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  • 생생한 머신비전 지식과 이야기를 담아낸 Encyclopedia of Machine vision

머신비전 기술 백서48

렌즈의 수차 #2, #3: 코마수차 & 비점수차 [머신비전 광학 기술 백서 #8] 렌즈의 수차: 코마 수차&비점 수차 오늘은 구면 수차에 이어서 자이델의 5수차 중 두 번째, 세 번째 단색 수차인 코마 수차와 비점 수차에 대해 설명하도록 하겠습니다. 1. 코마 수차 코마 수차는 비축(광축에서 벗어난 곳)의 한 점에서 진행해온 빛이 렌즈를 통과할 때 각 위치에 따라 적용되는 굴절률이 달라 한 점으로 초점이 맺히지 않고 아래 그림과 같이 혜성의 꼬리처럼 맺히는 수차입니다. 구면 수차는 렌즈의 곡률에 의해 광축 위에서 초점이 맺히는 위치가 달라지는 것이기 때문에 점이 원으로 나타나는 것인데 비해, 코마 수차는 점을 혜성의 꼬리 형태로 결상하기 때문에 Comet(혜성) 수차라고 부릅니다. 이 코마 수차는 구면 수차와 마찬가지로 조리개를 조임으로써 개선이 가능.. 2014. 12. 3.
렌즈의 수차 #1: 구면 수차 [머신비전 광학 기술 백서 #7] 렌즈의 수차: 구면 수차 광학계의 성능을 저해하는 요소에는 회절과 수차라는 두 가지 현상이 있습니다. 먼저 회절은 빛이 장애물을 만났을 때 장애물의 모서리에서 파동처럼 돌아서 진행하는 고유 특성이므로 피할 수 없는 물리적 현상입니다. 수차는 이와는 달리 설계성능과 실제 제작 후의 성능 차이를 말합니다. 조금 자세히 설명하면, 렌즈 설계시 물체점의 모든 점이 상면의 각 대응점에 한 점으로 결상되는 조건으로 설계를 하였으나, 제조 공차 즉 가공한 렌즈의 곡률, 렌즈 사이의 간격, 조리개 위치 등의 오차로 인해 한 점으로의 결상을 방해하는 현상이 수차입니다. 1. 회절 현상 빛은 입자성과 파동성을 동시에 띄고 있는 아주 특별한 “에너지의 이동”입니다. 회절이란 파동이 진행을 .. 2014. 11. 7.
[머신비전]노이즈가 최소화 된 영상을 촬영하는 방법_Calibration [카메라 기술 백서 #4]머신비전에서 노이즈가 최소화 된 영상을 촬영하는 방법_Calibration 앞서 카메라에서 발생하는 노이즈에 대해 살펴 보았다. 노이즈는 그런 이유로 그렇게 발생한다는 것은 알겠는데 어떻게 노이즈를 제거하는 가에 대해서는 이번 포스팅에서 다루겠다. 이번 포스팅을 읽기에 앞서 먼저 지난 포스팅에서 설명한 노이즈 종류를 살펴보자.(아래 글 제목 클릭) [머신비전]영상 품질을 결정하는 '카메라 노이즈' 파헤치기 NOISE Dark White Fixed Pattern Noise Dark FPN Photo response non-uniformity Temporal Noise Dark random noise Photon shot noise 먼저 고정된 형태를 가지고 있는 노이즈인 Dark .. 2014. 10. 16.
렌즈 데이터 시트 읽는 방법 [광학 기술 백서 #6] 렌즈 데이터 시트 읽는 방법 렌즈를 선택할 때 혹은 구매 후 사용할 때 그 렌즈의 데이터 시트(사양 설명서)를 이용하면 여러 가지 정보를 얻을 수 있습니다. 언뜻 보면 매우 복잡하고도 조잡해 보이는 데이터 시트들 이지만, 하나하나 확인해 보면 생각보다 어렵지 않게 파악이 가능합니다. 오늘은 렌즈 제조사의 데이터 시트를 보면서, 어떤 정보를 찾을 수 있는지 보겠습니다. 예시 렌즈: Qioptiq(큐옵틱, (구)리노스)사의 Inspec x L 렌즈 (f/5.6, 105mm, 0.33x)1. Working distance 및 경통 길이 찾기 이전 포스팅(2014/06/26 - [머신비전 기술 백서/광학] - 렌즈의 분류 방법)에서 설명한 것과 같이 산업용 단렌즈는 한 개의 배율을 가지.. 2014. 10. 16.
