화상 처리 시스템 기본 요소

누구나 신선하고 외관이 깨끗한 식품을 선호합니다. 이러한 제품들의 품질 보장 과정에서 이를 위해 화상 처리 시스템이 사용되는 경우가 많습니다. 이미지 데이터는 이미지 데이터 없이 생산자가 불가능했을 결정을 충분한 정보에 근거하여 결정을 내릴 수 있도록 도와줍니다.

그런데, 이런 종류의 시스템을 설계하려면 어떻게 해야 할까요? 필요한 절차는 무엇이고, 고려해야 할 요소들은 무엇이 있으며 이용 가능한 옵션은 무엇이 있을까요?

카메라 선택, 렌즈 및 광원 선택, 이미지 품질 평가, PC 하드웨어 및 소프트웨어 그리고 모든 구성 요소의 구성 선택, 이 모든 것들이 효율적인 화상 처리 시스템 구성을 위한 중요한 절차입니다.

사과 농장 주인이 사과 검사용 머신 비전 시스템 설계를 요청해왔다고 가정해 보겠습니다. 그는 균일한 품질을 제공하고 싶어 합니다. 이는 빠른 속도로 작동하며 불량 사과를 분류해 내는 것을 의미합니다. 그가 할 질문은 다음과 같습니다.

• 정확한 시스템 요구 사항은 무엇인가요?

• 필요한 해상도와 센서는 무엇일까요?

• 컬러를 사용해야 할까요, 아니면 모노크롬 카메라를 사용해야 할까요?

• 필요한 카메라 기능은 무엇이고 어느 정도의 이미지 품질이면 충분할까요?

• 카메라의 눈: 배율 및 렌즈 성능

• 어떤 조명을 사용해야 할까요?

• 어떤 소프트웨어가 필요할까요?

애플리케이션별로 사용되는 카메라는 무엇일까요? 요구 사항 정의는 카메라의 해상도 및 센서 크기를 도출하는 데 사용됩니다. 하지만 먼저 다음 사항을 정의해야 합니다. 정확히 해상도란 무엇일까요? 클래식 사진에서 해상도란 이미지 속에서 고유하게 식별할 수 있는 두 점 또는 두 선 사이의 최소 거리를 의미합니다. 디지털 카메라 분야에서는 종종 “2백만 픽셀 해상도”를 갖고 있다는 식의 표현을 합니다. 이것은 무언가 완전히 다른 것, 다시 말해 해상도가 아니라 센서의 픽셀 숫자를 의미할 뿐입니다. 실제 해상도는 카메라, 렌즈 및 기하학적 구조, 즉 장치에 필요한 거리로 이루어진 전체 패키지가 갖춰졌을 때만 결정될 수 있습니다. 픽셀 개수가 아무런 상관이 없다는 것은 아닙니다. 높은 해상도를 달성하려면 분명 더 많은 수의 픽셀이 필요합니다. 기본적으로 픽셀 개수는 최적 조건에서의 최대 해상도를 나타냅니다.

높은 해상도 또는 넓은 검사 범위 - 이들 요구 사항을 만족시키려면 모두 최대한의 카메라 픽셀 개수가 필요합니다. 고해상도로 넓은 영역을 검사해야 한다면 사실 여러 대의 카메라가 필요할 수 있습니다. 사실, 전체 영역을 커버할 수 있는 값비싼 특수 렌즈가 부착된 카메라 한 대보다는 표준 렌즈가 부착된 카메라 여러 대를 사용하는 편이 저렴한 경우가 많습니다.

센서 크기와 FOV는 기본 배율(depiction scale)을 나타내며 이는 나중에 렌즈를 선택하는 데 중요한 역할을 합니다.

좋은 카메라에는 단순한 픽셀 개수 이상의 것이 존재합니다. 이미지 품질과 카메라 기능 역시 감안해야 합니다. 디지털 카메라의 이미지 품질을 평가할 때는 다음 요소들과 함께 해상도 역시 중요한 한 가지 요소입니다.

• 광 민감도

• 다이내믹레인지

• 신호대잡음비

카메라 기능 중 가장 중요한 것은 대개 fps 단위로 명시되는 속도입니다. 이것은 초당 촬영 가능한 최대 프레임 개수를 나타냅니다.

필요한 하드웨어는 작업 및 필요한 처리 속도를 기준으로 결정됩니다. 간단한 작업은 표준 PC 및 화상 처리 패키지를 사용해 처리할 수 있지만 복잡하고 빠른 화상 처리 작업에는 전문 하드웨어가 필요할 수 있습니다.

소프트웨어는 이미지를 평가하는 데 필요합니다. 대부분의 카메라에는 이미지를 표시하고 카메라를 구성하는 데 사용되는 소프트웨어가 함께 제공됩니다. 카메라를 켜 실행하는 데는 이 정도면 충분합니다. 특수한 애플리케이션과 화상 처리 작업에는 구매 또는 맞춤형으로 개발한 특수한 소프트웨어가 필요합니다.