시야란 무엇인가요? 임베디드 비전에서 어떤 연관성이 있을까요?

많은 현대의 임베디드 비전 시스템은 다양한 기능 세트와 다양한 비용을 가진 여러 유형의 렌즈와 센서를 활용합니다. 이러한 구성 요소와 통합된 카메라 시스템의 설계는 필요한 이미지 품질을 달성하는 데 큰 역할을 합니다.

그러나 센서와 렌즈를 선택하고 평가하는 것은 어려울 수 있습니다. 올바른 조합은 모든 기준을 충족하는 고도로 최적화된 임베디드 비전 시스템을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 물론 임베디드 카메라 용 렌즈를 선택할 때는 시야(FOV)와 같은 수많은 요소를 고려해야 합니다.

이 글에서는 임베디드 비전에서 FOV의 중요성과 FOV를 결정하는 요소, 그리고 어떤 애플리케이션이 FOV에 가장 많이 의존하는지 알아보겠습니다.

시야(FOV)란 무엇인가요?

시야(FOV)는 카메라가 초점을 맞추거나 캡처할 수 있는 장면의 최대 영역입니다. 각도로 표현됩니다. 카메라의 시야를 측정하는 방법에는 아래에 표시된 대로 수평, 수직 또는 대각선의 세 가지가 있습니다.

그림 1: HFOV, VFOV 및 DFOV

일반적으로 센서의 경우 FOV는 대각선 측정을 의미하며, 이를 DFOV 또는 대각선 FOV라고 합니다. 수평 FOV(HFOV)와 수직 FOV(VFOV)는 사용된 이미지 센서의 종횡비에 따라 달라집니다.

FOV를 계산하는 방법?

이제 FOV 계산에 대해 논의해 보겠습니다. 많은 응용 프로그램에서, 물체와의 필요한 거리와 원하는 시야(프레임에서 보이는 물체의 크기를 결정함)는 알려진 양입니다. 이 정보는 아래에 표시된 것처럼 필요한 각도 시야(AFOV)를 직접 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 2: AFOV(각도 시야)

AFOV를 계산하는 공식은 아래와 같습니다.

어디,

AFOV – 각도 시야

AFOV – 각도 시야

작동거리(WD) – 렌즈와 물체 사이의 거리

반대로, FOV와 작업 거리를 알고 있다면 아래 공식을 사용하여 물체의 크기를 계산할 수 있습니다.

마찬가지로, VFOV와 DFOV를 계산하는 경우에도 위 공식에 너비(또는 수평 F0V) 대신 해당 물체의 높이와 대각선 치수를 각각 대입합니다.

예를 들어, 카메라와 물체가 30cm의 작동 거리에 고정되어 있다고 가정해 보겠습니다. 이런 경우 HFOV와 VFOV는 아래에 표시된 것과 같이 눈금(mm)을 사용하여 수동으로 측정합니다.

그림 3: 수동 HFOV 및 VFOV 계산

그런 다음 위의 공식을 사용하여 mm 단위의 값을 도로 변환합니다.

임베디드 비전 애플리케이션에서 FOV의 중요성

FOV는 카메라를 임베디드 비전 시스템에 통합하는 동안 고려되는 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 지능형 운송 시스템, 자율 주행 로봇, 원격 환자 모니터링 시스템 또는 자동 스포츠 방송 장치이든 FOV는 장면의 필요한 세부 정보를 캡처하는 데 중요한 역할을 합니다. 렌즈의 FOV는 최종 애플리케이션 요구 사항에 따라 넓거나 좁게 설정할 수 있습니다.

렌즈 선택에 대한 자세한 내용은 임베디드 카메라 애플리케이션에 적합한 렌즈를 선택하는 방법을 참조하세요.

FOV에 의존하는 주요 임베디드 비전 애플리케이션

자율 주행 모바일 로봇

넓은 시야는 일반적으로 자율 모바일 로봇이 복잡한 환경을 탐색하고 장애물을 피할 수 있도록 합니다. 넓은 FOV는 또한 로봇이 주변 환경을 실시간으로 감지하고 분석하여 창고, 제조 현장, 공공 장소와 같은 역동적인 환경에서 안전하게 이동하고 작동할 수 있는 능력을 향상시킵니다. 큰 수직 FOV는 모든 높이의 장애물을 감지하여 로봇이 선반이나 오버헤드 컨베이어와 같은 매달린 장애물 아래로 탐색할 수 있도록 합니다. 창고 AMR의 경우 각각 270° FOV를 제공하는 반대쪽 모서리에 배치된 두 대의 카메라는 완벽한 상황 인식을 제공할 수 있습니다. 이 설정을 통해 AMR은 사각 지대나 뒤에서 오는 물체에 대해 걱정하지 않고 효율적으로 회전하는 동시에 좌우, 전방, 후방 등 모든 방향으로 자유롭게 탐색할 수 있습니다.

