초점을 맞추세요: 카메라에 적합한 렌즈 찾기

렌즈를 선택할 때 고려해야 사항을 설명하기 전에 사용 가능한 다양한 유형의 렌즈를 검토해야 합니다. 일반적인 렌즈 종류에는 엔토센트릭 렌즈(entocentric lens) 또는 텔레센트릭 렌즈 그리고 광각 및 어안 렌즈가 있습니다. 이 외에 적외선 촬영을 위한 특수 렌즈도 있습니다.

하지만 여기에서는 머신 비전 애플리케이션에서 주로 찾을 수 있는 엔토센트릭 렌즈(entocentric lens)에만 초점을 맞출 것입니다. 일반적인 엔토센트릭 렌즈(entocentric lens)는 렌즈와 센서 모두에 대해 고정된 각도의 조리개를 갖고 있습니다. 개구각(aperture angle)은 사람의 눈과 비슷합니다. 멀리 있는 물체는 작게 보이고 가까이 있는 물체는 크게 보입니다. 가장 흔히 사용되는 엔토센트릭 렌즈(entocentric lens)는 사람의 눈에서 발견됩니다.

카메라 바디와 렌즈 사이의 인터페이스를 마운트라 부릅니다. 마운트는 표준 크기로 제작되며 카메라 바디의 나사산 종류에 따라 레이블이 붙습니다. 머신 비전 카메라용으로 가장 널리 사용되는 마운트인 C-마운트는 센서 대각선 길이가 1.5인치에 해당되는 20 mm인 경우에 적합합니다. 이보다 큰 센서에는 F-마운트 또는 F-바요넷이 일반적으로 사용되지만 이 유형은 산업용 애플리케이션에는 거의 사용되지 않습니다. 이런 애플리케이션에는 소형 센서에 적합한 CS- 및 S-마운트 렌즈가 더 많이 사용됩니다. S-마운트 렌즈는 1/2″, 1/3″ 또는 이보다 작은 센서 크기에 사용됩니다. CS-마운트 바디에 C-마운트 렌즈를 장착하려면 5 mm 어댑터 링이 필수입니다. 이 절차는 반대로는 할 수 없나요? CS-마운트 렌즈는 C-마운트 카메라에 부착할 수 없습니다.

고해상도 이미지는 고해상도 렌즈를 사용해야만 생성될 수 있습니다. 초고해상도 이미지는 픽셀 수가 많은 것 이상의 무언가가 필요합니다. 렌즈가 픽셀 크기를 구분할 수도 있어야 합니다. 렌즈의 해상도 단위는 밀리미터당 라인 쌍(lp/mm)을 기준으로 하며 이는 밀리미터 당 얼마나 많은 수의 선이 서로 구분되어 보이는지를 나타냅니다. 더 많은 수의 라인 쌍이 구분될 수록 렌즈 해상도가 좋아집니다. MTF 곡선(modulation transfer function)에서는 이미지 중심부터 가장자리까지의 렌즈 해상도가 표시됩니다. 제조업체에 이 곡선에 대해 문의할 수 있습니다. MTF 곡선을 계산하기 위한 기준은 검은색과 흰색 줄로 표시된 테스트 차트이며 이 차트에서는 최대 해상도를 lp/mm로 읽을 수 있도록 구조가 점차 세밀해집니다.

많은 소비자용 카메라 또는 스마트폰 제조업체들이 자사 기기가 아주 높은 픽셀 수(백만 픽셀)를 갖고 있다는 것을 홍보합니다. 이는 소비자에게 픽셀 수가 많을 수록 해상도가 높아지고 더 좋은 이미지를 만들어낸다는 암시를 하는 것입니다. 하지만 픽셀 수가 많다 해도 적합한 렌즈를 사용하지 않으면 도움이 되지 않습니다. 우수한 품질의 렌즈는 값이 비싸기 때문에 많은 제조업체들이 여기에서 비용을 절감하려 합니다. 예를 들어 2천만 픽셀의 카메라 해상도를 가진 스마트폰은 이미 번지는(blur) 이미지를 만들어내는데 이렇게 높은 픽셀 수의 센서는 번지는(blur) 현상을 확대할 뿐입니다.

하지만 5 MP 해상도의 컴팩트 카메라와 고품질 렌즈는 적은 픽셀 수에 비해 훨씬 더 선명한 이미지를 만들어냅니다. 산업용 화상 처리 분야에서는 대개 VGA (0.3 MP)와 5MP 사이의 해상도를 가진 센서가 사용됩니다. 개별 픽셀이 너무 작고 노이즈는 너무 커서 까다로운 측정 및 검사 작업을 수행할 수 없기 때문에 최소한 C-마운트 카메라용으로 이보다 더 높은 해상도는 합리적이지 않습니다.

앞의 내용을 이해했다면 다음과 같은 질문을 해야 합니다.

• 렌즈 마운트: 갖고 있는 렌즈가 카메라와 동일한 마운트(예: C-마운트)를 갖고 있나요?

• 해상도: 렌즈 해상도가 센서 해상도와 일치하나요?

• 초점 거리: 초점 거리는 센서 크기 및 애플리케이션에 적합한가요?

• 이미지 서클: 이미지 서클 지름이 최소한 센서 크기와 일치하나요?

• 조리개 값: 조리개 값이 애플리케이션에서의 지배적인 빛의 조건에 적합한가요?

이 점검 목록의 모든 질문에 “예”로 답했나요?