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ImSym – Imaging System Simulator 는 이미징 시스템의 개념 설계부터 상세 분석까지를 포괄하는 통합 시뮬레이션 플랫폼입니다. CODE V와 LightTools의 정확도를 결합하여, ImSym은 광학 시스템 설계자가 전체 이미징 시스템을 효율적이고 효과적으로 모델링, 검증 및 최적화할 수 있도록 지원합니다.
이번 포스팅에서는 어떻게 ImSym이 모바일 카메라 렌즈 설계 과정에서 이미지 품질 저하없이 제조 비용을 절감하는지를 중점적으로 살펴보겠습니다.
Exploring ImSym
ImSym 소개
ImSym은 이미징 시스템 전체 파이프라인을 지원하는 가상 프로토타이핑 플랫폼으로, 초기 기획부터 최종 출력까지 포괄적으로 모두 다룹니다. 사용자 친화적인 인터페이스 덕분에, 시뮬레이션 과정의 여러 단계를 손쉽게 탐색할 수 있습니다. ImSym은 통합된 환경을 제공함으로써 팀 협업을 강화하고 개발 프로세스를 간소화하는 데 도움을 주며, 이로 인해 소규모 팀이든 대규모 조직이든 모두에게 유용한 도구가 됩니다.
ImSym – Imaging System Simulator 인터페이스
Comprehensive Imaging System Modeling
통합 이미징 시스템 모델링 구성
ImSym을 이용하면, 처음부터 끝까지 포괄적인 이미징 시스템 모델을 구현할 수 있으며, 구성 요소는 다음과 같습니다.
- Scene Object (장면 객체): 장면을 나타내는 그래픽 파일
- Lens System (렌즈 시스템): CODE V의 Lens 파일을 이용해 모델링 되며 CODE V의 기능을 활용
- Detector (센서): 광학 이미지를 디지털 신호로 변환하는 과정을 시뮬레이션
- Image Signal Processing (ISP, 이미지 시그널 프로세스): 최종 이미지를 향상하고 처리하기 위한 다양한 알고리즘 적용
위의 구성 요소들은 함께 작동하며 이미지 시스템을 정교하고 정확하게 표현하며, 각 단계에서 철저한 테스트와 최적화를 가능하게 합니다.
앤드투앤드 모델에는 입력 장면, 렌즈 시스템, 센서 모델, 이미지 시그널 프로세싱 과정, 그리고 필요에 따라 산란광 영향을 분석하기 위한 외부 광원 시뮬레이션까지 포함됩니다.
Building the Model: Step-by-Step
단계별 모델링
ImSym에서 이미징 시스템 모델을 구축하는 워크플로우는 여러가지 핵심 단계로 구성되며, 이들 각각은 정밀하고 신뢰도 높은 시뮬레이션을 수행하는 데 필수적입니다.
Modeling the Lens System
렌즈 시스템 모델링
이 과정은 입력 장면과 렌즈 시스템으로 시작됩니다. 입력 장면은 그래픽 파일이고, 렌즈 시스템은 CODE V 파일을 사용하여 모델링됩니다. 이 모델링은 CODE V 엔진의 모든 기능을 활용하여 정확한 시뮬레이션을 보장합니다. 이 단계는 렌즈 설계가 전체 이미지 품질에 어떤 영향을 미칠지를 이해하는 데 필수적입니다.
Principal Image에는 수차, 회절 효과, 왜곡, 상대 조도 등과 같은 렌즈 효과가 포함됩니다.
Simulating the Detector
센서 시뮬레이션
센서 모델에는 노출 시간, 픽셀 레이아웃, 스펙트럼 데이터, 노이즈 특성 등의 파라미터가 포함됩니다. 이 단계는 광학 이미지를 디지털 신호로 정확히 변환하는 데 필수적입니다. 이러한 파라미터들을 시뮬레이션함으로써, 센서가 다양한 조건에서 어떻게 작동할지 예측할 수 있으며, 성능 최적화를 위해 필요한 조정을 할 수 있습니다.
