카메라를 올려도 내장 조명의 반사점은 그 자리에 남는다

LIGHTING

광택 면 위의 반사점은 카메라를 올려도 7.5 mm 자리에 남고, 10.8° 눕혀야 화면 밖으로 빠집니다.

조명을 몸체에 넣은 카메라를 광택 있는 검은 사출 커버 위에 걸고, 반사점의 자리와 밝기와 기울기의 대가를 계산했습니다.

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조명이 카메라 몸체 안에 들어 있으면 셋업이 한결 쉬워진다는 생각은 그럴듯합니다. 조명 브래킷을 따로 세울 일이 없고, 화면에 하얀 점이 거슬리면 카메라를 조금 더 높이 올리면 될 것 같거든요. 10월 9일 Clearview가 정리한 VISION 2026 관람기에는 LUCID의 Triton All-In-One이 실렸습니다. 3.2 MP 글로벌 셔터 센서와 액체 렌즈¹와 프로그래머블 LED 조명을 IP67 몸체 하나에 넣은 카메라이고, 출시는 2027년 2분기로 적혀 있습니다.

대상은 광택이 도는 검은 사출 커버로 정합니다. 굴절률 1.5 플라스틱이라 수직으로 들어간 빛의 4 %가 거울처럼 되돌아오고, 흩어져 돌아오는 확산 반사율²은 5 %로 가정합니다. 찾을 것은 폭 100 μm의 흠집입니다. 이런 면에서 하얗게 날아간 점 안으로 흠집이 들어가면 화면에는 아무것도 남지 않고, 그 커버는 양품 상자로 갑니다. 재검 자리에 사람을 하나 더 세우는 비용이 그 뒤를 따르죠.

계산부터 합니다. 몸체에 붙은 내장 조명이 이 커버 위 어디에 반사점을 찍는지, 카메라를 올리면 그 점이 약해지는지, 기울이면 무엇을 내주는지를 차례로 따라갑니다. 카메라는 LUCID가 공개한 2,048 × 1,536 px 사양과 12 mm 렌즈 모델을 기준으로 삼고, 화소는 같은 센서를 쓴 Triton Lite 사양의 2.25 μm를 씁니다. LED가 렌즈 둘레 어디에 몇 개 놓였는지는 공개되지 않아서, 광축에서 15 mm 떨어진 지름 3 mm 발광면으로 가정합니다.

반사점은 LED와 렌즈 사이 한가운데에 생긴다

광택 면은 거울처럼 굴어서, 빛이 들어온 각도 그대로 한 방향으로 튕겨 나갑니다. 이 정반사³가 렌즈에 들어오는 자리는 렌즈의 거울상으로 찾습니다. 욕실 거울 앞에 서면 거울 속 얼굴은 거울 뒤 같은 거리에 서 있죠. 렌즈도 광택 면 아래 같은 깊이에 거울상을 하나 만들고, LED에서 그 거울상까지 그은 직선이 표면을 지나는 곳이 반사점입니다. 표면에서 되돌아오는 4 %는 프레넬 반사⁴로 계산한 값입니다. 나머지 96 %는 플라스틱 안으로 들어가 검은 안료에 대부분 먹히고, 그중 일부만 사방으로 흩어져 나와 배경의 밝기를 만듭니다. 그래서 같은 화면 안에 한 방향으로만 나가는 강한 빛과 사방으로 퍼지는 약한 빛이 함께 찍힙니다.

LED와 렌즈가 같은 높이에 있으면 그 직선은 언제나 표면 위 절반 자리를 지납니다. LED가 광축에서 15 mm 떨어져 있으니 반사점은 광축에서 7.5 mm이고, WD⁵를 100 mm로 하든 300 mm로 하든 이 거리는 변하지 않습니다. 식을 세우면 높이가 약분되어 사라집니다. 점은 그대로예요. 발광면 지름 3 mm도 같은 이유로 표면 위에서 지름 1.5 mm 점이 되고, 이 크기 역시 거리를 타지 않습니다.

