렌즈와 이미지의 분해능.

해상도란 무엇인가? 그리고 왜 중요한가?

해상도는 이미지의 선명도를 나타내며, 카메라의 고급 기능을 나타내는 지표가 될 수 있습니다.

결의안에는 네 가지 유형이 있습니다:

  1. 화소 수 및 해상도
  2. 시스템 해상도
  3. 렌즈 해상도
  4. 각도 분해능

모든 유형의 해상도는 서로 관련되어 있으며, 컴퓨터 비전에 복합적인 영향을 미칩니다.

왜 결심이 이렇게 혼란스러울 수 있을까?

여러분만 그런 게 아닙니다! 전문가들조차 실제로는 네 가지 서로 다른 기술적 지표를 가리키는 ‘해상도(Resolution)’라는 용어를 혼용하여 사용하고 있습니다. 2018년 IEEE P2020 워킹그룹 내 논의 과정에서, 광학 엔지니어, 화질 엔지니어, 센서 엔지니어, 컴퓨터 비전 엔지니어들 사이에서 이러한 오해가 발생했음을 확인했습니다.

센서의 해상도는 CMOS 센서 포맷 유형(예: 1/3", 1/2" 등)과도 밀접한 관련이 있으며, 이에 대해서는 별도의 기사에서 다루고 있습니다.

해상도로서의 메가픽셀

화소 수 및 해상도

화소 수로 표시되는 해상도는 휴대폰 업계에 의해 널리 보급되었지만, 50MP 이상의 카메라의 경우 최종 출력물이나 표시되는 이미지의 해상도가 50MP 이상인 경우가 거의 없기 때문에 종종 오해를 불러일으키곤 합니다.

정의:
  • 센서 내의 빛을 포착하는 포토다이오드 웰의 총 개수.
  • 디스플레이 및 프로젝터에 사용되는 발광 소자의 총 개수.
  • 디지털 이미지의 총 픽셀 수.
64MP 카메라 센서는 최종적으로 표시되는 이미지의 해상도가 12~16메가픽셀에 불과합니다.
해상도란 실제로 무엇인가: 카메라의 해상도는 실제로 64MP가 아니다.
올바른 사용법:

이 카메라의 해상도는 64메가픽셀이며, 12~16메가픽셀 크기의 이미지를 생성합니다.

잘못된 사용 예:

카메라 해상도는 64MP입니다.

SFR을 해상도로

시스템 해상도란 무엇이며, 왜 중요한가요?

시스템 해상도는 모든 디지털 이미지의 품질을 평가하는 지표가 될 수 있습니다. 이는 디지털 카메라 생산 라인에서 렌즈, 렌즈-센서 정렬, 이미지 처리 파이프라인이 최소 품질 기준을 충족하는지 확인하기 위해 자주 사용됩니다. 또한 다양한 카메라와 이미지 처리·압축 방식을 비교 평가하는 데에도 활용될 수 있습니다. 이 지표에는 렌즈, 렌즈-센서 정렬, 센서, ADC, 그리고 아날로그 및 디지털 이미지 처리 파이프라인에서 발생하는 요소들이 포함됩니다.

정의:
  • 공간 주파수 응답(SFR)은 이미지의 그라디언트에 걸쳐 대비가 어떻게 변화하는지를 측정합니다.
시스템 해상도 계산 방법:

ISO 12233 표준을 따르거나 Imatest 웹사이트를 참조하십시오.

시스템 해상도를 표시하는 방법:

그림 높이당 선 두께, 필드 위치 및 조도를 포함하십시오.

올바른 사용법:

SFR은 1000럭스, 5000K 조도 조건에서 시야각 25°일 때 2000 LW/PH입니다.

잘못된 사용 예:

이 이미지의 MTF는 2000 LW/PH입니다.

SFR이 컴퓨터 비전에 미치는 영향은 무엇인가?

이미지가 흐려질수록 시맨틱 분할 결과가 저하되어, 컴퓨터 비전에 있어 시스템 해상도가 미치는 영향을 보여준다
의미적 분할 및 해상도: 이미지가 흐릿하면 네트워크 출력 품질이 직접적으로 저하된다.

출처: Vasiljevic 외, “컨볼루션 신경망의 인식에 미치는 블러의 영향 분석”

MTF를 해상도로

“광학 분해능”은 이미징 광학 엔지니어들이 사용하는 용어로, 시스템 분해능을 산정하는 데 필요한 입력값입니다.

광학 분해능은 광학 시스템의 ‘선명도’를 나타내는 특성입니다. MTF는 현미경, 이미징 렌즈, 쌍안경, 투영 광학계를 포함한 초점형 및 비초점형 광학 시스템 모두에 적용됩니다.

정의:
  • 광학 시스템이 두 점을 분해할 수 있는 능력.
광학 분해능을 표현하는 방법:

MTF를 백분율, 주파수, 시야각 및 파장 단위로 기재하십시오.

올바른 사용법:

이 렌즈의 광시야 MTF는 시야각 50°에서 200LP/mm 기준 20%입니다.

잘못된 사용 예:

이 렌즈의 MTF는 20%입니다.

해상도로 표현된 순간 시야각

“각도 분해능”은 항공우주·방위 산업 분야와 컴퓨터 비전 엔지니어들이 사용합니다.

시스템의 각도 분해능은 시야각(FoV) 1도당 픽셀 수를 결정합니다. 또는, 물체를 가로지르는 단위 거리당 픽셀 수를 결정합니다.