Analyzing Stray Light
미광 분석
미광은 이미지 품질에 심각한 영향을 줄 수 있으며, ImSym은 이러한 영향을 모델링하고 완화할 수 있는 도구를 제공합니다. 미광 모델은 LightTools의 Stray Light Scanner에서 미리 생성된 STR 파일을 사용합니다. 이 파일에는 각 광선 경로에 대한 복사 조도 분포 (Irradiance Distribution)가 포함되어 있으며, 이는 특정 시야각과 파장에 대해 계산되어 종합적인 미광 분석을 가능하게 합니다. 미광을 이해하고 제어함으로써 최종 이미지의 선명도와 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
ImSym은 복사 측정 정확도 (Radiometric Accuracy) 를 유지하면서 미광과 principal image의 복사조도 (Irradiance) 를 결합합니다.
Enhancing With Image Signal Processing (ISP)
ISP를 통한 이미지 개선
ImSym은 기본 내장된 ISP 루틴과 함께 Python을 활용해 사용자 정의 ISP 루틴을 구현할 수 있는 유연성 또한 제공합니다. 이 기능을 통해 사용자는 이미지 처리 알고리즘을 정밀하게 조정할 수 있으며, 특정 요구 사항과 애플리케이션 요구 사항에 맞게 이미지 품질을 최적화할 수 있습니다. ISP는 최종 이미지를 향상시키는 데 중요한 단계로, 왜곡을 수정(보정)하고, 색상을 향상시키며 전반적인 이미지 품질을 개선시키는 알고리즘을 적용합니다.
Practical Application: Reducing Manufacturing Costs
실제 적용 사례: 제조 비용 절감
ImSym의 실질적 활용 중 하나는 제조 비용을 절감할 수 있는 기능입니다. 모바일 카메라 렌즈 설계에서는 고화질 이미지를 구현하기 위해 복잡하고 비용이 많이 드는 렌즈 시스템이 필요한 경우가 많습니다. 하지만 고차 비구면 항이 포함된 렌즈의 직경을 줄이면 제조가 더 쉬운 부품을 얻을 순 있지만, 해상도는 낮아질 수 있습니다.
F-number 나 노출 시간 같은 파라미터를 조정하면 다양한 렌즈 설계와 그것이 이미지 품질에 어떤 영향을 미치는지 비교할 수 있습니다. ImSym은 렌즈 설계를 지나치게 복잡하게 만들지 않으면서도 이미지 품질 기준을 만족하는 광학 시스템을 식별하여 제조 비용을 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다.
ImSym에서는 타겟 영역 분석을 통해 해상도 저하가 최종 이미지에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다.
보다 단순하고 저가의 비용으로 생산할 수 있는 낮은 F-number 렌즈 설계를 선택하고, 이후 ISP기술을 활용해 이미지를 향상시키면 제조업체는 비용과 성능 사이의 균형을 효과적으로 맞출 수 있습니다. 이러한 접근은 제조 비용을 줄이는 동시에 제품 출시 시점을 앞당기는 데에도 도움이 됩니다.
Conclusion
결론
ImSym은 CODE V와 LightTools의 강점을 결합하여 이미징 시스템 시뮬레이션 및 최적화를 위한 포괄적인 솔루션을 제공합니다. 이 플랫폼은 사용자가 이미징 시스템을 효율적이고 정확하게 구축하고, 테스트하며, 정밀하게 개선할 수 있도록 도와줍니다. ImSym은 모바일 카메라 렌즈 설계의 과제를 해결하는 데 도움을 주며, 특히 비용과 성능의 균형을 맞추는 데 유용합니다. 모바일 카메라, 의료 기기,또는 다른 광학 시스템을 설계하든, ImSym은 개발 과정을 간소화하고 설계 성과를 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.