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편광 카메라(Polarized Camera)는 빛의 편광 속성을 이용하여 이미지를 캡처하는 카메라입니다. 편광 카메라를 사용하면 반사된 표면, 굴절된 표면 또는 산란된 표면에서 편광의 각도를 감지하고 필터링할 수 있습니다. 다양한 각도에서 반사되는 빛을 필터링하면 이미지가 더욱 선명하고 깨끗해집니다. 이를 통해 숨겨진 디테일을 보다 명확하게 포착하여 물리적 특성을 분석할 수 있습니다. 편광 카메라 산업 어플리케이션 편광이란? 편광이란 무슨 뜻일까요? 편광이란 빛의 극성(자기장+전기장)을 분리시키는 것을 의미하며, 이는 빛의 분극화(Polarization)를 뜻합니다. 빛은 전기장과 전기장에서 진동으로 이루어져 있습니다. 편광은 주로 물체의 투과되거나 굴절되어 일어나지만 편광 필터로 이용하여 빛을 일정한 방향으로 편광 시킬 수 있습니다. 편광 카메라는 이러한 빛의 극성 중 원하는 극성만을 구별하여 특정한 극성의 빛 성분만을 수신합니다. 임의의 각도에서 진동하는 비편광형 빛 대 특정한 각도로 정렬된 편광형 빛 편광 필터는 편광 축에 평행한(또는 구멍의 각도에 수직인) 빛을 통과하고, 편광 축에 수직으로 정렬된(또는 구멍의 각도에 평행한) 빛을 차단합니다. 편광에는 대략 선형 편광, 원형 편광, 타원형 편광 등 세가지 종류가 존재합니다. 왼쪽 부터 선형 편광, 원형 편광, 타원형 편광 / 출처: wikipidia 선형 편광(Linear polarization): 선형 편광은 편광의 진행 방향이 일정하고 수직 편광과 수평 편광으로 나누어집니다. 선형 편광은 물이나 유리 표면의 반사를 제거하거나 대비를 높여 더 선명하게 보여줍니다. 원형 편광(Circle polarization): 원형 편광은 두 가지 선형 편광 상태를 결합하여 빛을 원형으로 편광 시킵니다. 즉, 빛이 모든 방향으로 균일하게 회전하면서 진동하여 원형을 그립니다. 원형 편광은 주로 카메라의 자동 초점 및 노출 측정 시스템과 호환하여 사용합니다. 타원형 편광(elliptical polarization): 타원형 편광은 선형 편광과 원형 편광을 포괄하는 일반적인 형태의 편광입니다. 타원형 편광은 안테나와 통신 시스템 설계에서 특정 편광 상태를 수신하거나 전송함으로써 간섭을 줄이고 신호의 질을 향상시키는 데 사용됩니다. <사진 2> 편광필터 적용 전 사진(왼), 편광필터 적용 후 사진(오) 편광 필터를 사용하면 다양한 각도에서 들어오는 빛의 굴절을 감지하고 필터링할 수 있습니다. 왼쪽 이미지는 편광 필터를 적용하지 않은 일반 칼라 센서로 촬영한 이미지이며 오른쪽 이미지는 편광 필터를 적용한 이미지입니다. 왼쪽 이미지는 일반 센서가 들어오는 빛의 강도(intensity)와 파장(wavelength)을 감지했습니다. 반면, 오른쪽 이미지는 편광 카메라 내부의 특수 편광 센서가 반사된 표면, 굴절된 표면, 산란된 표면에서 편광의 각도를 감지하고 필터링했습니다. 이처럼 편광 카메라는 특정 각도의 빛을 필터링하여 이미지의 품질을 향상하는 데 사용됩니다. 이러한 기능은 주로 머신 비전, 자동차 운전 보조 시스템, 드론, 로봇 등에서 물체의 형상, 질감, 색상 등을 더 정확하게 파악하는 데 활용됩니다. 편광카메라 제품 - 편광 카메라 구조 1. 편광 필터: 편광 센서의 구조와 원리 편광카메라는 빛의 편광 상태를 구분하기 위해 편광 필터를 사용합니다. 편광 필터는 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시키고, 다른 방향으로 진동하는 빛은 차단합니다. 