올바르게 조명 선택하는 방법은? 조명 개선으로 원하는 이미지 얻기

조명 시스템 문제 극복법 공개

올바른 조명의 힘을 과소평가하다가 이미징 시스템에서 contrast 및 resolution 문제로 고민하는 경우가 빈번하다. 실제로 더 높은 resolution의 detectors, 이미징 렌즈 및 소프트웨어에 투자하는 대신 시스템 조명을 개선하면 대부분의 경우 원하는 이미지 품질을 얻을 수 있다.

시스템 통합업체는 최종 이미지에서의 올바른 light intensity가 부품 선택에 직접적으로 관련되어 있음을 기억해야 한다. 정확한 조명은 이미지 시스템에 매우 중요하며, 부적절한 조명은 다양한 이미지 문제를 야기할 수 있기 때문이다. 예를 들어 Blooming 또는 hot spots은 shadowing과 같이 중요한 이미지 정보를 감출 수 있다. 게다가 shadowing은 측정할 때 잘못된 edge calculations을 유발해 부정확한 측정값으로 이어질 수도 있다. 잘못된 조명은 낮은 신호 대 잡음비로 이어질 수도 있다. 비 균질한 조명은 특히 신호대 잡음비에 나쁜 영향을 줘 thresholding과 같은 작업을 어렵게 만들기도 한다. 이것들은 용도에 맞는 올바른 조명이 중요한 이유 중 일부에 지나지 않는다.

부적합한 조명 시스템 피하는 방법
부적합한 조명의 위험이 명확하지만 이를 피하려면 어떻게 해야 할까? 시스템을 조립할 때 최적의 조명을 보장하려면 올바른 부품 선택의 역할을 인식하는 것이 중요하다. 모든 부품은 센서의 입사광 광량에 영향을 주고, 결국 시스템의 이미지 품질에 영향을 준다. Imaging Lenses의 aperture(f/#)는 카메라의 입사광 광량에 영향을 준다. 렌즈 aperture가 닫혀 있으면 조명을 늘려야 한다(즉, 더 높은 f/#). 관찰 영역이 좁으면 렌즈에 반사하는 빛의 양이 더 적어지므로 High power lenses는 대개 더 강한 조명을 필요로 한다. 카메라의 최소 감도 역시 시스템에 필요한 최저 광량을 결정하는 데 중요하다. 아울러, Gain, 셔터 속도 등의 카메라 설정이 센서의 감도에 영향을 준다. Fiber optic illumination은 보통 물체에 대한 조명을 최적화하기 위해 통합시켜야 하는 illuminator 및 light guide와 관련된다. EO의 조명 제품을 위한 light intensity는 대개 footcandles(영국식 단위)로 지정되며, 이에 상응하는 SI 단위인 Lux는 footcandles와 1 lux＝0.0929 footcandle과 같은 관계를 갖고 있다.

조명 유형
적절한 조명이 시스템의 성패를 가르는 결정적 요인인 경우가 빈번하기 때문에 자주 발생하는 조명 문제를 극복하기 위한 많은 제품 및 기술이 개발되어 왔다. 이 단원에서 사용된 타겟은 다양한 물체의 특성을 위한 이러한 다양한 조명 체계의 장단점을 증명하기 위해 개발되었다. 타겟의 홈, 색상, 표면 변형, 그리고 반사 영역은 실제 용도에서 특별한 관심이 필요한 일반적인 문제 발생 영역 중 일부를 나타낸다.

필터링은 다양한 CONTRAST 레벨을 제공
예제에서는 다양한 컬러 필터가 부착된 backlight illumi- nation 및 darkfield에 대해 설명한다(참고 : 이미지는 10X Close Focus Zoom Lens #54363 / Field of View = 30mm / Working Distance＝200mm 조건에서 촬영되었다).

POLARIZERS를 사용한 이미지 품질 개선
polarizer는 이미지에서 specular reflections(glare)를 제거하고 표면 결함을 드러내는 데 유용하다. Polarizer는 검사 대상 물체에 따라 광원에 장착하거나 비디오 렌즈 또는 양쪽 모두에 장착할 수 있다. 조명 광원 및 비디오 렌즈에 각각 하나씩 두 개의 polarizers를 사용할 경우 해당 polarization axes는 서로 직각을 이루어야 한다. 다양한 문제와 솔루션을 다음과 같다.

[문제 1]  물체가 비금속이고 조명이 날카로운 예각으로 물체에 비춰질 경우.
솔루션 : 일반적으로 렌즈에 polarizer를 다는 것만으로 glare를 충분히 차단할 수 있다. (glare가 최소화될 때까지 polarizer를 회전시키면 된다.) 그래도 glare가 존재한다면 광원 앞에 polarizer를 추가하면 된다.

[문제 2] 물체의 표면이 금속성이거나 광택이 있을 경우.
솔루션 : Contrast를 향상시켜 표면 디테일을 드러내려면 렌즈뿐 아니라 광원에도 polarizer를 장착하는 것이 좋다. 광택이 있는 표면에 입사되는 편광된 빛은 반사될 때 편광 상태를 유지한다. 금속의 표면결함은 반사광의 편광 상태를 바꿔놓게 된다. 렌즈의 polarizer를 돌려 편광 축이 광원의 polarizer 편광 축과 직교하도록 하면 glare가 감소되어 표면의 스크래치 및 패인 부분이 보이게 된다.

[문제 3] 물체에 반사 및 분산이 아주 잘되는 영역의 경우
솔루션 : 2개의 polarizers를 방향이 수직이 되도록 사용하면 금속 부분에 의해 생성된 이미지의 hot spots이 제거된다. 나머지 부분에는 polarized light를 렌즈에 무작위로 반사하는 분산 영역으로 인해 고른 조명이 제공된다.

자료제공 | 에드몬드옵틱스코리아(www.edmundoptics.co.kr)