기존의 광각 렌즈는 표준 렌즈보다 더 많은 장면을 포착할 수 있지만 비전 시스템이 제한된 설치 위치에서 넓은 영역을 커버해야 하는 경우 시야각이 여전히 부족할 수 있습니다. 이는 사각지대가 감지 또는 적용 범위에 영향을 미칠 수 있는 머신 비전, 보안 모니터링, 파노라마 이미징 및 검사 시스템에서 실질적인 제한이 됩니다.

어안 렌즈는 일반적으로 약 180° 이상의 매우 넓은 시야를 통해 이러한 요구 사항을 해결합니다. 짧은 초점 거리, 강력한 비선형 왜곡 및 넓은 피사계 심도 덕분에 단일 카메라로 훨씬 더 큰 장면을 캡처할 수 있습니다. 그러나 어안 렌즈를 선택하는 것은 단순히 가능한 가장 큰 FOV를 선택하는 문제가 아닙니다. 센서 크기, 이미지 서클, 초점 거리, 왜곡 특성, 가장자리 해상도, 필터 호환성 및 필요한 이미지 처리 작업 흐름이 모두 최종 결과에 영향을 미칩니다.

산업 및 과학 사용자의 경우 어안 렌즈를 선택하거나 맞춤형 파노라마 비전 시스템을 설계할 때 이러한 관계를 이해하는 것이 필수적입니다.

어안 렌즈의 광학 특성 이해

어안 렌즈의 가장 큰 특징은 시야가 매우 넓다는 것입니다. 광학 설계에 따라 어안 렌즈는 약 180° 또는 더 넓은 범위를 제공할 수 있으며 일부 설계는 약 220°에 이릅니다. 이를 통해 카메라는 비교적 컴팩트한 설치 위치에서 넓은 영역을 관찰할 수 있습니다.

초점 거리는 이 적용 범위와 밀접한 관련이 있습니다. 어안 렌즈는 일반적으로 대략 8~15mm 범위의 짧은 초점 거리를 사용하지만 적절한 값은 이미지 센서 형식과 필요한 시야각에 따라 크게 달라집니다. 동일한 초점 거리가 모든 센서에서 동일한 이미지 범위를 생성하지는 않습니다. 센서가 클수록 일반적으로 이미지 서클의 더 큰 부분을 캡처하는 반면, 렌즈는 해당 센서와 호환되는 이미지 서클을 제공해야 합니다.

이것이 바로 FOV를 센서 크기 및 이미지 서클과 독립적으로 평가해서는 안 되는 이유입니다. 특정 센서 형식용으로 설계된 렌즈는 호환되지 않는 센서와 함께 사용할 경우 비네팅이 발생하거나 이미지 범위가 불완전할 수 있습니다.

Fisheye 렌즈는 또한 의도적으로 강한 비선형 왜곡을 도입합니다. 이미지 가장자리 근처의 직선은 곡선으로 나타나는 반면 광학 중심 주변의 물체는 일반적으로 덜 뚜렷한 왜곡을 경험합니다. 이 투영 동작은 기존의 직선 광각 렌즈와 근본적으로 다릅니다.

왜곡이 자동으로 단점이 되는 것은 아닙니다. 파노라마 모니터링과 같이 직선 형상을 유지하는 것보다 최대 장면 적용 범위가 더 중요한 애플리케이션에서 어안 투영은 여러 대의 카메라가 필요한 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.

측정, 물체 위치 파악, 자동 검사 또는 세부 분석을 위해 캡처된 이미지를 사용해야 할 때 문제가 나타납니다. 이러한 경우 왜곡은 이미지 전체에 걸쳐 물체의 겉보기 위치와 모양을 변경합니다. 따라서 원본 어안 이미지를 보다 기하학적으로 유용한 표현으로 변환하려면 소프트웨어 기반 또는 광학 왜곡 보정이 필요할 수 있습니다.

넓은 피사계 심도는 또 다른 중요한 특징입니다. 어안 렌즈는 일반적으로 짧은 초점 거리를 사용하기 때문에 장면의 상대적으로 많은 부분이 허용 가능한 초점 내에 유지될 수 있습니다. 이는 특히 모니터링 환경, 대규모 검사 영역 및 복잡한 산업 설비에서 대상이 서로 다른 거리에 있을 때 유용합니다.

어안 렌즈 필터 및 센서가 이미지 성능에 미치는 영향

어안 렌즈 필터는 독립적인 액세서리가 아닌 광학 시스템의 일부로 간주되어야 합니다. 필터 선택은 빛 투과, 스펙트럼 반응, 비네팅 및 가장자리 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 입사광 각도가 필드 가장자리를 향해 크게 변하는 소형 어안 설계의 경우 더욱 그렇습니다.

