머신 비전 화상 처리 시스템의 기본 요소
Basler
화상 처리 시스템은 제품의 측정과 무게 부피 계산, 특성별 상품 고속 분류, 그리고 대량 데이터에서 작지만 결정적인 정보 자동 추출과 같은 작업을 처리한다. 이 시스템은 필터링, 최적화, 보완을 통해 전문가가 이미지를 해석하고 신속히 검색하는 데 도움을 준다.
본문에서는 화상 처리 시스템을 설계하려면 필요한 절차는 무엇이고, 고려해야 할 요소들과 이용 가능한 옵션은 무엇인지 소개한다. 카메라, 렌즈 및 광원의 선택, 화질 평가 및 PC 하드웨어와 소프트웨어 선택에 필요한 개념 정립 절차와 최적의 카메라 사용법을 알려준다.
화상 처리: 하나의 기술 영역, 다양한 양상
화상 처리 시스템은 제조, 제약, 교통 모니터링 및 감시를 포함한 다양한 애플리케이션에 사용된다. 조명 설치와 렌즈 다음으로 화상 처리 시스템에서 가장 중요한 연결고리는 디지털 카메라다. 디지털 카메라는 컴퓨터와의 통신을 통해 이미지 데이터를 처리하고 카메라 설정을 수정하기 위해 특별한 프로토콜을 사용한다.
산업용 화상 처리 카메라에 대한 요건은 애플리케이션에 따라 많은 차이가 있지만 일반 디지털 카메라에서 느껴왔던 것들과는 뚜렷한 차이를 갖고 있다. 핵심 요건은 감도, 다이내믹레인지, 노이즈 레벨, 프레임 속도 및 해상도 등이다.
화상 처리 시 카메라의 성능을 최대한 끌어올리려면 주변기기의 적절한 지원도 필수적이다. 그렇기 때문에 검사 작업을 위한 적합한 렌즈와 조명 장비도 매우 중요하다. 또한 카메라 데이터 전송에 사용되는 인터페이스도 중요하다. 다음은 이러한 검사 작업에 관련된 필요 조건의 정의를 살펴보겠다.
무엇이 필요한지에 대한 파악, 필요 조건 정의
화상 처리 시스템을 설계하려면 먼저 시스템이 어떤 조건에서 어떤 목표를 달성해야 하는지 생각해야 한다. 이 첫 번째 단계는 거론할 필요가 없을 정도로 당연한 것으로 보이지만 의외로 이를 건너뛰는 경우가 빈번하다. 처음 시작할 때 여유를 갖고 원하는 시스템을 꼼꼼히 검토해야 한다. 이 단순한 절차가 시간과 비용을 크게 줄여 준다.
•- 시스템이 검사 대상 물체의 이미지를 단순히 표시만 할 것인가 아니면 사람의 눈에 보이지 않는 제품 특징을 확대하거나 특정 조명을 사용하여 볼 수 있게 할 것인가
•- 대상 제품의 규격 및 부피와 같은 특징을 계산하게 할 것인가
•- 자동 이송 및 분류 시스템에서 올바른 위치 지정 리뷰에 사용할 것인가
•- 제품 등급 분류 등 특성 파악에 사용할 것인가
이와 관련된 기타 중요한 질문은 화상 처리 후의 절차와 관련된 것들이다. 제품을 검사할 때 시스템의 도움을 받아 사람이 수행하는 경우 속도는 그다지 중요한 역할을 하지 않는다. 하지만 등급 자동 분류를 하거나 결함이 있는 부품을 리젝트하는 것은 매우 다른 상황이다. 최종 공정의 자동화 수준이 상승하면 화상처리를 수행할 때 소프트웨어에서 객관적 검증이 가능한 사양을 바탕으로 하는 것이 무엇보다 중요해진다. 자동검사 및 지속적인 처리 또한 시스템에 의한 보다 강력한 실시간 처리 수준이 필요하다.
