오목거울을 이용한 3차원 형상측정을 위한 모아레 영상 획득 방법

Abstract

일반적으로 NA(Numerical aperture)가 큰 렌즈를 사용하면 획득된 영상의 품질이 좋아진다. 오목거울은 NA가 크면서 직경이 크게 제작하는 비용이 저렴하다. 본 논문에서는3차원 형상 측정용 모아레 영상의 품질향상을 위해 NA가 큰 대구경 오목거울을 이용한 방법을 제안하고 구현하였다.오목거울은 빛을 반사하는 면이 오목한 거울로써, 가까운 거리에 있는 물체를 볼 때, 물체와 모양은 같고 크게 보이는 것이 특징이다. 보통의 경우, 작은 것을 크게 보거나 빛을 모으는데 이용한다. 오목거울의 집광 특징은 볼록거울과 방향만 다를 뿐 동일한 역할을 하고, 수 미터 직경의 대구경으로 제작하기 용이하며, 대구경이면서 <TEX>$0.8{\sim}2$</TEX>의 높은 NA를 갖는 오목거울을 구현하기 용이하다. 오목거울의 볼록 렌즈와 동일한 집광 특징을 이용하여 망원경 등의 반사경으로 많이 이용하고 있다. 3차원 영상획득 방법을 위해 필요한 장치는 광을 출사하는 광원,광원으로부터 출사된 광을 집광하기 위한 집광렌즈,집광렌즈를 통해 집광되어 입사되는 광을 투과시키는 격자,격자로부터의 출사 광을 평행광으로 출사하는 영사렌즈,영사렌즈의 평행광을 반사시켜 전량의 광을 측정대상물 쪽으로 출사하는 오목거울 그리고 측정 제품으로부터 반사된 반사광을 획득하는 CCD 카메라를 포함한다. 대구경 오목거울로 NA값을 변화시켜서 표면의 굴곡이 심한 납볼의 영상을 획득하여 품질향상 정도를 평가하였다. NA가 <TEX>$0.15{\sim}0.8$</TEX>까지 변화했을 때 영상 내 밝은 부분과 어두운 부분의 차이가 <TEX>$46{\sim}1.33$</TEX>배로 변화하여 NA를 높이면 영상의 품질이 향상됨을 알 수 있었다. In general, a lens with large NA makes image quality better. There are many kinds of cheap concave mirrors with large aperture and NA. This paper presents a method that uses a large aperture projection imaging system to enhance the image used for 3D shape measurement. This method makes it possible to enhance reflection uniformity on the object surface and increases SNR (Signal to Noise Ratio). Using a large aperture lens, it is possible to obtain a brighter image, reducing the shading nature in the image boundary, and enhancing the reflection uniformity even on woven surfaces. Because of the exorbitant cost of a large aperture projection lens larger than 150 mm in diameter, a refractive lens was exchanged with a concave mirror resulting in the same optical effect. In experiment, changing NA <TEX>$0.15{\sim}0.8$</TEX>, image contrast was enhanced from 46 to 1.33. Incidentally, the effect of the concave mirror was tested successfully through the experiment.