그림 속 두 카메라는 높이가 세 배 다른데도 노란 광선이 표면에 닿는 자리가 한 점으로 모입니다. 100 μm 흠집을 세 칸 이상으로 보려는 제 기준에 맞추면 한 칸은 33.3 μm 이하여야 하고, 12 mm 렌즈로는 WD 189.8 mm가 한계입니다. 그 안쪽 180 mm에 걸면 한 칸이 31.5 μm, 시야가 64.5 × 48.4 mm이고, 반사점은 화면 중심에서 238 px 떨어진 자리에 지름 48 px 원으로 찍힙니다.

반사점이 화면 밖으로 나가려면 시야의 절반이 7.5 mm보다 좁아야 합니다. 이 카메라가 맞출 수 있는 가장 가까운 거리 100 mm에서도 시야 세로가 25.3 mm라서, 반사점은 어느 높이에서나 화면 안에 남습니다. 저라면 이 지름 48 px 원을 커버 도면 위에 먼저 그려 둡니다. 로고 테두리나 게이트 자국처럼 흠집이 잘 생기는 자리가 그 원과 겹치는지가 첫 판정이니까요.

거리를 늘리면 배경이 먼저 어두워진다

자리가 그대로라면 밝기라도 줄어드는지 봐야 합니다. 카메라를 올리면 표면에 닿는 빛인 조도⁶가 거리의 제곱으로 줄어서, 180 mm에서 300 mm로 올리면 배경은 0.36배로 어두워집니다. 반사점은 다르게 움직입니다. 렌즈가 보는 반사점은 거울에 비친 LED 발광면 그 자체라서, 그 밝기는 발광면의 밝기에 4 %를 곱한 값으로 거리와 상관없이 고정됩니다. 밤에 불 켠 방에서 유리창을 보면 창밖 가로등은 멀어질수록 흐려져도 창에 비친 방 안 전등은 또렷하게 그대로 남는 것과 같은 모양입니다.

두 밝기를 나누면 반사점이 배경보다 몇 배 밝은지가 나옵니다. 배경을 사방으로 고르게 흩어지는 면으로 두면 비율은 4 % × π × 거리² ÷ (발광면 넓이 7.07 mm² × 5 %)이고, 100 mm에서 3,556배, 180 mm에서 11,520배, 300 mm에서 32,000배입니다. 12비트 카메라가 담는 밝기 단계는 4,096이라서, 180 mm에서는 배경을 가장 어두운 1단계에 눌러 두어도 반사점이 포화⁷를 넘어섭니다. 실제로는 흠집을 보려고 배경을 중간 밝기쯤에 두니, 반사점 주변의 화소까지 번진 빛에 덮여 하얗게 날아간 원은 계산한 48 px보다 커집니다. 렌즈 안쪽 면에서 한 번 더 튕긴 빛이 엉뚱한 자리에 흐린 얼룩을 남기기도 합니다.

그래프의 파란 선은 100 mm에서 노란 4,096 가로선 바로 아래인 3,556배로 출발해 107 mm 근처에서 그 선을 넘고, 그 뒤로는 오른쪽 위로 멀어지기만 합니다. 100 mm라도 배경을 2단계 위로 올리는 순간 반사점은 포화에 닿습니다. 붉은 점선은 제 기준 세 칸이 끝나는 189.8 mm라서, 흠집을 지키며 올릴 수 있는 높이도 거기서 멈춥니다.

높이는 손잡이가 못 됩니다. 올리면 배경만 가라앉고, 189.8 mm를 넘으면 흠집이 세 칸 아래로 떨어집니다. 남은 변수는 각도입니다.