가시광선 용도의 경우 필요한 파장 범위, 주변광 조건 또는 이미징 대물렌즈에 따라 광학 필터를 선택할 수 있습니다. 적외선에 민감한 시스템에서는 원치 않는 적외선 전송을 제어하고 보다 일관된 색상 또는 초점 특성을 유지하기 위해 IR 차단 필터 또는 적외선 보정 솔루션이 필요할 수 있습니다.

센서도 필터, 렌즈와 동시에 고려해야 합니다. 센서 크기는 사용되는 렌즈 이미지 서클의 양을 결정하며, 픽셀 크기와 센서 해상도는 광학 시스템이 해결해야 하는 세부 수준에 영향을 미칩니다. 고해상도 센서와 결합된 어안 렌즈는 광학 설계가 필요한 이미지 영역 전체에 충분한 해상도를 제공할 수 있는 경우에만 유용합니다.

따라서 구매자는 여러 매개변수를 함께 평가해야 합니다.

• 센서 크기: 사용 가능한 이미지 영역을 결정하고 결과 FOV에 영향을 줍니다.

• 초점 거리: 장면 범위와 작동 거리에 영향을 미칩니다.

• 이미지 서클: 허용되지 않는 비네팅 없이 선택한 센서를 적절하게 덮어야 합니다.

• 조리개: 빛 수집, 피사계 심도 및 노출 성능에 영향을 줍니다.

• 필터 유형 및 스펙트럼 범위: 특정 파장이 전송되거나 억제되는 방식을 결정합니다.

• 장착 인터페이스: 카메라 및 기계 설치 요구 사항과 일치해야 합니다.

• 왜곡 특성: 기하학적 수정이 필요한 정도를 결정합니다.

• 가장자리 해상도: 이미지 주변 근처의 물체가 검사 또는 모니터링 대상의 일부인 경우 특히 중요합니다.

필터 장착에도 주의가 필요합니다. 광학 아키텍처에 따라 필터는 렌즈 전면, 광학 어셈블리 내 또는 맞춤형 기계적 인터페이스를 통해 배치될 수 있습니다. 필터 크기가 잘못되면 기계적 간섭, 비네팅 또는 효과적인 광학 경로에 바람직하지 않은 변화가 발생할 수 있습니다.

과학 및 산업 응용 분야의 경우 필터를 선택하기 전에 파장 요구 사항을 정의해야 합니다. 가시광선 이미징, 근적외선 이미징 또는 특정 스펙트럼 대역용으로 설계된 시스템에는 매우 다른 필터 특성이 필요할 수 있습니다. 렌즈 투과 범위와 센서 스펙트럼 응답을 고려하지 않고 일반 필터를 추가하기만 하면 사용 가능한 신호가 줄어들 수 있습니다.

어안 렌즈는 어디에 좋은가요?

그렇다면 어안렌즈는 어떤 용도로 좋은가요? 이들의 가장 큰 장점은 단순히 '광각'이라는 점만은 아닙니다. 이는 시스템이 제한된 카메라 위치에서 매우 넓은 시야를 캡처해야 하고 관련 비선형 투영을 수용할 수 있을 때 유용합니다.

머신 비전에서는 사용 가능한 카메라 설치 공간에 비해 검사 영역이 넓은 경우 어안 렌즈를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 생산 라인, 대규모 기계 조립, 창고 공간 또는 자동화된 검사 구역에서는 기존 렌즈가 제공할 수 있는 것보다 더 넓은 시야가 필요할 수 있습니다. 피사계 심도가 크면 물체가 카메라로부터 다양한 거리에 나타날 때에도 도움이 될 수 있습니다.

그러나 머신 비전 사용자는 적용 범위와 측정 정확도를 구별해야 합니다. 전체 이미지에 걸쳐 정확한 치수 측정이나 기하학적 검사가 필요한 경우 왜곡 보정 및 보정된 이미징이 중요합니다. 어안 렌즈는 필요한 범위를 제공할 수 있지만 시스템은 이미지 처리 중 투영 왜곡을 고려해야 합니다.

보안 모니터링에서 180° 이상의 시야각은 카메라 설치 주변의 사각지대를 줄일 수 있습니다. 여러 대의 기존 카메라가 필요할 수 있는 넓은 실내 또는 실외 지역을 단일 카메라로 모니터링할 수 있습니다. 적절한 선택은 장착 높이, 대상 거리, 필요한 적용 범위, 조명 조건, 센서 형식 및 최종 이미지가 수정되지 않은 어안 보기로 표시되는지 아니면 수정된 파노라마 이미지로 변환되는지 여부에 따라 달라집니다.

파노라마 이미징의 경우 어안 렌즈는 투영을 통해 하나의 프레임에 넓은 각도 범위를 캡처할 수 있기 때문에 특히 유용합니다. 이미지 수정 및 스티칭 소프트웨어는 이후 응용 프로그램의 요구 사항에 따라 원본 이미지를 파노라마 표현으로 변환할 수 있습니다.

