감시 카메라 렌즈 선정 방법
네 가지 사항을 올바르게 결정하면, 고정 초점 대 가변 초점 및 마운트 형식 선택은 자연스럽게 결정됩니다. 즉, 주야간 IR 차단 필터 전환, 근적외선(NIR) 파장, 저조도 조리개, 그리고 설치 시 마운팅 거리가 고정될지 여부입니다.
주간/야간 촬영 및 적외선 보정
카메라에 기계식 IR 차단 필터 전환 장치가 장착되어 있는 경우, 항상 IR 보정 렌즈를 사용하십시오. 낮에는 스위처가 적외선 차단 필터를 장착하여 센서가 가시광선만 감지하도록 함으로써 색상이 정확하게 표현되도록 하며, 밤에는 필터를 제거하여 센서가 근적외선(NIR) 조명을 이용해 저조도 흑백 이미지를 촬영할 수 있게 합니다. 이 전환 과정 동안 렌즈는 초점 정렬을 유지해야 하며, 그렇지 않으면 스위처가 전환될 때마다 이미지가 흐려집니다.
커먼랜즈는 바로 이러한 용도로 제작된 IR 보정 M12 렌즈를 취급하고 있습니다: CIL046 4.4mm M12 렌즈는 최대 8MP의 1/1.7" 센서용으로 F/2.0에서 RGBIR 보정이 적용되었으며, CIL290 1.9mm M12 어안 렌즈는 최대 5MP의 1/2.7" 센서용으로 IR 보정이 적용되었고, 옵션으로 660nm IR 차단 필터가 장착된 모델도 제공됩니다. 두 제품 모두 IR 차단 필터가 장착된 버전과 미장착 버전으로 제공됩니다.
일반 유리는 가시광선 파장대와 근적외선(NIR) 파장대에서 서로 다른 굴절률을 보이기 때문에, 가시광선에만 최적화된 렌즈는 근적외선 빛이 주를 이루는 상황에서는 초점이 약간 다른 평면에 맞춰져 가장 선명한 이미지를 형성합니다. 적외선 보정 렌즈 설계는 유리의 굴절률을 보정하여 두 파장대 전반에 걸쳐 초점 평면이 일관되게 유지되도록 합니다. 전체 작동 원리에 대해서는 ‘적외선 보정 렌즈 가이드’와 ‘대역통과 필터 가이드’에 수록된 주간/야간 필터 전환기 설명 부분을 참조하십시오.
설치 환경에 스위처가 없는 경우(주간 전용 고정 컬러 카메라 또는 야간 전용 고정 NIR 카메라), 표준 비-IR 보정 렌즈로도 충분합니다. 이는 해당 렌즈가 단일 대역에 최적화되어 있어 대역 간 전환이 필요하지 않기 때문입니다. 주야간 겸용 시스템의 벤치 테스트 시에는 단일 조명 조건 하에서 정적인 초점 점검에만 의존하기보다는, 주간(IR-cut) 및 야간(NIR) 상태를 모두 테스트해야 합니다.
850nm 대 940nm 근적외선(NIR) 조명
850nm와 940nm는 감시 용도로 흔히 사용되는 두 가지 근적외선(NIR) 조명 파장이며, 이 둘 중 하나를 선택할 때는 탐지 거리와 은밀성 사이에서 절충점을 찾아야 합니다. 850nm 조명기는 희미한 적색 빛을 발산하지만, 대부분의 CMOS 센서는 940nm보다 850nm에서 훨씬 더 높은 양자 효율을 유지합니다. 이는 동일한 조명기 출력에서도 더 많은 사용 가능한 신호를 얻을 수 있으며, 종종 더 긴 유효 탐지 거리를 확보할 수 있음을 의미합니다. 940nm는 눈에 보이지 않는 파장에 충분히 가까워 대부분의 사람들이 조명기의 작동을 알아차리지 못하지만, 센서의 반응은 일반적으로 덜 강하며, 940nm 감도에 맞춰 특별히 선정된 센서와 렌즈를 사용하지 않는 한 화질이나 사거리가 떨어집니다.
여기서 렌즈의 역할은 단순히 조명 선택 그 자체보다 더 좁은 범위에 국한됩니다. 즉, 적외선 보정 렌즈는 조명기가 사용하는 근적외선(NIR) 대역 전반에 걸쳐 초점을 유지해야 하며, 렌즈 코팅 및 유리 투과율은 단순히 가정하는 것이 아니라 해당 특정 파장에 맞춰 확인해야 합니다. 850nm에서 성능이 검증된 렌즈라고 해서 940nm에서도 자동으로 동일한 보정 효과를 보이는 것은 아닙니다. 센서 측 양자 효율 비교에 대해서는 ‘850nm 대 940nm’ 가이드를 참조하십시오.
