제로 각도 시야: 시차 오류 제거
기존 렌즈는 렌즈와 물체 사이의 거리가 증가함에 따라 배율이 감소하는 각도 시야(AFOV)를 가지고 있습니다. 이것이 인간의 시력이 행동하고 깊이 인식에 기여하는 방식입니다. 이 AFOV는 다음과 같은 결과를 낳습니다.시차, 원근 오차라고도 하며, 배율 변경으로 인해 물체가 이동하면(피사계 심도[DOF] 내에 있는 경우에도) 시각 시스템의 관찰 측정값이 변경되므로 정확도가 떨어집니다. 원심 렌즈는 일정하고 각도가 없는 FOV를 갖기 때문에 기존 렌즈의 시차 오차 특성을 제거합니다. 렌즈에서 어떤 거리에서든 원심 렌즈는 항상 동일한 FOV를 갖습니다. 참조그림 1비원심각 FOV와 원격각 FOV의 차이에 대해서 설명합니다.
원심렌즈의 일정한 FOV는 측정 애플리케이션에 이점과 제약이 있습니다. 원심렌즈의 주요 장점은 배율이 깊이에 따라 변하지 않는다는 것입니다.그림 2고정 초점 거리(비원심 렌즈) 렌즈(중앙)와 원심 렌즈(오른쪽)로 촬영한 서로 다른 두 물체를 서로 다른 작업 거리(WD)로 보여줍니다. 원심 렌즈로 촬영한 이미지에서는 어느 물체가 다른 물체 앞에 있는지 알 수 없습니다. 고정 초점 거리 렌즈에서는 더 작게 보이는 물체가 렌즈에서 더 멀리 위치한다는 것이 매우 분명합니다.
하는 동안그림 2WD 이동 측면에서 극적으로, 시차 오류를 최소화하는 것의 중요성을 보여줍니다. 많은 자동화된 검사 작업은 이미징 시스템의 FOV를 통과하는 물체를 이미징하는 것이고, 부품의 위치는 거의 완벽하게 반복할 수 없습니다. 렌즈가 이미징하는 각 물체에 대해 WD가 동일하지 않으면 각 물체의 측정은 배율 이동으로 인해 달라집니다(배율과 정의 방법에 대해 자세히 알아보려면 해상도 참조). 고정 초점 거리 렌즈에서는 불가피한 배율 교정 오류에 따라 다른 결과를 출력하는 머신 비전 시스템은 신뢰할 수 없는 솔루션이며 높은 정밀도가 필요한 경우 사용할 수 없습니다. 원심 렌즈는 진동하는 컨베이어나 부정확한 부품 위치와 같은 요인으로 인해 발생할 수 있는 측정 오류에 대한 우려를 제거합니다.
원심렌즈와 피사계 심도
원거리 렌즈는 본질적으로 기존 렌즈보다 더 큰 DOF를 가지고 있다는 것은 일반적인 오해입니다. DOF는 여전히 궁극적으로 렌즈의 파장과 f/#에 의해 결정되지만, 원거리 렌즈는 최적 초점의 양쪽에 대칭적인 흐림이 있기 때문에 기존 렌즈보다 더 큰 사용 가능한 DOF를 가질 수 있다는 것은 사실입니다. 검사 중인 부분이 렌즈를 향하거나 렌즈에서 멀어짐에 따라 연관된 AFOV(또는 주광선)를 따릅니다. 비원거리 렌즈에서 물체가 초점에 들어오거나 나갈 때, 해당 부분은 AFOV와 연관된 시차와 배율 변화로 인해 비대칭적으로 흐릿해집니다. 그러나 원거리 렌즈는 FOV에 각도 구성 요소가 없기 때문에 대칭적으로 흐릿해집니다. 실제로 이는 모서리와 같은 피처가 질량 중심 위치를 유지함을 의미합니다. 머신 비전 시스템에서 사용하는 알고리즘이 제대로 작동할 수 있을 만큼 대비가 충분히 높은 한 물체가 최적 초점을 벗어났을 때에도 정확한 측정이 가능합니다.
반직관적으로 보일 수 있지만, 흐림은 원심 렌즈를 사용하는 특정 응용 프로그램에서 유리하게 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 머신 비전 시스템이 핀의 중심 위치를 찾아야 하는 경우, 그림에서와 같이그림 3a, 렌즈가 초점에 맞춰지면 흰색에서 검정색으로의 전환이 매우 선명합니다.그림 3b, 같은 핀이 약간 초점이 흐려진 상태로 표시됩니다.
부품의 가장자리를 가로질러 찍은 선 프로필에서 이미지 회색 레벨의 플롯을 살펴보면 다음과 같습니다.그림 4, 핀 가장자리가 더 많은 픽셀에 걸쳐 퍼져 있기 때문에 약간 초점이 흐릿해진 이미지의 경우 선의 기울기가 훨씬 더 얕습니다. 원심 렌즈의 대칭적 흐림으로 인해 중심이 움직이지 않았고 필요한 하위 픽셀 보간량이 감소했기 때문에 이 흐림을 여전히 사용할 수 있습니다. 이를 통해 센서 노이즈로 인한 회색 레벨 변동에 대한 민감도가 감소하고 핀 중심 위치를 보다 안정적으로 그리고 더 높은 반복성으로 찾을 수 있습니다.