조명 파장을 이용해 심도를 높이는 방법
- 머신비전 정보
- 2023. 1. 14.
머신비전 광학계를 구성하다 보면 심도 때문에 많은 고민을 하게 됩니다. 일반적으로 조리개를 이용해 심도를 조절하게 되는데 한계에 다다르게 됩니다. 이때 할 수 있는 한 가지 방법이 더 있습니다. 어떤 것인지 알아보겠습니다.
심도(DOF)란 무엇일까?
심도는 DOF 라고도 이야기합니다. Depth of filed의 약자인데 쉽게 이야기하면 초점이 맞는 구간입니다.
조리개와 관련이 있는데요. 조리가가 열려있다면 심도는 얕아지고 인물 사진에서 많이 사용되는 배경이 흐릿한 영상을 얻을 수 있습니다.
반대로 조리개가 닫히게 되면 배경과 인물이 모두 선명한 사진을 얻을 수 있습니다.
예전에는 카메라 지식이 많이 공유되지 않았지만 최근에는 휴대폰 사양에도 조리개가 표기될 만큼 많은 사람들이 조리개에 대한 지식이 넓어졌습니다.
위 이미지에서 심도가 가장 깊은 조리개 값은 F22가 되겠습니다.
하지만 단점이 있죠.
심도가 깊어지면 선명도가 떨어지기 때문에 선명한 이미지를 얻을 수 없습니다. F1.4의 밝은 렌즈일수록 선명하고 배경이 흐린 사진을 얻고 F22 조리개라면 초점이 맞는 범위는 넓어지겠지만 선명도는 많이 떨어집니다.
그 이유는 빛의 회절 때문인데 이부분에 대해서는 다음에 이야기드리도록 하겠습니다.
이제 조명 파장으로 심도를 올리는 방법을 소개해 드릴텐데요.
조명 파장에 따른 심도 변화
가시광선과 같은 우리 눈으로 보이는 파장에서 보라색(405㎚) 쪽이 짧은 파장 근적외선(880㎚) 쪽이 긴 파장이라고 이야기합니다.
파장에 따라 심도와 초점 맞는 범위도 다른데요.
Airy Disk와 관계가 있습니다.
Airy Disk는 이론상에 존재하는 완벽하게 렌즈를 제작했을 때 표현할 수 있는 최소한의 점이며, 이 점의 크기는 파장에 따라 달라지게 됩니다.
아래의 공식으로 Airy Disk가 정해지게 되는데요. Aity Disk의 사이즈가 이론적인 분해능을 이야기하는데 파장이 낮을수록 Airy Disk 지름이 작아지기 때문에 조리개가 조금 더 닫히더라도 더 나은 심도를 볼 수 있습니다.
(Airy Disk 지름) ㎛ =2.44 ×λ(파장)[㎛] ×(f/#)
아래 예시를 보시면 더 이해가 빠르실 텐데요.
조건 1은 블루 조명에서 f2의 조리개이며, 조건 2는 레드 조명에서 f1.4입니다.
조건 1
470 파장의 블루 조명
Airy Disk Sise = 2.44 x 0.470 x f2 = 2.29㎛
조건 2
650 파장의 레드 조명
Airy Disk Sise = 2.44 x 0.650 x f1.4 = 2.22㎛
f2의 조리개로 심도를 확보하고 블루 조명으로 피사체를 볼 때 =f1.4의 심도와 동일한 분해능을 유지할 수 있습니다.
파장에 따라 이미지가 다르게 보일 수 있지만 Mono 카메라로 필름의 에지등을 봐야 할 때 블루 조명으로 검토한다면 더 나은 심도를 보실 수 있습니다.
지금까지 조명 파장에 따른 심도에 대해 이야기했습니다.