[첨단 헬로티]
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Image AF 시스템은 카메라 영상을 빠르게 취득하고 이미지를 분석하여 초점이 가장 잘 맞는 지점으로 렌즈의 모터를 움직여 초점을 맞춘다.
이미지 분석을 위해 오차를 최소화 하기 위해서는 초점을 정확히 맞춰 이미지를 획득하는 것이 가장 중요한 포인트이며, 포커스의 형태는 크게 Manual과 Auto 두가지로 나누어진다. 초점을 정확히 맞추기 어려운 상황에서는 포커스를 맞추기 위해 하드웨어 위치를 변경하거나 소프트웨어로 별도의 처리가 필요하다. 소프트웨어를 사용한 경우 대상의 경계면(Edge)을 개선하기 위해 일반적으로 많이 불리는 ‘전처리(Preprocessing)’ 단계인 HPF(High Pass Filter)와 같은 필터를 사용하며 하드웨어인 경우에는 렌즈의 포커스링 또는 광학 Working Distance 조정이 필요하다.
즉, 초점을 맞추기 위해서 소프트웨어로 영상을 개선하고 사용자가 직접 렌즈 및 광학 구성을 해야 할 필요가 있다. 이런 복잡한 과정을 해결하기 위해 ‘자동 초점 시스템(Autofocus system 이하 AF 시스템)’이 개발되었다.
모터없이 제어 가능한 AF를 소개하고자 한다. 일반적인 Image AF 시스템은 한 개의 카메라와 한 개 이상의 센서, Z축 모터 그리고 소프트웨어로 구성되어 있으며(어떤 제품은 소프트웨어가 아닌 하드웨어 유닛을 제공하기도 한다. 렌즈의 심도를 벗어나는 경우 또는 높은 배율 광학 구성으로 정확한 초점을 맞추기 어려운 작업 등에서 초점이 맞는 위치를 자동으로 찾기 위해 사용된다.
모터를 사용함으로 인해 진동이 영상 노이즈가 생길 가능성이 있으며, 이러한 문제점을 보완하기 위해 Optotune 사의 ‘Focus tunable lenses(이하 Polymer lens)’를 사용하여 Z축 모터를 대체할 수 있는 시스템을 구성하였다.
Focus tunable 렌즈는 광학 액체와 얇은 elastic polymer membrane 막으로 구성된 렌즈로, membrane의 중앙에 원형 링이 위치하며 링을 밀어내거나 membrane 외측 부분에 압력을 가해 액체를 펌핑(pumping)하여 초점을 변경하는 방식을 사용하고 있다.
OPTOTUNE 특징은 크게 5가지로, ▲넓은 거리의 WD(Working distance)를 커버 ▲빠른 인식 속도 ▲낮은 F넘버로 조명 건이 까다롭지 않음 ▲손쉬운 셋업 ▲모터 제어 필요 없음 등으로 요약해 볼 수 있다.
Opto Focus는 Giga Ethernet interface(GigE) 카메라와 고배율 렌즈 그리고 Optotune Polymer Lens가 하나의 구성을 이루고 있다.
제품 동작: 카메라는 Free Run(Continuous Mode) 모드로 연속된 영상을 전송하게 되고, Polymer lens는 지정된 범위 내에서 움직이게 되며, 각 획득된 이미지의 초점이 맞은 정도(에너지)를 계산하여 최댓값을 찾는 것이 동작 원리이다.
위 동작을 바탕으로, Polymer Lens가 동작할 수 있는 최소, 최대 범위까지 변화하면서 획득된 각 이미지의 에너지 량을 얻어 그래프로 표현하면 왼쪽 하단의 푸른 그래프가 생성되며, 에너지량에 따른 이미지 초점상태를 확인 할 수 있다.
Opto Focus는 앞으로 정확도와 반복 정밀도를 높여야 하는 숙제가 있으나 가변 초점 렌즈를 통한 Auto Focusing의 경우 많은 분야에 활용 가능성을 확인 할 수 있었다.
(주)화인스텍
