머신 비전 애플리케이션에 적합한 렌즈 선택

소개

머신 비전은 자동화, 품질 관리 및 검사 작업을 고정밀로 수행할 수 있도록 하여 현대 산업 및 제조 공정의 핵심 부분이 되었습니다. 머신 비전 시스템의 중요한 구성 요소 중 하나는 후속 분석을 위해 선명하고 정확한 이미지를 캡처하는 데 핵심적인 역할을 하는 렌즈입니다. 올바른 렌즈 선택은 머신 비전 애플리케이션의 전반적인 성능과 효과를 보장하기 위해 필수적입니다. 이 문서에서는 머신 비전용 렌즈를 선택할 때 고려해야 할 주요 요소와 다양한 렌즈 유형 및 그 응용 분야에 대해 살펴보겠습니다.

렌즈 선택 시 주요 요인

시야각 (FOV)

시야각(FOV)은 카메라와 렌즈가 캡처할 수 있는 범위를 의미합니다. 이는 작업 거리(렌즈와 이미지 대상 물체 간의 거리) 및 렌즈의 초점 거리에 따라 결정됩니다. 넓은 FOV는 대규모 산업 검사 또는 감시와 같이 넓은 영역을 모니터링해야 하는 응용 분야에 유용합니다. 예를 들어, 식품 포장 공장에서 넓은 FOV 렌즈를 사용하여 전체 포장 라인을 모니터링하여 모든 제품이 올바르게 포장되는지 확인할 수 있습니다.

해상도

렌즈의 해상도는 영상에서 미세한 디테일을 구분할 수 있는 능력을 의미합니다. 정밀한 측정이나 작은 특징을 감지해야 하는 응용 분야에서는 고해상도 렌즈가 필요합니다. 예를 들어, 반도체 제조 공정에서 실리콘 웨이퍼 위의 미세 회로를 검사하기 위해서는 높은 해상도를 가진 렌즈가 필요합니다. 렌즈의 해상도는 일반적으로 밀리미터당 선쌍(line pairs per millimeter, lp/mm)으로 표시됩니다. lp/mm 값이 높을수록 더 뛰어난 해상도를 가진 렌즈임을 나타냅니다. 렌즈의 해상도와 카메라 센서의 해상도를 일치시키는 것이 중요합니다. 만약 렌즈의 해상도가 센서보다 낮다면 센서의 전체 성능을 활용할 수 없게 됩니다.

심도 영역 (DoF)

피사계 심도는 렌즈로부터 물체가 영상에서 허용 가능한 선명함으로 나타나는 거리 범위를 의미합니다. 대형 피사계 심도는 카메라로부터 물체들이 서로 다른 거리에 있을 때나 물체의 위치에 약간의 변동이 있는 경우에 유리합니다. 프린트된 부품들의 높이가 다양할 수 있는 3D 프린팅 검사 시스템에서는 큰 심도를 가진 렌즈를 사용하여 물체의 모든 부분이 초점이 맞도록 보장할 수 있습니다. 심도는 초점거리, 조리개 크기, 작업 거리 등 여러 요인에 영향을 받습니다. 일반적으로 짧은 초점거리, 작은 조리개(더 높은 f-숫자), 더 긴 작업 거리일수록 더 큰 심도를 얻을 수 있습니다.

왜곡

렌즈의 왜곡은 직선으로 된 물체의 이미지가 휘어져 보이게 합니다. 왜곡에는 두 가지 주요 유형이 있습니다: 배럴 왜곡(가장자리에서 이미지가 바깥쪽으로 볼록하게 보이는 경우)과 핀쿠션 왜곡(가장자리에서 이미지가 안쪽으로 오그라들 듯 보이는 경우). 정밀한 기하학적 측정이 중요한 계측 또는 로봇 가이드 응용 분야에서는 낮은 왜곡을 갖는 렌즈가 필수적입니다. 예를 들어, 로봇 팔 피킹 시스템에서 최소한의 왜곡을 갖는 렌즈가 필요하여 물체의 위치와 방향을 정확하게 식별할 수 있어야 합니다.