편광카메라의 내부 안에 배치된 편광 센서는 여러 각도의 필터를 사용하여 서로 다른 편광 방향을 감지합니다. 아래 이미지는 화인스텍에서 취급하는 SONY의 IMX250MZ(모노 선형 편광) 센서가 탑재된 필터로 이 센서는 CMOS 센서로 미세한 금속 선들이 평행하게 배열된 와이어 그리드 편광 원리를 채택하고 있는 글로벌 셔터 센서입니다. SONY의 IMX250MZ(모노 선형 편광) 센서 구조 편광 센서의 구조를 살펴보면, 가장 앞 단에 마이크로 렌즈가 빛을 집광하는 역할을 수행합니다. 마이크로 렌즈 밑에 위치한 편광 센서는 다각도로 이루어진 빛을 편광 시킵니다. 이를 통해 편광된 빛이 포토다이오드(광신호를 검출하여 전기적인 신호(전류)로 변환하는 소자)를 거쳐 빛 데이터가 이미지로 변환됩니다. 편광 센서는 0°, 45°, 90°, 135° 각도로 배열된 와이어 그리드를 이미지 센서 앞에 배치하여 여러 각도에서 편광된 이미지를 촬영합니다. 왼: 편광필터 적용 전 / 오: 편광 필터 반사 감소 적용 후 *와이어 그리드: 미세한 금속 선들이 평행하게 배열된 구조물로, 빛의 특정한 편광 상태를 선택적으로 통과시키거나 차단하는 역할을 합니다. 이 구조는 편광 필터의 일종으로, 특히 전자기파의 편광 방향에 따라 다른 투과율을 가지게 됩니다. micro lens와 photodiode 사이에 배치된 편광 센서 편광 필터 실제 이미지_FLIR Sony Polarized Sensor - YouTube 와와이어 그리드 편광 원리는 90˚, 45˚, 135˚, 0˚의 각도로 배열된 픽셀들이 각자의 와이어 그리드 축을 기준으로 편광을 측정하는 방식입니다. 와이어 그리드 축에 대한 편광률은 와이어 그리드에 수직인 방향에서 광 투과율이 최대가 됩니다. 추가로 편광센서에서 특정 각도의 이미지만 취득하려 한다면, 예를 들어 90˚ 각도의 이미지만 취득하겠다고 하면, 해당 각도의 이미지만 가져오기 때문에 해상도가 1/4이 됩니다. 아래 이미지에서 오른쪽 이미지는 각도별 이미지를 추출한 이미지이므로, 각 이미지는 90˚, 45˚, 135˚, 0˚의 이미지를 나타냅니다. 각 이미지는 카메라 원본 이미지 1/4의 해상도를 가지고 있습니다. 왼: 픽셀 수준으로 확대 편광 필터 / 오: 편광 필터 각도 별 이미지(Quad) / image source: Flir 2. 표면의 반사 특성과 재질을 분석하는데 유용한 편광 카메라 편광의 특징을 이용하면 표면의 반사 특성과 재질을 분석하는데 유용합니다. 편광 필터를 사용하면 미세한 표면 구조와 결함을 감지하고 투명 물질의 내부 응력 분포를 시각화하고 분석하는 데 활용합니다. 예를 들어, 플라스틱, 유리 등의 재료 내부에 발생한 응력을 감지합니다. 또한 재료나 구조물의 손상 여부를 비파괴 방식으로 검사할 수 있습니다. 따라서 고가의 장비나 민감한 부품을 손상하지 않고 검사할 수 있어 경제적입니다. 편광 카메라 어플리케이션 선형 편광의 각도(AoLP) 모드에서의 물체 감지 및 대비개선 편광 필터를 이용한 반사 감소 3. 편광카메라 제품 – Blackfly S GigE 비전 검사에서 선명한 이미지를 취득하려면 유리, 플라스틱 및 금속과 같이 빛나는 표면에서 나오는 빛, 반사, 안개 및 눈부심 효과를 제거해야 합니다. Blackfly S 편광 머신 비전 카메라는 Spinnaker SDK에 내장된 Sony의 센서 탑재 편광 및 눈부심 방지 기능을 갖췄으며 다양한 환경을 극복하는 솔루션을 제공합니다. Blackfly S GigE Flir - Blackfly S GigE FLIR의 Blackfly S 카메라는 단일 프레임에서 4개 각도에서의 센서가 탑재되어 편광으로 빛을 캡처합니다. Blackfly S는 Sony의 IMX253MZR 및 IMX250MZR 센서가 탑재되어 있습니다. 