복잡한 환경 모니터링에서 피사계 심도가 크면 서로 다른 거리에 있는 대상에 대해 사용 가능한 초점을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 산업 시설, 대규모 장비 공간, 운송 환경 및 카메라를 모든 대상에 가까이 배치할 수 없는 기타 설치와 관련이 있습니다.

과학 연구의 경우 렌즈 선택은 더욱 응용 분야에 따라 달라집니다. 연구자들은 파장 범위, 센서 감도, 광학 왜곡, 스펙트럼 필터, 이미지 서클 및 교정 요구 사항을 동시에 고려해야 할 수도 있습니다. 어안 광학 시스템은 컴팩트한 광학 구성을 유지하면서 큰 각도 영역을 관찰해야 하는 경우 유용할 수 있습니다.

FOV와 왜곡의 균형을 맞추는 방법

FOV가 클수록 일반적으로 투사 왜곡이 커지므로 어안 렌즈를 선택하는 것은 근본적으로 장면 범위와 기하학적 충실도 간의 균형을 맞추는 것입니다.

주요 요구 사항이 최대 적용 범위라면 180° 이상의 어안 설계가 상당한 이점을 제공할 수 있습니다. 그러나 응용 프로그램에서 이미지 가장자리 근처에 정확한 개체 위치 지정이 필요한 경우 왜곡 보정이 시스템 설계의 주요 부분이 됩니다.

이는 머신 비전에 특히 중요합니다. 중심 근처에 위치한 객체와 가장자리 근처에 있는 동일한 객체는 투영 특성으로 인해 서로 다른 모양과 크기를 가질 수 있습니다. 보정 및 왜곡 보정을 통해 이러한 효과를 보상할 수 있지만 최종 결과의 품질은 원래 광학 설계와 보정 알고리즘에 따라 달라집니다.

따라서 전문 어안 렌즈 개발은 큰 FOV를 달성하는 것뿐만 아니라 이미지 전체에 왜곡이 분산되는 방식을 제어하는 ​​데에도 중점을 둡니다. 광학 설계를 최적화하면 디지털 보정이 적용되기 전에 주변 영역에서 보다 유용한 이미지 정보를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

보안 카메라나 파노라마 카메라의 경우 렌즈 사양보다는 필요한 커버리지 영역부터 선택해야 합니다. 센서 형식, 설치 거리, 대상 영역, 필요한 FOV, 허용 가능한 왜곡, 조명 조건 및 출력 이미지 형식을 먼저 정의하십시오. 그런 다음 해당 요구 사항에 따라 적절한 어안 디자인을 선택할 수 있습니다.

ECOPTIK Fisheye 렌즈 및 광학 맞춤화

ECOPTIK은 15년 동안 광학 부품 제조 기술을 연구해 왔으며 산업 및 과학 응용 분야에 적합한 맞춤형 광학 솔루션을 제공합니다. 광학 제조 역량에는 돔 광학, 구면 렌즈, 미세 광학 부품, 원통형 거울, 필터, 프리즘 및 광학 창이 포함됩니다.

어안 및 파노라마 비전 애플리케이션의 경우 ECOPTIK은 머신 비전, 보안 모니터링 및 고급 과학 애플리케이션을 위한 산업용 등급 어안 렌즈와 파노라마 비전 솔루션을 제공합니다. 이 접근 방식은 의도한 이미징 환경에 따라 렌즈 설계, 왜곡 보정, 센서 매칭 및 사용자 정의를 결합합니다.

재료 옵션에는 Schott, CDGM 및 Corning의 광학 유리뿐만 아니라 사파이어, CaF², MgF², 용융 실리카, 실리콘, ZnSe 및 ZnS가 포함됩니다. 통합 광학 솔루션이 필요한 프로젝트에는 렌즈 조립 서비스도 제공됩니다.

품질 검증 및 광학 특성화를 위해 ECOPTIK은 ZYGO 레이저 간섭계, ZEISS CMM Spectrum 및 Agilent Cary 7000 UMS를 포함한 장비를 사용합니다. 이러한 장비는 치수, 간섭계 및 스펙트럼 테스트를 지원하며 맞춤형 광학 구성 요소에 대한 제품 보고서를 제공하는 데 사용할 수 있습니다.

따라서 B2B 구매자의 경우 중요한 질문은 단순히 어안 렌즈가 180° 또는 더 넓은 시야를 제공하는지 여부가 아닙니다. 더 중요한 질문은 초점 거리, 센서 호환성, 이미지 서클, 왜곡 프로필, 피사계 심도, 필터 구성 및 가장자리 해상도가 실제 이미징 요구 사항과 일치하는지 여부입니다.

적절하게 일치하는 어안 광학 시스템은 자동화된 검사, 보안 모니터링, 파노라마 이미징 및 전문 연구 응용 분야에 사용 가능한 이미지 정보를 유지하면서 광범위한 장면 범위를 제공할 수 있습니다.