정의:
  • 이미지 내의 한 픽셀이 물체 공간에서 차지하는 각도(또는 분)의 크기.
각도 분해능 계산 방법:

왜곡 프로파일에 대한 각도 분해능이 포함된 당사의 고급 시야각 계산기를 사용해 보세요.

각도 분해능을 표현하는 방법:

각 분해능과 시야각을 모두 포함하십시오.

올바른 사용법:

이 이미징 시스템은 25°의 시야각에서 1도당 12px의 각도 분해능을 갖습니다.

잘못된 사용 예:

이 이미징 시스템의 각도 분해능은 1도당 12픽셀입니다.

각도 분해능이 컴퓨터 비전에 미치는 영향은 무엇인가?

각도 분해능은 네트워크에 입력할 수 있는 최대 물체 크기를 정의합니다. 이는 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. Dollar 등(et al.)은 보행자 탐지기의 평균 누락률에 미치는 직접적인 결과를 보여주었습니다. 50픽셀 미만의 경우, 최첨단 탐지기조차 탐지 시 50%의 누락률을 보일 수 있습니다. 이 수치는 물체 크기가 작아질수록 급격히 증가합니다.

물체의 픽셀 크기가 50 픽셀 미만으로 줄어들수록 보행자 감지 오류율이 급격히 증가하고 있다
컴퓨터 비전의 각도 분해능과 크기: 물체의 크기가 작아질수록 탐지 누락률이 증가한다.

출처: Dollár 외, “보행자 감지: 최신 기술 동향 평가”

메가픽셀과 MTF를 합산한 해상도

“효과적인 해결책”이라는 표현은 렌즈 공급업체의 마케팅 팀에서 사용됩니다.

유효 해상도는 새로운 카메라를 설계할 때 렌즈 후보를 신속하게 좁혀주는 방법입니다. 카메라 하드웨어에 대한 풍부한 경험이 없다면 렌즈의 광학 해상도(MTF)를 이해하기 어려울 수 있습니다. 심지어 경험이 풍부한 카메라 엔지니어들조차 제조사들이 MTF 차트나 테스트를 통해 어떤 속임수를 쓸 수 있는지 모르는 경우가 많기 때문에, 유효 해상도는 시스템 수준의 해상도를 파악할 수 있는 지름길이 될 수 있습니다.

정의:
  • 렌즈의 광학 해상도가 적합하다고 여겨지는 센서 픽셀 수 기준 해상도.
유효 해상도를 표기하는 방법:

화소 수와 이미지 센서 포맷 크기를 모두 포함하십시오.

올바른 사용법:

이 렌즈는 12MP 1/2.3인치 센서에 적합합니다.

잘못된 사용 예:

이 렌즈는 12MP 등급이므로, 광학 해상도는 어떤 12MP 센서와도 호환됩니다.

이 오해의 소지가 있는 지표는 앞으로도 계속 렌즈 제조사들에 의해 남용될 것입니다. 렌즈를 구매하려는 분이라면, 이제 미리 경고받은 셈입니다.

참고 자료 및 관련 링크

  • Dollár 외, “보행자 탐지: 최신 기술 동향 평가”
  • Vasiljevic 외, “컨볼루션 신경망의 인식에 미치는 블러의 영향 분석”

그렇다면, 커먼랜즈에서는 렌즈에 대해 이야기할 때 ‘해상도’라는 용어를 어떻게 사용하고 있을까요?

당사는 렌즈 공급업체로서, 실측된 시스템 해상도 측정 결과를 바탕으로 객관적인 유효 해상도 점수를 제공합니다.

성능에 있어 중요한 것은 최종 화질입니다.

일반적인 렌즈 유효 해상도 측정 기준에 대해서는:
  • 당사는 픽셀 피치가 서로 다른 여러 센서를 사용하여 초점 전반에 걸친 ISO 12233:2014 측정을 수행합니다.
  • 그런 다음, 최대 이미지 서클을 구합니다.
  • 최대 센서 크기와 종횡비를 적용한 후, 총 픽셀 수를 계산합니다.
각 센서 형식 유형별 효과적인 해상도 지표는 다음과 같습니다:
  • 일반 렌즈의 유효 해상도에서 동일한 픽셀 피치 측정값을 도출합니다.
  • 그런 다음, 해당 포맷 유형의 4:3 화면비 센서에 들어갈 수 있는 픽셀 수를 계산합니다.

Commonlands 카탈로그에 수록된 4개의 M12 렌즈입니다. 각 렌즈의 유효 해상도는 앞서 설명한 ISO 12233:2014 표준에 따른 초점 통과 측정 방식으로 평가되었습니다.

3mm M12 저왜곡 렌즈

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6mm M12 렌즈 S 마운트 렌즈

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광각 M12 렌즈

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카메라 사양을 어떻게 정해야 할지 고민 중이신가요?

당사의 무료 웹 기반 AoV 계산기를 사용하여 시스템에 필요한 시야각(Field of View)을 확인하십시오. 그런 다음 M12 렌즈 계산기를 사용하여 요구 사항에 맞는 렌즈를 찾아보십시오. 또한 당사의 피사계 심도 계산기는 모든 센서 및 렌즈 조합에 대한 초점 거리 및 피사계 심도 정보를 제공합니다.

또한 많은 엔지니어들이 흥미를 느낄 만한 다른 계산기들도 몇 가지 마련되어 있습니다.

다음은 몇 가지 M12 렌즈입니다. 당사의 M12 렌즈 계산기를 사용하여 50개 이상의 모든 렌즈를 검색해 보세요.

또한 머신 비전 및 공장 자동화용으로 비용 효율적인 12MP+ C-마운트 렌즈도 보유하고 있습니다.

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