이 센서는 12 및 5메가픽셀 IMX253 및 IMX250 Pregius 글로벌 셔터 CMOS 센서를 기반으로 하며 자체 편광 필터가 있습니다. 편광 센서가 장착된 Blackfly S 카메라는 센서에서 모든 편광각 및 강도를 동시에 감지하여 높은 속도와 함께 노출, 게인, 화이트 밸런스 및 색 보정에 대한 정밀하고 유연한 제어 기능을 갖췄습니다. 따라서 이미지 품질을 저하하지 않고 출력을 극대화하여 애플리케이션의 시스템 설계 복잡성을 낮춥니다. 편광 센서를 장착한 Blackfly S 카메라의 차별점 l 눈부심 방지 반사 제거 기능이 있는 Spinnaker SDK l SDK는 편광 측정 기술을 활용하여 이미지에서 눈부심을 줄이는 기능을 제공합니다. 이를 통해 비금속 표면에서의 반사를 효과적으로 줄이고, 시스템 복잡성을 낮추며, 개발 시간을 단축합니니다. L - 원본 편광 화상 | M - 관심 대상을 적색으로 표시한 편광 화상 | R - 눈부심 방지 감소가 활성화된 처리 화상 / image source: Flir l 편광과 색상 결합 l IMX250MYR 센서는 편광 필터와 색상 필터 배열을 결합한 이미지 센서입니다. 이 센서는 쿼드 베이어 패턴을 사용하여 각 2x2픽셀 블록이 동일한 색상 필터를 가지도록 배열되어 있습니다. 이를 통해 색상 정보보다 편광 정보를 더 정밀하게 측정할 수 있습니다. 각 RGB 픽셀 방향당 하나의 편광 필터가 있습니다 l 더 높은 프레임 속도(무손실 압축) l Sony의 편광 CMOS 이미지 센서가 있는 Blackfly S GigE 카메라는 무손실 압축을 사용하여 화상 데이터 손실 없이 고해상도에서 더 높은 프레임 속도를 지원합니다. (예: 12MP에서 최대 14FPS) l 편광 데이터의 해석 l 편광 이미징에서 빛의 편광 상태를 정확히 측정하려면 4가지 편광 각도에서 데이터를 수집해야 합니다. Spinnaker SDK는 각 인근의 픽셀 데이터값을 생성하는 과정을 기본적으로 지원하여 편광 데이터를 쉽게 얻고 활용하게 합니다. 4. Blackfly S 편광 카메라 대표 어플리케이션 검사 Blackfly S는 편광 기능을 통하여 빛의 눈부심과 반사를 제거하여 UAS 또는 드론과 같은 응용 분야에서 원활한 이동 및 방향을 제공합니다. 또한 지능형 교통 시스템(ITS)에서도 반사되는 앞 유리를 통한 안전벨트 또는 모바일 장치 위반 화상 처리에 유용하게 사용됩니다. 탐지 및 식별 응용 분야에서도 아래에 그림과 같이 AoLP 모드(선형 편광의 각도)를 통해 위장 차량 또는 미세한 셀 구조 파악에도 활용할 수 있습니다. 마지막으로 눈부심과 반사를 제거하고 화상을 정리함으로써 딥 러닝 시스템 교육을 간소화할 수 있습니다. 이는 자율주행 차량 및 해양 잠수정(무인 수상정 - USV) 등 눈부심이 심한 환경에서 최적화된 애플리케이션입니다. 왼: 실외 조명 조건에서 앞유리의 반사 이미지 / 오: 센서 탑재 편광을 이용하기 전과 후의 위장된 차량 식별 이외에도 Blackfly S 카메라로 표준 현미경 장비로 생물학적 화합물에서의 건강한 조직과 병든 조직을 구분할 수 있습니다. 또한 반도체 및 전자 제품 제조, 평판 디스플레이(FPD) 제조 및 검사, 식품 포장, 화장품, 의약품 포장, 물류, 현미경 및 검사와 같은 여러 다른 응용 분야에 편광 기술로 반사면 영역을 다룹니다. 화인스텍의 편광 카메라 사양이 궁금하시다면 아래 화인스텍 홈페이지를 통해 알아보세요!
