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미광은 광학 시스템의 성능에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 원하지 않는 아티팩트를 유발하고 이미지 품질을 저하시킵니다. 이 문제를 해결하려면 미광 효과를 분석하고 완화할 수 있는 정교한 도구와 방법론이 필요합니다. 이 블로그 포스트에서는 LightTools가 제공하는 미광 분석 기능, 즉 고스트 이미지 분석, 시퀀스 광선 추적, 그리고 이들의 실제 적용 사례를 살펴보겠습니다.
What is Stray Light?
미광이란 무엇인가?
미광이란 난반사 혹은 베일처럼 퍼지는 빛으로부터 발생된 광학 시스템의 의도된 성능을 방해하는 모든 원치 않는 빛을 의미합니다. 이 방사선은 시스템 내부에서 발생할 수도 있고, 태양, 달, 인공 조명 등의 외부 광원으로부터 유입될 수도 있습니다. 미광은 카메라 센서에 최종적으로 포착되는 이미지의 명암비와 색상을 저하시킬 수 있습니다.
미광은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다: 고스트 이미지와 플레어나 베일링 글레어로 인해 발생하는 밝고 원치 않는 이미지입니다. 고스트 이미지는 일반적으로 이미징 부품과 필터 사이에서 발생하는 다중 반사로 인해 발생하며, 이는 주 이미지의 퀄리티를 저하시키는 2차 이미지를 유발합니다. 플레어와 베일링 글레어는 시야 내 또는 시야 외의 밝은 광원에 의해 발생하며, 이는 산란광을 유발해 이미지의 명암비와 색상 정확도를 떨어뜨립니다.
Figure 1: 미광으로 인한 이미지 퀄리티 저하
위의 예시는 카메라 시야 바로 바깥에 존재하는 밝은 오프축 광원으로 인해 발생한 미광이 이미지 품질을 어떻게 저하시켰는지를 보여줍니다. 이것은 기구 마운트에서 발생한 플레어로 인해 발생한 것입니다.
Stray Light Analysis in LightTools
LightTools를 활용한 미광 분석
적절한 시뮬레이션 및 분석 기능이 없다면, 미광 분석은 매우 번거로운 작업이 될 수 있습니다. LightTools는 이러한 작업을 위한 파워풀한 기능 세트를 제공합니다. 멀티스레딩 및 클러스터 시뮬레이션을 통한 광선 추적 가속화, 광선 경로 분석, 순차적 광선 추적 등이 대표적인 기능입니다.
LightTools에서는 각 면에서 허용되는 최대 충돌 수를 기준으로 시스템 내 모든 광선 경로를 확인할 수 있으며, 경로를 광출력, 최대 복사조도, 광선 수 등 다양한 기준에 따라 정렬하여 관심 있는 경로만 따로 분리할 수 있습니다.
광선 경로 분석을 통해 고스트 이미지를 유발하는 렌즈 표면 간의 구체적인 상호작용을 파악하고, 이를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 또한, 이러한 고스트 이미지를 유발하는 반사를 최소화하기 위해 반사 방지 코팅이나 기타 표면 처리도 조정할 수 있습니다.
Figure 2: 이미지 센서에서 반사된 빛이 다시 센서로 반사되는 광선 경로
Enhanced Results Using Sequence Ray Tracing
시퀀스 광선 추적을 활용한 향상된 분석 결과
LightTools의 시퀀스 광선 추적 기능은 선택된 경로를 따라 광선을 추적할 수 있도록 하여 미광 분석의 효율성을 향상시킵니다. 이 기술은 관심 경로에 연산 리소스를 집중시켜 더욱 정확한 이미지와 더욱 빠른 시뮬레이션을 가능하게 합니다. 광선 경로 도구를 사용하여 특정 경로를 분리함으로써 더욱 정확한 결과를 얻고 광학 시스템 내에서 미광의 움직임을 더 잘 이해할 수 있습니다.
이 방법은 기존의 광선 추적 방식이 계산적으로 제한적일 수 있는 복잡한 시스템에 특히 유용합니다. 시퀀스 광선 추적을 사용하면 훨씬 짧은 시간에 상세 분석을 수행할 수 있습니다. 다음 예는 첫 번째 시뮬레이션 후 식별된 미광 경로를 개선하기 위해 시퀀스 추적을 사용하는 방법을 보여줍니다.
Figure 3: 표면 시퀀스 정의
Figure 4: 반사성 기구 장착부에서 반사된 경로
Figure 5: 이미지 센서에 나타난 미광 패턴
Figure 6: 이미지 센서에 나타난 미광 패턴
또한 LightTools는 이미지 시뮬레이션 제품인 ImSym과 통합하여 포괄적인 분석을 제공할 수 있습니다. 이러한 통합은 Stray Light Scanner 기능을 활용하여 실제 환경에서 미광이 어떻게 작용하는지를 보다 정밀하게 이해할 수 있게 해주며, 시뮬레이션의 정확도를 향상시켜 줍니다. ImSym을 LightTools와 함께 사용함으로써 다양한 환경 요인이 미광에 미치는 영향을 시뮬레이션할 수 있으며, 보다 견고한 광학 시스템을 설계할 수 있습니다.
Conclusion
결론
LightTools는 정밀하고 효율적인 미광 분석을 위한 포괄적인 기능들을 제공하며, 이를 통해 광학 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 광선 경로, 시퀀스 광선 추적 및 기타 고급 기능을 통해 LightTools는 미광 문제를 효과적으로 해결하고, 고스트 이미지, 플레어, 복잡한 장면의 재현 등을 포함한 고품질 이미징 시뮬레이션을 보장합니다. ImSym과 Stray Light Scanner의 통합은 LightTools에서 모델링한 산란 효과를 이미지 분석과 결합하여 분석 능력을 더욱 향상시켜 줍니다. 이러한 도구들은 모델 성능에 대한 명확한 통찰을 제공하여 설계자가 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있게 하고, 이미지 품질과 시스템 성능을 획기적으로 개선할 수 있도록 지원합니다.