초광각, 왜곡 없는 렌즈, 충돌 테스트를 견딜 만큼 견고함
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저자: Andrea Van Landingham, Jon Boucher
자동차 충돌 테스트 분야에서 고속 카메라는 충돌의 역학을 포착하고 분석하는 데 매우 중요합니다. 이미징 시스템은 격렬한 환경을 견딜 수 있을 뿐만 아니라 좁은 공간에서도 선명하고 깨끗한 이미지를 정확하게 포착해야 합니다. 이러한 상황에서 Theia Technologies’ 의 Linear Optical Technology® 특허 렌즈가 등장합니다. Theia의 왜곡 보정 특허 기술을 적용한 렌즈는 넓은 FOV와 매우 낮은 배럴 왜곡으로 꾸준히 선택되고 있습니다. 1.8~3mm 초점 범위를 제공하는 Theia의 ML183M 렌즈는 120°의 수평 FOV와 1% 미만의 배럴 왜곡, 5메가픽셀 이상의 해상도를 자랑하며, 2018년부터 차량 충돌 테스트에 사용되고 있습니다. 또한, 최근 출시된 MY23F 렌즈는 이러한 기능을 개선하여 시속 80km의 충돌에도 견딜 수 있는 내구성을 더해, 차량 충돌 시 고해상도, 넓은 시야각, 왜곡 없는 이미지를 촬영할 수 있습니다.
그림 1. ML183M 렌즈로 촬영한 차량 내부의 계기판 뷰로, Theia의 Linear Optical Technology® 렌즈의 120도 초광각 촬영, 낮은 왜곡 및 고해상도 성능을 보여줍니다.
RingSide Creative의 Steve Wiley는 충돌 테스트 업계에서 가장 많은 고속 카메라를 구매하는 사람 중 한 명으로, 현재 최대 35,000불에 달하는 고속 카메라 약 130대를 사용하며, 주요 자동차 회사의 충돌 테스트 분석에 사용하고 있습니다. Wiley는 Vision Research의 Phantom Miro C210J와 같은 카메라에 장착하기 위해 RMA Electronics에서 고품질의 견고한 렌즈를 구매합니다. RMA Electronics, 는 산업용 머신 비전 및 보안 렌즈의 전 세계 유통업체이자 기술 자문사로서 Wiley의 충돌 테스트에 적합한 정밀 렌즈를 추천합니다. 그 중에서도 Theia의 Linear Optical Technology® 특허 렌즈는 배럴 왜곡을 광학적으로 보정하여 이미지의 곡선 왜곡이나 가장자리 압축 없이 직선이 그대로 유지되는 직선 이미지를 생성합니다. 이는 왜곡을 보정하기 위한 소프트웨어 후처리가 필요 없으며, 이미지 해상도를 높이는 데 기여합니다. RMA의 회장인 Ron Massa Jr.는 “Wiley가 우수한 근접 초점 해상도 성능을 가진 넓은 시야각 렌즈를 요청했을 때, 즉시 Theia의 특허 광학 기술이 떠올랐습니다. 우리는 2014년부터 그들의 유통업체로 활동하고 있으며, 이 응용 분야에서 매우 낮은 반품률과 높은 고객 만족도를 얻고 있어 적합할 것이라 생각했으며, 그 생각이 옳았습니다.”라고 말합니다.
Wiley 역시 동의하며, 넓은 시야각과 광학 성능이 그를 ML183M 렌즈를 선택하게 만든 이유라고 말합니다. 그는 ML183M 렌즈를 3,000건 이상의 충돌 테스트에서 사용했으며, 이 렌즈는 차량 내부의 좁은 공간에서 카메라를 배치할 때 필수적입니다. Wiley는 “일반 렌즈를 사용할 공간이 없거나 넓은 시야각 촬영이 필요한 제한된 공간에서는 이 렌즈가 뛰어납니다”라고 설명합니다.