두 번째로 검사 대상 물체가 무엇인지, 그리고 화상 처리 작업을 올바로 처리하는 데 필요한 정밀도 수준이 어느 정도인지 명확히 파악하는 것이 중요하다. 물체를 측정하려 한다면 이미지 안에서 물체를 완벽히 감지해야 하며 이미지의 해상도가 감지하려는 오류 한계점 이상이어야 한다. 예를 들어 사과의 지름이 이상적인 사이즈에서 1cm 이상 편차를 보이는지 확인하려면 이미지에서의 해상도가 1cm 보다 훨씬 작아야 한다.
물체의 배치- 물체의 위치 확인
•- 이미지의 물체가 서로 선명하게 구분 되는가
•- 페이퍼 롤과 같은 얇은 판으로 이루어진 제품인가
•- 먼저 분리해야 이미지에서 개별 요소를 식별할 수 있는 벌크 상품인가
•- 사진 촬영을 하는 동안 물체가 이동하는가. 만일 이동한다면 얼마나 빨리 이동하는가(컨베이어 벨트에서 이동 또는 실제 생산 공정에서의 이동).
•- 녹화하는 순간 물체가 정지 상태인가(예를 들어 자동 주입 장치에 의해 특정 위치에 보관되는가).
또 다른 기본 조건은 전체 FOV 즉, 분석해야 할 전체 대상 영역의 폭과 길이다. 이것은 대개 컨베이어 벨트 또는 제품 자체의 폭 또는 검사 물체의 부피로 규정된다. 아울러, 카메라와 물체 사이의 최소 및 최대 거리와 같이 활용할 수 있는 물리적 공간에 제약이 있는지, 습도, 주변 온도 상승, 하락 또는 최대 에너지 소모량에 따라 다른 문제가 생기진 않는지 검토해야 한다.
마지막으로, 전체 시스템을 고려해야 한다. 여기에서 중요한 것은 화상 처리 시스템이 생산 라인이나 분류 시스템과 같은 보다 큰 시스템의 일부인지의 여부, 그리고 이러한 시스템과의 인터페이스 구성 방식 또는 오프라인 장비인지의 여부이다. 이러한 정보는 화상 처리 시스템을 용도에 맞게 최적화해 설계하는 데 있어서 매우 중요하다.
해상도 및 센서
해상도가 의미하는 것은 정확히 무엇일까. 사진에서 해상도란 이미지 속에서 고유하게 식별할 수 있는 실물의 두 점 또는 두 선 사이의 최소 거리를 나타낸다. 디지털 카메라에 대해 얘기할 때 2백만 화소 해상도를 갖고 있다는 식의 표현을 한다. 하지만 이는 해상도가 아니라 센서의 픽셀 숫자를 의미할 뿐이다. 실제 해상도는 카메라, 렌즈 및 기하학적 구조, 즉 카메라와 물체 사이의 거리로 이루어진 전체 시스템에 의해 결정된다. 더 높은 해상도는 분명 더 많은 수의 픽셀이 필요하므로 픽셀 숫자와 큰 관련이 있을 수 있다. 이는 최적의 조건 하에서 사용 가능한 최대 해상도를 나타낸다.
산업용 화상 처리에서 전체 시스템 해상도에 대한 테스트는 주로 단일 픽셀에 표현되는 검사 대상 크기 또는 면적으로 기술된다. 이 크기를 대개 ‘픽셀 해상도’라 한다. 만일, 카메라 픽셀에 한 면이 0.5 mm인 사각형이 그려질 경우 픽셀 해상도는 0.5 mm로 표현된다.
검사를 위해 구체적인 세부 정보를 사용할 수 있으려면 해상도가 세부 정보 크기보다 높아야 한다. 해상도가 세부 정보 크기와 같다면 세부 정보는 전체 픽셀로 재현되며 세부 정보의 어떤 구조도 식별할 수 없을 것이다. 이 픽셀 해상도는 본래 계산된 크기이다.
