혹시 모아레(Moiré) 라는 말을 들어보셨나요?
‘모아레(Moiré)’ 라는 단어는 원래 물에 젖은 섬유가 겹겹이 쌓인 모양을 일컫는 프랑스어로부터 시작되었습니다.
다소 익숙치 못한 단어이지만 실생활에서는 자주 발견되는 현상이기도 합니다.
이 현상이 비전 머신 검사에도 사용된다고 하니, 한 번 알아볼 필요가 있을 것 같습니다.
그런 의미에서…
이번 포스팅에서는 모아레(Moiré) 현상에 관한 얘기를 해보려고 합니다.
생활 속 Moiré Pattern
모아레(Moiré) 패턴은 보통 특정 패턴이 다른 유사한 패턴에 중첩될 때 간섭 무늬 형태로 생성됩니다.
카메라로 인쇄물, TV, OLED 소자 등을 촬영할 때 광 센서의 모양과 간섭을 일으키며 나타나기도 합니다.
아래 그림을 보시면서 간단히 모아레(Moiré) 현상에 대해 이해하고 넘어가도록 하겠습니다.
[그림 1. 모아레 패턴이 나타난 교량]
출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Moir%C3%A9_pattern
그림은 어느 한적한 시골의 교량입니다.
시선을 옮겨 촘촘하고 균일한 간격으로 설계된 교량의 펜스를 한 번 봐주시기 바랍니다.
흡사 여름철 설치한 모기장이 겹쳐졌을 때의 패턴과도 유사한 것 같습니다.
교량의 앞쪽 펜스와 뒤쪽 펜스가 겹쳐지면서 일정한 패턴이 생성된 것을 확인할 수 있습니다.
바로 모아레(Moiré) 패턴입니다.
그런데, 만약 지진이 나서 교량의 뒤쪽 펜스가 흔들리게 된다면 우리의 눈에는 어떻게 보일까요?
모아레(Moiré) 패턴 분석에 대한 얘기는 바로 이 궁금증에서부터 시작됩니다.
Moiré Pattern Moving
[그림 2. 패턴의 움직임으로 인해 생성된 모아레 패턴]
출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Moir%C3%A9_pattern
그림 2는 두 개의 선형 패턴을 겹쳐 놓고, 그 중 한 패턴만 위/아래로 움직였을 때 생성되는 모아레 패턴을 보여주고 있습니다.
좀 더 자세히 보면, 이 때 생성된 모아레 패턴( 움직이는 굵은 선 )은 기존의 패턴과 모양이 매우 비슷합니다.
그리고 기존 패턴의 움직임에 비해 생성된 모아레 패턴은 훨씬 빠른 속도로 움직이고 있는 걸 알 수 있습니다.
어떻게 이런 현상이 발생할 수 있을까요?
다행히도 저 놀라운 움직임 속에는 분명한 규칙이 존재합니다.
간단한 수식을 하나 보면서 말씀드리겠습니다.
위의 식(1)을 분석해 보면,
결국 생성되는 모아레 패턴의 주기는 겹쳐진 패턴과 원본 패턴의 주기에 따라 그 형태가 결정된다는 의미로 해석됩니다.
만약, 겹쳐진 패턴의 주기가 원본 패턴의 주기보다 1.1배 크다면 식(1)에 의해서
원본 패턴의 11배에 해당하는 주기를 갖는 모아레 패턴이 생성됩니다.
그리고, 이 때 생성된 모아레 패턴의 형태는 원본 패턴과 유사한 모양으로 나타납니다.
결과적으로 원본 패턴을 11배 확대하여 보는 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 되는 겁니다.
겹쳐진 패턴이 움직일 경우는 어떻게 될까요?
패턴이 확장된 만큼 움직임 또한 겹쳐진 패턴의 움직임보다 11배 빠르게 이동합니다.
생성된(확장된) 패턴의 움직임 분석을 통해 원본 패턴 혹은 겹쳐진 패턴의 움직임 역시 확대 배율만큼 느리고 정교하게 확인할 수 있습니다.
추가적인 광학계(고배율 렌즈 등)를 사용하지 않고도 말이죠.
Application
모아레 패턴 분석에 필요한 패턴의 형태는 선형이 아니어도 됩니다. 그리고 패턴이 균일하다고 한다면 형태는 상관없이 분석이 가능합니다(예외 경우는 2장에서 소개).
[그림 3. 다양한 형태의 패턴과 필터에 따른 모아레 패턴 생성]
출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Moir%C3%A9_pattern
그림 3을 보시면 OLED 패턴과 흡사한 동그란 형태, 그리고 가운데가 비어있는 6각형의 형태에서도 모아레 패턴이 생성되는 것을 확인하실 수 있습니다. 그리고 생성된 패턴의 크기는 식(1)에 따라서 그 크기가 확대되어 나타납니다.
여기까지 잘 따라오셨다면 이제는 드디어 이런 고마운(?) 현상을 OLED 검사용 머신 비전 장비에 응용해 볼 차례입니다.
[그림 4. iPhone13 Promax ( APPLE )의 Blue OLED 패턴과 연산을 통해 생성된 모아레 패턴]
| 카메라 | Vieworks, 29M Area ( VX-29MG-M2A0 ) |
| Pixel Size | 5.5 um |
| F.o.V | 36 x 24 mm |
| 배율 | 1 배 |
그림 4는 iPhone13 Promax의 Blue 소자만 점등을 하여 획득한 영상과 필터를 사용하여 모아레 패턴을 생성한 모습입니다.
우측 영상에서 원래의 Blue OLED 소자가 모아레 패턴 처리 과정을 거치면서 확대된 모습이 보이시나요?
이와 같은 모아레 패턴 분석 기술을 비전 머신에 적용하면 매우 유용한 효과를 기대할 수 있습니다.
고정밀 정렬, 디펙 검사, 패턴 균일도 검사 등 다양한 검사 분야에 적용 가능할 것으로 생각됩니다.
2편에서는 뷰웍스 카메라를 사용하여 디스플레이 패널의 정렬 및 검사에 모아레 패턴 분석 방법이 적용된 내용을 소개할 예정입니다.
Vieworks에서는 카메라를 활용하여 다양한 Application들을 소개하고 이를 적용한 Solution을 제공할 계획입니다.
궁금하신 사항이 있으시다면 언제든 문의 주시기 바랍니다.
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