더 나은 렌즈가 더 저렴한 센서의 성능을 향상시킬 수 있습니까?

카메라 개발에서 놀라울 정도로 자주 듣는 질문은 다음과 같습니다.

"더 좋은 렌즈를 사용하면 더 저렴한 센서로 더 나은 성능을 얻을 수 있을까요?"

솔직한 대답은 이렇습니다.

그렇습니다. 하지만 여러분이 생각하는 방식과는 다릅니다.

더 나은 렌즈가 마술처럼 5MP 센서를 8MP 센서로 바꿀 수는 없습니다. 센서의 물리적 픽셀 수를 늘리거나 기본 동적 범위를 개선하거나 센서 자체에서 발생하는 노이즈를 제거할 수는 없습니다.

그러나 이야기에는 또 다른 측면이 있습니다.

센서는 센서에 도달하는 광학 정보만 기록할 수 있습니다.

렌즈가 형편없는 디테일, 낮은 대비, 불충분한 조명 또는 제대로 제어되지 않은 수차를 제공하는 경우 값비싼 센서라도 손상된 정보로 작업해야 합니다.

반면, 잘 설계된 렌즈는 보다 저렴한 센서가 실제로 가능한 것보다 훨씬 더 많은 것을 추출하는 데 도움이 될 수 있습니다.

그리고 이러한 구별은 비용에 민감한 카메라를 설계할 때 매우 중요합니다.

센서는 단독으로 작동하지 않습니다

센서를 카메라의 "엔진"으로 생각하기 쉽습니다.

실제로 이미징 시스템은 팀에 더 가깝습니다.

렌즈는 빛을 모아서 정리합니다.

센서는 그 빛을 전기 신호로 변환합니다.

ISP는 이러한 신호를 처리합니다.

그러면 소프트웨어와 AI가 결과 이미지를 해석합니다.

체인의 한 부분이 약하면 다른 구성 요소가 이를 보완해야 합니다.

그리고 보상에는 한계가 있습니다.

특정 수준의 세부 사항을 완벽하게 해결할 수 있는 저렴한 센서를 상상해 보십시오.

이제 품질이 좋지 않은 렌즈를 그 앞에 놓습니다.

렌즈는 해당 세부 사항이 센서에 도달하기 전에 흐려질 수 있습니다.

센서는 전달되지 않은 정보를 기록할 수 없습니다.

이것이 바로 렌즈를 상용 부품으로 취급하면서 가장 비싼 센서를 구입하는 것이 놀라울 정도로 비효율적인 전략이 될 수 있는 이유입니다.

더 나은 렌즈는 픽셀을 추가하지 않습니다. 픽셀을 더욱 유용하게 만듭니다.

이것이 핵심 아이디어입니다.

두 대의 카메라가 정확히 동일한 센서를 사용한다고 가정해 보겠습니다.

카메라 A는 평범한 렌즈를 사용합니다.

카메라 B는 더 나은 광학 시스템을 사용합니다.

센서 사양은 변경되지 않았습니다.

둘 다 여전히 동일한 수의 픽셀을 갖습니다.

그러나 이미지가 눈에 띄게 다르게 보일 수 있습니다.

왜?

픽셀 수는 이야기의 일부일 뿐이기 때문입니다.

광학 시스템은 다음에 영향을 미칩니다.

해상도

 대비

빛 전송

왜곡

색수차

 가장자리 선명도

이미지 균일성

따라서 더 나은 렌즈는 센서가 이미 가지고 있는 픽셀을 더 잘 활용하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이렇게 생각해보세요:

빈 상자로 가득 찬 창고가 있다고 해서 더 많은 제품이 있다는 의미는 아닙니다.

센서가 상자를 제공합니다.

렌즈는 그 안에 얼마나 많은 유용한 정보가 담겨 있는지 결정하는 데 도움이 됩니다.

MTF: 렌즈와 센서가 만나는 곳

이곳은MTF(변조 전달 함수)유용해집니다.

MTF는 광학 시스템이 다양한 세부 수준에서 대비를 얼마나 효과적으로 유지하는지 설명합니다.

실제적인 의미를 이해하기 위해 광학 엔지니어가 될 필요는 없습니다.

MTF 성능이 좋은 렌즈는 유용한 대비와 함께 미세한 디테일을 보존할 수 있습니다.

MTF 성능이 낮은 렌즈는 이러한 디테일을 점점 더 약하고 흐릿한 패턴으로 바꿀 수 있습니다.

이는 픽셀 크기가 매우 작은 최신 센서의 경우 특히 중요합니다.

센서에는 기술적으로 많은 픽셀이 있을 수 있지만 렌즈가 충분한 공간적 세부 사항을 확인할 수 없으면 해당 픽셀이 효율적으로 사용되지 않습니다.

이는 센서 자체가 변경되지 않았음에도 불구하고 잘 설계된 광학 시스템이 때때로 카메라를 "더 선명하게" 느끼게 만드는 이유 중 하나입니다.

렌즈가 센서를 업그레이드하지 않습니다.

그것은 단순히 방해가 되는 것이 줄어들고 있습니다.

더 많은 빛이 게임을 바꿀 수도 있습니다

해결만이 문제가 아닙니다.

저조도 성능은 렌즈 품질이 중요한 또 다른 영역입니다.

조리개가 클수록 더 많은 빛이 센서에 도달할 수 있습니다.

보안 감시, 실외 모니터링, 로봇 공학 또는 차량 카메라와 같은 애플리케이션의 경우 이는 특히 유용할 수 있습니다.

동일한 센서를 사용하는 두 대의 카메라를 생각해 보세요.

하나는 상대적으로 작은 조리개 렌즈를 사용합니다.

