머신비전 기술 이야기/광학30 Cardinal Elements에 대하여 [광학 기술 백서 #17]Cardinal Elements에 대하여 렌즈의 결상 법칙 일반적으로 렌즈는 "결상"이라는 현상을 통해 물체의 상을 필름이나 센서에 전달합니다. 그리고 이러한 "결상" 이라는 현상은3가지의 법칙을 따르게 됩니다. 우리는 이 3가지의 법칙을 렌즈의 결상 법칙이라고 합니다. 렌즈의 결상 법칙은 위의 3가지 도식과 같이 나타나게 되는데 이는 아래와 같이 설명할 수 있습니다. 결상 법칙 #1 : 광축에 평행한 빛은 렌즈의 초점을 지나간다. 결상 법칙 #2 : 렌즈의 초점을 지나가는 빛은 광축에 평행하다. 결상 법칙 #3 : 렌즈의 중심을 지나가는 빛은 직진한다. 지구상에 존재하는 모든 렌즈는 바로 이 3가지의 법칙에 부합하게 빛을 굴절시킵니다. 이러한 현상은 단렌즈 뿐만 아니라 일반적인.. 줌렌즈란? [광학 기술 백서 #16]줌렌즈란? 줌 렌즈가 어떻게 초점 거리를 변화시키며 광각 렌즈부터 망원 렌즈까지 변화할 수 있는지 그 원리에 대해 간단히 알아보도록 하겠습니다. 출처: http://www.professional-lenses.com/de/lenses/technologie/ 위 그림은 Schneider사의 “Variogon 1.8 / 6 - 180 mm”라는 모델명의 Zoom 렌즈 단면도입니다. 그림으로 보시면 알겠지만 Zoom 렌즈는 일반 렌즈보다 많은 30여 개의 단일 렌즈를 조합하여 만듭니다. 그렇기 때문에 일반 렌즈에 비해 빛의 투과량이 적고, 광효율도 나빠져 초창기에는 특수한 경우를 제외하고는 많이 사용되지 않았습니다. 그러나 광학 기술이 발전함에 따라, 좋은 성능의 렌즈와 Coating .. 렌즈의 수차 #6: 색수차 [머신비전 광학 기술 백서 #15] 렌즈의 수차: 색수차 빛은 진행하는 매질에 따라 속도가 달라지게 됩니다. 이 속도차이로 인해 빛의 한 매질에서 다른 매질로의 진행 할 때 굴절이 일어나 진행 방향이 꺾이게 됩니다. 한편, 빛은 그 파장에 따라, 매질 내 진행 속도가 다르므로, 다른 매질로의 진행 시 굴절률도 달라져 꺾이는 정도가 달라지게 됩니다. 즉, 여러 파장이 섞여 있는 빛의 경우(태양광, 백색광) 파장에 따라 결상하는 위치가 달라져 원하는 선명한 이미지를 얻지 못하는 현상이 색수차 입니다. 굴절률은 진공에서의 빛의 속도에 대한 매질에서의 빛의 속도로 다음과 같이 정의 됩니다. 매질에서의 속도 로 나타낼 수 있어 위와 같이 정리되고, 식에 따라 파장이 길수록 굴절률이 작고, 짧을수록 크다는 것을 알.. F theta Lens란 무엇인가? [머신비전 광학 기술 백서 #14] F theta Lens 앞서 설명한 것처럼 렌즈는 공간상의 한 점에서 나온 빛들을 통과시켜 반대편 공간의 한 점으로 모아주는 장치입니다. 이러한 렌즈의 기능을 통해 우리는 사건을 영상으로 기록하여 다른 곳, 다른 시간에 재생할 수 있습니다. 이것이 일반적인 렌즈의 기능이자, machine vision에서의 렌즈의 역할이지만 이러한 빛의 1:1 점 대응기능은 다른 용도로도 활용할 수 있습니다. 어릴적에 돋보기렌즈로 빛을 모아 종이를 태웠던 것처럼, 렌즈를 이용하면 강한 에너지의 빛을 모아 material processing, 즉 가공용으로 사용할 수 있는데 이런 용도로 제작/사용되는 렌즈를 통상 scanning lens라 부릅니다. 에프세타 렌즈 탄생의 배경 1964년 .. 렌즈의 밝기와 화각은 어떻게 결정되는가?(Marginal Ray와 Chief Ray) [광학 기술 백서 #13]렌즈의 밝기와 화각은 어떻게 결정되는가? 렌즈의 구분 세상에는 그 적용 범위와 특성에 따라 수많은 종류의 렌즈가 있습니다. 이러한 많은 종류의 렌즈들은 각각이 고유의 특성을 가지고 있고 그 역할을 수행하고 있습니다. 어떠한 사람들은 이러한 렌즈들을 이용하여 취미 생활을 하거나 예술 사진을 찍기도 하고 어떠한 곳에서는 CCTV와 같은 방범용으로 렌즈를 사용합니다. 또한 저와 같은 사람들은 이러한 렌즈를 사용하여 사람의 눈으로 보기 힘든 불량을 검출하기도 합니다. 