스마트 교통 시스템

스마트 교통 시스템은 넓은 FOV를 갖춘 카메라를 활용하여 도로 교통을 원활하게 모니터링하고 관리합니다. 이러한 카메라는 실시간 교통 흐름 분석 및 사고 감지를 수행하기 위해 넓은 지역의 포괄적인 뷰를 캡처합니다. 넓은 도로 구간을 커버한다는 것은 교통 위반, 사고 및 혼잡을 신속하게 식별할 수 있다는 것을 의미합니다. 또한 더 넓은 뷰는 차량 계산, 객체 분류 및 차선 규율 모니터링과 같은 고급 기능을 강화합니다. 이는 교통 흐름을 최적화하고 전반적인 안전을 개선하는 데 도움이 되는 중요한 실시간 데이터를 제공합니다.

스포츠 방송 시스템

자동 스포츠 방송 시스템은 넓은 FOV를 가진 카메라를 사용하여 전체 필드나 코트를 커버합니다. 따라서 스포츠 구역 내의 모든 움직임이 포착되어 시청자가 몰입감 있는 방식으로 경기를 경험할 수 있습니다. 넓은 FOV는 선수의 움직임과 전략적 플레이와 같은 측면을 포착하는 데도 중요하여 전반적인 방송 품질을 향상시킵니다. 더욱이, 더 넓은 FOV 카메라는 여러 개의 기존 카메라를 잠재적으로 대체하여 제작을 간소화하고, 설정 복잡성과 인력 필요성을 줄입니다.

리모트 환자 모니터링 시스템

리모트 환자 모니터링 시스템은 환자에 대한 정확하고 완전한 관찰을 제공하기 위해 최적의 FOV를 갖춘 카메라에 의존합니다. 이러한 카메라는 모든 관련 움직임과 상태를 포착하여 의료 제공자가 환자의 건강을 모니터링할 수 있도록 합니다. 이는 시기적절한 의료 개입과 향상된 원격 환자 안전으로 이어집니다.

산업 자동화 시스템

품질 검사와 같은 기능을 위한 산업 자동화 시스템은 조립 라인에서 제품을 면밀히 조사하기 위해 정확한 FOV 설정을 갖춘 카메라에 의존합니다. 결함을 즉시 감지하여 철저한 제품 검사에 필요한 이미징 데이터를 캡처합니다. 게다가 제조업체는 검사 프로세스를 최적화하고 오류를 줄이며 일관된 제품 표준을 유지할 수 있습니다.

렌즈와 임베디드 카메라 시스템의 FOV를 결정하는 요소

대부분의 임베디드 카메라 애플리케이션은 넓은 시야 영역을 커버할 만큼 FOV가 넓어야 합니다. 예를 들어, 어안 렌즈는 더 넓은 FOV와 더 큰 피사계 심도(DOF)를 특징으로 하며 따라서 감시 애플리케이션에 적합합니다. 반면, 줌/망원 애플리케이션의 경우 일반/좁은 FOV가 필요할 수 있습니다.

참고로 자율 모바일 로봇 (AMR) 을 살펴보겠습니다 . 이러한 자율 시스템은 장애물 감지 및 장애물 회피(ODOA)를 수행하여 환경을 원활하게 탐색합니다. 많은 시스템이 180도를 초과하는 FOV를 필요로 합니다. 이 초광각 FOV는 다중 카메라 시스템을 사용하여 달성됩니다.

그러나 이를 결정하는 요인이 많다는 것을 이해하는 것이 매우 중요합니다. 이에 대한 ‘일률적’ 접근 방식은 없습니다. 애플리케이션에 적합한 시야와 렌즈를 선택할 때 e-con Systems와 같은 이미징 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다.

읽어보세요 : 멀티 카메라 솔루션을 통합할 때 고려해야 할 중요한 요소는 무엇입니까?

초점거리와 FOV의 관계

초점 거리는 렌즈의 정의 속성입니다. 간단히 말해서, 렌즈와 센서 평면 사이의 거리이며, 렌즈가 무한대에 물체를 초점을 맞출 때 결정됩니다. mm 단위로 표현됩니다. 초점 거리는 렌즈의 곡률과 재료에 따라 달라집니다. 초점 거리가 짧을수록 AFOV가 넓어지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 아래 이미지를 보고 더 잘 이해해 보세요.