또 하나 감안해야 할 점은 카메라 앞에 있는 광학 부품이 전달할 수 있는 최대 해상도이다. 즉 성능이 떨어지는 렌즈를 사용하면 카메라의 실제 해상도는 이론적인 픽셀 해상도보다 저하된다. 카메라가 촬영한 이미지에서 검토할 수 있는 전체 영역을 나타내는 FOV는 최소한 물체의 크기를 커버할 수 있어야 한다. 예를 들어 10mm 이내의 허용오차로 측정을 해야 하는 경우 해상도는 허용 오차보다 훨씬 뛰어난 픽셀당 0.5mm 수준은 되어야 한다.
물체의 길이가 약 200 mm 일 경우 센서의 한 방향으로 최소 200 mm/(0.5 mm/pixel) = 400 픽셀이 필요하며 이는 VGA 해상도 범위에 드는 것이다. 허용 오차와의 편차 대신 모양에서의 편차를 지정할 경우 또는 같은 해상도에서 여러 개의 물체를 동시에 검사해야 할 경우 요구조건은 더욱 많아진다. 이 경우, 카메라 센서에 필요한 픽셀 개수는 몇 배씩 증가할 수 있다.
해상도가 높아지거나 검사 범위가 넓어질수록 필요한 픽셀 숫자는 많아진다. 고해상도로 넓은 영역을 검사해야 한다면 여러 대의 카메라가 필요할 수 있다. 많은 경우, 까다로운 이미징 조건을 다룰 수 있는 특수 렌즈가 부착된 카메라 한 대보다는 표준 렌즈가 부착된 카메라 여러 대를 채택하는 것이 비용 대비 효과적이다. 센서 크기와 FOV를 통해 재생비율을 계산해야 한다. 이는 나중에 렌즈를 선택하는 데 중요한 역할을 한다.
라인 스캔 카메라는 이동 중인 물체나 판형 또는 롤형 물체를 검사하는 데 최적화 됐다. 라인 스캔 카메라는 이미지를 한 줄씩, 다시 말해 픽셀 한 줄씩 기록한다. 카메라 밑에 있는 물체는 계속 이동되며 나중에 시스템의 뒷부분에 있는 컴퓨터 하드웨어에서 각 줄의 녹화 내용을 결합해 전체 이미지를 만든다. 고속으로 움직이는 물체의 경우 카메라 인터페이스도 해당 속도를 따라잡을 수 있어야 한다. 라인 스캔 카메라는 특별한 취급 요건 또는 트리거 조건이 존재하거나 특수 프레임 그레버가 필요할 때 자주 사용된다.
하지만, 대부분의 경우 GigE 또는 USB 3.0 과 같은 비용 대비 효과적인 표준 인터페이스가 장착된 에어리어 스캔 카메라면 충분한다. 여기에서도 다양한 해상도와 감도를 가진 고속 카메라를 사용할 수 있다. 아주 까다로운 작업을 포함해 많은 작업들을 이 카메라를 사용해 성공적으로 처리한다.
컬러 또는 모노크롬
다음에 해야 할 질문은 모노크롬 카메라가 필요한지, 아니면 컬러 카메라가 필요한지에 대한 것이다. 일반적으로는 컬러 카메라가 꼭 필요한 것은 아니라고 해도 맞는 말이지만, 검수자 입장에서는 컬러로 이미지를 보는 것이 편한 경우가 많다. 사실적인 컬러 재현이 필수라면 컬러 카메라와 함께 반드시 백색 조명을 사용해야 한다.
컬러와 관련된 특성을 감지할 수 있다면(물체에 붉은 색 얼룩이 있는 경우와 같이), 항상 컬러 재현이 필요하지는 않다. 대부분의 경우 이러한 특징들은 컬러 조명을 사용하면 모노크롬 카메라의 흑백 이미지에도 나타난다. 이러한 특징 감지가 가능한지 파악하려면 적당한 샘플을 대상으로 한 실험이 필요하다. 컬러 카메라의 필터는 필연적으로 컬러 카메라의 감도를 모노크롬 카메라에 비해 저하시키므로 컬러가 관련이 없다면 모노크롬 카메라를 선택해야 한다.
