형광등 플리커 원인과 해결 5가지.

화면이 깜박거리는 이유 — 형광등 옆 머신비전, 무엇이 문제일까

주변 조명과 카메라 노출의 어긋남 · 롤링 셔터 밴딩 · 해결책 5가지

Flicker 60Hz / 120Hz Rolling Shutter Banding Exposure Sync

어떤 증상으로 나타나나

형광등이 있는 공장·사무실에서 머신비전 카메라 라이브 뷰를 열면 흔히 이런 현상이 보입니다.

프레임 밝기 진동

전체 화면

프레임마다 이미지가 밝아졌다 어두워졌다

Global shutter에서 자주 발생

가로 밴딩(줄무늬)

위아래 띠

가만히 있는데 수평 밝기 띠가 화면을 위아래로 흐름

Rolling shutter의 특징적 증상

OCR·측정 오류

간헐적 실패

이진화·엣지 검출 임계값이 불안정

검사 재현성 저하

원인은 하나 — 주변 형광등(또는 저품질 LED)이 사람 눈에는 안 보이지만 카메라에는 보이는 속도로 깜박이고 있고, 카메라 노출과 이 깜박임이 동기되지 않아서 이미지에 리듬이 새어 들어옵니다.

인간 눈 vs 카메라의 차이

• 사람 눈은 초당 ~24회 이상은 연속으로 인식 (융합 주파수). 60Hz·120Hz 깜박임은 그냥 "밝음"으로 보임
• 카메라는 노출 시작·종료 시점의 순간 밝기를 그대로 담음. 노출 창이 밝은 순간에 걸리면 밝게, 어두운 순간에 걸리면 어둡게 기록
• 이 차이가 사람은 못 느끼는 깜박임을 카메라만 보게 만드는 원인

원인 — AC 전원과 형광등의 물리

형광등(그리고 값싼 LED)은 교류(AC) 전원으로 켜집니다. AC는 사인파 형태로 전압이 + ↔ − 방향으로 진동합니다. 형광등은 방전이 발생할 때 발광하는데, 이 방전은 주기당 두 번(양의 반주기·음의 반주기) 일어납니다.

광 깜박임 주파수 = 2 × 전원 주파수(f_AC)

• 한국·미국(60Hz): 광 진동 120Hz — 주기 약 8.33ms
• 유럽·일본 일부(50Hz): 광 진동 100Hz — 주기 10ms

형광등 광량과 카메라 노출의 상호작용

그래프 읽는 법
• 파란 사인 곡선 — 형광등 광량 (120Hz, 60Hz AC 기준)
• 짧은 노출(주황 창)이 피크에 걸리면 밝게, 골에 걸리면 어둡게 촬영
• 노출이 한 주기(8.33ms)의 정수배면 어느 시점에 시작해도 적분값 동일 → 밝기 균일

카메라 노출과 광량 적분 공식

Brightness = ∫_t^t+T I(τ) dτ

노출 시간 T가 깜박임 주기의 배수가 아니면, 노출 시작 시점 t에 따라 적분값이 달라져 프레임마다 밝기가 요동칩니다.

"안정기(ballast) 종류"도 영향

• 구식 자기식 안정기 — 그대로 100/120Hz 강한 깜박임
• 전자식 안정기 — 20~50kHz로 변환. 사람도 못 느끼고 카메라에도 거의 문제 없음
• 저가 LED 드라이버 — 100/120Hz 리플이 남아있는 제품이 흔함. 사실상 형광등과 같은 문제 유발

Global vs Rolling — 셔터에 따라 증상이 다르다

같은 형광등 아래에서도 카메라 셔터 방식에 따라 이미지에 나타나는 깜박임 형태가 다릅니다.

왜 Rolling Shutter는 밴딩이 생기나

Rolling shutter는 위에서 아래로 행을 순차적으로 노출합니다. 각 행이 노출되는 시점이 다르니, 어떤 행은 광량 피크에, 어떤 행은 골에 걸립니다. 결과가 화면 세로 방향으로 밝기 띠로 나타납니다.

Rolling shutter 특유 문제 — Global shutter는 노출 시간 조정으로 쉽게 해결되지만, Rolling shutter는 각 행 노출 시간이 동일 광량 주기의 배수가 되어야 밴딩이 사라집니다. 대개 노출 시간을 크게 잡아야 해 실무 제약이 있음.