2024.07.051. 표면 검사에서 Bright field와 Dark field의 사용 Bright field와 Dark field는 머신비전 전문가가 비전 검사에서 조명을 검토할 때 사용하는 용어입니다. 브라이트 필드와 다크 필드를 활용하여 조명 각도를 조절하면 표면 검사를 진행할 때 검사하고자 하는 영역을 균일하고 선명하게 부각시킬 수 있습니다. 선명한 이미지를 취득한다는 것은 비전 검사에서 수월한 알고리즘을 만드는데 도움이 됩니다. 이를 통해 반도체 검사, 포장 검사 및 표면 검사에 있어 더욱 정밀하고 세밀한 검사를 진행하게 됩니다. 또한 특정 조명 각도에 의한 편광 또는 확산은 표면의 불규칙성, 질감 및 결함을 강조할 수 있어서 긁힘, 찌그러짐 또는 기타 결함을 감지하는 등 표면을 정확하게 검사할 수 있습니다. 브라이트 필드와 다크 필드를 처음 접하시는 분들에게 이 용어들이 생소 할 수 있습니다. 따라서 브라이트 필드와 다크 필드 개념이 익숙하지 않은 분들을 위해 조금 더 쉽고 자세한 내용을 준비해 봤습니다. 2. 표면 검사에서 Bright field와 Dark field의 사용 브라이트 필드(Bright Field), 다크 필드(Dark Field)의 이해도 브라이트 필드(Bright field)와 다크 필드(Dark field)의 개념을 살펴보기 전에 많은 분들이 브라이트 필드가 화각이라고 오해하실 때가 간혹 있습니다. 그러나 브라이트 필드와 화각(FOV)은 광학 및 이미징* 분야에서 서로 다른 개념입니다. 브라이트 필드는 렌즈나 광학 장치에서 빛이 모이는 영역을 가리키는 용어로, 빛을 모으거나 집중시키는 영역을 나타냅니다. 반면 화각은 카메라나 눈이나 기타 광학 장치로 볼 수 있는 시야의 넓이를 가리킵니다. 즉, 화각이 넓을수록 한 장면에서 볼 수 있는 영역이 넓어지는 것을 의미합니다. 따라서, 브라이트 필드는 광을 모으는 영역에 관한 것이고, 화각은 시야의 넓이에 관한 것입니다. *이미징은 주로 광학 장비, 카메라, 렌즈, 센서 등을 사용하여 물체나 장면을 캡처하고, 이를 영상이나 사진으로 만들어내는 기술적인 분야를 포함합니다. | Bright field에서의 조명 사용 브라이트 필드(Bright Field) 조명 사용 예시 Macro Lens 사용 시 브라이트 필드(Bright Field) 조명 사용 예시 브라이트 필드는 아래 면이 거울이라고 가정했을 경우 빛이 그대로 반사되어 렌즈로 들어가는 영역입니다. 즉, 이 빛은 반사되어 렌즈를 통해 들어가기 때문에 샘플이 밝게 표현되는 밝은 이미지를 획득하게 됩니다. 브라이트 필드는 가장 일반적으로 사용되는 조명 기술 중 하나로 시료가 밝은 배경에 대조되어 관찰되는 것이 특징입니다. CCTV를 사용한 브라이트 필드에서의 금속 표면 스크래치 샘플 데이터 위 이미지에서 보시는 것처럼 금속 표면의 움푹 파인 부분에는 빛이 렌즈로 들어가지 못하고 다른 곳으로 반사되기 때문에 파여진 부분은 이미지가 어둡게 나오게 되고, 평평한 부분은 렌즈로 빛이 올바르게 들어가게 됩니다. 따라서 브라이트 필드는 각인, 긁힘 등 움푹 들어간 부분 등 표면 결함을 감지하는데 용이합니다. 