카메라 정밀도
이 섹션에서는 카메라 정밀도(accuracy) 평가에 사용되는 주요 지표와, 정밀도에 영향을 미치는 요소들을 설명합니다.
카메라 정밀도 평가 지표
카메라 정밀도는 절대 정밀도와 반복 정밀도로 나뉩니다. 다음 섹션에서는 이 두 가지 정밀도 지표를 소개합니다.
절대 정밀도 (Absolute Accuracy)
카메라의 절대 정밀도는 카메라가 수집한 데이터의 실제 값과의 일치 정도를 평가하는 지표이다. 이 지표는 VDI/VDE 2634 Part 2 표준에 따라 테스트되었으며, 테스트 결과는 카메라 기술 사양에서 VDI/VDE 측정 정밀도로 제공됩니다.
테스트 방법:
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세라믹 재질의 표준 측정 도구 (아령 모양으로, 두 개의 구체가 막대로 연결된 구조)를 사용합니다.
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측정 도구를 3D 공간 내 7개의 고정된 위치에 순차적으로 배치하고(아래 그림 참조), 카메라로 포인트 클라우드 데이터를 캡처합니다.
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포인트 클라우드 데이터에서 두 구면을 피팅하고 구 중심의 좌표를 계산한 다음 구 중심 사이의 거리(측정값)를 계산합니다.
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측정된 구 중심 거리와 참값의 차이를 계산한 후, 이를 참값으로 나눠 구 중심 거리 오차를 구합니다. 7개 오차 중 최대값을 절대 정밀도로 사용합니다.
반복 정밀도 (Repeatability)
반복 정밀도는 '단일점의 Z방향 반복 정밀도’와 '구역의 Z방향 반복 정밀도’로 나뉩니다. 상세한 설명은 카메라 기술 사양 내용을 참조할 수 있습니다.
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단일점의 Z방향 반복 정밀도(1σ) : 카메라가 획득한 단일 픽셀의 뎁스 데이터(Z값)를 얼마나 일관되게 측정하는지 평가하는 지표입니다.
테스트 방법:
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대상 물체는 난반사 특성을 가진 거친 표면의 흰색 세라믹 플레이트(ceramic plate)를 사용합니다.
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작업 거리별로 세라믹 플레이트에 대해 총 100회의 데이터를 반복 수집합니다.
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각 작업 거리에서, 테스트 영역 내 각 픽셀의 100개 뎁스 값에 대한 표준 편차를 계산합니다. 모든 표준 편차의 중앙값을 해당 작업 거리에서의 '단일점의 Z방향 반복 정밀도’로 사용합니다.
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구역의 Z방향 반복 정밀도(1σ) : 카메라가 수집한 평면 영역에서 반복적으로 획득한 뎁스 데이터의 일관성을 나타냅니다. UHP-140-GL 카메라만 이 지표를 제공합니다.
테스트 방법:
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대상 물체는 난반사 특성을 가진 거친 표면의 흰색 세라믹 플레이트(ceramic plate)를 사용합니다.
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작업 거리별로 세라믹 플레이트에 대해 총 100회의 데이터를 반복 수집합니다.
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세라믹 플레이트의 뎁스 맵에서 두 개의 200×200 픽셀 영역을 선택하여 각각의 평균 뎁스 값을 계산하고, 그 차이를 계산합니다.
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각 작업 거리에서 100개의 평균값 차이에 대한 표준 편차를 계산하여 해당 거리에서의 '구역의 Z방향 반복 정밀도’로 사용합니다.
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카메라 정밀도에 영향을 미치는 요소
카메라 정밀도는 다음과 같은 요소에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
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하드웨어 : 카메라나 그 구성 요소(프로젝터, 이미지 센서 등)가 정상적으로 작동하지 않거나 손상된 경우입니다. 다른 장치와의 충돌로도 오작동이 발생할 수 있습니다.
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환경 요인 : 조명, 온도, 습도, 진동과 같은 요인은 카메라 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 특히, 온도 드리프트(thermal drift)는 카메라 정밀도에 큰 영향을 미칩니다.
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기계 변형 : 카메라가 장착된 구조물이 변형되거나 흔들리면 카메라의 위치가 불안정해져 정밀도가 떨어집니다.
작업 거리가 멀어질수록 반복 정밀도가 저하됩니다. 이 부분은 카메라 기술 사양의 단일점의 Z방향 반복 정밀도 내용을 참조하세요.
온도 드리프트 (Thermal Drift)
온도 드리프트는 카메라의 온도 변화로 인해 카메라가 출력하는 좌표 데이터가 변동되는 현상입니다. 카메라 내부의 광학 부품(프로젝터, 렌즈 등)이 열 팽창과 수축으로 인해 구조와 위치가 바뀌면, 삼각 측량 원리에 따라 생성된 좌표 데이터가 달라지게 됩니다.
온도 드리프트를 일으키는 온도 변화는 다음 두 가지 원인에서 발생합니다.
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카메라 내부 온도 : 카메라가 전원이 들어오면 내부 부품이 열을 발생시켜 카메라 온도가 상승합니다.
주변 온도가 변하지 않을 경우, 카메라 내부에서 생성된 열과 주변 환경으로 방출된 열이 결국 카메라의 온도를 안정화(열평형에 도달)시킵니다.
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주변 환경 : 카메라의 온도는 주변 온도의 변화에 따라 변합니다.
카메라가 열평형에 도달한 후에도, 주변 온도가 변하면 카메라 온도도 영향을 받습니다.
온도 드리프트는 카메라의 절대 정밀도와 반복 정밀도에 영향을 미치며, 카메라에서 출력하는 좌표 데이터가 프로젝트 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. 이를 최소화하기 위해 다음과 같은 조치가 필요합니다.
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예열 : 핸드-아이 캘리브레이션, 내부 파라미터 검사 및 보정, 그리고 카메라로 데이터 획득 등 작업을 수행하기 전에 카메라를 충분히 예열해 열평형에 도달하도록 합니다. 예열 방법에 관한 설명은 예열 섹션을 참조하세요.
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주변 온도 조절 : 카메라 주변 온도를 일정하게 유지하여 온도 변화로 인한 온도 드리프트를 방지하세요.
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비전 시스템 정확도 드리프트 자동 보정 : 3D 비전 가이던스 애플리케이션에 카메라가 사용되는 경우, 이 기능을 통해 온도 드리프트 등의 문제를 해결하고 시스템 안정성을 보장합니다.