Vision 기본 지식 및 설명

카메라와 렌즈의 관계

예시 카메라 BFS-PGE-16S2M-CS resolution 1440x1080, pixel size 3.45um x 3.45um (1/3'')
예시 렌즈 VS-LDA15 0.03x - 0.15x (2/3'')

(단 렌즈의 2/3'' 는 카메라의 1/3''보다 크거나 같아야 함)

 

FOV (Field Of View)

센서 크기와 렌즈 배율에 따라 달라짐

FOV = Sensor Size / 렌즈 배율

 

카메라 센서

센서의 가로 크기 = 1440 x 3.45 = 4968 um

센서의 세로 크기 = 1024 x 3.45 = 3532.8 um

 

FOV 최대

FOV(H) = 4.968 mm / 0.03 = 165.6 mm

FOV(V) = 3.5328 mm / 0.03 = 117.76 mm

 

FOV 최소

FOV(H) = 4.968 mm / 0.15 = 33.12 mm

FOV(V) = 3.5328 mm / 0.15 = 23.552 mm

 

픽셀 분해능

픽셀 분해능 가로 = 12.288 / 1280 = 0.0096 mm

픽셀 분해능 세로 = 9.8304 / 1024 = 0.0096 mm

 

머신비전 인터페이스

• Coaxpress (코엑스프레스, 프레임 그래버 필요) - 가격면에서 근래에 거의 사용 안하고 있음
• Camera link (카메라 링크, 프레임 그래버 필요) - 가격면에서 근래에 거의 사용 안하고 있음
• USB (프레임 그래버 없어도 되나 마우스 키보드등이 대역폭을 나누어 사용하기 때문에 필요에 따라 구매)
• GIGE (10 Gbit/s, 1250MB/s 케이블 길이 37m 이상시 케이블 전원공급 불가)

 

렌즈 종류

• CCTV Lens(Fixed focal length)
  DOF 무한, 저렴
• Macro Lens
  왜곡이 적음 (0.5배 이하 저배율에서 1000mm 이내의 FOV를 보고자 할때 텔레센트릭 보다 저렴하게 구성 가능)
• Telecentric Lens
  렌즈의 광축에 평행되게 빛을 받아 왜곡이 최소화되어 이미지 취득, 고정 배율, WD 고정
  (0.1~10배 정밀제품 얼라인등)
• Varifocal Lens(가변초점 렌즈)
  초점거리 변경가능
  (매크로렌즈는 카메라가 이동해야 하나 가변초점 렌즈는 제자리에서 초점을 맞출 수 있음)
  일반적인 DSLR 렌즈
• Zoom Lens
  카메라 이동 없이 배율 조정 가능 (Manual, Motorized Zoom)
• Microscope Lens
  5~100배 정밀 확대, NA가 낮아 밝으며, DOF가 짧음 (현미경)

 

카메라 렌즈 마운트 (렌즈, 경통과 체결하는 부위의 규격에 따라 다름, 1인치 = 16mm)

• S-Mount
  FB 없음 (M12 x P0.5) CCTV나 보드형 카메라, 가격저렴, 조리개 없음
• CS-Mount
  FB 12.526mm (M25.4 x 32TPI, 4/3'' 이하 크기의 센서) 1.3M 이하의 주차, CCTV용 머신비전에 자주 사용
  CS 마운트에 C마운트 렌즈를 사용하려면 5mm 접사링(Extention Ring)을 끼워 FB을 17.526mm로 맞추면 됨
• C-Mount
  FB 17.526mm (M25.4 x 32TPI) 가장 많이 쓰이는 마운트
  CS-Mount렌즈 장착시에는 WD짧아지고 배율은 높이짐
• F-Mount
  FB 46.5mm (Nikon 베요넷식 마운트, 43.3mm 이하 크기의 센서)
  DSLR이나 큰 이미지 센서용으로 사용
• M xx-Mount
  제조사별로 상이 (F-Mount 이상, 주로 72mm 이상의 지름)
  Mount 지름, 나사 피치, FB 필요, 대형 센서나 라인 스캔 카메라
• 기타
  FB(Flange-Back, 플랜지 백) 렌즈와 센서 사이에 필요한 최소 거리

 

필터

• 빨간물체란 빨간빛을 반사하는 물체 (나머지는 흡수)
  검정물체는 모든 빛을 흡수
  하얀물체는 모든 빛을 반사
• 블루필터 사용 - 파란색 반사로 해당 부분 희게 나옴
• 레드필터 사용 - 빨간색 반사로 해당 부분 희게 나옴

 

셔터

 

글로벌 셔터

• 글로벌 셔터 (글로벌리셋, 노출시작,노출종료,라인리드(한줄씩))
  모든 픽셀이 동시에 노출 시작 및 종료 하지만 리드 아웃은 한줄씩 수행 - 워블, 스큐잉이 없음 빠른 속도로 움직이는 물체에 필요

 

롤링 셔터

• 롤링 셔터 (라인리셋, 노출시작, 노출종료, 라인리드)
  이동시간에 따라 리셋 및 리드아웃이 각행에 이루어져 영상 왜국 발생. 정적, 저속으로 움직이는 물체에 사용
• 기타 기능
  글로벌 리셋 기능
  모든행의 노출시작을 동일하게 맞추지만 아래로 갈수록 각행의 노출이 길어지는 단점
  (암막상태에서 스트로브 조명 필요)

 

CCD, CMOS

• CCD
  photon에 의해 생선된 전하가 vertical/horizontal shift register를 통해 이동 최종 출력단에서 전기적 신호로 전환 비교적 정확한 전하량 전달, 속도에 한계, 비용 증가
• CMOS
  전하가 각 픽셀에서 CMOS transistor를 통해 바로 전기적 신호로 바뀌어 이 신호의 형태로 이동 전하량의 손실, 실제 빛을 받아들이는 fill factor가 CCD에 비하여 상대적으로 작음

 

심도와 렌즈 f/#값

심도는 픽셀의 크기 내에서 디포커싱이 되더라도 완벽히 포커싱될때와 마찬가지로 픽셀 하나가 반응 하는 것이므로 무관

f/#가 작아지면 빛이 들어가는 렌즈의 지름이 커지게 되고 light cone이 커지게 되어 렌즈의 결상 위치 앞뒤로 디포커싱되는 정도가 커짐 이에 초점 심도는 더욱 짧아짐

해상도가 증가할수록 렌즈의 f/#는 작아져야 함

이외 텔레센트릭 렌즈도 심도 있음

(주선은 평행하게 들어가서 광축에 평행하게 나오나 이외에는 일반 렌즈와 동일하게 특정 각도를 가지고 결상)

 

f/# 값이란 ?

렌즈의 밝기 수치,

f/# = f/D (f, 렌즈의 초점거리 d, 빛이 들어오는 직경)

Effective f/# = f/#*(1+b) (b : 렌즈의 배율)

f/#이 클수록 (조리개를 닫을수록) B가 작을수록(배율이 작을수록) DOF는 커지게 되고

f/#이 작을수록(조리개를 열수록) B가 클수록(배율이 클수록) DOF는 줄어들게 됨