이렇게 수많은 종류의 렌즈들은 사용자에 따라 해상력, 배율, 마운트, 밝기, 초점거리와 같은 여러 가지 기준으로 나뉘어질 수 있습니다. 하지만 일반적인 경우에 렌즈는 두 개의 커다란 요소에 의해 종류가 결정됩니다. 그리고 .. 렌즈의 수차 #4, #5: 상면만곡수차 & 왜곡수차 [머신비전 광학 기술 백서 #12] 렌즈의 수차: 상면만곡수차 & 왜곡수차 앞에서는 다섯 가지 단색수차 중 상을 흐리는 구면수차, 코마수차 그리고 비점수차, 세 가지에 대해 정리해보았습니다. 이번 포스팅에서는 상이 퍼지는 것이 아닌 맺히는 위치가 바뀌어 원래 크기와 다르게 변형 시키는 상면 만곡수차와 왜곡수차에 대해서 설명하겠습니다. 상면만곡수차 (Curvature) 렌즈 알이 곡률을 가진 포물면이기 때문에 상 또한 곡률을 가진 포물면을 이루게 되는 현상입니다. 이미지는 포물면으로 결상이 되지만, 일반적인 이미지 센서는 평면이기 때문에 센서의 외곽 부로 갈수록 이미지의 변형과 함께 흐림현상이 나타나게 됩니다. 따라서 센터에 초점을 맞춘 후, 센서를 앞으로 이동하게 되면 주변부가 초점이 맞고, 중심에서 초.. 해상도란 [광학 기술 백서 #11]해상도란 카메라를 통해서 사진을 찍을 때 렌즈나 카메라의 특성으로 인해 어쩔 수 없이 실제 영상과는 차이가 나게 됩니다. 그러므로 실제와 다른 이런 차이를 최소화하고 영상을 좀더 뚜렷하게 볼 수 있도록 하는 것이 좋은 사진이라고 할 수 있겠는데요. 이렇게 좋은 화질을 구현하기 위한 요소는 많은 것들이 있지만, 그중에서도 가장 중요한 것은 바로 Sharpness와 Contrast입니다. 이미지의 선명도(Sharpness)와 명도비(Contrast) 당연히 이미지가 선명하게 보이는 것이 좋은 사진의 첫째 조건입니다. 하지만 선명한 이미지를 얻기 위해서 더욱 중요하게 여겨야 할 것이 있습니다. 그것은 바로 흑과 백의 밝기 차이를 의미하는 명도비(Contrast)입니다. 명도비가 높을 .. Depth of Field(DOF)란? [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 렌.. 비구면 렌즈 [머신비전 광학 기술 백서 #10]비구면 렌즈 비구면 렌즈는 말 그대로 비구면(非球面), 즉 구면이 아니라는 뜻입니다. 영어로는 Aspherical Lens라고 하여 구형(spherical)이 아니라는 뜻을 그대로 내포하고 있습니다. 그러므로 비구면 렌즈는 일반 렌즈와 달리 일정한 곡률을 지니지 않고 렌즈의 위치에 따라 곡률이 바뀌는 렌즈를 의미합니다. 위의 그림을 보시면 비구면 렌즈의 특징을 좀 더 확실히 아실 수 있습니다. 이 사진은 표면 연마를 막 끝낸 비구면 렌즈입니다. 아직 최종 centering 과정을 거치지 않아서 렌즈가 마운트에 접착되어 있는 것을 확인하실 수 있을 겁니다. 이 사진에서 반사된 빛의 패턴이 일반 렌즈와 달리 끝부분이 살짝 휘어집니다. 이처럼 비구면 렌즈는 중앙 부분과 가장자.. f number란 무엇인가 [머신비전 광학 기술 백서 #9]f number란 무엇인가 렌즈는 빛을 모으는 역할을 하는 도구입니다. 이런 렌즈의 특성으로 인해 렌즈에 들어오는 빛의 양은 렌즈의 성능을 결정하는데 아주 중요한 요소가 됩니다. 들어오는 빛의 양이 많으면 어두운 조명에서도 밝은 이미지를 얻을 수 있고, 빛의 양이 적으면 밝은 조명에서도 어두운 이미지를 얻을 수 있습니다. 이러한 빛의 양을 일정한 수로 나타낸 것이 f/number라는 값입니다. f/number는 초점거리를 빛이 통과하는 직경으로 나눈 값(f/#=f’/D)으로서 렌즈의 종류에 상관없이 같은 값을 가지면 같은 양의 빛이 들어오게 됩니다. f/#는 f/숫자로 표현하며 그 값이 클 때에는 들어오는 빛의 양이 적다는 의미이고, 반대로 값이 작아지면 들어오는 빛의 양.. 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.. 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 .. 이전 1 2 3 다음