그림 4: 초점 거리 및 AFOV

아래의 방정식은 렌즈의 시야각과 초점거리를 연관시킵니다.

센서 크기와 FOV의 관계

각 임베디드 비전 애플리케이션은 최상의 출력을 얻기 위해 서로 다른 센서 크기 요구 사항을 가지고 있습니다. 작은 센서는 시야가 좁은 반면 큰 센서는 시야가 넓을 수 있습니다.

또한 서로 다른 크기의 센서로 동일한 시야를 캡처하는 옵션도 있습니다. 이는 적절한 초점 거리의 렌즈를 사용하여 수행할 수 있습니다. 결과적으로 짧은 초점 거리 렌즈가 있는 작은 센서와 긴 초점 거리 렌즈가 있는 큰 센서를 사용하여 동일한 FOV를 얻을 수 있습니다.

아래 이미지는 이 개념을 설명합니다.

그림 5: 소형 및 대형 센서를 사용한 FOV 결과 (출처: Panavision)

작업 거리와 FOV 간의 관계

FOV는 또한 카메라와 물체 사이의 거리에 따라 달라집니다. 앞서 논의했듯이 물체가 카메라에 가까울수록 FOV가 더 넓어집니다. 이는 초점 거리가 짧을수록 적절한 초점을 맞추기 위해 더 짧은 작동 거리가 필요하기 때문입니다. 따라서 렌즈와 센서 거리는 작동 거리를 기반으로 설계해야 합니다.

어플리케이션에 맞는 올바른 시야(FOV)를 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

이전 섹션에서 우리는 FOV의 정의와 여러 다른 렌즈 매개변수와의 관계를 이해했습니다. 이제 임베디드 비전 애플리케이션에 적합한 FOV를 선택하는 방법에 대해 논의해 보겠습니다.

대부분의 임베디드 카메라 애플리케이션은 넓은 시야 영역을 커버할 만큼 FOV가 넓어야 합니다. 예를 들어, 어안 렌즈는 더 넓은 FOV와 더 큰 피사계 심도(DOF)를 특징으로 하므로 감시 애플리케이션에 적합합니다. 반면, 줌/망원 애플리케이션의 경우 일반/좁은 FOV가 필요할 수 있습니다.

또한 자율 모바일 로봇 (AMR) 과 같은 인기 있는 임베디드 비전 애플리케이션을 고려해 보겠습니다 . 이러한 자율 시스템은 장애물 감지 및 장애물 회피(ODOA)를 수행하여 환경을 원활하게 탐색합니다. 그리고 이러한 로봇 중 다수는 180도를 초과하는 FOV가 필요합니다. 이 초광각 FOV는 다중 카메라 시스템을 사용하여 달성됩니다.

2개 이상의 카메라를 사용하면 더 높은 해상도를 구현하고 렌즈 왜곡을 방지하며 더 넓은 FOV를 제공합니다. 멀티 카메라 시스템에서 높은 이미징 품질을 얻으려면 일반적으로 약 60-70도의 FOV를 갖는 렌즈를 선택합니다. 그러나 이는 여러 요인에 따라 결정된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 여기에는 ‘모두에게 맞는 단일 크기’ 접근 방식은 없습니다. 애플리케이션에 적합한 시야와 렌즈를 선택할 때 e-con Systems와 같은 이미징 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다. 도움이 필요하면 camerasolutions@e-consystems.com 으로 언제든지 편지를 보내주세요

한편, 멀티 카메라 통합에 대해 더 자세히 알고 싶다면 멀티 카메라 솔루션을 통합할 때 고려해야 할 중요한 요소는 무엇인가요? 라는 기사를 읽어보세요 .

e-con의 와이드 FOV 카메라 – e-CAM130A_CUXVR_3H02R1

e-con Systems 는 임베디드 비전 혁신에 있어서 선두를 달렸습니다. 그리고 우리의 주요 강점 중 하나는 특히 NVIDIA Jetson 시리즈에 대한 플랫폼 측면 전문성입니다. 이를 활용하여 e-con은 최대 360도의 FOV를 제공하는 여러 멀티 카메라 솔루션을 설계했습니다.

