[머신비전]카메라 너 때문이야! - 카메라 때문에 생기는 문제점 #1 모아레(Moire) 현상

[카메라 기술 백서 #8] 카메라 너 때문이야! - 카메라 때문에 생기는 문제점 #1 모아레(Moire) 현상

 

  정말 오랜만의 포스팅이다. 이전 작성한 날짜를 열어 보기 겁날 정도로 오래 지난 듯 하다. 더 이상은 블로그 담당자를 피해 도망 다닐 수 없기에…

 

 이번 포스팅은 시리즈다. 카메라 너 때문이야!

 

사실 카메라의 장점 보다는 단점을 더 많이 봐야 하는 일을 하고 있어 이런 주제가 마음이 편하다.

 

 

 

 모아레 현상(Moire), 무아레라고 불리기도 하고 어쨌든 경우에 따라서는 많이 들어보기도 하고 생소할 수도 있는 단어이다. 

 

 모아레 현상은 카메라로 영상을 촬영 시 이미지 센서의 샘플링 주파수 성분과 촬영 대상의 주파수 성분으로 발생하는 간섭 현상이다. 이 포스팅에서는 모아레란 무엇인가 보다는 이미지 센서가 뭘 잘못했길래 모아레 현상을 사용자가 봐야 하는지에 대한 것에 중점을 두려 한다.

 

 

<Bayer pattern으로 인한 moire 샘플 현상>

 

 

 위의 샘플 영상은 트램플린(어릴적엔 퐁퐁이라 불렀던…)을 반사 조명을 이용해 촬영하여 모아레 효과를 극적으로 보여준 예시 이다. 중앙 부분에 녹빛을 띄는 무늬와 붉은 빛을 띄는 무늬가 선명하게 보이나 실제로 보면 그런 무늬는 존재하지 않는다. 위의 샘플은 Color 카메라의 bayer pattern 때문에 생기는 모아레로 아래 그림으로 설명할 수 있다.

 

 

        

   <촬영 대상의 패턴>                           <카메라의 Bayer 패턴>

 

 

 

<실제 촬영시 대상과 Bayer pattern의 매칭>

 

 

 

 붉은 빛을 띄는 부분은 Bayer 패턴의 붉은색이 촬영대상의 밝은 부분에 매칭되고 녹빛을 띄는 부분은 Bayer 패턴의 녹색이 촬영대상의 밝은 부분에 매칭되어 의도하지 않은 모아레 현상을 경험하게 되었다.

 

 

 

 여기까지는 실생활에서 볼 수 있는 모아레 현상이며 미신 비전에서 경험하는 모아레는 또 다른 발생 요인이 있다. 대부분의 머신 비전 카메라는 Color 보다는 Mono카메라를 사용하게 된다. 그런데 Mono 카메라는 위와 같은 Bayer 패턴도 존재하지 않는데 어떤 이유로 모아레를 발생시킬까?

 

 

슬프게도 머신 비전에 사용하는 Mono 카메라의 pixel 구조는 아래 그림과 같은 형태로 되어 있다. 4개의 pixel을 표현한 그림이며 실제 빛을 받는 영역의 크기는 녹색으로 표시된 영역 수준 이다.

 

Pixel 하나의 면적에서 실제 빛을 받는 면적이 차지하는 비율을 Fill factor 라고 하며 여러 이유로 100%의 Fill factor를 가진 카메라를 머신 비전에 사용하는 것은 매우 어렵다. 

 

 

 

 

 

<Pixel 영역에서 빛을 받을 수 있는 영역>

 

 

 

 다시 말해 흔히 머신 비전 카메라에서 사용하는 Mono 이미지 센서는 Bayer 패턴을 사용하는 color 카메라와 비슷하게 중간중간 빛을 감지하지 못해 비어있는 부분이 존재한다는 의미이다. 그러므로 Mono 카메라를 사용해서 영상을 촬영하더라도 모아레 현상을 피할 수 없으며 만약 모아레 현상이 검사에 큰 영향을 미치고 있다면 Fill factor 100%의 image sensor 사용을 고려해야 한다. 

 

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필진 소개

 

목한상, Kyle Mok (앤비젼 Product Engineer/카메라 담당) 사진가가 되고 싶었던... 그래서 카메라와 함께 일하는... 카메라 담당 Product Engineer