[머신비전 광학 기술 백서 #11]Depth of Field(DOF)란?


 DOF에 대해서는 이미 많은 사이트나 블로그를 통해서 접하실 수 있습니다. 그러므로 여기에서는 개념적인 설명보다 수학적인 설명과 함께 간단한 공식 유도를 통해 쉽게 DOF를 구해 보도록 하겠습니다.


Depth of Focus? Depth of Field?

  


DOF는 Depth of Field의 약어로 우리말로 번역한다면 "시야심도" 정도로 해석할 수 있겠습니다. 흔히 Depth of Field와 Depth of Focus를 혼동하는 경우가 많은데 이 둘은 개념적으로는 비슷할 수 있겠지만 엄밀히 말하면 전혀 다른 말입니다.
하지만 일단 둘을 구분하지 말고 DOF란 무엇인지 설명을 하도록 하겠습니다.
이론적으로 한 점에서 나오는 빛은 렌즈와 같은 광학계를 지나 다시 한 점으로 모이게 됩니다. 이때 빛이 출발하는 광원과 렌즈 사이의 거리에 따라 렌즈와 렌즈를 통과한 빛이 다시 모이는 빛의 거리가 결정되게 됩니다. 결국 광축 위의 한 점에 있는 광원이 정확하게 한 점으로 모이게 되는 지점은 광축 상에서 한 점 밖에 없습니다.



그런데 만약 이렇게 거리가 정해져 있는 상태에서 object side의 광원이나 image side의 image plane이 움직이게 된다면 렌즈를 통과하여 image plane에 맺히는 빛은 더 이상 점의 형태가 아닌 원반 형태를 지니게 됩니다.
이렇게 되면 image plane에 맺히는 상은 뚜렷하지 않고 흐리게 보이게 되는데요. 이렇게 흐려지는 현상은 이러한 원반 형태의 빛이 일정한 크기 이상이 되어야 나타나게 됩니다.
DOF는 이러한 흐림 현상이 나타나지 않는 Object나 Image plane의 범위를 의미합니다
.
이때 Depth of Field(시야심도)는 Object의 범위를, Depth of Focus(초점심도)는 Image Plane의 범위를 말합니다.





[Depth of Focus: 빛이 렌즈를 지나 b위치에 있는 image Plane에 영상을 맺힘. 이때 a와 c위치에 image plane을 이동시키면 위의 그림처럼 원형 disc가 생기게 되고, 만약 이 disc의 크기가 image가 흐릿하게 보이지 않는 한계 크기라면 이 거리의 범위가 Depth of Focus가 됨.]



[Depth of Field: Object Side의 광원이 광축을 따라 움직이게 되면 고정되어 있는 Image Plane에 확대된 Disc가 나타나게 됨. 이 Disc의 크기가 상을 흐릿하게 보이지 않는 한계까지 Object가 움직일 수 있는 거리의 범위를 Depth of Field라고 함.]


Depth of Field의 유도

  

Depth of Focus와 Depth of Field 중 일반적으로 더 많이 사용하는 것은 Depth of Field입니다. 이는 실생활에서 Image Plane(Sensor 또는 Film)은 고정되어 있고, 렌즈와 물체 사이의 거리만 바뀌는 경우가 대부분이기 때문입니다.
그러므로 이번에는 Depth of Field만 유도해보기로 하겠습니다. (이후 Depth of Field를 DOF로 명명)
Depth of Field를 유도하기 위해서는 Hyperfocal Distance에 대하여 알아야 합니다.





물체가 Hyperfocal Distance에 위치하게 되면 이 물체 뒤의 모든 배경들은 선명하게 상을 맺게 됩니다.(Depth of Filed의 범위가 무한대) 하지만 Hyperfocal Distance보다 더 뒤에 물체를 놓고 촬영하게 되면 그 뒤에 상들은 선명하게 맺히게 되지만 앞의 Depth of Field가 줄어들게 됩니다.(Depth of Field의 범위가 마찬가지로 무한대지만 앞쪽의 Depth of Field가 줄어들어 전체적인 범위는 줄어듭니다.) 반대로 Hyperfocal Distance보다 앞쪽에 물체가 위치하게 되면 Depth of Field는 유한한 값을 가지게 됩니다.
이러한 Hyperfocal Distance는 Depth of Field를 계산할 때 중요한 Factor로 작용합니다. 





  f/22

 

 f/8

 

  f/4


   f/2.8

출처: https://ko.wikipedia.org/wiki/피사계_심도


 필진 소개



박강환, Benjamin Park

(앤비젼 제품 기획팀/광학 담당)

광학에 대한 무한 열정으로 제품을 넘어 고객의 솔루션을 만드는 Optic Specialist


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Posted by 비전만

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  1. Favicon of https://bskyvision.com BlogIcon 톈진난만 2017.06.30 20:11 신고  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    글 너무 좋네요!