소개: 대역 통과 필터란 무엇인가요?
머신 비전에서 카메라가 제 역할을 정확히 수행하려면 선명하고 대비가 높은 이미지가 필요합니다. 그러나 카메라는 시스템의 판단을 방해하는 불필요한 빛까지 감지하는 경우가 많습니다. 대역 통과 필터는 이 문제를 해결하기 위해 카메라 렌즈 앞에 배치하는 특수한 유리 또는 플라스틱 광학 부품입니다. 엄격한 출입 관리원처럼 매우 특정한 빛의 "대역", 즉 색상만 카메라 센서로 통과시키고 나머지 빛은 모두 완전히 차단합니다.
대역 통과 필터의 작동 원리
빛은 파동으로 전파되며 색상마다 파장이 다릅니다. 밴드패스 필터는 특정 파장 범위는 완전히 투과시키고 그 밖의 모든 파장은 견고한 장벽처럼 차단하도록 설계됩니다.
머신 비전 시스템에서 적색 LED 광원으로 부품을 조명하는 경우 카메라에 적색 대역 통과 필터를 장착합니다. 이 필터는 부품에서 반사된 적색 LED 빛은 카메라로 통과시키지만 주변 환경의 청색광, 녹색광 및 UV 광은 차단합니다.
머신 비전에 대역 통과 필터를 선택하는 주요 이유
시스템의 조명 균일성이나 대비에 문제가 있다면 일반적으로 대역 통과 필터를 선택해야 합니다. 다음은 대역 통과 필터가 반드시 필요한 구체적인 경우입니다:
- 불필요한 주변광 차단: 대역 통과 필터를 사용하는 가장 일반적인 이유입니다. 공장 작업장에는 천장 조명, 창문으로 들어오는 햇빛, 심지어 인근 용접 작업에서 발생하는 불꽃도 있습니다. 이러한 주변광은 하루 동안 계속 변하며 머신 비전 이미지의 대비를 저하시킬 수 있습니다. 특정 색상의 조명(예: 청색 LED)과 이에 맞는 청색 대역 통과 필터를 사용하면 카메라는 사용자가 제공하는 빛만 감지합니다. 햇빛과 공장 조명은 카메라에 거의 보이지 않게 됩니다.
- 이미지 대비 극대화: 머신 비전에서는 검사할 특징이 배경과 뚜렷하게 구분되도록 대비를 확보하는 것이 중요합니다. 녹색 배경 위의 빨간색 물체를 강조하려면 빨간색 빛을 비추고 빨간색 대역 통과 필터를 사용할 수 있습니다. 그러면 흑백 카메라에서 빨간색 물체는 밝은 흰색으로, 녹색 배경은 완전한 검은색으로 보여 완벽한 대비를 얻을 수 있습니다.
- 특정 색상 또는 특징 검사: 특정 색상의 라벨이 있는지 또는 액체가 화학적 특성에 따른 특정 색조를 띠는지 확인해야 할 때가 있습니다. 해당 색상에 정확히 맞춘 대역 통과 필터를 사용하면 카메라가 제품의 나머지 부분은 무시하고 필요한 특정 특징만 분석할 수 있습니다.
- 레이저 또는 파장 대역이 매우 한정된 광원을 사용하는 경우: 레이저는 매우 좁고 순수한 광대역을 방출합니다. 머신 비전 시스템이 레이저를 사용하여 3D 프로파일을 측정하거나 바코드를 스캔한다면 대역폭이 매우 좁은 대역통과 필터가 사실상 필수입니다. 이 필터는 카메라가 다른 빛은 제외하고 레이저 라인만 감지하도록 합니다.
필터 선택 시 알아야 할 주요 용어
필터를 선택할 때 두 가지 주요 용어를 접하게 됩니다:
- 중심 파장(CWL): 통과시키려는 빛의 "창"에서 정확한 중심에 해당합니다. 850nm 적외선을 사용하는 경우 CWL이 850nm인 필터가 필요합니다.
- 대역폭 / 반치전폭(FWHM): 이는 간단히 말해 “창”의 폭을 의미합니다. 넓은 대역폭(예: 100nm)은 더 넓은 범위의 빛을 투과시키므로 일반적인 LED 조명에 적합합니다. 좁은 대역폭(예: 10nm)은 매우 좁은 범위의 빛만 투과시키므로 레이저에 적합합니다.
요약
카메라에 들어오는 빛을 제어해야 할 때는 대역 통과 필터를 선택해야 합니다. 혼란을 유발하는 배경광을 제거하고 이미지 대비를 높이며 머신 비전 시스템의 신뢰성을 크게 향상하는 가장 간단하고 효과적인 방법입니다.
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