2023. 2. 22. 21:59ㆍ공부/컴퓨터비전
1. 핀홀 카메라
핀홀 카메라는 컴퓨터 비전에서 이미지를 취득하기 위해 사용되는 기본적인 카메라 중 하나이다.
이 카메라는 작은 구멍으로 이루어진 플레이트와 센서로 구성되어 있습니다.
핀홀 카메라 혹은 바늘구멍 사진기라 불리는데, 렌즈를 사용하지 않고 작은 구멍을 통해 빛을 받아들여 촬영하는 사진기
간단하게 제작이 가능하여 교육용으로도 쓰이며 핀홀 카메라를 이용하여 사진을 촬영하는 사진 작가도 있다.
핀홀 카메라라는 명칭은 영국의 과학자인 David brewaster가 1856년 자신의 저서에서 '핀홀 카메라'라는 단어를 처음으로 사용하며 등장하였다.
핀홀 카메라의 모델은 위의 그림과 같음.
간단한 구조로 형성된 핀홀카메라는 핀홀 평면이 카메라의 렌즈와 똑같다고 보면 되고, X는 실제 물체로 생각하면 된다.
핀홀을 통해 통과된 광선은 영상평면에 투영되어 영상이 맺히게 되고 영상평면에 맺히는 영상의 크기는 핀홀카메라의 초점거리에 따라 결정이 됨.
- X : 실제 물체의 크기
- x : 영상 물체의 크기
- f : 핀홀카메라 초점거리
- z : 카메라와 물체 사이 거리
이 플레이트는 작은 구멍이 있어서, 빛이 그 구멍으로 들어와서 이미지를 형성합니다.
이때 빛은 직선적으로 진행되어서, 카메라 렌즈처럼 빛의 집중이나 퍼짐이 없이, 하나의 점으로 찍히게 됩니다.
이 점을 픽셀로 나타내면 이미지가 만들어집니다.
핀홀 카메라는 간단한 구조로 구성되어 있고, 광학적 왜곡이 없기 때문에 이미지를 해석하거나 측정하기가 상대적으로 간단합니다.
또한, 광학계가 단순하고 실용적이기 때문에 다양한 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 컴퓨터 비전에서는 물체 인식, 추적, 3D 재구성 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
2. 초점거리(FocalLength)
초점거리(Focal length)에 대해 알아보자.
컴퓨터 비전 분야에서 말하는 focal length(초점거리)은 렌즈의 굴절 작용에 의해 빛이 수렴되는 지점과 렌즈 사이의 거리를 말합니다.
이는 렌즈가 빛을 수집하는 능력을 나타내는 값으로, 초점 거리가 더 긴 렌즈는 더 넓은 범위의 이미지를 수집할 수 있으며, 초점 거리가 짧은 렌즈는 좁은 범위의 이미지를 수집합니다.
렌즈의 초점 거리는 렌즈의 형태와 물질에 의해 결정됩니다.
초점 거리가 짧은 렌즈는 넓은 시야각을 가지고, 더 많은 빛을 캡처할 수 있어서 어두운 환경에서도 좋은 성능을 발휘합니다. 반면에 초점 거리가 긴 렌즈는 좁은 시야각을 가지고, 조명이 밝은 환경에서 좋은 성능을 발휘합니다.
컴퓨터 비전 분야에서는 초점 거리를 이용하여, 카메라나 렌즈를 보정하거나 렌즈와 대상 사이의 거리 등과 같은 정보를 계산하는 등 다양한 용도로 활용됩니다. 초점 거리 값은 렌즈나 카메라 스펙에 명시되어 있으며, 일반적으로 밀리미터 단위로 표기됩니다.
초점거리(Focal Length)란 렌즈의 중심에서 초점면까지의 거리를 말합니다.
이는 렌즈의 굴절력에 의해 결정되며, 카메라의 확대/축소 정도와 관련이 있습니다.
초점거리가 긴 렌즈는 보다 멀리 있는 대상을 확대하여 보여주며, 초점거리가 짧은 렌즈는 보다 가까운 대상을 크게 보여줍니다. 또한, 초점거리가 짧을수록 렌즈는 더 와이드한 각도를 촬영하게 되고, 초점거리가 길수록 좁은 각도를 촬영합니다.
