머신 비전의 ‘눈’ 렌즈

산업용 렌즈는 따로 있어 … 작업의 특성 반영해야 

머신 비전 시스템은 인체처럼 많은 부분이 결합되어 만들어진다. 이 중 가장 중요한 부분은 눈을 담당하는 렌즈이다. 아무리 영상을 받아들이는 카메라나 이미지를 처리하는 프레임 그래버 등의 능력이 뛰어나도 눈이 어둡거나 침침하면 제 성능을 발휘할 수 없다.  

학교 과학 수업을 떠올려보면 누구나 렌즈에 대해 배운 기억이 있을 것이다. 사전에 따르면 렌즈를 ‘투명한 물질면을 구면(球面)으로 곱게 갈아 물체로부터 오는 빛을 모으거나 발산시켜 상을 확대하고 축소하여 맺게 하는 물체’라고 정의한다. 이 과정은 빛이 직진하고 굴절하는 성질을 이용하여 이루어진다. 직진하는 성질을 가지고 있는 빛은 렌즈의 유리 부분을 만나 대부분 굴절되고 일부는 반사된다.

산업용 렌즈 따로 있다

안경·영화·산업·예술 등 렌즈가 활용되는 분야가 많다보니 렌즈를 구분하는 기준 역시 다양하다. 우선 렌즈 모양을 보면 가운데가 두꺼워 빛을 모으는 작용을 하는 볼록렌즈(집광렌즈)와 주변 쪽이 두꺼워 빛을 발산시키는 작용을 하는 오목렌즈(발산렌즈)로 나눌 수 있다. 용도에 따라서는 안경렌즈·확대경·사진렌즈 등으로 구분할 수 있다. 현미경·망원경 등에서는 물체에 가까운 쪽에 있는 대물렌즈, 눈에 가까운 쪽에 있는 접안렌즈 등으로 나눈다. 영화나 사진을 찍는 카메라 분야에서는 보통 초점 거리에 따라 광각 렌즈와 표준 렌즈, 망원 렌즈와 줌 렌즈 등으로 구분한다.

머신 비전 분야에는 광학 분      야에 쓰이는 대부분 렌즈들을 사용할 수 있다. 그러나 작업 특성이나 편의성에 따라 몇 가지 렌즈들을 선호하는 편이다. 이는 ▲텔레센트릭 렌즈 ▲Macro 렌즈 ▲CCTV 렌즈 ▲라인센서용 렌즈 등이 있다. (이와 관련한 자료들은 본지 9월호에서 자세히 다룰 예정이다.)

‘떠오르는’ 렌즈들

업계에 따르면 머신 비전 산업이 특정한 몇몇 분야로 특화되어감에 따라 렌즈 역시 시장의 특이성에 맞춤화 되어가고 있다.

고정 초점형 일반 / Mega Pixel 렌즈

고정 초점형 렌즈는 말 그대로 초점이 변하지 않는 렌즈이다. 이는 라인스캔 카메라와 같이 굳이 초점을 바꾸지 않아도 물품 식별 및 검사가 가능한 경우에 사용된다. VGA급 해상도에서 10MPixel급 센서를 지원하는 모델까지 다양한 제품군이 있다.

Ultra Low dis-tortion 렌즈

Focal Length 4mm 사양부터 다양한 종류의 Distor-tionless Lens 제품이 있다. 무왜(無歪)라는 이름에서 알 수 있듯 상이 왜곡되지 않은 채 있는 그대로 프레임그래버 및 PC에 전송되도록 하는 렌즈이다. 왜곡된 영상을 다시 복원해야 할 필요가 없는 만큼 영상 처리 과정이 간단해진다.

Pericentric (360˚ View ) 렌즈

이 렌즈는 별도로 거울이나 반사판과 같은 장치를 마련하지 않아도 스스로 360도 영상을 획득하는 렌즈이다. 마치 직접 움직이면서 이미지를 획득하는 것처럼 물체 맨 위쪽부터 주변까지 촬영할 수 있다. 3D Peripheral 뷰를 제공하는 특수 렌즈로 단 한 개의 카메라로 360도의 3D영상을 얻을 수 있다.

Telecentric 렌즈

사전에 따르면 텔레센트릭 렌즈는 입사동(入射瞳: 렌즈에 들어올 때의 상)과 출사동(出射瞳: 렌즈에 투과되었을 때의 상)중 어느 것이 무한원(無限遠)에 있는 렌즈를 말한다.
텔레센트릭 렌즈는 모든 주광선(主光線)이 물공간 또는 상공간에 있어서 축에 평행으로 나아간다. 쉽게 이야기하자면 렌즈와 평행하게 들어오는 빛만을 받아들인다는 이야기이다. 이러한 렌즈는 높이에 따라 발생할 수 있는 왜곡이 줄어드는 특징이 있다. 동작하는 거리에 상관없이 모두 같은 배율을 가지고 있기도 하다.

Macro 줌 렌즈

매크로(혹은 매크로 포커싱) 렌즈는 보통 확대 렌즈라고도 한다. 가변적 FOV(Field of View, 시야)를 지원하는 렌즈를 통해 영상을 획득하는 렌즈이다. 보통 배율을 조절하는 방식으로 이미지를 선명하게 획득한다. 아주 짧은 거리까지 선명한 초점거리 및 시야를 유지할 수 있다.

Motorized Zoom 렌즈

Motorized Zoom Lens는 말 그대로 모터 등 동력장치를 탑재한 렌즈이다. 모터가 달려있어 원격으로 줌 ·포커스·조리개의 제어를 할 수 있다. Auto-Iris 방식과 3-Motor 방식이 있다.

글 |윤진근 기자 pen@automotivemnt.com