04. 광학계 - 공간 분해능(Spatial Resolution)

이번 포스팅에서서는 광학계 공간분해능에 대해서 알아보겠습니다.

카메라 분해능이란 물체를 카메라로 찍을 경우 대상물의 목적하는 부분에서 (FOV)에서 카메라의 1pixel로 최소로 볼 수 있는 영역을 말합니다.

이러한 광학계 분해능은 동일한 장면을 동일한 위치와 각도로 검사하더라도 카메라에 따라서 바뀔 수 있고, 동일한 카메라로 검사하더라도 광학계 세팅에 따라서 변할 수 있습니다. 따라서 검사하고자 하는 불량의 최소크기가 분해능의 2~3배가 되도록 광학기기 분해능을 결정한 후에 이에 맞게 카메라/렌즈/조명 등의 세부 사양을 결정하곤 합니다.

오늘은 분해능에서 혼동될 수 있는 부분과 분해능에 따른 광학기기의 사양 결정방법에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 공간 분해능(Spatial resolution)과 해상도(display resolution)의 차이점

우리가 픽셀(pixel = 화소)이라고 생각하는 것은 사진과 영상을 구성하는 기본단위를 뜻합니다. 카메라에서 화소는 이미지센서의 cell을 뜻하며, 이미지 센서 등에서 세분화가능한 최대 화소 수를 카메라 해상도(Display resolution)라고 합니다.

한편, 광학기기의 사양중 하나인 광학계 분해능(pixel resolution)은 최종 이미지로 부터 결정되며 픽셀 좌표계 상 두 픽셀간의 거리를 뜻합니다.  (픽셀 좌표계란 최종 영상에 대한 좌표계로 이미지 평면이라고도 합니다. 이에 대한 자세한 설명은 글 하단에 링크를 달아두겠습니다.)

 정리하자면, 해상도는 카메라의 이미지센서가 몇개의 셀으로 이루어졌는지를 나타내는말로 이미지센서의 사양에 따라 결정되며,

 공간분해능은 최종 이미지 상에서 두 픽셀 간의 거리를 뜻하며 FOV/해상도로 구할 수 있습니다. 

 

2. 분해능에 따른 광학기기의 사양 결정방법 

1) 검사하고자 하는 대상물의 목적하는 영역의 크기(FOV)를 결정합니다.  (링크 참고)

2) 검출하고자 하는 대상(불량)의 최소 사이즈를 조사합니다

3) 검출하고자하는 대상의 최소 사이즈에 따라 광학기기의 분해능을 결정합니다. 

4) 분해능과 해상도의 곱이 FOV를 만족하는 카메라 해상도를 결정합니다

5) 검사기의 정밀도, 택타임, 예산에 맞는 카메라를 선정합니다.

6) 카메라의 이미지센서의 크기, 화각 등을 고려하여 배율을 결정합니다. (링크 참고)

  (선정한 카메라의 센서크기보다 렌즈가 대응하는 이미지 서클의 크기가 커야)

7) 공간적인 제약, 카메라의 성능 등을 고려하여 초점거리를 결정하고 이에 따른 렌즈를 결정합니다.

8) 렌즈마다 사용가능한 WD와 배율이 정해져 있으므로 WD를 변경해가며 원하는 FOV를 맞춥니다.

 

3. 광학기기 사양서 보는법

* 카메라 사양서 보는 법

1) 해상도

가로 PX * 세로 PX이 카메라의 전체 화소 수를 나타냅니다

2) 센서 크기

이미지센서의 대각선 길이를 인치로 나타내며 이미지센서 크기에서 1Inch는 16mm를 나타냅니다.

 

* 렌즈 사양서 보는 법

1) WD 

 초점거리가 일정할 때 wd를 변경하며 카메라가 보는 FOV 즉 배율을 변경할 수 있습니다. 

2) 화각 

 렌즈를 거쳐 결정되는 화각은 이미지 센서의 크기마다 다르기 때문에 카메라의 센서의 크기게 맞는 화각을 알아야합니다.

3) 이미지 써클 

 센서 사이즈로 표시되며 일반으로 사용가능한 센서 사이즈내에서  센서사이즈가 클수록 왜곡되는 비율이 높아진다. 

 

 

4. 참고 링크

 

- 링크1 : 렌즈 이미지 써클과 센서크기 (출처 : 슈퍼 짐승)

Image Circle(이미지 서클) (tistory.com)

 

- 링크3 : 픽셀 분해능 설명 (출처 : 다크 프로그래머)

다크 프로그래머 :: [영상 Geometry #1] 좌표계 (tistory.com)