눕힌 각이 10.8°를 넘으면 반사점은 화면 밖으로 빠진다

각도가 변수가 되는 이유는 정반사의 성질에 있습니다. 카메라를 기울이면 표면에서 튕겨 나온 빛줄기는 기울인 각의 두 배만큼 비켜 가고, 렌즈로 돌아오는 반사점은 카메라에서 표면에 내린 수직선의 발 근처로 옮겨 갑니다. 화면 위에서는 광축에서 대략 기울인 각만큼 떨어진 곳에 찍히니, 그 각이 화각의 절반을 넘어서면 점은 화면 밖으로 나갑니다. LED가 렌즈 옆으로 비켜 있는 만큼 점도 한쪽으로 조금 밀려 있어서, 기울이는 방향에 따라 빠지는 속도가 다릅니다. 계산에서는 양쪽 LED 가운데 늦게 빠지는 쪽을 기준으로 잡았습니다.

12 mm 렌즈의 세로 화각은 16.4°입니다. 절반은 8.19°죠. 광축 양쪽 15 mm에 LED가 있다고 보고 반사점의 크기까지 넣어 계산하면, 반사점이 화면 가장자리를 완전히 벗어나는 최소 기울기는 10.81°입니다. 6 mm 렌즈는 세로 화각이 32.1°라서 18.68°까지 눕혀야 하고, 180 mm에서 한 칸이 65.3 μm가 되어 100 μm 흠집은 1.5칸에 그칩니다. 넓게 보는 렌즈일수록 반사점을 피하는 각이 커지는 셈이라, 이 커버에는 12 mm 렌즈만 남습니다.

필름 카메라 위 핫슈에 플래시를 꽂고 정면 인물을 찍으면 눈동자가 빨갛게 나오곤 합니다. 눈 안쪽에서 되돌아온 빛이 플래시 바로 옆 렌즈로 그대로 들어오기 때문이고, 플래시를 렌즈에서 멀리 떼어 다는 브래킷이 그 사이 각을 벌려 줍니다. 몸체에 붙은 조명은 렌즈와의 간격을 벌릴 수 없으니 카메라 전체를 눕혀서 같은 각을 만드는 쪽입니다. 제 기준으로 이 셋업의 사양서 첫 줄은 10.8°라는 숫자입니다.

기울인 만큼 위아래 끝이 초점 밖으로 밀린다

눕힌 카메라에서는 화면 위쪽 끝과 아래쪽 끝이 렌즈에서 서로 다른 거리에 놓입니다. 10.81°로 기울이고 화면 중심을 180 mm에 두면 광축 방향 깊이는 아래 끝 175.2 mm, 위 끝 185.1 mm로 9.9 mm 벌어집니다. 액체 렌즈의 조리개 값⁸은 공개 자료에 없어서 f/4로 두고, 허용 착란원⁹은 화소 2칸인 4.5 μm로 가정하면 180 mm에서 피사계 심도¹⁰는 7.56 mm입니다.

그래프의 파란 선이 노란 7.56 mm 선을 넘는 지점은 8.3°이고, 반사점을 빼는 데 필요한 10.81°는 그보다 오른쪽에 있습니다. 액체 렌즈는 초점면을 통째로 앞뒤로 옮길 뿐 기울이지는 못해서, 초점을 가운데 맞추면 위아래 끝이 각각 1.2 mm쯤 심도 밖으로 나갑니다. 흠집 가장자리가 그 끝에서 한두 칸 번지기 시작하면 저는 그 화면의 숫자를 믿지 않습니다.

깊이 차를 덮으려면 조리개 값이 5.24보다 커야 하고, 실제 눈금으로는 f/5.6입니다. f/4에서 한 단을 조이면 들어오는 빛이 1.96분의 1로 줄어 노출 시간이 두 배 가까이 늘어납니다. 한 칸의 크기도 끝마다 달라져서 위 끝은 33.9 μm가 되고, 100 μm 흠집은 2.95칸으로 제 기준 세 칸에 조금 못 미칩니다. 빛과 칸을 조금씩 내주고 반사점을 지우는 길입니다.

두 LED를 번갈아 켜는 검사대

카메라를 눕히지 않고 반사점을 지우는 방법이 하나 더 있습니다. 광축 양쪽의 LED를 번갈아 켜면 반사점이 +7.5 mm와 −7.5 mm 두 자리에 따로 찍히고, 두 장에서 화소마다 더 어두운 값을 고르면 두 점이 모두 빠집니다. 2005년 Datalogic Scanning이 출원한 미국 특허 US7398927B2가 두 줄 LED를 번갈아 켜고 화소마다 낮은 값을 남겨 정반사를 줄이는 리더를 다룹니다. 두 점의 중심 간격은 476 px이고 지름은 48 px라서 서로 겹칠 일이 없습니다.