셔터별 대응 요약

셔터	깜박임 나타나는 방식	대응
Global	프레임 전체가 밝기 진동	노출 시간 = (1/2f_AC)의 정수배로 설정
Rolling	수평 밴딩이 세로로 흐름	동일 조건 + 노출 시간 확보 어려우면 주변광 차폐 필수

해결 방법 5가지

1. 노출 시간을 광 주기의 정수배로 맞춘다 (가장 우선)

가장 빠르고 저렴한 해결책. 카메라 SDK에서 노출 시간을 1/2 × AC 주기의 배수로 설정합니다.

Exposure = n × ( 1 / 2 × f_AC )

지역	AC 주파수	깜박임 주기	권장 노출 시간
한국 · 미국	60 Hz	1/120 s = 8.33 ms	8.33 · 16.67 · 25 · 33.3 ms
유럽 · 일본 동부	50 Hz	1/100 s = 10 ms	10 · 20 · 30 · 40 ms

벤더별 SDK 지원 현황 (검증)
• Basler pylon — AutoFunctionProfile에 AntiFlicker50Hz / AntiFlicker60Hz 프로파일 공식 지원. 단, 노출을 강제로 8.33ms 배수로 잠그는 게 아니라, Auto Exposure 알고리즘이 깜박임을 최소화하도록 편향시키는 방식. Gain Auto + Exposure Auto가 Continuous여야 동작.
• FLIR/Teledyne Spinnaker — 동일 명칭의 전용 프로파일은 공식 문서에서 확인 어려움. 수동으로 ExposureTime을 지역 주파수 배수로 설정하는 방식이 표준.
• Allied Vision Vimba — GenICam 표준 노출 기능만 제공. 별도 anti-flicker 프로파일 미확인. 수동 설정 필요.
→ 결론: 수동으로 노출 시간을 8.33ms(60Hz) 또는 10ms(50Hz)의 배수로 설정하는 것이 벤더 무관하게 통용되는 표준 대응.

2. 주변광 차폐 (Enclosure / Shroud)

• 카메라와 조명을 감싸는 불투명 커버·박스 설치
• 주변 형광등 광이 렌즈에 들어오지 않도록 물리적 차단
• 가장 근본적. 노출 시간 자유롭게 선택 가능
• 단점: 물리 공간 필요, 접근성·유지보수 제약

3. 밴드패스 필터로 형광등 스펙트럼 제거

• 전용 조명이 단일 파장(예: 625nm 적색 LED)이라면, 카메라 앞에 해당 파장만 통과시키는 bandpass filter 부착
• 형광등 광(넓은 스펙트럼)의 대부분이 필터에서 차단됨
• 주변광 대비 전용 조명 신호 비율(SNR) 급상승

형광등 주요 방출 피크 — 수은 라인 405 · 436 · 546 · 578nm. 이 파장을 피한 조명(예: 625nm 적색, 850nm NIR)을 쓰고 매칭 필터를 걸면 주변광 영향 최소화.

4. 초고휘도 전용 조명으로 압도

• 전용 조명 광량이 주변광보다 10배 이상 강하면 형광등 리플이 상대적으로 무시할 수준이 됨
• 스트로브 오버드라이브 LED (일반의 5~10배 순간 광량)로 짧은 노출 유지
• 단점: 열·수명·비용

5. 형광등을 고품질 LED로 교체 (가능하면)

• DC 구동 · 고주파 PWM(>2 kHz) LED로 교체 → 100/120Hz 리플 자체가 사라짐
• 공장 전체 조명 교체는 크지만, 검사 구역만 국소 교체도 가능
• 부수 효과: CRI 개선으로 컬러 검사 정확도까지 상승

보너스 — LED 조명 컨트롤러 조광 방식: PWM vs 정전류(CC)

전용 LED 조명을 도입할 때 컨트롤러의 조광 방식이 PWM인지 CC(Constant Current, 정전류 아날로그)인지에 따라 플리커·촬영 안정성이 크게 갈립니다.

PWM (Pulse Width Modulation)
LED를 완전 ON ↔ 완전 OFF로 매우 빠르게 스위칭하고, 켜진 시간의 비율(듀티)로 밝기를 조절합니다. 예를 들어 듀티 50%면 절반 밝기. LED는 켜져있을 때 정격 전류가 그대로 흐르므로 스펙트럼(색온도·CRI)이 변하지 않습니다.