그리고 이러한 솔루션 중 가장 인기 있는 것 중 하나는 e-CAM130A_CUXVR_3H02R1 180° FOV 카메라 입니다 . 이는 NVIDIA® Jetson AGX Xavier™ 개발 키트와 직접 인터페이스할 수 있는 동기화된 멀티 카메라 솔루션입니다. 이 카메라 솔루션은 onsemi®의 1/3.2″ AR1335 CMOS 이미지 센서를 기반으로 하는 3개의 13MP 카메라 모듈 로 구성되어 있습니다 . 이러한 4K 카메라 모듈은 아래 이미지에 표시된 대로 180° FOV를 생성하기 위해 안쪽으로 배치됩니다.

그림 6: e-CAM130A_CUXVR_3H02R1 설정

이 솔루션과 관련하여 e-con이 두각을 나타내는 데 도움이 되는 것은 여러 카메라의 이미지를 처리하여 180도 이미지를 생성할 수 있는 독점적인 180도 스티칭 알고리즘입니다. 이 솔루션에 대해 자세히 알아보려면 제품 페이지를 방문하세요.

e-con Systems가 적절한 FOV를 갖춘 렌즈를 선택하는 데 도움을 주는 방법

e-con Systems는 OEM 카메라를 설계, 개발 및 제조하는 데 20년 이상의 경험을 보유하고 있습니다. 그래서 우리는 귀하의 애플리케이션에 적합한 FOV를 가진 렌즈를 선택하는 데 관련된 미묘한 차이를 이해합니다. 우리는 단순히 카메라 공급업체 역할을 하는 것이 아니라 렌즈를 선택하는 전체 과정을 전문적으로 안내할 수 있습니다.

귀하의 어플리케이션에 따라 렌즈에 필요한 FOV를 쉽게 계산하려면 FOV 계산기 페이지를 방문하세요.

e-con Systems의 광각 및 협각 FOV 카메라

우리는 다음을 포함한 광범위한 광각 및 협각 FOV 카메라를 제공합니다.

e-con Systems의 광각 FOV 카메라

• e-CAM200_CUMI2020C_MOD: onsemi® AR2020 기반 20MP 고해상도 카메라
• e-CAM83_CUMI415_MOD: Sony STARVIS™ IMX415 기반 8MP 초저조도 MIPI CSI-2 카메라 모듈
• e-CAM82_CUMI0821_MOD: onsemi® AR0821 기반 8MP 4K 커스텀 카메라 모듈
• e-CAM521_CUMI568C_MOD: Sony Pregius S IMX568 기반 5MP 글로벌 셔터 카메라
• e-CAM55_CUMI0521_MOD: onsemi® AR0521 기반 5MP MIPI 카메라 모듈
• ISX031: Sony® ISX031 센서 기반 자율 주행용 3MP HDR 카메라
• e-CAM221_CUMI462_MOD: Sony STARVIS™ IMX462 기반 초저조도 MIPI 카메라 모듈
• e-CAM217_CUMI0234_MOD: AR0234 기반 Full HD 글로벌 셔터 카메라 모듈
• e-CAM20_CU0230_MOD: onsemi® AR0230AT 기반 2MP HDR 카메라 모듈

e-con Systems의 협각 FOV 카메라

• e-CAM131_CUMI1335_MOD: onsemi®AR1335 기반 13 MP 4K 카메라 모듈
• e-CAM121_CUMI412C_MOD: Sony® STARVIS™ IMX412 기반 12MP 초저조도 MIPI 카메라 모듈
• e-CAM160A_MI298_MOD: 1/2.8″ Sony Exmor RS IMX298 기반 16MP 컬러 자동 초점 MIPI 카메라 모듈
• e-CAM84_CUMI485C_MOD: Sony® STARVIS™ IMX485 기반 8MP 초저조도 카메라 모듈
• e-CAM227_CUMI2312C_MOD: OmniVision의 OV2312 기반 2MP 글로벌 셔터 RGB-IR 카메라 모듈
• e-CAM222_CUMI2311_MOD: OmniVision의 OV2311 기반 2MP 글로벌 셔터 흑백 MIPI 카메라 모듈
• Sony® Pregius IMX264 기반 흑백/컬러 USB 3.0 카메라

또한 광범위한 카메라 맞춤 서비스도 제공합니다. 자세한 내용은  OEM 카메라 맞춤 페이지를  확인하세요 .

또한, 카메라 선택 페이지를  둘러보시면 당사의 전체 제품 포트폴리오를 확인하실 수 있습니다.

다양한 FOV를 갖춘 카메라를 애플리케이션에 통합하는 데 전문가의 도움이 필요하면 camerasolutions@e-consystems.com 으로 메일을 보내주세요.