작동 거리

작업 거리는 렌즈 앞부분에서 촬영되는 물체까지의 거리에 해당됩니다. 그것은 응용 프로그램 요구 사항에 의해 결정됩니다. 인쇄 회로 보드의 작은 구성 요소를 검사하는 것과 같은 일부 응용 프로그램은 짧은 작업 거리를 필요로 할 수 있지만 다른 것들은 큰 야외 지역을 모니터링하는 것과 같이 긴 작업 거리를 필요로합니다. 작업 거리는 또한 시야장과 시야 깊이를 비롯한 다른 렌즈 매개 변수에 영향을 미칩니다.

장착 및 호환성

렌즈는 카메라와 호환되어야 합니다. 각기 다른 카메라에는 C-모트, CS-모트, 또는 F -모트 같은 다양한 종류의 장착 장치가 있습니다. 렌즈가 카메라에 잘 맞게 고정되도록 올바른 장착을 갖추고 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 또한 렌즈는 카메라의 센서 크기와 호환되어야 합니다. 센서에 너무 작은 이미지 원을 가진 렌즈를 사용하면 비네팅 (영상의 모서리의 어둡게) 또는 센서의 불완전한 커버링이 발생할 수 있습니다.

기계 시력 렌즈 의 종류

고정 초점 거리 렌즈

일정-초점거리 렌즈는 일명 단일렌즈라고도 하며, 고정된 초점거리를 가지며 변하지 않습니다. 이 렌즈는 설계가 상대적으로 간단하며 해상도와 왜곡이 적다는 점에서 뛰어난 광학 성능을 제공하는 경우가 많습니다. 이러한 렌즈는 시야각과 작업 거리가 고정된 응용 분야에 적합합니다. 예를 들어, 식료품점 계산대의 바코드 판독 시스템에서 일정-초점거리 렌즈는 특정 거리에서 바코드의 선명한 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있습니다.

줌 렌즈

줌 렌즈는 사용자가 초점 거리를 변경할 수 있게 해주어, 화각을 바꾸는 효과를 얻을 수 있습니다. 이는 카메라가 다양한 거리의 영역이나 물체를 촬영해야 하는 응용 분야에서 유연성을 제공합니다. 보안 감시 시스템에서 줌 렌즈는 건물의 다른 부분을 확대하거나 움직이는 물체를 추적하는 데 조정될 수 있습니다. 그러나 줌 렌즈는 특히 해상도와 왜곡 측면에서 고정 초점 거리 렌즈만큼의 광학 성능을 제공하지 못할 수도 있습니다.

텔레센트릭 렌즈

텔레센트릭 렌즈는 일정 범위 내에서 물체의 거리에 관계없이 일정한 배율을 유지하도록 설계되었습니다. 이는 정확한 치수 측정이 필요한 응용 분야, 예를 들어 제조 부품의 품질 검사에서 이상적인 선택입니다. 정밀 가공 공장에서는 텔레센트릭 렌즈를 사용하여 가공 부품의 치수를 높은 정확도로 측정할 수 있으며, 이는 원근 왜곡의 영향을 제거하기 때문입니다.

매크로 렌즈

매크로 렌즈는 근접 촬영을 위해 최적화되어 있으며 높은 배율 비율을 달성할 수 있습니다. 이러한 렌즈는 보석 검사나 생물 시료 이미징과 같이 소형 물체나 세부적인 부분을 조사해야 하는 응용 분야에 사용됩니다. 보석 제조 공정에서 매크로 렌즈는 보석 세팅의 정교한 디테일이나 금속 가공 품질을 검사하는 데 활용될 수 있습니다.

결론

머신 비전 애플리케이션에 적합한 렌즈를 선택하는 것은 여러 요소들을 고려해야 하는 복잡한 과정입니다. 시야, 해상도, 심도, 왜곡, 작업 거리, 장착 호환성 및 환경 요구사항을 면밀히 평가함으로써 엔지니어와 시스템 통합자는 머신 비전 시스템의 성능을 최적화할 수 있는 렌즈를 선택할 수 있습니다. 산업 자동화, 품질 관리 또는 과학 연구 분야에서 사용하든 올바른 렌즈 선택은 추가 분석과 의사결정을 위해 정확하고 신뢰할 수 있는 이미지 데이터를 확보하는 열쇠입니다.