조건은 두 장 사이에 커버가 멈춰 있어야 한다는 점입니다. 78 fps로 찍으면 두 장 사이가 12.8 ms이고 한 쌍에 25.6 ms가 들며, 그동안 커버가 한 칸 31.5 μm 안에 머물려면 움직임이 초속 2.46 mm 이하여야 합니다. 멈춘 커버라야 합니다. 이 카메라가 LED를 구역마다 따로 켤 수 있는지는 공개 자료에 없어서 사양서로 확인할 항목입니다.

그림에서는 수직으로 선 카메라 아래 고정 치구와 커버, 그리고 커버 위 좌우 두 반사점의 자리가 핵심입니다. 왼쪽 LED가 켜진 장에는 왼쪽 점만, 오른쪽 LED가 켜진 장에는 오른쪽 점만 하얗게 남고, 판정 단말은 두 장을 합친 영상을 받습니다. 카메라는 WD 180 mm에 그대로 서 있어서 기울기 때문에 생기던 깊이 차와 칸의 차이는 생기지 않습니다.

셋업	① 최소 불량 크기	② 광학 셋업 · WD	③ 알고리즘 파라미터 · 풀어 쓰면
수직, 한 장	100 μm = 3.17칸 (31.5 μm/칸)	12 mm 렌즈, WD 180 mm (3칸 한계 189.8 mm), 내장 조명 전부 켬	반사점 지름 48 px 원은 판정 제외 영역으로 둔다. 그 원 안의 흠집은 놓친다
10.8° 기울임	위 끝 2.95칸, 아래 끝 3.29칸	12 mm 렌즈, 중심 WD 180 mm, f/5.6 (f/4 가정에서 깊이 차 9.9 mm가 심도 7.56 mm 초과)	노출 약 두 배, 위아래 칸 크기 보정. 반사점은 없지만 화면 끝이 흐려지기 쉽다
수직, 양쪽 번갈아	100 μm = 3.17칸	12 mm 렌즈, WD 180 mm, 광축 양쪽 LED를 한 장씩	두 장 화소별 최솟값, 간격 12.8 ms, 쌍 25.6 ms, 이동 2.46 mm/s 이하. 멈춘 커버에서 두 점을 다 지운다

세 줄을 나란히 놓으면 반사점을 지우는 데 드는 값이 줄마다 다른 곳에서 나간다는 점이 보입니다. 한 장으로 끝내는 줄은 원 안의 흠집을, 기울인 줄은 빛과 화면 끝의 또렷함을, 번갈아 켜는 줄은 시간과 정지 조건을 내줍니다. 반대 접근이 나은 조건도 분명합니다. 표면이 무광이어서 정반사가 약하거나, 커버가 멈추지 않고 지나가거나, 반사점 자리에 판정할 형상이 없다면 몸체 조명 그대로 한 장을 찍는 쪽이 간단하고, 커버 전체가 굽은 면이라면 바깥에 돔 조명을 따로 다는 편이 낫습니다. 실제 커버의 광택과 곡률에서 이 숫자가 얼마나 맞을지는 샘플 테스트 전 확언 불가입니다.

조명까지 몸체에 넣은 카메라가 남기는 숙제

카메라를 고르기 전에 커버 표면이 거울에 가까운지부터 봅니다. 거울에 가깝다면 반사점 자리를 7.5 mm처럼 도면에 그리고, 그 자리를 피할 방법을 기울기와 번갈아 켜기 가운데서 고릅니다. 저라면 정지 검사대에서는 번갈아 켜기를, 커버가 움직이는 자리에서는 바깥 조명을 먼저 검토합니다. 입문하신다면 거울상을 그려 반사점을 찾는 작도를 종이 위에서 한 번 해 보시길 권합니다.