CC / Analog (Constant Current, 정전류 아날로그)
LED에 흐르는 DC 전류값 자체를 낮춰서 밝기를 조절합니다. 예: 정격 700 mA → 350 mA. 스위칭 없이 항상 켜져있는 연속광이라 완전 플리커 프리이며, 카메라 노출과 무관하게 안정적입니다.

항목	PWM (Pulse Width Modulation)	CC / Analog (정전류)
조광 원리	시간 비율 (Duty Cycle) 변경	DC 전류 크기 변경
광 출력 형태	펄스 반복 (ON/OFF 스위칭)	연속 (Flicker-free)
플리커	저주파일 때 카메라 간섭 · 밴딩 유발	없음
색 안정성	우수 — 스펙트럼·CCT 유지	전류 낮추면 CCT 미묘하게 흔들림
효율	높음	낮음 (저전류 시 리니어 발열)
EMI	발생 가능	없음
Area-scan 일반 검사	대부분 문제 없음	문제 없음
Line-scan / TDI / 고속	부적합 (또는 > 100 kHz 초고주파 PWM 필요)	적합
대표 벤더	대부분의 조명 컨트롤러 기본 제공	Gardasoft(CC 전문), CCS·Effilux·Metaphase(PWM+CC 겸용)

실무 선택 — 컬러 검사·일반 Area-scan은 PWM으로 충분, 라인스캔·TDI·초고속 셔터·정밀 계측은 CC(정전류)가 유리. 컨트롤러 스펙 볼 때 PWM 주파수 범위와 CC 모드 지원 여부를 반드시 확인하세요.

해결책 우선순위

순위	해결책	비용	효과
1	노출 시간 조정 (Anti-flicker 모드)	0원	Global shutter에 즉효
2	주변광 차폐 커버	낮음	근본적 · 확실
3	Bandpass filter + 단색 조명	중간	공간 제약 큰 라인에 효과적
4	초고휘도 전용 조명	중~높음	노출 자유도 확보
5	주변 조명 LED 교체	높음	부수 효과 큼

깜박임 발생 시 진단 체크리스트

Q1. 화면 전체가 균일하게 밝기 진동? → Global shutter, 노출 시간 조정부터

Q2. 수평 밴딩이 세로로 흐름? → Rolling shutter, 주변광 차폐 필요

Q3. 노출을 8.33ms 배수로 맞췄는데도 여전? → 50Hz 지역일 수 있음. 10ms 배수로 재시도

Q4. 특정 시간대만 발생? → 옆 라인 조명 스위치·엘리베이터·에어컨 등 동일 전원 계통의 부하 변동 확인

Q5. 커튼·박스 씌우니 사라짐? → 원인 확정. 영구 차폐 구조물 설치

Q6. 형광등이 아닌 최근 교체한 LED? → 저가 LED 드라이버 리플 의심. 오실로스코프로 광량 파형 측정

설치 단계 사전 예방

• 검사 부스는 처음부터 불투명 커버·암실화로 설계
• 지역 AC 주파수 확인 후 카메라 기본 노출 프리셋 등록
• 전용 조명은 DC 또는 > 20kHz PWM 구동 제품 선정
• 주변 조명이 있어야 한다면 고품질 LED · 전자식 안정기로 통일
• Rolling shutter 카메라는 플리커에 취약하므로 Global shutter 우선 검토

한 줄 정리

원인 AC 60Hz → 형광등 120Hz 광 진동. 카메라 노출이 이걸 그대로 담아 깜박임 발생

Global 프레임 전체 밝기 진동 · 노출 시간 조정으로 해결

Rolling 수평 밴딩 · 주변광 차폐 필수

해결 ① 노출 8.33ms 배수 ② 차폐 ③ Bandpass 필터 ④ 초고휘도 ⑤ LED 교체

깜박임은 대부분 비용 없이 노출 시간 하나만 조정해도 사라집니다. 그래도 안 되면 주변광 차폐가 근본 해결. 검사 정확도가 조명 안정성에서 시작한다는 걸 잊지 마세요.

※ 실제 노출 시간·필터·조명 선정은 카메라 스펙 · 검사 대상 · 주변 조도에 따라 조정이 필요합니다. 벤더 SDK의 Anti-flicker 옵션과 데모 촬영으로 검증하세요.