다른 하나는 더 나은 집광 기능을 갖춘 더 큰 조리개 렌즈를 사용합니다.

밝은 환경에서는 차이가 극적이지 않을 수 있습니다.

밤에는 훨씬 더 분명해질 수 있습니다.

두 번째 카메라는 더 낮은 게인 레벨, 더 나은 노출 및 더 깨끗한 이미지 정보를 유지할 수 있습니다.

그렇다고 해서 렌즈가 센서의 노이즈 특성을 개선했다는 의미는 아닙니다.

이는 렌즈가 처음부터 센서에 더 나은 광학 신호를 제공했음을 의미합니다.

때로는 그것이 전투의 절반일 때도 있습니다.

더 나은 렌즈가 도움이 되지 않는 경우

이것을 과도하게 판매하지 않는 것이 중요합니다.

더 나은 렌즈에는 한계가 있습니다.

센서에 다음이 있는 경우:

불량한 동적 범위

높은 읽기 잡음

낮은 양자 효율

제한된 색상 성능

불충분한 픽셀 수

렌즈는 이러한 문제를 완전히 해결할 수 없습니다.

마찬가지로 렌즈는 저해상도 센서를 고해상도 센서로 바꿀 수 없습니다.

센서 펌웨어를 비밀리에 업그레이드하는 것과 같은 광학적 방법은 없습니다.

누군가 그런 약속을 한다면 의심해 보세요.

훌륭한 광학 엔지니어링은 기적을 행하는 것이 아니라 시스템 성능을 극대화하는 것입니다.

진짜 기회는 시스템 매칭이다

가장 흥미로운 질문은 다음과 같습니다.

“비싼 센서와 비싼 렌즈 중 어느 것이 더 좋나요?”

그것은:

“렌즈와 센서는 어떻게 매칭해야 하나요?”

숙련된 광학 설계가 가치 있는 곳이 바로 여기입니다.

렌즈는 실제 센서에 따라 평가되어야 합니다.

센서 형식

픽셀 크기

활성 이미지 영역

CRA 요구 사항

필요한 해결 방법

 시야

조리개

이미지 서클

예를 들어, 상대적으로 낮은 해상도의 센서와 함께 매우 높은 해상도의 렌즈를 사용하면 실질적인 이점이 거의 없을 수 있습니다.

그러나 성능이 뛰어난 센서와 일치하지 않는 렌즈를 사용하면 상당한 성능을 발휘할 수 있습니다.

최적의 지점은 그 사이 어딘가에 있습니다.

비용 최적화가 흥미로운 곳이 바로 여기입니다.

카메라 제조업체의 경우 이는 상업적으로 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

제품이 엄격한 BOM 비용 내에서 특정 이미지 품질 목표를 달성해야 한다고 상상해 보십시오.

확실한 접근 방식은 다음과 같습니다.

“더 좋은 센서를 사자.”

때로는 그것이 정답일 때도 있습니다.

그러나 때때로 더 나은 접근 방식은 전체 이미징 시스템을 살펴보는 것입니다.

더 나은 광학 설계를 통해 더 저렴한 센서로 원하는 결과를 얻을 수 있습니까?

더 큰 조리개가 저조도 성능을 향상시켜 공격적인 이미지 처리의 필요성을 줄일 수 있습니까?

센서 해상도를 높이지 않고도 엣지 성능을 높이면 AI 감지가 향상될 수 있을까요?

더 나은 센서-렌즈 매칭을 통해 단순히 메가픽셀을 추가하지 않고도 필요한 이미지 품질을 제공할 수 있을까요?

이것은 훨씬 더 흥미로운 엔지니어링 질문입니다.

그리고 이는 제품 비용에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.

좋은 렌즈는 더 스마트한 업그레이드가 될 수 있습니다

이것이 바로 우리가보시광학렌즈를 개별적으로 평가하기보다는 카메라를 완전한 광학 시스템으로 보는 경우가 많습니다.

보안 카메라, 드론, 자동차 카메라, 로봇, 산업용 카메라 또는 의료 영상 장치는 완전히 다른 우선순위를 가질 수 있습니다.

최고의 광학 솔루션이 반드시 가장 비싼 솔루션은 아닙니다.

센서에 작업에 적합한 정보를 제공하는 것입니다.

Boshi Optics에서는 보안 감시, AI 비전, 드론, 자동차 이미징, 의료 기기 및 기타 이미징 시스템을 포함한 광학 개발 및 제조 분야를 다루고 있습니다. 이러한 애플리케이션 중심 접근 방식은 엔지니어가 단순히 최고 사양을 추구하는 것이 아니라 해상도, 조리개, 시야, 크기, 왜곡 및 기타 요구 사항의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다.

그렇다면 더 나은 렌즈가 더 저렴한 센서의 성능을 향상시킬 수 있을까요?

예. 하지만 중요한 자격이 있어야 합니다.

더 나은 렌즈가 센서를 물리적으로 향상시키지는 않습니다.

좀 더 현실적인 작업을 수행합니다.

이는 센서가 실제 잠재력에 더 가깝게 작동하는 데 도움이 될 수 있습니다.

좋은 광학 장치는 센서에 더 나은 디테일, 더 유용한 조명, 더 강한 대비, 더 일관된 이미지 품질을 제공할 수 있습니다.

비용에 민감한 카메라 개발의 경우 이는 매우 현명한 전략이 될 수 있습니다.

때로는 대답이 다음과 같지 않기 때문입니다.

“더 비싼 센서를 구입하세요.”

때로는 다음과 같습니다.

"보통의 렌즈로 센서가 작동하도록 만들지 마세요."

이는 다음 카메라 프로젝트가 BOM에 고정되기 전에 논의할 가치가 있는 대화입니다.