이 작도와 계산을 일로 삼는 사람이 머신비전 엔지니어이고, 조명을 고르는 순간 반사점이 어디 찍힐지 말해 주는 사람이 있으면 시운전이 짧아집니다. 설비에 돈을 대는 쪽에서 보면 내장 조명 카메라는 브래킷과 조명 컨트롤러와 배선을 덜어 주는 대신, 광택 부품에서는 기울임 치구나 두 장 촬영의 시간이 값으로 붙습니다. 그 값을 셋업 전에 계산해 두면 나중에 조명을 바꾸며 치구를 다시 깎는 일을 줄입니다. 이 글은 기술 설명이며 투자 권유가 아닙니다. 자세한 내용은 면책조항을 참고하세요.

현장 노트

광택 커버를 이 카메라로 본다면 저는 커버 대신 같은 광택의 검은 평판을 180 mm 아래에 두고 LED만 켠 사진부터 찍습니다. 하얀 점이 화면 중심에서 몇 mm 떨어져 찍히는지 재면, 그 거리의 두 배가 공개되지 않은 LED와 광축 사이 거리입니다. 그 값으로 10.8° 대신 실제 최소 기울기를 다시 계산하고, 기울인 상태에서 화면 위아래 끝에 빗금 차트를 붙여 가장자리가 몇 칸에 걸쳐 번지는지 봅니다.

현장 체크포인트

평판 사진 한 장으로 LED 위치를 알아낸 다음에는, 반사점과 기울기와 촬영 횟수를 사양서 문장으로 옮겨 아래 질문에 하나씩 답해 봅니다.

• WD 180 mm(12 mm 렌즈, 3칸 한계 189.8 mm)가 커버와 치구 높이를 더하고도 확보되는가? (카메라가 이 높이에 걸릴 자리가 있는지)
• 평판 사진에서 잰 반사점 거리의 두 배로 LED 위치를 확인했는가? (가정한 15 mm와 다르면 반사점 자리와 기울기를 다시 계산하는지)
• 반사점 원(지름 1.5 mm, 48 px)이 로고 테두리나 게이트 자국처럼 흠집이 잘 생기는 자리와 겹치지 않는가? (겹친다면 그 자리의 흠집을 놓치는지)
• 기울인다면 화면 위아래 끝의 깊이 차가 조리개 값으로 정해진 피사계 심도 안에 드는가? (f/4 가정에서 9.9 mm 대 7.56 mm)
• 번갈아 켠다면 LED를 구역별로 따로 켤 수 있고, 두 장 사이 25.6 ms 동안 커버가 멈춰 있는가? (카메라 사양서와 치구로 확인하는지)
• 커버가 굽은 면이거나 무광이어서 계산과 다른 반사가 나오지 않는지 샘플 사진으로 확인했는가? (계산만으로 단정하지 않는지)

자주 묻는 질문

무광 사출품에서도 반사점을 걱정해야 하나요?

무광 면은 빛을 사방으로 흩어 보내서 한 점에 몰린 정반사가 거의 생기지 않습니다. 이때는 몸체 조명이 만드는 밝기 차이가 주로 거리와 각도에 따른 조도 차이라서, 화면 가장자리가 중심보다 조금 어두운 정도로 나타납니다. 그 정도는 노출과 평탄화 보정으로 다루는 영역이고, 내장 조명 카메라가 가장 편하게 쓰이는 표면입니다.

편광 필터를 렌즈 앞에 달면 반사점이 지워지나요?

플라스틱 같은 비금속 표면의 정반사는 들어온 빛의 편광을 대체로 유지하므로, 조명과 렌즈 앞에 서로 직각인 편광 필터를 두면 많이 줄어듭니다. 조건은 조명 쪽에도 편광 필터가 있어야 한다는 점이라, 몸체 조명 앞에 필터를 달 수 있는지가 먼저입니다. 편광 필터 두 장은 빛도 크게 줄이므로 노출 여유를 함께 계산해야 하고, 금속 도금면에서는 결과가 달라서 샘플로 확인할 일입니다.

