머신비전에서의 조명
적합한 조명을 찾는 방법
비전 시스템의 조명은 계획 단계에서 종종 간과됩니다. 하지만 조명은 이미지 품질과 효율성을 결정하는 중요한 요소입니다. 적절한 광원이 없으면 반사가 생기거나 일부 영역이 너무 어둡거나 밝게 나타날 수 있습니다. 시스템에 가장 적합한 광원이 무엇인지, 그리고 광원을 선택할 때 어떤 점을 고려해야 하는지 알아보세요.
마지막 업데이트: 2023. 05. 09.
읽는 시간: 약 20 분
머신비전을 위한 조명 기법
조명 방식에 따라 오브젝트의 이미지 표현이 달라지고, 표면의 다양한 특징과 특성이 부각됩니다. 따라서 다양한 검사 작업에 적합한 조명 방식을 선택하여 활용할 수 있습니다.
전면 조명
카메라와 광원이 오브젝트를 기준으로 같은 쪽에 배치되어 빛이 오브젝트의 표면에서 반사되도록 합니다. 이 조명 방식은 특히 무광 또는 반사율이 낮은 표면에 적합합니다. 반사율이 높은 표면에는 추가적인 확산 필름이나 특수 설계된 확산 조명을 사용합니다.
투과광 조명
오브젝트가 카메라와 광원 사이에 위치하며, 광원은 카메라의 반대편에 있습니다. 빛이 오브젝트를 통과하며, 오브젝트가 카메라로 들어오는 빛의 일부 또는 전부를 차단합니다. 그 결과, 오브젝트의 윤곽선만 선명하게 나타나므로 검사 및 측정 작업에서 치수, 오브젝트 윤곽, 오목한 부분 또는 충전 수준을 정확하게 파악할 수 있습니다.
암시야(Dark field) 조명
빛을 오브젝트에 얕은 각도로 비춰 카메라와 특정 각도를 이루는 영역에서만 빛이 반사되도록 합니다. 그 결과, 이미지의 대부분은 어둡게 유지되는 반면, 엣지, 흠집, 각인 및 기타 표면 결함은 밝은 반사광으로 인해 선명하게 나타납니다. 이 조명 방식은 결함의 컨트래스트와 가시성을 크게 높여줍니다.
머신비전에서 사용되는 조명 유형
검사 작업을 효과적으로 수행하려면 목적에 맞는 조명을 선택해야 합니다. 예를 들어 균열을 감지할 때와 색상을 구분할 때는 서로 다른 조명이 사용됩니다. 산업용 이미지 처리에서는 LED 조명이 가장 널리 사용되며, 할로겐 램프나 형광등보다 비용이 낮고 효율적입니다.
바(Bar) 조명
길쭉한 막대 형태의 조명에서 빛이 발산되어 오브젝트를 균일하게 비춥니다. 이 조명은 긴 공작물을 검사하거나 오브젝트의 엣지를 강조하는 등 거의 모든 검사 작업에 최적화되어 있습니다. 또한 오브젝트의 특정 부분만 비출 수도 있습니다. 여러 개의 바 조명을 조합하면 오브젝트를 서로 다른 방향에서 비출 수 있습니다. 바 조명은 오브젝트에 대한 조명 각도를 유연하게 조정할 수 있어 암시야 어플리케이션에도 사용할 수 있습니다.
백라이트 조명
이 조명 방식에서는 오브젝트의 뒤쪽에서 균일하게 빛을 비춰 형상의 윤곽을 강조하거나 오브젝트를 검사합니다. 이 경우, 표면 질감에 대한 정보는 모두 확인할 수 없지만, 구멍, 기포 또는 흠집과 같은 특징을 식별하고 강조할 수 있습니다. 백라이트 조명은 라벨과 인쇄물의 품질 관리에서도 중요한 표준 조명 방식입니다.
