머신 비전 카메라 각도가 필터 성능에 영향을 미치나요?

서론

머신 비전 시스템을 구축할 때 카메라를 기울이거나 특정 각도에서 물체를 볼 경우 광학 필터의 작동 방식이 변경되는지 궁금할 수 있습니다. 짧게 대답하자면, 네, 분명히 그렇습니다. 사실, 카메라의 각도는 머신 비전 시스템이 올바른 색상이나 대비를 캡처하지 못하는 가장 흔한 이유 중 하나입니다. 이러한 현상이 발생하는 이유와 해결책을 자세히 알아보겠습니다.

"입사각"이란 무엇인가요?

광학에서 카메라 각도는 입사각(AOI)으로 지칭됩니다.

레이저 포인터가 평평한 유리 조각을 향해 완벽하게 수직으로 비추는 것을 상상해 보세요. 그 수직 각도는 정확히 0도입니다. 레이저 포인터를 옆으로 기울이면, (수직선에서 측정된) 그 새로운 각도가 입사각입니다. 카메라가 한 각도에서 물체를 보고 있을 때, 물체에서 반사된 빛은 카메라의 필터에도 각도를 이루며 도달합니다.

주요 문제: "블루 시프트"

광학 필터는 특정 색상(빛의 파장)이 카메라를 통과하도록 허용하고 나머지는 차단하도록 설계되었습니다.

빛이 필터에 수직으로(0도) 도달하면 필터는 광고된 대로 정확하게 작동합니다. 그러나 각도가 증가함에 따라 필터가 통과시키는 색상이 변하기 시작합니다. 특히 필터는 더 짧은 파장의 빛을 통과시키기 시작합니다. 빛 스펙트럼에서 더 짧은 파장은 파란색에 가깝습니다.

이러한 이유로 이 현상을 "블루 시프트"라고 부릅니다. 빨간색 필터가 있고 카메라를 너무 많이 기울이면 필터가 빨간색 빛을 통과시키지 않고 주황색이나 노란색 빛을 통과시키기 시작할 수 있습니다. 이렇게 되면 머신 비전 카메라가 바코드를 읽거나 부품을 검사하거나 품목을 분류하는 데 필요한 대비가 손상됩니다.

어떤 필터가 가장 큰 영향을 받나요?

모든 필터가 각도에 동일하게 반응하는 것은 아닙니다.

• 간섭 필터 (고감도): 이 필터는 머신 비전에서 가장 일반적으로 사용되는 필터입니다(협대역 통과 필터와 같이). 매우 정밀하지만 카메라 각도에 매우 민감합니다. 10도만 기울여도 눈에 띄는 블루 시프트가 발생할 수 있습니다.
• 컬러 유리 필터 (감도 낮음): 흡수 필터라고도 합니다. 본질적으로 특정 색으로 염색된 유리일 뿐입니다. 정밀도가 높지는 않지만 기울여도 블루 시프트 현상이 발생하지 않습니다.

왜 이런 현상이 발생할까요? (레이어 케이크 효과)

간섭 필터는 왜 색상이 변할까요? 제조 방식을 이해하는 데 도움이 됩니다.

간섭 필터는 단일 유리 조각이 아닙니다. 서로 쌓여 있는 수십 또는 수백 개의 미세하고 초박형 재료 층으로 만들어집니다. 투명한 레이어 케이크를 생각해보세요.

빛이 필터에 완벽하게 수직으로 도달하면 가장 짧은 경로를 통해 층을 통과합니다. 층은 원하는 색상이 통과할 수 있도록 완벽하게 간격을 두고 있습니다. 그러나 빛이 각도를 이루며 필터에 도달하면 빛은 그 미세 층을 통해 약간 다르면서 더 긴 경로를 이동해야 합니다. 물리적 경로의 이러한 변화는 빛 파동이 필터 내부에서 반사되는 방식을 변경하여 필터가 다른 색상을 통과하도록 속입니다.

머신 비전에서 각도 문제 해결 방법

머신 비전 설정에서 비스듬히 물체를 봐야 하는 경우, 블루 시프트를 해결할 수 있는 방법은 다음과 같습니다.

1. 수직을 유지하세요: 가장 좋은 해결책은 항상 카메라가 가능한 한 수직(0도)에 가깝게 볼 수 있도록 설치하는 것입니다.
2. 더 넓은 대역 통과 필터 사용: 정확히 650나노미터의 빨간색 빛을 통과시켜야 하는데, 기울어진 카메라 때문에 필터가 계속 640나노미터로 이동하는 경우, 630나노미터에서 670나노미터까지 모든 것을 통과시키는 "더 넓은" 필터를 구입할 수 있습니다. 이렇게 하면 시프트에 대한 완충 장치가 제공됩니다.
3. 맞춤형 각도 필터: 필터 제조업체는 특정 각도에 맞춰 필터를 설계할 수 있습니다. 카메라가 영구적으로 30도 기울어져 있다는 것을 알고 있다면, 30도로 기울였을 때만 원하는 색상을 완벽하게 구현하는 필터를 제작할 수 있습니다.

결론

카메라 각도는 머신 비전에서 중요한 요소입니다. 약간의 기울임이라도 "블루 시프트"를 유발하여 카메라가 보는 것을 변경하고 잠재적으로 검사 오류를 일으킬 수 있습니다. 필터를 통과하는 빛의 경로를 이해함으로써 설정을 조정하거나 올바른 장비를 선택하여 머신 비전 시스템이 항상 완벽하게 작동하도록 할 수 있습니다.