서로 다른 조명이나 광학 부품이 필요한 다른 특징을 녹화하는 경우는 보다 복잡한 검사 작업을 위해 여러 대의 카메라를 채택할 필요가 있다.
카메라를 통해 얻을 수 있는 다른 자료, 기능 및 화질
카메라를 선택할 때 픽셀 개수만 고려해선 안 된다. 화질과 카메라 기능 역시 중요하다. 디지털 카메라의 화질을 설명할 때는 해상도 이외에도 세 가지 요소가 필수이다.
•- 광 민감도: 광 민감도가 커질수록 필요한 빛의 양이 감소한다. 조명은 비교적 저렴한 부품에 속하는 경우가 많기 때문에 고감도 카메라는 주로 외부 요인으로 인해 추가 광원을 설치할 수 없을 경우에만 사용한다. 고속 프레임 속도 또는 움직임을 포착해야 하는 등의 이유로 카메라의 노출 시간을 짧게 해야 하는 경우에도 높은 광 민감도가 필요하다.
•- 다이내믹레인지: 다이내믹레인지가 넓을수록 다양한 조명 조건에서 우수한 이미지를 얻을 수 있으며 매우 어둡거나 밝은 영역이 생기는 장면에서도 자세한 이미지를 보여 준다. 이러한 기능의 카메라를 흔히 HDR 또는 WDR(high 또는 wide dynamic range)로 지칭한다.
•- 신호대잡음비: 카메라의 잡음 수준은 판별 신호에 비해 낮아야 한다. 이 특성은 어두운 환경에서 특히 중요하다.
카메라 기능 중 가장 중요한 것은 속도다. 이것을 흔히 fps 또는 초당 프레임 수라 하며 초당 녹화할 수 있는 이미지 최대 개수를 나타낸다. 그 밖의 기능으로는 자동 노출 시간 및 게인 조절, 그리고 자동 화이트 밸런스 기능이 있다. 화상 처리 시스템의 경우 이미지 동기화 또는 고속 처리를 위해 카메라에 실시간 트리거 입력을 일시 중지시키는 기능이 필요한 경우가 많다.
카메라의 눈: 기준점 및 이미지 품질
우수한 광학 제품은 비싸다. 많은 경우, 일반 렌즈도 왠만한 용도에 사용하기엔 충분하다. 정말 필요한 것이 무엇인지 파악하려면 다음과 같은 몇 가지 변수를 확인해야 한다.
•- 렌즈 마운트
•- 픽셀 크기
•- 센서 크기(인치 단위로 측정하며 TV 촬상관의 지름을 의미한다. 카메라 제조업체의 데이터시트에 1인치 센서로 표기되어 있으면 이는 대각선 길이가 16 mm임을 나타낸다.)
•- 검사 대상 object field의 대각선 길이(항목 크기)에 해당되는 센서의 대각선 길이(이미지 크기) 비율로 나타내는 배율. 이는 또한 개별 픽셀 크기를 픽셀 해상도로 나눈 비율에 해당된다(픽셀 해상도는 카메라 센서의 픽셀 한 개를 정교하게 채우도록 했을 때 검사 대상 물체의 사각형 가장자리 길이를 나타낸다).
•- 배율과 렌즈와 카메라 간 거리를 결정하는 렌즈의 focal width
•- 빛을 모을 수 있는 능력을 나타내는 렌즈의 최대 구경 또는 속도
위 내용은 비용 대비 효과적인 일반 렌즈면 충분할지, 아니면 고가의 제품이 필요한지 초기에 평가하기 위해 렌즈 제조업체의 데이터시트를 검토해야 한다.
왜곡, 해상도(MTF 곡선으로 표현), 색수차 및 최적 스펙트럼 범위를 포함한 렌즈의 특성을 고려하는 것이 중요하다. 근적외선용 특수 대물렌즈, 초광각 렌즈(어안 렌즈) 또는 길이 측정을 위해 특수 설계된 텔레센트릭 렌즈를 예로 들 수 있다. 하지만 이러한 특수 렌즈는 가격이 비싸다. 까다로운 애플리케이션 또는 데이터시트에서 누락된 사양 등 의문점을 해결하기 위해서는 샘플 촬영 테스트와 주요 검사가 필수이다.