초점거리는 일반적으로 밀리미터(mm) 단위로 표기되며, 더 긴 초점거리를 가진 렌즈는 좀 더 높은 수치로 나타납니다.
예를 들어, 50mm 렌즈는 100mm 렌즈보다 초점거리가 짧습니다.
초점거리는 카메라의 스펙 시트에 명시되어 있으며, 사진 촬영에서 중요한 역할을 합니다.
초점거리가 짧은 렌즈는 주로 인물 촬영과 같은 근거리 촬영에 적합하며, 초점거리가 긴 렌즈는 먼 거리에서의 촬영이나 스포츠 등 빠른 움직임을 촬영하는데 유리합니다.
또한, 초점거리는 광학적 왜곡을 조절하는데도 사용됩니다. 초점거리가 짧은 렌즈는 뚜렷한 이미지를 촬영하기 어렵지만 왜곡을 줄일 수 있으며, 초점거리가 긴 렌즈는 덜 왜곡된 이미지를 촬영할 수 있습니다.
따라서, 초점거리는 사진 촬영에서 중요한 요소 중 하나이며, 원하는 화면을 적절히 구성하기 위해서는 초점거리를 적절히 선택하는 것이 필요합니다.
3. 사람의 눈과 카메라의 상과 비교
그럼 핀홀카메라는 사람의 눈과 똑같은 역할을 할까?
No!
핀홀 카메라는 사람의 눈과는 다른 역할을 합니다.
핀홀 카메라는 작은 구멍을 통해 들어오는 빛을 캡처해서 이미지를 만들어내지만, 사람의 눈은 더 복잡한 과정을 거쳐 이미지를 만들어냅니다.
사람의 눈은 눈앞의 물체에서 반사된 빛을 눈안에 있는 렌즈를 통해 수집합니다.
이때 렌즈는 조절이 가능해 빛을 수렴하거나 발산시켜 초점을 맞추어 빛을 캡처합니다.
그리고 망막에서 이 캡처된 빛을 전기 신호로 바꾸어 뇌로 전달됩니다.
즉, 핀홀 카메라는 빛이 직선적으로 진행되어 하나의 점으로 찍히는 것을 캡처하는 단순한 방식으로 이미지를 만들어내지만, 사람의 눈은 렌즈를 이용해 빛을 수렴하거나 발산시키며, 망막에서 이를 전기 신호로 변환해 뇌로 전달하는 과정을 거쳐 복잡한 이미지를 만들어냅니다.
그럼 카메라는 사람의 눈과 비슷한 역할을 하는것인가?
Yes!
카메라는 사람의 눈과 비슷한 역할을 하는 기기입니다.
카메라는 사람의 눈과 마찬가지로, 빛을 받아서 이미지를 만들어냅니다.
카메라는 렌즈를 사용하여 빛을 수렴하거나 발산시켜서 이미지를 형성합니다.
렌즈는 초점을 맞추어 빛을 캡처하기 때문에, 사람의 눈과 비슷한 방식으로 이미지를 만들어냅니다.
다만, 카메라와 사람의 눈의 차이점은 카메라가 디지털 센서나 필름을 사용하여 이미지를 기록한다는 것입니다. 즉, 카메라에서는 렌즈가 수집한 빛을 센서나 필름에 기록하여 디지털 이미지나 필름 이미지를 만들어내는 반면, 사람의 눈에서는 망막에서 전기 신호로 변환된 빛을 뇌로 전달하여 실시간으로 이미지를 만들어냅니다.
본 게시글은 개인적으로 컴퓨터비전을 공부하기 위해 작성한 글입니다.
내용은 정확하지 않을 수 있으며, 틀린 내용의 경우 댓글을 남겨주시면 수정을 하겠습니다.
Reference
1. 위키백과, 바늘구멍 사진기(핀홀카메라)
2. https://roytravel.tistory.com
[컴퓨터 비전] 핀홀 카메라
한 줄 핵심 요약: 렌즈에서 반드시 왜곡이 생기며 영상처리를 위해선 왜곡을 보정해줄 수 있는 카메라 캘리브레이션(camera calibration) 과정을 거쳐야 한다. 1. 핀홀 카메라 모델 영상처리 분야에서
roytravel.tistory.com
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