최대 감지 범위와 화질을 최우선으로 고려하며, 일루미네이터의 희미한 빛이 허용되는 경우에는 850nm를 선택하십시오. 설치 시 일루미네이터가 사실상 눈에 띄지 않아야 하는 경우에는 940nm를 선택하십시오. 단, 센서 모델에 따라 940nm에서의 양자 효율이 크게 다르므로, 결정하기 전에 센서 데이터시트에서 940nm에서의 양자 효율을 반드시 확인하십시오.
저조도 조리개 선택
F값이 낮을수록 더 밝은 렌즈는, 주어진 노출 및 게인 설정에서 단위 시간당 더 많은 빛을 모아주며, 이는 조도 조건이 고정된 상황에서 야간 화질을 결정하는 주요 요소입니다. CIL522 12mm C-마운트 렌즈는 F/1.4에서 F/16까지 조절 가능한 조리개를 갖추고 있어, 야간에는 조리개를 F/1.4로 완전히 열어 최대 광량 확보가 가능하며, 주간에는 조리개를 조여 눈부심을 제어하고 피사계 심도를 확장할 수 있습니다. 반면 M12 저조도용 렌즈들은 제조 시 단일 조리개 값으로 고정되어 있으며, CIL046은 고정 조리개 F/2.0으로 제공됩니다.
조리개를 조이면 F값이 커질수록 증가하는 대가가 있는데, 바로 회절 현상입니다. 550nm 가시광선에서 F/8일 때의 에어리 원반 직경은 대략 10.7µm이고, F/11일 때는 대략 14.8µm입니다. 850nm 근적외선(NIR) 조명 하에서는 두 직경 모두 대략 1.5배씩 증가합니다. 이는 이미 CIL522의 4.2µm 픽셀 피치의 2.5~3.5배에 달하며, 조리개 자체가 해상도를 제한하는 지점을 훨씬 넘어선 수치입니다. 실제로 소형 픽셀 C-마운트 감시용 렌즈는 F/5.6~F/8 정도에서 회절 한계에 도달하므로, 주간 촬영 시 눈부심이나 피사계 심도 조절을 위해 조리개를 조일 때는 사용 가능한 최소 조리개 값까지 조이지 말고, 해당 회절 한계가 허용하는 범위 내에서만 조절해야 합니다. 저조도 렌즈 선정 가이드를 참조하십시오.
고정 초점 대 가변 초점
고정 초점 거리 렌즈는 더 간단하고, 더 콤팩트하며, 대개 가격도 저렴한 옵션으로, 설치 전에 장착 거리와 필요한 촬영 범위가 이미 파악되어 있는 경우 실용적인 선택입니다. 고정된 출입구 위에 일정한 높이로 장착된 카메라의 경우, 시운전 후 시야각을 변경해야 할 필요가 거의 없으므로, 고정 렌즈를 사용하면 기계적 조정 과정이 필요 없어지고 잠재적인 고장 요인도 제거됩니다.
가변 초점 렌즈를 사용하면 설치 담당자가 광학 부품을 교체하지 않고도 현장에서 초점 거리와 시야각을 조정할 수 있습니다. 이러한 유연성은 설치 담당자가 지붕이나 전신주에 도착한 후에야 정확한 장착 거리가 확정되거나, 시운전 후 커버리지 요구 사항 자체가 변경될 수 있는 경우에 그 비용을 충분히 상쇄해 줍니다. Commonlands의 현재 M12 및 C-마운트 제품군은 고정 초점 렌즈로 구성되어 있습니다. 자세한 비교 내용은 고정 초점 렌즈와 가변 초점 렌즈 비교 가이드를 참조하십시오.
범위 대 커버리지
광각 렌즈와 망원 렌즈는 서로 다른 문제를 해결하며, 동일한 센서 해상도에서 두 가지 역할을 모두 잘 수행하는 렌즈는 없습니다. 초점 거리가 짧을수록 장면의 폭을 더 넓게 포착하지만, 센서의 픽셀이 더 넓은 장면에 분산되어 특정 피사체에 할당되는 픽셀 수가 줄어듭니다. 반면 초점 거리가 길수록 픽셀이 더 좁은 영역에 집중되어, 전체적인 화각은 줄어들지만 멀리 있는 피사체의 세부 묘사력은 향상됩니다.