용어 풀이

• [1] 액체 렌즈 liquid lens
  액체 경계면의 곡률을 전압으로 바꿔 초점을 옮기는 렌즈입니다. 움직이는 부품 없이 초점을 맞춥니다. ↩
• [2] 반사율 reflectance
  표면에 닿은 빛 가운데 다시 튕겨 나오는 몫입니다. 검은 사출품은 확산 반사율이 낮아서 같은 조명 아래 흰 플라스틱보다 어둡게 찍힙니다. ↩
• [3] 정반사 specular reflection
  매끈한 면에서 빛이 들어온 각도와 같은 각도로 한 방향으로만 튕겨 나가는 반사입니다. 잔잔한 물에 비친 가로등이 한 점으로 보이는 것과 같습니다. ↩
• [4] 프레넬 반사 Fresnel reflection
  굴절률이 다른 두 물질의 경계에서 빛 일부가 되돌아오는 현상입니다. 굴절률 1.5인 플라스틱에 수직으로 들어간 빛은 ((1.5 − 1) ÷ (1.5 + 1))² = 4 %가 되돌아옵니다. ↩
• [5] WD working distance, 작동 거리
  렌즈에서 검사할 면까지의 거리입니다. 본문 계산은 얇은 렌즈 근사로 렌즈 중심을 기준으로 잡았습니다. ↩
• [6] 조도 illuminance
  면에 닿는 빛의 양으로, 단위는 lx입니다. 점광원에서 거리가 두 배가 되면 4분의 1로 줄어듭니다. ↩
• [7] 포화 saturation
  화소가 담을 수 있는 가장 밝은 값에 닿아 더 밝은 빛을 구별하지 못하는 상태입니다. 화면에서는 하얗게 날아간 자리로 보입니다. ↩
• [8] 조리개 값 f-number
  초점 거리를 렌즈 구멍 지름으로 나눈 값입니다. f/4에서 f/5.6으로 한 단 조이면 들어오는 빛은 약 절반이 됩니다. ↩
• [9] 허용 착란원 circle of confusion
  초점이 어긋나 점이 번진 원을 어디까지 또렷하다고 볼지 정한 지름입니다. 본문에서는 화소 2칸, 4.5 μm로 잡았습니다. ↩
• [10] 피사계 심도 depth of field, DOF
  초점을 한 거리에 맞췄을 때 앞뒤로 또렷하게 보이는 깊이의 폭입니다. 조리개를 조일수록 넓어집니다. ↩

참고 자료

• LUCID Vision Labs, LUCID at VISION 2026 (Triton All-In-One TAO034S: 2,048 × 1,536 px, 78 fps, 2.5GigE, IP67, 6 mm 42° × 31°, 12 mm 22° × 16°, WD 100 mm~∞, Triton Lite 2.25 μm 화소), 2026년 10월 20일 열람
• Clearview Imaging, What Vision 2026 Told Us About Where Machine Vision Is Heading (2026년 10월 9일, Triton All-In-One의 액체 렌즈·LED 조명·출시 시기)
• 미국 특허 US7398927B2, Datalogic Scanning Inc, Data reader and methods for imaging targets subject to specular reflection (2005년 출원, LED 두 줄을 번갈아 켜고 화소별 낮은 값을 남기는 방식)
• 미국 특허 US8212857B2, Microsoft Corp, Alternating light sources to reduce specular reflection (2007년 출원, 광원을 번갈아 켠 영상을 합쳐 반사점을 줄이는 방식)
• 계산식: 반사점 자리 = LED와 광축 사이 거리 ÷ 2, 프레넬 반사율 = ((n − 1) ÷ (n + 1))², 반사점 대 배경 = 정반사율 × π × 거리² ÷ (발광면 넓이 × 확산 반사율), 한 칸 = 화소 × (WD − f) ÷ f, 피사계 심도 ≈ 2 × N × c × (m + 1) ÷ m² (m = f ÷ (WD − f))