간과하기 쉬운 요소: 조명 설치
적절한 조명이 없다면 아무것도 보이지 않는다. 이러한 사실은 화상 처리 시스템에서 더욱 두드러진다. 빠른 속도의 검사를 위해서는 민감한 카메라와 고속 렌즈가 필요하다. 대부분의 경우 조명을 조정하거나 최적화하는 편이 이미지 밝기를 동일한 수준으로 높이는 것보다 쉽다. 다음과 같은 옵션들은 이미지를 더욱 밝게 하기 위한 방법이다.
•- 때로는 일반적인 상용 광원을 사용해 주변광을 밝게 하는 것으로 충분하다. 간단히 말해 주위가 충분히 밝은지 확인하라. 하지만 조명에 적절한 에너지가 공급되고 있는지도 확인해야 한다. 잘못된 환경에서 일반 전원 콘센트의 교류 전류에서 공급되는 전원으로 인해 이미지 녹화 주파수에 문제가 생기거나 이미지 밝기가 갑자기 높아지거나 출렁일 수 있다. 따라서 화상 처리용 조명은 직류 또는 고주파 AC를 사용해 수행하는 경우가 많다.
•- 렌즈나 미러를 사용한 라이트 셰이핑(light shaping) 기법을 이용하면 기존 조명광을 결합해 관심을 갖고 있는 영역에 높은 레벨의 강도로 비출 수 있다.
•- 적절한 광원을 이용한 플래시 사진 촬영은 영구적이거나 자연스럽지는 않지만 일시적으로 매우 밝은 조명을 이미지 촬영에 동기화해 사용할 수 있다. 이는 아주 높은 전력을 아주 짧은 순간 동안 많은 광원에 입력해 보다 높은 밝기를 얻어내는 것이다.
하지만 조명의 밝기만이 중요한 요소는 아니다. 빛이 물체에 반사된 뒤 카메라에 들어오는 경로 역시 중요하다. 특별한 특성 또는 속성이 드러나도록 하기 위해 특수한 종류의 조명을 사용하기도 한다. 다음의 조건에서 원하는 세부 정보가 어디에서 더욱 잘 나타나는지 파악해야 한다.
•- 라이트 필드(light field) 또는 다크 필드(dark field)
•- 집중 조명 또는 확산 조명
•- 반사광 또는 배경 조명
사진 촬영 환경은 대부분 주변광은 확산되지만 충분히 밝지는 않다. 지향성 플래시는 밝은 빛을 비출 수는 있지만 매끄러운 면에서는 원치 않는 반사가 일어나 이미지에서 포착하고자 하는 세부 정보를 가릴 수 있다.이러한 효과는 반사가 잘 일어나지 않는 똑바른 면이 강한 빛에 노출되는 화상 처리에서는 바람직할 수 있다. 확산광은 여러 방향으로 반사를 일으키는 면이 많은 대상용으로 더욱 좋다.
이미지는 반사된 빛에 의해 보이는 반면 스테인드글라스 창은 배경 조명을 통해서만 눈부신 자태가 드러난다. 라이트 필드 및 다크 필드 조명은 일상생활에서는 문제가 되지 않는다. 라이트 필드 포토그래피(Light field photography)의 경우 정상 시각으로 볼 때와 같이 물체에서 반사된 빛을 직접 보게 된다. 다크 필드 조명의 경우 집중광이 카메라쪽으로 바로 반사되지 않는 각도로 비춰진다. 그러면 특정 변수(주로 빛을 굴절시키는 물체의 흠집)를 만족시키는 빛만이 카메라에 감지된다.
앞서 언급했던 바와 같이 사용 중인 조명의 파장에도 관심을 가져야 한다. 단색 광원은 렌즈에서 색수차 효과를 발생시키지 않기 때문에 보다 선명한 재현이 가능한 경우가 많다. 그렇지만, 단색 조명의 적절한 강도를 달성하기 어려울 수 있다. 아주 좁은 대역의 빛(레이저)을 사용해 작업할 경우에는 간섭 현상이 일어날 수도 있다.
