조도변화와 주변환경에 강건한 최적의 영상 입수에 관한 연구 = A Study on the Optimized Image Acquisition Robust for Illuminance Changes and the Environment

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 산업용 비전 검사 환경에서 조도(Lux) 변화와 금속 부품의 고반사 특성이 경계 검출 성능 에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고, 이를 바탕으로 강건한 검출이 가능한 최적의 영상 획득 조건 을 규명하는 것을 목적으로 한다. 일반적으로 금속 부품은 고조도 환경에서 강한 스펙큘러 반사와 카 메라 렌즈의 색수차(Chromatic Aberration)가 발생하여 실제 외곽 경계가 소실되거나 왜곡된다. 그러나 기존의 임계값 제어 방식은 이러한 물리적·광학적 왜곡에 능동적으로 대응하는 데 한계가 있었다. 이에 본 연구는 확산광(디퓨저) 기반의 영상 획득 조건과 ROI 전처리, 고정 임계값(50, 200) Canny, 내부 마 스킹(Inner Mask)을 결합한 튜닝이 불필요한 비학습 파이프라인을 제안한다. 5종의 금속 부품(무광·유광 샤프트, 무광·유광 기어, H-Beam)을 대상으로 20단계의 조도 환경(79~2,342 Lux)에서 실험을 수행한 결 과, 조명 방식에 따른 검출 특성의 차이가 명확히 확인되었다. 직접광은 고조도에서도 H-Beam의 두께 정보가 보이지 않는 단순 실루엣 검출에 그쳤으나, 확산광은 79 Lux의 저조도 환경에서도 두께를 포함 한 전체 형상을 온전하게 검출하였다. 이를 통해 확산광은 H-Beam의 검출 오차를 0.0619 px로 획기적 으로 정밀화하였으며, 반사에 민감한 유광 기어의 검출 표준편차 또한 0.0037 수준으로 억제하여 조명 변화에 흔들리지 않는 안정성을 입증하였다. 본 연구를 통해 도출된 128~699 Lux의 공통된 최적 조도 구간(Optimal Illumination Range) 내에서, 제안 기법은 부품의 재질에 관계없이 별도의 파라미터 재조 정 없이 Chamfer Distance 0.05 px 내외의 정밀도와 Coverage 약 94% 수준의 높은 형상 복원율을 달 성하였다. 결론적으로 본 연구는 알고리즘의 복잡한 후처리 보정 없이, 촬영 단계의 확산광 적용과 정 량적 조도 제어만으로도 최적의 검사 성능을 보장할 수 있다는 실용적 가이드라인을 제시한다.

핵심어: 산업용 비전, 경계 검출, 조도(Lux), 디퓨저, Canny, 내부 하이라이트 억제, Chamfer Distance, Coverage, 최적 조도 구간

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 6
• 1.1. 연구배경 6
• 1.2. 연구 문제 정의 9
• 1.3. 연구 목적 12
• 1.4. 논문의 구성 14
• 2. 관련 연구. 16
• 2.1 산업용 조명 및 조도 안정화 연구 16
• 2.2 조명 변화에 강건한 경계 표면 검출 연구 18
• 2.3 반사 성 금속 대상 비전 검사 연구 20
• 2.4 기존 연구의 한계 및 본 연구의 차별성 22
• 3. 제안 방법. 24
• 3.1 RGB 영상 획득 25
• 3.2 기준 경계(GT) 생성 28
• 3.3 이진화 및 에지 검출 29
• 3.4 ROI 기반 배경 노이즈 제거 29
• 3.5 Inner Mask를 활용한 내부 노이즈 제거 및 정량 평가 30
• 3.6 정량 평가 및 시각화 준비 31
• 4. 실험 결과 및 분석 33
• 4.1. 데이터 세트 33
• 4.2. 색수차에 따른 객체 외곽 경계 결정 기준 36
• 4.3. 조도 단계별 외곽 경계 검출 특성 37
• 4.4. 확산 광 적용에 따른 경계 검출 안정성 분석 40
• 4.5. 정량 평가 결과 42
• 4.5.1 평가 지표 정의 42
• 4.5.2 조도 구간(Range) 관점에서의 안정성 분석 44
• 5. 결론 및 향후 연구 51
• Reference 53
• Abstract 56