브라이트 필드를 조명에 적절하게 이용하려면 광원이 시료 또는 이미징 표면에 대해 90도에서 45도 각도 사이에 있어야 하며 일반적으로 광원을 피사체나 표면에 가깝게 위치시키는 것이 유리합니다. | Dark field에서의 조명 사용 다크 필드(Dark Field) 조명 사용 예시 Macro Lens 사용 시 다크 필드(Dark Field) 조명 사용 예시 브라이트 필드가 빛이 렌즈의 화각 안으로 들어오는 영역이라면 다크 필드는 화각에 들어오지 않는 영역입니다. 다크 필드는 빛이 시료를 직접 비추지 않고 옆에서 오는 빛을 활용합니다. 반사광을 그대로 받아들이는 브라이트 필드에서의 조명과 달리 다크 필드 내에 위치한 조명은 산란된 빛만 렌즈가 캡처합니다. 다시 말해 시료는 조명되지 않은 상태에서 어두운 배경에서 밝게 나타나므로 이미지의 가장자리와 표면 결함이 더욱 두드러지게 나타납니다. CCTV를 사용한 다크 필드에서의 금속 표면 스크래치 샘플 데이터 위의 이미지에서 보시는 것처럼 다크 필드는 어두운 배경을 만들기 위해 측면에서 조명을 사용합니다. 이렇게 되면 금속 표면의 배경이 어두워집니다. 반면 움푹 패어진 부분만 빛이 산란되어 렌즈로 들어가기 때문에 금속 표면의 스크래치 부분이 밝게 빛나 윤곽이 뚜렷하게 나타나게 됩니다.다크 필드는 일반적으로 10~15도 정도의 낮은 빛 각도로 조명을 설치하는 것이 이상적입니다. 이 낮은 각도는 가장자리, 결함, 능선 등 빛을 적절히 산란 시키면서 대상 표면이 카메라에 너무 많은 빛을 반사하지 않게 합니다. | Bright field와 Dark field를 활용한 조명 검사의 응용 분야 좌) 브라이트 필드에 유리한 반도체 표면 검사 우) 다크 필드에 유리한 금속 표면 검사 브라이트 필드와 다크 필드를 활용하여 각각의 특징에 유리한 응용 검사를 실시할 수 있습니다. 브라이트 필드를 활용한 조명 검사는 반도체 다이의 표면 검사, 자동차 부품 검사(부품 크기, 모양, 위치 검사), PCB 회로 검사, 식품 품질 검사, 물류 바코드 판독 검사, 이차전지 케이스 찍힘 결함 검사, 현미경 세포 검사 등 다양한 산업에서 높은 명암 대비를 활용하여 사용되고 있습니다. 반면 다크 필드는 브라이트 필드에서의 조명으로는 검사할 수 없는 반사율이 높은 시료(거울 표면 검사, 바코드 검사, 광택이나 반사가 강한 금속표면, 투명 물체나 유리, 광택이 강한 플라스틱 부품이나 보호 필름이 부착된 제품) 표면을 효과적으로 검사하는데 사용됩니다. 브라이트 필드가 조명의 검사 대부분에 사용된다면 다크 필드는 좀 더 구체적이고 제한된 요구 사항을 가진다는 점을 참고해서 적절한 환경을 선택하면 됩니다. 3. 텔레센트릭 렌즈에 따른 브라이트와 다크 필드 렌즈의 화각(FOV)이 커지면 브라이트 필드의 영역도 점점 커집니다. 그렇기 때문에 매크로 렌즈나, CCTV 렌즈에서 화각이 커질수록 조명 역시 화각을 커버하기 위해 커다란 조명을 사용해야 합니다. 반면 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)는 빛이 평행하게 들어오도록 만들어졌기 때문에 아래 이미지에서 보시는 것처럼 CCTV, Macro Lens보다 화각이 좁습니다. 이 의미는 브라이트 필드 영역도 좁기 때문에 커다란 조명을 사용하지 않아도 되어 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다. 매크로 렌즈와 텔레센트릭 렌즈 화각 차이 | 브라이트 필드(Bright Field)에서 조명 사용 예시 Telecentric Lens 사용 시 브라이트 필드(Bright Field)에서 조명 사용 예시 텔레센트릭 렌즈에서는 일반적으로 동축 조명(Coaxial Illumination)이 많이 사용됩니다. 