선택 파장 범위에서 민감도가 충분한 카메라를 사용해야 한다. 또 다른 장점은 특정 파장의 빛을 사용할 경우 보이지 않는 특성을 표면화할 수 있다는 것인데 이는 다른 단점에 비해 큰 이점을 줄 수 있는 요소이다.
조명을 설계할 때는 아주 많은 조명 기술과 매우 다양한 특징과 속성을 가진 램프를 선택할 수 있다. 할로겐, 할라이드 램프 및 가스 방전 램프, LED, 형광관 등 기타 많은 램프를 이용해 조명 시스템을 제작할 수 있다. 조명의 빔 경로를 형성하는 시스템의 광학 부품들은 검사 대상 물체의 특수한 결함 또는 특징을 식별하는 데 도움을 준다. 프레임워크 조건, 특히 에너지 소모, 수명, 트리거 옵션 및 냉각과 같은 조건을 잊지 말아야 한다. 사례에 따라 다르긴 하지만 이런 조건에 의해 우수한 솔루션인지 부적합한 솔루션인지가 결정되기도 한다.
PC 하드웨어
필요한 하드웨어는 작업 및 필요한 처리 속도를 기준으로 결정된다. 간단한 작업은 PC 하드웨어 및 표준 화상 처리 패키지를 사용해 처리할 수 있지만 복잡하고 빠른 화상 처리 작업을 위해 때로는 전문적인 하드웨어가 필요하다.
Camera Link와 같은 고속 카메라 인터페이스에는 특수한 프레임그레버 카드가 필요하다. 이 카드는 주로 사전 평가를 수행해 시스템의 연산 능력을 확장한다. 실제로 작업이 얼마나 복잡한지 알려 주는 지표를 제공한다. 특징을 추출 및 평가한 뒤 분류 장치에 명령을 전달하는 완전 자동 시스템은 실시간 처리가 가능해야 하며 오프라인 모드에서 훨씬 높은 연산 능력이 필요하다.
최종 사용자에게 재판매하기 위한 소형 장치로는 임베디드 시스템이 적합하다. 때로는 특수한 하드웨어가 필요하지만 의존성이 커진다는 단점이 있고 고비용과 낮은 사용자 만족도를 유발하는 경우가 많다.
상대적으로 저렴한 소비자 장치들은 모델이 금방 단종되고 부품을 구하기 어려워지는 단점이 있다. 이는 시스템에 맞는 사양으로 후속 기종을 설계해야 함을 의미한다.
소프트웨어
소프트웨어는 대개 이미지를 평가하는 데 필요하다. 대부분의 카메라에는 이미지를 표시하고 카메라를 구성하는 데 사용되는 애플리케이션이 함께 제공된다. 특수한 용도와 화상 처리 작업에는 구매 또는 개발한 특별한 소프트웨어가 필요하다.
대부분의 카메라는 표준(GenICam 및 USB3 Vision)을 지원하며 범용 드라이버와 포트를 이용해 조작할 수 있다. 제조업체별 드라이버가 별도의 소프트웨어나 샘플 소프트웨어 코드에 통합되어 있는 카메라도 있다. 이것은 소프트웨어 개발 키트(SDK)로 제공되며 여기에는 제조업체가 자사 웹 사이트에서 무료로 제공하는 카메라 소프트웨어 제품군인 Basler pylon이 포함되어 있다.
실제 화상 처리를 위해 알고리즘 개발 및 구현을 위한 별도의 전용 프로그램을 작성할 수 있다. 이런 방식은 특허 보호를 획득할 수 있는 상용 시스템 또는 소프트웨어 공급업체에만 있다. 사용자는 무료 또는 판매되는 소프트웨어 라이브러리(예: Halcon) 또는 구성 요소로 제공되는 LabView와 같은 프로그램을 포함해 많은 표준 화상 처리 작업용 솔루션을 이용할 수 있다.
