반사가 심한 표면 촬영 대응법

금속 가공면이나 광택 있는 플라스틱을 촬영하면 화면 일부가 하얀게 날아간다. 그 영역에 결함이 있어도 보이지 않는다.

노출을 줄이면 반사는 줄지만 전체가 어두워져 다른 영역이 안 보인다. 이 글에서는 이 상황을 다루는 방법들을 정리한다.

왜 날아가는가

대상 표면이 거울처럼 동작하기 때문이다. 빛이 들어온 각도와 같은 각도로 나가면, 그 방향에 카메라가 있을 때 광원이 그대로 찍힌다.

종이나 사출품처럼 거친 표면은 빛을 여러 방향으로 흔트리므로 이런 문제가 적다. 반짝이는 표면일수록 빛이 한 방향으로 모이고, 그 방향을 피하는 것이 해법의 출발점이 된다.

가장 먼저 시도할 것이고 돈이 들지 않는다.

조명을 카메라 반대편으로 옮기거나 각도를 낮추면, 반사광이 카메라를 빗나간다. 바 조명을 측면에 두는 구성이 여기 해당한다.

한계 — 표면이 평평하면 통한다. 곡면이거나 기울기가 섞여 있으면 어느 각도를 주든 어딘가는 반사가 남는다.

각도를 피하는 대신 반대로 가는 방법이다. 빛을 카메라 광축과 정확히 같은 방향으로 보내면, 평평한 면은 고르게 밝아지고 기울어진 부분만 어둠게 나온다.

반짝임 자체를 없애는 것이 아니라, 반짝임을 균일하게 만들어 그 위의 변화를 보이게 하는 접근이다. 금속 각인 판독에 자주 쓰인다.

한계 — 하프미러를 거치면서 광량이 크게 줄어든다. 고속 라인에서는 밝기 확보가 과제가 된다.

곡면이나 요철이 있는 광택 표면이라면 각도 조정으로는 해결되지 않는다. 반광형 내부에서 빛을 한 번 반사시켜 사방에서 균일하게 비추는 돔 조명이 답이 된다.

특정 방향의 강한 광원이 없으므로 도드라지는 밝은 반점이 생기지 않는다. 캔이나 병, 곡면 부품의 인쇄 확인에 적합하다.

한계 — 그림자가 없다는 것은 요철도 드러나지 않는다는 뜻이다. 단차 검출과는 상극이다. 구조물이 커서 설치 공간도 필요하다.

조명 앞과 렌즈 앞에 편광 필터를 각각 달고, 두 필터의 방향을 직교하게 맞추는 방식이다.

정반사된 빛은 편광 상태를 유지하므로 두 번째 필터에서 차단된다. 반면 표면에서 산란된 빛은 편광이 헝클어져 일부가 통과한다. 결과적으로 반짝임만 선별적으로 줌어든다.

한계 — 필터 두 장을 거치면서 광량이 크게 줌든다. 또한 금속은 반사 시 편광 특성이 유지되는 정도가 재질마다 달라 효과가 기대보다 작을 수 있다.

한 장으로 안 되면 여러 장을 찍는 방법이 있다.

한계 — 촬영 횟수만큼 시간이 들고, 대상이 움직이면 쓸 수 없다. 고정된 상태에서 검사하는 경우에 한정된다.

각 조명 방식의 원리와 적합·부적합 상황은 머신비전 조명 6가지 방식과 선택 기준에 정리해 두었다.

장비를 사기 전에 순서대로 확인하는 편이 경제적이다.

1번과 2번만으로 해결되는 경우가 생각보다 많다. 조명을 새로 사기 전에 지금 가진 것을 이리저리 움직여보는 시간이 아깝지 않다.

반사 문제는 알고리즘으로 다룰 수 없다. 포화된 픽셀은 정보가 없는 상태이기 때문이다.

히스토그램 상단이 벅하게 막혀 있다면 그것은 조명으로 돌아가라는 신호다.

이 글의 내용은 일반적인 원리를 정리한 것입니다. 실제 적용 시에는 대상과 환경에 맞춰 검증해 주시기 바랍니다.