ML183M의 근접 촬영, 초광각 및 고해상도 기능에 감명을 받은 Wiley는 충돌 테스트 환경에서 렌즈의 내구성을 강화하기 위해 지역 광학 엔지니어링 회사와 협력하여 맞춤형 금속 배럴, 하우징 및 알루미늄 렌즈 후드를 제작해 충격, 진동 및 비산 물체로부터 보호했습니다. 또한, 가변 초점 ML183M을 고정 초점 렌즈로 변환했는데, Wiley는 “충돌 테스트 차량이 목표물에 충돌할 때 줌이 움직여 초점이 맞지 않기 때문에 고정 초점 렌즈가 줌 렌즈보다 선호됩니다”라고 설명합니다.
Theia의 새로운 초광각, 왜곡 없는 MY23F 렌즈가 출시되면서 이러한 맞춤 제작의 필요성이 줄어들었습니다. MY23F 렌즈의 기계적 설계 및 구조는 산업용 견고한 광학 시스템으로 최적화되어 렌즈 요소가 금속 하우징에 고정되어 진동과 충격 중에 요소가 이동하지 않도록 합니다. Wiley의 가장 격렬한 테스트는 50G 범위에서 이루어지며, MY23F는 ±Z 축 각각에서 최대 50G의 충격과 200Hz에서 10G의 진동을 견딜 수 있도록 테스트 및 인증되었습니다. 이는 추가 부품 제조, 시간 및 비용을 줄이면서도 초광각의 왜곡 없는 이미지를 제공합니다. MY23F는 여전히 렌즈 전면 요소를 보호하기 위해 렌즈 후드가 필요합니다.
그림 2. 왼쪽 이미지는 충돌 테스트 중 추가 보호를 위해 금속 배럴, 하우징 및 렌즈 후드를 추가한 Theia의 ML183M을 보여줍니다. 오른쪽 이미지는 Theia의 MY23F와 렌즈 보호를 위해 필요한 단일 추가 구성 요소인 알루미늄 렌즈 후드를 보여줍니다.
또한, MY23F 렌즈 마운트는 렌즈 배럴에 통합되어 충돌 중 분리될 가능성이 줄어듭니다. Wiley에 따르면 “충돌 테스트 중 가장 흔한 파손은 마운트 부분에서 발생합니다. 느슨한 물체에 맞으면 마운트가 렌즈에서 빠지지만, MY23F의 통합 마운트 덕분에 이런 일이 발생하지 않을 것 같습니다.”
결과는 명확합니다. Wiley는 “2023년 10월 기준으로 최소 45건의 테스트에서 새로 출시된 MY23F를 사용했지만 아무 문제도 없었습니다. 차량의 다양한 위치에 배치하여 모든 축에서 힘이 가해지도록 했지만, 렌즈는 초점을 유지하며 힘의 영향을 받지 않는 것 같습니다. 이미지 품질도 매우 우수합니다.”라고 말합니다. 렌즈 성능이 너무 뛰어나 Wiley는 테스트 중 더 많은 위치에 이 렌즈를 사용할 것을 고려하고 있다고 합니다.
Wiley는 또한 이 렌즈가 렌즈 플레어에서도 잘 작동한다고 말합니다. 많은 테스트에서 매우 밝은 반사광을 직접 촬영하지만, 대비가 약간 감소하더라도 렌즈는 여전히 매우 잘 작동합니다. 이는 Theia의 렌즈가 저분산 유리와 다양한 조명 조건에서 광학 성능을 최적화하기 위한 반사 방지 코팅으로 제작되었기 때문입니다.
지금까지 Theia의 Linear Optical Technology® 특허는 최대 1/2.3” 이미지 센서에만 적용되었습니다. 그러나 새로운 MY23F 렌즈를 통해 더 큰 픽셀과 더 많은 빛을 모을 수 있는 1/1.8” 센서에서도 이 기술을 사용할 수 있습니다. MY23F 렌즈는 가시광선과 근적외선 모두에서 200lp/mm의 해상도를 제공하며, 5메가픽셀 이상의 해상도와 견고한 디자인으로 오늘날 머신 비전 분야에서 독보적인 존재입니다. MY23F는 116° 수평 FOV와 0.5%의 배럴 왜곡을 제공하며, 1/1.8” 이미지 센서용 렌즈 중 가장 넓고 왜곡이 적은 렌즈입니다.