. Hazcam 6대는 탐사 로봇의 몸체에 고정 장착되어 화성 표면의 컬러 스테레오 이미지를 캡처합니다. 새로운 유형의 카메라인 Cachecam은 캐싱 작업을 하는 동안 샘플 튜브 안의 화성 물질의 이미지를 캡처합니다. 
 

SuperCam: ams의 4메가픽셀 CMV4000 이미지 센서로 구현된 원격 마이크로 이미징

Perseverance 탐사 로봇의 SuperCam은 카메라, 레이저 및 분광계로 암석과 토양을 검사하여 화성의 과거 생명체와 관련될 수 있는 유기 화합물을 찾습니다. 이것은 점처럼 작은 크기에서 7미터(20피트)가 넘는 크기에 이르는 목표물의 화학적, 광물적 구성을 식별할 수 있습니다. NASA는 이것이 이전 성능보다 월등히 발전한 것이라고 말합니다. 실제로 NASA는 SuperCam을 화성 탐사의 슈퍼히어로로 여깁니다. NASA는 SuperCam을 다음과 같이 묘사합니다: “탁월한 비전은 물론, 분광계는 화성의 암석과 토양(표토)의 화학적 구성을 식별하는 우수한 감각을 갖추고 있습니다.  SuperCam은 매우 먼거리를 볼 수 있어 Perseverance 탐사 로봇의 다른 툴이 도달할 수 없는 목표물을 측정할 수 있습니다. 이것은 화성 탐사 로봇 Curiosity에 장착되었던 ChemCam 레이저의 향상된 버전입니다. 그 밖에도 SuperCam은 광물과 분자를 분석하고 흑백이 아닌 컬러로 사진을 캡처할 수 있습니다."

ams 기술 소개: CMV 제품군의 CMOS 이미지 센서는 화성 탐사 외에도 많은 산업 애플리케이션에 사용됩니다. CMV20000은 고감도 파이프라인 글로벌 셔터 CMOS 이미지 센서로 5120 x 3840 픽셀의 해상도를 지원합니다. 파이프라인이란 판독 중에 노출이 가능하다는 것을 의미합니다. 최첨단 픽셀 디자인은 진정한 CDS(correlated double sampling)를 가능하게 하여 고정된 패턴 노이즈와 다크 노이즈를 크게 줄입니다. 이미저가 각각 480Mbps로 실행되는 16개의 LVDS 채널을 통합하여 최대 해상도에서 30fps 프레임 속도(픽셀당 12비트)를 구현합니다. 주행 및 판독 프로그래밍을 직렬 주변 인터페이스를 통해 설정할 수 있습니다. 내부 타이밍 발생기는 외부 노출 트리거링이 가능한 동안 이미지 센서의 판독과 노출에 필요한 신호를 생성합니다.  CMV20000은 커스텀 CMOS 이미지 센서에 기반합니다. CMV20000CMV4000에 대해 자세히 알아보십시오.

출처:
https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/rover/cameras/ 
https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1004.pdf 
https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2015/pdf/2990.pdf