머신 비전 시스템의 성능에 직접적인 영향을 미치는 렌즈 해상도, 렌즈 왜곡 및 조명 균일성을 포함하여 렌즈 설계에는 많은 중요한 특성이 있습니다.

머신 비전 시스템에 사용되는 카메라, 렌즈 및 조명은 모두 전체 이미지 품질에 중요한 기여를 합니다. 지난 몇 년 동안 CMOS 이미지 센서 기술의 급속한 발전은 렌즈 제조업체에게 큰 과제를 안겨주었습니다. 점점 더 높은 센서 해상도는 많은 센서가 이제 더 작은 픽셀을 가지며 더 높은 해상도의 렌즈를 필요로 한다는 것을 의미합니다. 반면에 더 높은 감도를 위해 더 큰 픽셀 크기를 유지하는 고해상도 센서는 일반적으로 더 큰 포맷을 사용하므로 더 큰 포맷의 고해상도 렌즈가 필요합니다. 또한 감시, 스포츠, 항공 사진 및 테마파크 놀이 시설 사진과 같이 매우 긴 초점 거리 렌즈를 필요로 하는 많은 응용 분야가 점차 머신 비전 범주에 포함되고 해결해야 합니다.

（1）렌즈 성능-변조 전달 함수(MTF)에 대해 알아보기

이상적인 렌즈는 모든 디테일과 밝기 변화를 포함하여 물체와 완벽하게 일치하는 이미지를 생성합니다. 실제로 이것은 렌즈가 저역 통과 필터 역할을 하기 때문에 완전히 가능한 것은 아닙니다. 모든 통풍을 고려하여 렌즈의 이미지 품질은 변조 전달 함수로 정량적으로 설명할 수 있습니다. MTF는 서로 다른 간격(와이어-공간 주파수/mm)으로 선(그리드)을 재현하는 렌즈의 능력으로 정의됩니다. 더 많은 쌍/mm의 와이어를 구별할 수 있을수록 렌즈의 해상도가 더 좋아집니다. 각 공간 주파수에 대한 MTF 그래프는 렌즈로 인한 대비 손실을 보여줍니다(그림 1). 거친 스페이서 라인과 같은 큰 구조는 일반적으로 비교적 좋은 대비로 전송됩니다. 간격이 얇은 선과 같은 더 작은 구조는 낮은 대비로 전송됩니다. 주어진 주파수 또는 디테일의 감쇠량은 렌즈의 전송 효율을 나타내는 MTF로 분류됩니다. 모든 렌즈에는 변조점이 0입니다. 이 제한은 해상도 제한이라고도 하며 일반적으로 밀리미터당 라인 쌍의 lp/mm 또는 일부 매크로 렌즈에 대한 최소 라인 크기(sm) 참조로 참조됩니다. 렌즈. 적절한. 렌즈의 중앙 축 가장자리에서 MTF의 움직임이 저하되는데, 이는 전체 이미지에 대칭 해상도가 필요한 경우 중요한 고려 사항입니다. 산란과 마찬가지로 MTF도 렌즈의 한 지점에서 선의 방향에 따라 달라질 수 있으며 측정 시 조리개 설정의 함수이기도 하므로 렌즈 성능을 비교할 때 주의해야 합니다.

팁: 비용을 줄이기 위해 센서 크기를 유지하면서 센서 해상도를 높이려면 더 작은 픽셀을 구별하기 위해 MTF가 더 높은 렌즈가 필요합니다. 더 낮은 비용으로 더 작은 픽셀 크기는 더 높은 해상도의 렌즈를 필요로 하므로 시스템 비용은 항상 고려되어야 합니다.

(2) 렌즈 왜곡

해상도 변경 외에도 모든 렌즈에는 특정 공간 왜곡이 적용됩니다. 그림 2는 전체 센서의 정확한 측정을 매우 어렵게 만드는 비선형 방식으로 이미지를 늘리거나 압축하는 방법을 보여줍니다. 이 문제를 해결할 수 있는 몇 가지 소프트웨어 방법이 있지만 물체의 물리적 깊이를 고려할 수 없으므로 소프트웨어에서 이러한 오류를 수정하려고 시도하는 것보다 좋은 품질의 저 왜곡 렌즈를 선택하는 것이 좋습니다. 일반적으로 초점 거리가 짧은 렌즈는 초점 거리가 긴 렌즈보다 빛이 더 큰 각도에서 센서에 닿기 때문에 왜곡이 더 큽니다. 보다 복잡한 렌즈 설계를 사용하면 낮은 왜곡을 유지할 수 있으며 많은 렌즈 제조업체는 공간 왜곡을 0 수준으로 줄이기 위해 광학 설계에 열심히 노력해 왔습니다.