동축 조명은 텔레센트릭 렌즈에서 브라이트 필드를 더 효과적으로 활용하여 특정 조건에서의 높은 정밀도측정이나 검사를 가능하게 합니다. 동축 조명은 빛의 방향이 렌즈의 방향과 동일한 경로를 가지도록 설계되었기 때문에 물체의 표면에서 반사된 빛은 렌즈로 집중되어 집니다. 텔레센트릭 렌즈를 사용한 브라이트 필드 금속 표면 스크래치 샘플 데이터 위 샘플 데이터에서도 텔레센트릭 렌즈에 동축 조명을 사용하면 브라이트 필드의 좁은 범위에서도 금속 표면에서의 결함 이미지를 더 정확하게 확인할 수 있습니다. 따라서 텔레센트릭 렌즈와 동축 조명은 정밀한 검사 및 측정 작업에서 높은 품질의 결과를 얻기 위해 함께 사용되어집니다. 텔레센트릭 렌즈는 일반적으로 동축 조명과 함께 많이 쓰이지만, 렌즈 아래에 링 조명을 설치하여 사용하기도 합니다. 낮은 배율만 아니라면 링 조명의 경우에도 효율적인 크기로 제작하여 사용할 수 있습니다. *동축조명: 동축 조명은 카메라와 동일한 방향으로 조명을 비추는 방식으로 하프미러를 사용하기 때문에 빛이 고르게 퍼져나가 높은 명암 대비를 제공합니다. | 다크 필드(Dark Field)에서 조명 사용 예시 Telecentric Lens 사용 시 다크 필드(Dark Field)에서 조명 사용 예시 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)에서 다크 필드(Dark Field)는 브라이트 필드보다 넓은 영역을 차지합니다. 그로 인해 더 작은 조명으로 넓은 영역의 다크 필드에서 효율적으로 사용할 수 있습니다. 이는 더 넓은 영역과 원할한 조건에서의 다크 필드를 활용할 수 있어 일관된 물체 크기를 유지하는 텔레센트릭 렌즈의 명암 대비를 더욱 밝고 명확하게 부각시켜 시각적 분석에 높은 해상도와 정확성을 제공합니다. 텔레센트릭 렌즈를 사용한 다크 필드 금속 표면 스크래치 샘플 데이터 위 샘플 데이터 이미지에서 보시는 것과 같이 금속표면에서 반사되어 렌즈로 들어가지 못하는 영역은 대체로 어둡게 나타납니다. 반면 결함 부분에 빛이 집중되어 밝고 더욱 뚜렷하게 드러나기 때문에 일관되고 정확한 검사 및 측정이 가능합니다. 4. 현장의 어려움을 극복하는 조명 기술의 이해 브라이트 필드와 다크필드는 조명의 원리를 활용하여 뚜렷한 명암 대비를 가진 이미지를 취득하는데 도움이 됩니다. 이론적으로는 브라이트 필드에서의 조명이 최적일 수 있지만, 설정을 테스트한 후에는 반사로 인해 검사가 어려워지는 경우가 발생할 수 있습니다. 이런 경우 다크 필드 조명에 대한 기술을 이용하여 적용할 수 있습니다. 다양한 조건이 요구되는 검사 환경에서 머신비전 전문가의 전문 지식과 솔루션이 필요합니다. 화인스텍은 다양한 환경과 조건에 맞는 솔루션을 제공해온 머신 비전 전문가들과 함께합니다. 조명에 관한 상세한 종류와 사양을 알고 싶으시다면 화인스텍 홈페이지를 통해 확인 바랍니다.
2024.01.29Polarized Camera 안녕하세요 화인스텍 마케팅 팀입니다. 화인스텍 블로그를 찾아주셔서 감사합니다. 편광 카메라(Polarized Camera) Part 3 지금 시작합니다. Part 3. 편광 카메라(Polarized Camera) 적용 사례 1. 응력 검사(Stress Inspection) 편광(분극화) 된 빛이 투명 물질을 통과하게 되면, 들어오는 빛의 각도가 물체의 다양한 응력에 의해 변형됩니다. <그림 1> 이미지는 투명한 아크릴 블록에 편광 된 빛을 각도에 따라 색상을 입힌 이미지입니다. <사진 1> 응력 검사(Stress Inspection) 물체에 어떠한 압력이 발생하여 밀집도에 따라 달라지는 것인데요 투명한 아크릴이나 안경과 같이 압력받는 부분을 측정할 때 사용합니다. 