머신 비전 라이트의 크기를 선택하세요

Time : 2025-08-07

머신 비전 기술은 현대 산업 자동화 및 스마트 제조의 중요한 축으로, 검사, 내비게이션, 품질 관리 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있습니다. 이 중에서도 2D, 2.5D, 3D 비전 기술은 세 가지 핵심 기술로서, 각기 다른 특징과 적용 가능한 시나리오를 가지고 있습니다.

I. 배경

시각적 광원 방안을 평가할 때는 시각 광원을 위한 적절한 공간을 확보하는 것이 중요한 고려 사항입니다.

평가 과정에서 광원 테스트 및 검증을 미리 수행하지 않으면 나중 단계에서 확보한 공간이 너무 작아지는 문제가 발생할 수 있습니다. 즉, 실제 사용 가능한 광원이 원래 확보한 공간보다 크기 때문에 프로젝트에 영향을 미치게 됩니다. 크기 조건을 맞추기 위해 설치 공간이 작은 광원을 채택할 경우, 광원의 불일치로 인해 이미지 품질이 저하되고 조사 효과가 만족스럽지 못해 전체 프로젝트의 진행에 차질이 생길 수 있습니다. 결국에는 광원의 실제 크기에 따라 설치 공간을 다시 수정해야 하며, 전체 과정은 시간과 노동력이 많이 소요됩니다.

따라서 시각 설계 평가 시 초기 단계에서 광원 선택에 대한 평가를 잘 수행하는 것이 특히 중요합니다. 현재 대부분의 시각 설계는 먼저 조명 테스트를 수행하여 광원의 크기와 높이를 결정한 후 다른 부품을 설계하는데, 이는 향후 프로젝트가 원활하게 진행되는 데 큰 도움이 됩니다.

II. 선정 사례

다음은 큰 광원과 작은 광원의 영상 효과를 비교한 두 장의 이미지입니다: 그림 1은 광원이 작기 때문에 광점이 시야를 덮지 못함을 보여줍니다; 그림 2는 광원의 크기가 적절하여 전체 시야를 커버할 수 있고, 전체적으로 균일한 효과와 뚜렷한 검출 특성을 보여줍니다.

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초기 조명 테스트 없이 적절한 크기의 광원을 어떻게 선택할 수 있을까요? 테스트 샘플을 확보한 후에는 검출 특성을 이해하고, 광학 경로의 종류 및 광원 색상을 판단해야 하며, 이러한 요소들을 선택한 후에 비로소 필요한 광원 크기를 판단할 수 있습니다.

참고 기준으로 주로 세 가지 사항이 있습니다. 첫째, 조사 방식입니다. 조사 방식에는 두 가지가 있는데, 하나는 정면 조사이고 다른 하나는 백라이트 조사입니다. 둘째, 렌즈 선택입니다. 렌즈는 FA 렌즈와 텔레센트릭 렌즈의 두 가지가 있습니다. 셋째, 광원 구조의 작업 거리와 시야 크기입니다.

III. 조사 방식

정면 조사 방식을 기준으로 검사 대상 제품 표면이 매끄럽고 반사성이 있는지 판단합니다. 비반사 표면의 경우 광원 크기의 요구 사항이 낮아서 시야의 약 1/2 크기의 광원이면 충분합니다.

반사면을 예로 들어 광원의 크기를 선택하는 방법을 판단할 때, 우선 반사면의 특성을 감지해야 하며, 광점이 전체 화면을 덮고 균일한 이미지를 형성해야 하여 보다 높은 대비를 제공할 수 있습니다.

동시에 세 가지 파라미터를 알아야 한다: 카메라 타겟 센터의 크기, 카메라에서 검출면까지의 작업 거리, 시야각의 크기(시야각의 길이와 너비는 카메라 칩의 길이와 너비에 대응된다). 둘째, 렌즈가 FA 렌즈인 경우 포함각 파라미터도 알아야 한다. 이렇게 하면 카메라 렌즈의 투영각 및 반사각을 구할 수 있으며, 다음 그림과 같다(그림 3, 그림 4, 그림 5). 투영각과 반사각이 W 형태를 이루는 것을 알 수 있다. 광원이 투영각 바깥에 있는 경우(그림 3 참조), 반사각에 빛 반점이 생기게 된다. 광원이 반사각의 경계 위치에 있는 경우(그림 4 참조), 이미지화되는 시야각의 가장자리에 빛 반점이 보이게 된다. 오직 광원이 반사각(W)의 바깥쪽에 위치할 때(그림 5 참조)만 균일한 이미지 효과를 얻을 수 있다.

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하단 백라이트 조사에도 동일한 원칙이 적용되지만, 반사각을 계산할 필요는 없습니다. 광원이 검출면에서 멀어질수록 투영각도의 확장 폭 거리가 커집니다. FA 렌즈용 백라이트를 선택할 때는 이러한 방식으로 계산하고 평가할 수 있습니다. 다음 그림과 같습니다.

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IV. 렌즈 선택

위의 두 가지 조사 모드는 FA 렌즈에 대해서만 언급되었으며, 도면과 문장 또한 FA 렌즈를 예로 들어 참고하고 있습니다. 또 다른 유형의 렌즈에 대해서도 설명이 필요합니다. 일반적으로 사용되는 텔레센터릭 렌즈(telecentric lens)가 있습니다. 텔레센터릭 렌즈는 기본적으로 평행 광학 경로 타입이기 때문에 텔레센터릭 렌즈를 사용하여 광원의 크기를 선택할 때 실제 시야보다 약간 더 큰 크기만 고려하면 됩니다. 다음 그림과 같습니다.

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V. 광원 구조의 작업 거리 및 시야 크기

카메라 타겟 중심과 작업 거리, 렌즈 각도, 조명 소스의 작업 거리 및 시야각을 알고 있다면, 조명 소스의 크기는 계산을 통해 결정할 수 있습니다. 동시에 CAD 등의 소프트웨어를 사용하여 해당 파라미터에 따라 도면을 작성함으로써 조명 소스의 광점이 위치하는 곳을 직관적으로 확인하고 선택한 조명 소스의 크기가 적절한지를 판단할 수 있습니다. 다음 그림과 같습니다.

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