사과 농부에게도 도움이 필요하다
이제 보다 실용적인 사례연구를 생각해보겠다.
분야: 사과 검사. 300 mm 너비의 컨베이어 벨트에서 200 mm/s의 속도로 사과가 이동된다. 사과는 대개 3개 단위로 연이어 이동한다. 사과 농부는 화상 처리 시스템을 이용해 사과 크기를 5 mm 이하의 정밀도로 측정하려 한다.
해상도
5 mm 까지 쉽게 분석할 수 있도록 하려면 이 길이를 20 픽셀 미만으로 표현해선 안 된다. 따라서 각각의 픽셀은 5 mm/20 = 0.25 mm 의 거리를 표시하게 된다. 이 픽셀 해상도로 최상의 촬영을 하기 위한 컨베이어 전체 해상도는 300 mm/(0.25 mm/pixel) = 1200 픽셀이 필요하다.
1200 x 1000 픽셀을 지원하는 Basler ace 카메라를 선택한다고 가정해보겠다. 데이터시트를 통해 우리는 이 카메라의 각 픽셀 가장자리 길이가 3.75 μm 임을 알 수 있다. 재생비율을 구해 보면 0.00375 mm/0.25 mm = 0.015 이다. 초점 거리가 18 mm 와 35 mm 사이인 표준 렌즈를 사용하면 카메라와 컨베이어 벨트 사이의 거리는 2.5 m 면 충분한다.
최대 노출 시간
최대 노출 시간에는 여러 가지 제약이 있다. 이 사례에서의 제약은 움직임으로 인해 물체가 흐릿하게 보일 수 있다는 점이다. 움직임에 따른 흐릿해짐은 센서에서 1–2 픽셀을 초과해선 안 된다. 이동 방향으로 2 픽셀을 움직이려면 2*0.25 mm = 0.5 mm 이고, 이 파장에서는 2.5 ms (0.5/200 m/s) 가 필요하다. 이 이동 시간에서 최대 노출 시간이 계산된다. 즉, 2.5 ms 노출된 사이에 물체는 2 픽셀을 이동한다.
따라서 노출 시간은 매우 짧으며 이는 외부 광원을 사용해야 함을 의미한다. 사과의 다른 세부 정보에는 관심이 전혀 없다면 배경 조명을 이용해 사과의 가장자리 컨트래스트를 높일 수 있으며 대신 사과 자체는 더욱 어둡게 보인다.
사과의 대략적인 크기는 10cm이다. 사과를 프레임에 완전히 들어오도록 하려면 이미지를 얼마나 자주 촬영해야 할까. 카메라는 벨트 이송 방향으로 1000 픽셀을 갖고 있다. 이는 0.25 mm의 픽셀 해상도와 25 cm의 FOV를 의미한다. 이미지에 최소 한 번 이상 사과가 완전히 촬영되도록 하려면 벨트가 15 cm((FOV) - (물체의 크기)) 전진할 때마다 사진을 찍어야 한다. 사과의 크기 차이를 감안하면 실제 수치는 10 cm에 가까워진다.
벨트가 10 cm 전진하는 데 걸리는 시간은 0.5 초이다. 결과적으로 리프레시 레이트는 1/0.5 s = 2 fps이다. 다시 말해 초당 두 번씩만 이미지를 촬영하면 되는 것이다. 리프레시 레이트 기준에서 이는 매우 처리하기 쉬운 조건이며 표준 상용 카메라라면 모두 처리할 수 있다.
요약
화상 처리 시스템의 설계에는 카메라와 광학 부품부터 조명 및 다운스트림 PC 하드웨어와 소프트웨어에 이르기까지 모든 구성 요소와 관련된 고려해야 할 부분이 많다. 하지만 사전에 시스템 용도와 가장 중요한 요소가 무엇인지를 명확히 함으로써 이러한 작업을 효과적으로 단계별로 진행할 수 있다.
자료 제공: Basler(www.baslerweb.com)