2. 반사 감소 빛을 반사하는 물체의 경우에는 그 표면을 검사하는 데에 있어 어려움이 있습니다. 특히나 식품 검사는 더더욱 그러합니다. 이때 편광을 사용하는 것이 반사를 줄여주는 데에 도움을 줍니다. 다음의 이미지는 고추 표면을 검사할 때 반사된 빛이 편광에 의해서 제거된 것을 보여줍니다. <사진 2> 반사 감소 3. 대비 증가 저조도 환경에서는, 물체의 대비가 좋지 않습니다. 이때 편광은 물체의 대비를 증가시켜 주는 데에 도움을 줍니다. 아래의 이미지는 저조도 환경에서 찍힌 볼트를 편광을 통해서 얻은 이미지입니다. <사진 3> 대비 증가 4. 흠집 검사 응력 검사와 유사하게, 흠집은 일반적인 방식으로 검출하기 힘들 수 있습니다. 이처럼 흠집이 난 표면을 식별하기 위해서 편광이 적용될 수 있습니다. 아래는 투명한 물체에 난 흠집을 검사한 이미지입니다. <사진 4> 일반 흑백( MONO) 영상 <사진 5> 편광 카메라(Polarized Camera) 영상 5. 물체 감지 특정 환경에서 물체를 구별하기 어려운 때가 있습니다. 이때 편광을 이용하면 물체가 반사해내는 빛의 각도를 탐지하여 도움을 줄 수 있습니다. <사진 6> 일반 흑백( MONO) 영상 <사진 7> 편광 카메라(Polarized Camera) 영상 Part 3. 에서는 편광 카메라(Polarized Camera) 적용 사례에 대해 살펴봤습니다. 도움이 되셨나요? 아직은 활성화되지 않은 카메라이지만 흥미롭기는 합니다. 필요에 의해 만들어진 건지 만들고 새로운 애플리케이션을 찾아야 하는지 아직 모르겠습니다 ㅎㅎ 그럼 다음에 또 만나요~
2022.05.19Polarized Camera 안녕하세요 화인스텍 마케팅팀입니다. 화인스텍 블로그를 찾아주셔서 감사합니다. 머신비전 카메라 중 편광 카메라(Polarized Camera) Part 2 지금 시작하겠습니다. Part 2. 편광 카메라 데이터 출력 편광 카메라(Polarized Camera)의 구조에 대해서는 에서 살펴본 바와 같이 4개의 각도에 대한 패턴으로 이루어져 있습니다. 이러한 데이터를 출력하는 방식으로는 다음과 같은 방식이 있습니다. 1. Raw Data 출력 편광 카메라(Polarized Camera)는 일반 베이어 패턴 컬러 카메라와 같이 Raw Data로 출력 가능합니다. 이렇게 출력하게 되면 베이어 카메라를 모노로 출력했을 때와 비슷하게 출력하게 됩니다. <사진 1> Polarized Camera Row Image 2. 각도별 4분할 출력 데이터를 0도, 45도, 90도, 135도 순으로 4분할 하여 출력합니다. <사진 2> 센서 각도별 분할 출력 3. 컬러로 부각된 이미지 출력 이처럼 편광 카메라(Polarized Camera)는 각도로 부각된 출력을 특정 알고리즘을 통하여 합쳐서 컬러로 출력하는 방식이 있습니다. 이러한 방식에는 AoLP(Angle of Linear Polarization. JAI는 PolarizeAngle이라고 칭함), DoLP(Degree of Linear Polarization. JAI는 PolarizeRatio라고 칭함) 등이 있습니다. <사진 3> 특정 알고리즘을 이용해 4개의 편광을 합친 이미지 4. 편광을 합친 이미지 개별 출력 가능 위에 나온 출력들, 곧 AoLP나 DoLP 같은 것들을 분할해서 각각 출력해줄 수도 있습니다. JAI의 SDK에서 화면을 4분할 해서 각 Panel에 어떤 출력을 보여줄 것인지 지정할 수 있습니다. <사진 4> 이미지 출력 종류 예시 (출처 : JAI) Park 2에서는 편광 카메라(Polarized Camera)의 이미지 출력에 대해 알아봤습니다. Part 3.에서는 편광 카메라(Polarized Camera)적용 사례에 대해 간단하게 이야기하도록 하겠습니다.