팁: 가장 낮은 비용으로 왜곡을 최소화하려면 작동 거리가 길수록 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

3) 조명 균일성

렌즈의 모든 이미지에는 비네팅이 있습니다. 즉, 이미지 중앙에서 가장자리까지 빛의 강도가 감소하여 렌즈의 적용 가능성에 영향을 줄 수 있습니다. 렌즈 음영은 빔이 기계적으로 차단되어(일반적으로 렌즈 홀더에 의해 차단됨) 이미지 가장자리의 음영입니다. 이것은 주로 렌즈의 이미지 서클(또는 형식)이 센서 크기에 비해 너무 작을 때 발생합니다. 모든 렌즈는 "Cos4 비네팅"의 영향을 받습니다. 이는 빛이 이미지 가장자리에 도달하고 센서에 얕은 각도로 도달하려면 더 먼 거리를 이동해야 하기 때문입니다. 각도가 센서의 민감하지 않은 부분에 빛을 집중시킬 때 각 픽셀에 마이크로 렌즈가 있는 렌즈가 있습니다. 렌즈가 2fs로 멈추는 경우에도 최소화할 수 있습니다. 센서 전체의 조명 균일성을 개선하여

4) 환경 영향

많은 비전 시스템이 제조 환경에 배치되어 먼지, 습도, 온도에서 기계적 및 전자기적 영향에 이르기까지 다양한 환경적 영향에 노출됩니다. 먼지와 습기의 침입을 방지하기 위해 사용할 수 있는 많은 보호 커버가 있습니다. 렌즈 어셈블리의 기계적 안정성은 번짐을 방지하고 신뢰할 수 있고 반복 가능한 측정을 보장하는 데 필수적입니다. 머신 비전 애플리케이션에 사용되는 대부분의 렌즈는 렌즈의 안정성을 보장하기 위해 금속 하우징과 포커싱 메커니즘으로 제조됩니다. 또한 많은 렌즈가 충격 및 진동에 대한 내성을 제공하므로 가장 열악한 환경에 적합합니다. 렌즈 제조업체는 일련의 디자인을 제안했으며, 그 중 일부는 진동과 충격으로 인한 렌즈 유리의 움직임으로 인해 발생하는 이미지 변위를 제한하기 위해 특허를 받았습니다. 여기에는 잠금 나사를 사용하여 초점과 조리개의 이동, 고정 조리개의 이동, 렌즈 본체의 모든 요소 결합을 방지하는 것이 포함됩니다.

5) 렌즈 인터페이스

렌즈를 카메라에 고정하는 것은 다른 표준 렌즈 인터페이스를 사용하여 이루어집니다. 머신 비전 애플리케이션에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 컴퓨터 제어 조리개 및 초점을 제공하는 기능을 포함하여 다양한 렌즈 및 액세서리의 이점을 얻을 수 있는 C-마운트입니다. CS 마운트는 일반적으로 사용되지 않으며 기본적으로 C-마운트와 동일하지만 플랜지 초점 거리가 5mm 단축됩니다. 더 작은 렌즈 마운트 시스템(예: S-마운트)은 일반적으로 보드 레벨 카메라 및 소형 카메라에 사용됩니다. 이러한 렌즈는 최소한의 조정만 허용합니다. 대형 센서 및 라인 스캔 응용 분야의 경우 더 강력한 M42 마운트(T-마운트라고도 함)가 점점 더 많이 사용되고 있지만 더 큰 F-마운트 시스템을 사용할 수 있습니다. 그러나 대형 포맷 렌즈는 조리개와 초점을 자동으로 제어하는 ​​기능을 지원하지 않습니다. 망원 렌즈는 머신 비전에도 사용되며 가장 긴 초점 거리는 최대 600mm입니다. 이 대형 포맷 렌즈는 주로 전문 사진작가를 위해 개발되었습니다. 또한 전동식 조리개와 줌을 포함하며 특수 EF 렌즈 마운트가 필요합니다. 현재 점점 더 많은 머신비전 카메라가 EF 마운팅 기능과 EF 렌즈로 제작되고 있으며, 최근 직판 계약을 통해 더 넓은 머신비전 시장에 새로운 광학 기능을 제공하고 있습니다.

6) 렌즈 선택 방법

머신 비전 렌즈 옵션이 너무 많아 특정 용도에 가장 적합한 렌즈를 선택하는 것은 쉽지 않습니다. 따라서 시스템 전체에 대해 생각하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 많은 최신 메가픽셀 카메라는 비용을 줄이기 위해 작은 센서 크기를 사용하지만 결과적으로 작은 픽셀 크기는 더 높은 품질과 더 비싼 광학 장치를 필요로 합니다. 일부 응용 프로그램의 경우 더 비싸고 픽셀이 더 많으며 광학 요구 사항이 더 낮은 카메라를 선택하는 것이 전체 시스템의 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 전문 비전 기술 공급업체와 협력하면 이러한 결정의 위험을 완화할 수 있습니다.

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