머신비전 카메라/렌즈 기초 정리

 

카메라와 렌즈의 역할

카메라(센서)는 빛을 받아 디지털 이미지로 변환하는 장치이고, 렌즈는 빛을 모아서 센서 위에 상을 맺히게 하는 장치다. 해상도(픽셀 수)는 카메라에 의해 결정되며, 어떤 렌즈를 끼든 카메라의 출력 해상도는 동일하다. 다만 저품질 렌즈를 쓰면 픽셀 수는 같아도 실질적인 선명도는 떨어진다.

 

주요 용어

Focal Length (초점거리) — 렌즈가 얼마나 넓게/좁게 보는가. 숫자가 작으면 광각(넓게), 크면 망원(좁게 확대). 산업용 렌즈는 대부분 단초점(고정)이라 구매 시 결정되고 변경 불가.
FOV (Field of View) — 카메라가 실제로 담는 영역의 물리적 크기(mm). FOV = Sensor Width × WD / Focal Length 공식으로 결정된다.
F-Number (조리개) — 렌즈로 들어오는 빛의 양을 조절. 렌즈 스펙에 적힌 값은 최소 F값(최대 개방)이고, 조리개 링으로 그 이상으로만 조절 가능하다. F값이 작을수록 밝고 심도가 얕다.
Working Distance (WD) — 카메라에서 촬영 대상까지의 거리.
DOF (Depth of Field, 피사계 심도) — 초점이 맞는 앞뒤 깊이 범위. 촬영 대상의 카메라 방향 두께를 기준으로 설정한다.
Spatial Resolution (공간 해상도) — 1픽셀이 실제로 커버하는 크기(μm/px). 작을수록 세밀하게 볼 수 있다.

 

스펙 분류: 고정 vs 조절 가능

카메라(센서) — 구매 시 고정

• Sensor Size (1/1.8", 2/3", 1" 등)
• Resolution (3840×2160 등)
• Pixel Pitch (픽셀 물리적 크기)

렌즈 — 구매 시 고정

• Focal Length (8mm, 16mm, 25mm 등)
• Min F-Number (최대 개방값, F1.4, F2.8 등)

현장에서 조절 가능

• F-Number: 조리개 링으로 조절 (최소값 이상으로만)
• Focus: 포커스 링으로 초점 거리 조절
• Working Distance: 카메라 물리적 위치 이동

계산으로 결정되는 값

• FOV, Spatial Resolution, DOF, Magnification → 위 값들의 조합으로 자동 결정

 

Focus와 Focal Length는 다른 것

렌즈에서 돌려서 조절하는 건 Focus(어느 거리의 물체에 초점을 맞출 것인가)이지, Focal Length(렌즈가 얼마나 넓게/좁게 보는가)가 아니다. 산업용에서는 줌 렌즈를 거의 안 쓰기 때문에 Focal Length는 렌즈 교체 없이는 변경 불가.

 

렌즈 역산이란

촬영 환경(WD, 물체 크기, 해상도, 필요 DOF)을 입력하면, 그 조건을 만족하는 센서 + 렌즈(Focal Length) + F-Number 조합을 찾아주는 것. 산업용 렌즈는 고정 스펙이라 잘못 사면 교환/재구매가 필요하므로, 구매 전에 미리 계산해보는 것이 중요하다.

기본 계산은 제조사 렌즈 계산기(Teledyne, Edmund Optics, Basler 등)와 동일한 FOV = Sensor Width × WD / Focal Length 공식을 사용하지만, 여기에 DOF 기반 F-Number 역산과 공간해상도 비교까지 추가하면 더 실용적인 추천이 가능하다.