2022.05.19Polarrized Camera 안녕하세요 화인스텍 마케팅팀입니다. 화인스텍 블로그를 찾아주셔서 감사합니다. 편광카메라 (Polarized Camera)에 대해서 알아볼 텐데요 생소하면서도 알 것 같은 카메라 지금 바로 시작하겠습니다. Part 1. 편광 카메라(Polarized Camera) 1. 편광 개념 이해 편광[Polarization (of Light)]은 말 그대로 빛(Light)을 분극화(Polarization) 시키는 것입니다. 분극화란 극성을 분리시키는 것을 뜻하는데, 이러한 말이 나온 이유는 빛(광)에 극성(방향성)이 있기 때문입니다. 광은 전기장과, 전기장에 직각으로 구성된 자기장으로 이루어져 있습니다. 그리고 이러한 광의 극성 중 원하는 극성만을 구별(Polarize 혹은 Filter)'하여 특정한 극성의 광 성분만을 수신하기로 하는 것이 바로 '편광'입니다. 쉽게 이야기하면 여러 방향에서 들어오는 빛을 펴준다 라고 생각하시면 됩니다. 이러한 편광에 대한 예를 들어보면 다음과 같습니다. <사진 2> 편광필터 적용 전 사진(왼), 편광필터 적용 후 사진(오) <사진 2>의 왼쪽 이미지는 편광 필터를 적용하기 전의 이미지이고, <사진 2>의 오른쪽 이미지는 편광 필터를 적용한 후의 이미지입니다. 이 이미지를 촬상 하는 데에 있어서 목적은 물의 난반사(특정한 각도로 들어오는 빛)를 제거하는 것이었고, 그것을 위해서 편광 필터를 적용한 것입니다. 이와 같이 편광의 개념은 특정한 각도의 빛을 구별시켜 필터 해주는 것입니다. 2. 편광 카메라 센서(Polarized Camera Sensor)의 구조 현재 화인스텍에서 취급하는 편광카메라 (Polarized Camera)는 JAI의 GO-5100MP-USB와 FLIR의 BFS-PGE-51S5P-C가 있습니다. 이 카메라는 모두 SONY의 IMX250MZR(모노 선형 편광 센서) 센서가 탑재되어 있습니다. 이 센서는 CMOS 센서로서 와이어 그리드 편광 원리를 채택하고 있으며, 3.45um의 픽셀 4개마다 0, 45, 90, 135도 방향 선형 편광 필터 4개를 사용하는 2464 x 2056 글로벌 셔터 센서입니다. 이 센서의 구조는 다음과 같습니다. <그림 3> Polarizer Sensor 위쪽부터 90도, 45도로 홀수 라인이 구성되고, 135도, 0도로 짝수 라인이 구성됩니다. 예를 들어 90도 이미지만을 취득하겠다고 하면 각도 하나당 하나의 픽셀(pixel)이기 때문에 가로 세로로 한 칸씩 건너뛰고 이미지를 가져오게 되는데 그렇게 되면서 해상도가 1/4이 됩니다. 편광카메라 (Polarized Camera)5메가(5mega)라고 하지만 실제로 5메가(5mega) 영상을 사용할 수는 없습니다. <그림 4> Polarizer Sensor <그림 4>와 같이 마이크로 렌즈 아래 폴라 아이져 그리고 빛을 담는 포토다이오드가 있습니다. <그림 5> Polarizer Sensor 편광카메라 (Polarized Camera)를 사용하는 것이 외부에 필터를 끼우는 방식보다 더 좋은 이유는 <그림 5> 와 같이 다른 각도의 빛이 유입되는 것을 완전히 차단할 수 있기 때문입니다.
2022.05.19