[머신비전]영상 품질을 결정하는 '카메라 노이즈' 파헤치기 [카메라 기술 백서 #3]비전 검사의 영상 품질을 결정하는 '카메라 노이즈' 파헤치기 비전 검사는 영상을 촬영하고 이를 분석하는 과정을 거친다. 영상을 촬영한다는 말은 Analog 형태의 Object를 촬영하여 Digital의 gray level 값들로 표현한다고도 할 수 있다. 이런 과정에서 영상의 품질을 결정하는 대표적인 2가지 요소를 꼽을 수 있다. 첫째는 렌즈의 해상력이며 두 번째는 카메라의 노이즈 이다. 렌즈의 해상력에 관해서는 다른 필진에게 맡겨두고 여기서는 카메라 측면만 살펴보겠다. 노이즈는 2가지 측면으로 설명할 수 있다. 첫 번째는 50DN의 출력을 기대하는 광량이 센서로 입사되었는데 50DN이 아닌 다른 출력 값이 지속적으로 나오는 경우이며 두 번째는 동일한 광량이 반복적으로 입사하였지.. 2014. 10. 14.
렌즈의 해상력을 측정하는 MTF 그래프의 의미와 분석 [광학 기술 백서 #5]렌즈의 해상력을 측정하는 척도_MTF 그래프의 의미와 분석 렌즈의 성능을 평가하는 지표에는 해상력, 왜곡, 밝기 등이 있습니다. 이들 중 한 점에서 나온 수많은 광선들이 렌즈를 통과했을 때, 얼마나 다른 한 지점으로 작게 모이느냐를 측정하는 지표는 해상력입니다. 한 “점”을 다른 한 “점”으로 잘 모을수록(해상력이 좋을 수록) 이미지는 원본과 가까워 질 것입니다. 그림을 그릴 때, 펜 촉이 얇을수록 세밀한 그림을 그릴 수 있는 것과 같은 원리이지요. 이 해상력을 측정하는 방법으로 MTF (Modulation Transfer Function)을 분석하게 되는데, 이 MTF의 의미와 분석하는 방법에 대해 알아보겠습니다.lp/mm : 1mm안에 들어 있는 검은색과 흰색의 줄무늬 쌍의 개.. 2014. 8. 8.
렌즈 결상과 성능 평가를 위해 알아야 할 3가지 [광학 기술 백서 #4] 렌즈의 결상과 성능 평가를 위해 알아두어야 할 3가지 개념_회절, 수차, MTF 렌즈란, 빛이 굴절률이 다른 매질로 각도를 가진 상태로 진행할 때 진행방향이 꺾이는 현상을 이용하여 빛의 경로를 바꾸는 광학장치입니다. 이러한 경로변경을 이용하여, 투과율이 높은 물질(유리)을 잘 가공하면 빛들을 한곳으로 모아 이미징을 할 수도 있고, 절단/마킹/치료등의 일상 생활에 관련된 일을 할 수 있습니다. 만약 다발을 정확히 한 점에 모을 수 있는 렌즈가 있다면, 실제 세상과 똑같은 해상도의 사진을 촬영할 수 있고, 정밀치료, 정밀가공 또한 가능하겠지만 실제로 렌즈는 아무리 시간과 돈을 투자하여 잘 만든다 해도 빛을 한 점으로 모을 수는 없습니다. 그 이유와 함께 렌즈의 결상과정에 대해 알아보.. 2014. 8. 8.
렌즈와 초점거리 사이의 거리 [광학 기술 백서 #3]렌즈와 초점거리 사이의 거리 렌즈를 구분할 때 흔히 광각 렌즈, 표준 렌즈, 망원 렌즈라는 말을 많이 씁니다. 그러면 이러한 렌즈의 성질은 무엇으로 구분을 하는 것일까요? 그리고 렌즈의 종류에 따라 나타나는 특징은 무엇이 있을까요? 오늘은 렌즈의 종류를 구분하는 방법과 이에 따른 특징들을 살펴보도록 하겠습니다. 렌즈란 무엇인가? 렌즈는 외부의 빛을 카메라 뒤쪽의 필름이나 센서에 도달할 수 있도록 모아주는 장치를 말합니다. 렌즈는 흔히 플라스틱이나 유리를 이용하여 제작을 하게 되고 이런 렌즈를 통과하는 빛은 렌즈 내부에서 굴절을 한후 일정한 거리에서 한점에서 만나게 됩니다. 이 때 이렇게 빛이 만나는 점을 초점거리(f)라고 하며 이 초점 거리에 따라 렌즈의 중요한 특징들이 결정되어집.. 2014. 7. 18.