머신 비전 전반에 걸쳐 사용되는 것과 동일한 직선적 관계가 여기에도 직접 적용됩니다: EFL = (작동 거리 × 센서 폭) / 장면 폭. 이 선형 관계는 일반적인 감시용 설치 환경에서와 같이 작동 거리가 초점 거리보다 훨씬 더 긴 경우에 성립합니다. 이 공식은 CIL290과 같은 어안 렌즈는 제외합니다. 190° 어안 렌즈의 촬영 범위는 대신 렌즈 고유의 왜곡 매핑을 따릅니다. 시야각 계산기를 사용하여 특정 설치 환경에 대한 기하학적 조건을 확인하십시오.
커버리지 계획에서 가장 먼 거리에서 설치 대상에 실제로 필요한 세부 표현 수준을 결정한 다음, 그 거리에서 해당 픽셀 밀도를 달성할 수 있도록 초점 거리와 센서 해상도를 설정해야 합니다. 초점 거리를 먼저 정하고 세부 표현이 따라오기를 기대해서는 안 됩니다. 광각 카메라 한 대와 특정 병목 지점을 겨냥한 하나 이상의 장초점 거리 카메라를 조합한 다중 카메라 레이아웃은 이러한 접근 방식의 직접적인 결과입니다. 광각 카메라는 상황 인식을 담당하고, 장초점 거리 카메라는 신원 식별 수준의 세부 정보가 실제로 필요한 영역을 담당합니다.
센서 포맷 및 해상도 일치
직선형 렌즈의 경우, 이미지 서클이 센서의 대각선을 여유 있게 덮어야 하며, 그렇지 않으면 나머지 사양이 아무리 훌륭하더라도 모서리 부분에 비네팅 현상이 발생합니다. 피쉬아이 렌즈는 예외입니다. 피쉬아이 렌즈의 원형 이미지는 대각선을 넘을 수 있도록 크기가 조정되는 것이 아니라, 센서에 의해 의도적으로 잘려 나갑니다. M12 광학 장치를 사용하는 소형 IP 카메라 모듈의 경우 일반적인 감시용 센서 크기는 1/2.9"에서 1/1.7"까지이며, 고해상도 C-마운트 모델의 경우 최대 2/3" 또는 1.1"까지 지원됩니다. CIL046은 8MP에서 최대 1/1.7"까지 지원하며, CIL290 어안 렌즈의 5.8mm 이미지 서클은 1/2.7" 센서와 호환되고, CIL542는 2.5µm 픽셀 피치를 가진 25MP 1.1" 센서를 지원합니다.
렌즈의 분해능은 최소한 센서의 픽셀 피치만큼 정밀해야 합니다. 그렇지 않으면 광학적인 흐림 현상이 제한 요인이 되어, 추가된 메가픽셀이 실제 사용 가능한 디테일을 거의 제공하지 못하게 됩니다. 인접한 두 렌즈의 이미지 서클 등급 사이에서 고민될 경우, 커버리지 측면에서는 더 큰 쪽을 선택하는 것이 더 안전한 기본 원칙이지만, 특정 센서에 대한 분해능 및 CRA 호환성은 가정하지 말고 반드시 확인해야 합니다. 공간 분해능 가이드와 센서 크기 및 렌즈 호환성 가이드를 참조하십시오.
실외용 카메라의 방진·방수 처리
렌즈는 밀폐된 카메라 하우징의 돔이나 창 뒤에 위치하지 않고, 외부 기상 조건에 직접 노출될 때만 별도의 침투 방지 등급이 필요합니다. 렌즈 전면 요소가 외부 환경과 직접 접촉하는 보드 레벨 및 오픈 프레임 설계의 경우, 렌즈 자체의 등급이 특히 중요합니다. Commonlands는 실외에 직접 노출되어도 문제없는 엄선된 M12 렌즈를 취급하고 있습니다. CIL290은 적외선 보정 기능을 갖추고 있을 뿐만 아니라 IP67 등급을 획득했으며, CIL948은 IP67 등급과 빗물을 튕겨내는 소수성 전면 렌즈 코팅을 결합한 제품입니다.
렌즈의 IP67 등급은 렌즈 어셈블리 자체를 먼지와 일시적인 침수로부터 보호합니다. 이 등급은 별도로 등급이 지정되지 않은 한, 카메라 본체, 커넥터 또는 케이블에는 적용되지 않습니다. 완전히 노출된 실외 설치 환경을 결정하기 전에, 렌즈 수준뿐만 아니라 시스템 전체의 등급을 확인하십시오. IP 등급 가이드와 내구성이 강화된 렌즈 가이드를 참조하십시오.