수평 링 조명
이 조명 방식은 일반적인 링 조명과 달리 오브젝트의 정면이 아닌 측면에서 빛을 비춥니다. 이로 인해 특히 엣지에서 반사된 빛이 카메라로 들어와 컨트래스트가 뚜렷하게 나타나고 흠집도 쉽게 식별할 수 있습니다. 암시야 조명은 측면 광원이 그림자나 반사가 생기는 것을 방지해 주기 때문에 유리창이나 필름과 같은 투명한 오브젝트를 촬영할 때 특히 중요합니다.
조명 밝기
안정적인 이미지 촬영을 위해서는 적절한 조명 밝기가 매우 중요합니다. 빛이 너무 부족하면 이미지가 어둡거나 노이즈가 발생하고, 빛이 너무 강하면 디테일이 과다 노출되어 정보가 손실될 수 있습니다. 최적의 밝기는 높은 컨트래스트를 확보하고 검사 대상 오브젝트를 균일하게 조명합니다. 이는 비전 시스템에서 안정적이고 재현 가능한 측정 결과를 얻기 위한 기반이 됩니다.
빛이 부족한 경우
빛이 부족하면 이미지가 어둡고 노이즈가 많아져 미세한 디테일을 감지하기 어려워집니다. 윤곽과 구조가 흐려지거나 완전히 사라질 수 있으며, 이로 인해 이미지 분석의 신뢰성이 떨어지고, 검사 오류가 증가합니다.
빛이 너무 강한 경우
빛이 너무 강하면 과다 노출이 발생합니다. 이로 인해 중요한 디테일과 정보가 손실될 수 있습니다. 밝은 영역은 컨트래스트와 세부 표현이 줄어들고, 반사로 인해 이미지 품질이 더욱 저하될 수 있습니다. 그 결과 이미지가 잘못 해석될 가능성이 커집니다.
품질 보증을 위한 머신비전 조명 활용
이미지 처리에서는 빛의 다양한 특성을 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다. 빛은 파장과 소재에 따라 굴절, 흡수, 투과 또는 반사됩니다. 최적의 이미지 결과를 얻으려면 적절한 파장, 즉 빛의 색상을 선택하는 것이 중요합니다.
컬러 조명을 활용한 선택적 컨트래스트 구현
빛의 색상은 컨트래스트를 조절하여 표면이 이미지에 나타나는 방식을 결정합니다. 보색은 더 어둡게 나타나는 반면, 조명 색상과 유사한 색상은 더 밝아 보입니다. 컬러 카메라에서 자연스러운 색상을 재현하려는 경우에는 백색광이 적합하며, 모노크롬 카메라에서는 청색광이나 적색광을 사용하여 세부 요소를 강조하거나 감출 수 있습니다.
비가시 파장: 적외선(IR) 조명
사람의 눈으로 볼 수 있는 빛의 범위는 400nm에서 700nm이며, 각 파장은 서로 다른 색상으로 인식됩니다. 이 가시 스펙트럼을 벗어난 빛을 사용하면 사람의 눈으로는 볼 수 없는 특징을 확인할 수 있습니다. 예를 들어, SWIR 카메라와 적외선(IR) 조명을 사용하면 과일에 생긴 압흔을 매우 효과적으로 감지할 수 있습니다. SWIR 조명
비가시 파장: 자외선(UV) 조명
파장이 400 nm 미만인 자외선(UV)을 UV 카메라 및 조명 기술과 함께 사용하면 형광이나 반사율의 변화를 통해 육안으로 확인하기 어려운 보안 요소, 접착제 잔여물, 미세 균열 등을 확인할 수 있습니다. UV 조명 이러한 구조는 자외선 조명을 통해 효율적이고 안정적으로 식별할 수 있습니다.
빛의 선택적 제어
빛을 목적에 맞게 조절하면 표면 구조를 명확하게 드러내고, 반사를 제어하며, 컨트래스트를 강화할 수 있습니다. 적절한 조명 전략을 통해 검사 작업에 맞게 빛을 정밀하게 조정하면 품질 보증 프로세스에서 신뢰성과 재현성을 높일 수 있습니다.