[머신비전]카메라의 감도는 왜 다를까? [카메라 기술 백서 #2]머신비전 카메라 기술_카메라의 감도는 왜 다를까? 비전 검사 시스템에서 감도의 중요성은 지난 포스팅(2014/06/27 - [머신비전 기술 백서/카메라] - 카메라의 감도, 대체 누가 더 밝은거야?)에 언급하였고, 이제 실제 어플리케이션에서 어떤 카메라가 더 높은 감도를 가지고 있는지 찾을 수도 있을 것이다. 이번 포스팅에서는 비슷한 사양의 카메라들이 왜 서로 다른 감도를 가지고 있는지 알아보겠다. 카메라 감도에 영향을 미치는 요소 3가지 카메라가 빛을 받아 데이터를 출력할 때까지 아래와 같은 과정을 거친다. 대략적으로 설명하면 빛을 받은 ①Pixel은 광전효과를 통해 e-을 생성하고 ②Readout회로를 통해 전압으로 변환한다. 변환된 전압은 ③Analog offset과 ④An.. 2014. 7. 18.
렌즈의 결상 공식 [광학 기술 백서 #2]렌즈의 결상 공식렌즈 결상 공식에서 가장 기본적인 식은? 렌즈는 기본적으로 스넬의 법칙(Snell's Law)라는 굴절 법칙에 의해 공식이 유도됩니다. 스넬의 법칙은 고등학생이라면 알만한 간단한 공식입니다. 하지만 스넬의 법칙에 쓰이는 sin 값은 렌즈 공식에서 좀더 간단히 표현하고자 테일러 공식을 통해 근사 되어 쓰입니다. 이 때 일반적인 경우에는 일차식만을 근사하여 사용하게 되고 이러한 근사값은 광축에 가까운 광선만이 일치하게 되어 근축광선의 공식이라고도 합니다. 이 때 좀더 정밀한 렌즈를 제작하기 위해서는 3차항, 5차항 등의 고차항까지 고려를 해야 합니다.아무튼 일반적인 렌즈의 결상 공식은 일차항만을 고려하게 되므로 스넬의 법칙은 다음과 같이 근사할 수 있습니다. 그리고 이.. 2014. 7. 2.
[머신비전]카메라의 감도, 대체 누가 더 밝은거야? [카메라 기술 백서 #1]카메라의 감도 비교 방법: 카메라 감도, 대체 누가 더 밝은 거야? 빠르고 정확한 비전 검사를 위한 필수 조건, '감도' 비전 검사 시스템은 빠르고 정확하게 검사하는 것이 목표이며 이 중 빠른 검사 수행을 위해서는 빠른 속도의 카메라가 필수적이다. 이런 이유로 카메라 제조사는 더 빠른 카메라 생산을 위해 센서를 개량하고 인터페이스를 지속적으로 발전시켜 나가고 있다. 그러나 단순히 속도만 빠르다고 모든 문제가 해결되는 것은 아니다. 카메라의 촬영 속도가 빨라질수록 한번의 영상 촬영에 소모할 수 있는 시간, 즉 노출시간이 짧아지게 된다. 더 짧은 노출시간에 동일한 밝기의 영상을 얻기 위해서는 더 강한 조명 혹은 더 높은 감도의 카메라가 필요하게 된다. 그렇다면 카메라 선정 시 어떤 .. 2014. 6. 27.
머신비전 광학 기술_렌즈의 분류 방법 [광학 기술 백서 #1] 렌즈의 분류 방법 공간상의 한 점에서 나온 빛을 센서 위에 한 점으로 모아 이미징을 하는 장치인 렌즈는 제조사, 가격대 등 다양한 기준으로 분류할 수 있습니다. 이번 포스팅에서는 제가 중요하다고 생각하는 “렌즈의 성능”에 관련된 분류기준으로 1) 이미지 서클의 크기에 따라, 2) 초점 거리에 따라 그리고 3) 렌즈의 작동 원리에 따라 정리해 보겠습니다.1. 이미지 서클의 크기 렌즈가 커버할 수 있는 센서의 크기에 따라 아래와 같이 분류할 수 있습니다. 통상 Large format으로 갈수록 렌즈의 가격이 급증하게 되는데, 이는 이미지 외곽부에서의 해상력과 왜곡수치를 제어하기 힘듦을 의미합니다. 현재 Large format렌즈는 약 80mm정도의 적당한 성능/가격의 렌즈들이 있으나.. 2014. 6. 26.