확산(Diffuse) 조명
확산 조명은 검사 대상 오브젝트 전체에 빛을 균일하게 분산시켜 검사에 방해가 되는 그림자와 반사를 최소화합니다. 이를 통해 방향성 조명에서 종종 놓치기 쉬운 디테일을 확인할 수 있으며, 특히 광택면이나 질감이 있거나 불균일한 표면 검사에 유용합니다. 플라스틱 부품, 인쇄회로기판 또는 금속 표면 검사 등의 어플리케이션에 주로 사용되며, 이러한 효과를 구현하기 위해 확산기, 돔 조명 또는 특수 패널 조명을 사용합니다.
편광 조명
편광 조명은 광원과 카메라 양쪽에 편광 필터를 사용하여 불필요한 반사를 선택적으로 줄이거나 강조합니다. 이를 통해 유리, 플라스틱, 도장 표면과 같은 비금속 표면의 반사를 크게 줄일 수 있습니다(금속 표면에서는 효과가 제한적인 경우가 많음). 그 결과 흠집, 균열 또는 기타 표면 결함을 더 쉽게 감지할 수 있으며, 이미지 컨트래스트가 높아져 보다 안정적인 평가가 가능합니다.
조명 구성 최적화
조명은 비전 시스템의 한 요소에 불과하지만, 조명 기술의 선택은 이미지 품질을 좌우하는 결정적인 요소입니다. 광원의 품질이 낮으면 다른 구성 요소로 이를 보완할 수 없기 때문에 비전 시스템을 구성할 때는 조명을 충분히 고려해야 합니다.
조명을 선택하는 방법
먼저 오브젝트의 어떤 특성을 이미지에서 명확하게 나타낼 것인지 결정해야 합니다. 또한 검사 대상 오브젝트의 다양한 특성도 중요합니다. 어떤 소재로 이루어져 있는지, 빛을 반사하거나 흡수하는지, 주어진 조명 조건은 어떠한지, 오브젝트까지의 거리는 얼마인지에 따라 적합한 조명이 달라집니다.
이러한 요소들을 바탕으로 프로젝트에 적합한 조명을 정확하게 선택할 수 있습니다. 추가적인 지원이 필요한 경우, Basler 조명 어드바이저를 통해 개별 제품을 추천받을 수 있습니다. 단계별 안내를 통해 서로 조화를 이루는 조명 제품을 선택할 수 있도록 지원해 드립니다.
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올바른 조명 선택에 관해 자주 묻는 질문
백색광은 최대한 자연스러운 색상 재현이 필요할 때 사용합니다. 청색광, 적색광, 적외선과 같은 컬러 조명은 일반적으로 모노크롬 카메라와 함께 사용하며, 컨트래스트 차이를 통해 특정 특징을 더욱 선명하게 나타낼 수 있습니다.
적외선은 육안으로는 볼 수 없는 특징을 드러낼 수 있습니다. 따라서 가시광선이 작업에 방해가 되는 환경에 특히 적합합니다.
빛의 색상에 따라 검사 대상 오브젝트의 특정 색상이 더 밝거나 어둡게 나타납니다. 예를 들어, 청색광을 사용하면 파란색과 흰색 영역이 두드러지는 반면, 빨간색과 녹색 영역은 더 어둡게 보입니다.
링 조명처럼 다양한 각도에서 빛을 비추면 검사에 방해가 되는 그림자를 만들지 않으면서도 흠집을 감추고 각인이나 색상 등 다른 중요한 특징을 강조할 수 있습니다.
반사율이 높은 오브젝트를 촬영할 때는 확산 광원이나 추가 확산 시트를 사용하여 검사에 방해가 되는 반사를 최소화하고 균일한 조명을 확보해야 합니다.