디지털 현미경 배율 제대로 알기
Digital Microscope Magnification
좋은 현미경이란 고객의 목적. 관찰 목적에 잘 부합하는 현미경일 것입니다.
이런 현미경을 선택하기 위해 고객께서 꼭 알아 두셔야 할 내용이 배율입니다.
배율은 광학기기인 현미경의 성능을 파악하는 주요한 요소이지만 배율이 높다고 하여 고객의 관찰 목적에 부합한다고 볼 수 없습니다.
디지털 현미경의 관점에서 배율을 설명해 보겠습니다.
정말 현미경이 필요하세요?
사람의 눈으로 확인하기 힘든 작은 물체를 보는 방법 중 하나가 현미경을 사용하는 것입니다. 그외 여러가지 방법이 있을 수 있는데 우선 돋보기로 볼 경우 이론적으로 5배까지 가능한 것으로 알려져 있습니다. 돋보기의 경우 배율이 높을 수 록 중심부와 주변부간의 왜곡이 발생하여 오랫동안 들여다 보면 눈이 피곤할 수 있습니다. 렌즈의 크기를 키우는 것도 제작상의 어려움으로 한계가 있습니다.
5배에서 20배 사이의 제품을 관찰하는 광학기구로 루페가 있습니다. 루페는 렌즈를 두개 결합하여 최고 20배율 정도까지 확대가 가능합니다. 하지만 루페도 오랫동안 사용할 경우 눈이 쉬 피곤해집니다.
20배 이상의 배율이 필요할 때 디지털 현미경을 사용할 수 있습니다. 그러나 요즘 추세는 약 3-10배 사이의 구간에서도 디지털 현미경을 사용하는 경우가 있습니다. 많은 부품을 한눈에 검사하고 싶을 때, 확대경을 사용하는 것이 작업자의 피로도를 현저히 증가시킬 때 이럴 때는 광시야각 렌즈를 사용하는 디지털 현미경을 이용하여 검사효율이나 작업능률을 올릴 수 있습니다.
500배 이상의 경우 디지털 현미경으로 관찰하는 것이 비효율적일 수 있습니다. 500배 이상의 관찰이 요구되는 경우는 세포단위의 생물학에 관련된 관찰인 경우가 많습니다. 500배 이상의 관찰이 요구되는 경우 SEM같은 전자 주사현미경이 오히려 더욱 유효할 것입니다.
디지털 현미경 배율은 어떻게 구해지는가?
대안렌즈와 대물렌즈의 곱으로 표현되는 실체 현미경의 배율과 달리 , 디지털 현미경의 배율은 대물렌즈와 이미지처리 센서와 디스플레이의 조합으로 결정됩니다.
디지털 현미경의 배율 = 대물렌즈의 광학배율 X {디스플레이(모니터)의 대각길이/이미지처리센서의 대각길이}
위 공식에 의거하여 알 수 있는 것은 디지털 현미경의 배율은 물체가 디스플레이되는 모니터의 크기가 클 수 록 배율이 커지며 이미지 처리센서의 화소가 작을 수록 배율이 커진다는 것입니다.
위 사진은 27인치 모니터를 사용했을 때 MSP-120FPS의 최고 배율을 측정한 것입니다. MSP-120FPS는 접촉식 운영시 최고 배율에서 최대 해상도인 1920X1080픽셀 모드일 때 가로 2.9m X 세로1.6mm의 직사각형 면적(FOV)으로 사물을 확대해 줄 수 있습니다. 실제 1mm를 모니터 위에 자를 갖다대고 재어 보면 약 200mm가 되는데 이때 우리는 디지털 배율로 200배라고 표현하는 것입니다. 이상적으로 모니터의 도트크기에 픽셀값을 곱하여 길이를 정밀하게 구할 수 있지만 모니터위에 자를 갖다대고 밀리미터 단위로 측정을 하여도 비교적 정확한 값이 나오게 됩니다.
오른 쪽 미리보기 영상처럼 프로그램 상에서는 약 151mm로 나타나며 이때의 디지털 배율은 약 151배라고 할 것입니다.
고객들께서 30만 화소인 OPT-500이 사양에 배율 500배를 보여주는데 200만 화소나 500만 화소인 MSP 시리즈가 왜 배율이 작은 지 물어보십니다 아래 그림을 보면 그 이유를 이해할 수 있습니다.
디지털 현미경은 약 20배에서 50배 사이에서 가장 많이 운용되며 확대경이나 SEM, 실체현미경같이 중후한 장비들과 비교할 수 없이 간편하게 즉각적으로 어떤 상황에도 유연하게 대응할 수 있는 것이 장점입니다.
위의 그림에서 보듯이 OPT-500은 접촉식 운영시 최고 배율에서 최대 해상도인 640X480픽셀 모드일 때 가로 1.1mm X 세로 0.9mm 의 직사각형 면적(FOV)으로 사물을 확대해 줍니다. 이때 1mm는 약 135mm 로 135배로 디지털 배율을 표현할 수 있으며 전체화면을 기준으로 계산하면 1mm가 실제 500mm로 표현되기에 약 500배라고 표현하는 것입니다.
그러나 OPT-500의 경우 전체화면으로 보기 위해서는 일반적인 미리보기 영상의 1픽셀을 가로와 세로를 4배로 확대해야 합니다. 그러므로 픽셀의 뭉개짐 현상이 생기게 됩니다.
200만화소의 MSP-120FPS 경우, 전체화면으로 보는 영상은 약 30%를 확대해야 하므로 OPT-500보다 선명한 화면을 볼 수 있습니다.
아래 그림에서 확인할 수 있듯이 왼쪽부터 오른쪽으로 차례로 500만화소 200만화소 30만화소 이미지 처리센서를 나타내고 있는데, 이미지처리 센서의 크기가 클수록 디지털 현미경의 배율은 작아지겠지만 화질은 당연히 500만화소 200만화소 제품이 30만 화소 제품 보다 좋을 것 입니다.
화소가 높을수록 화질이 좋지만 디지털 현미경은 이미지 처리속도도 중요하다
그러니까 30만 화소 보다 200만화소 보다 500만 화소가 더 낫겠네요
제 답은 글쎄요.. 입니다. 이유는 현미경으로 무엇을 할 것인가? 에 따라 답이 달라질 수 있기 떄문입니다. 속담에 견문발검이란 말이 있습니다. 모기 잡을 때 검을 쓴다는 말입니다. 모기 잡을 때는 검..까진 필요가 없고 파리채나 손바닥이면 족한 것입니다. 화소가 높을 수 록 이미지가 커지며 화소가 조밀하니까 화질이 좋을 것은 명약관화입니다. 그러나 디지털 현미경으로 4K급 화질을 구현했다는 말을 아직 들은 바 가 없습니다. 이유는 디지털 현미경의 대안렌즈에 해당하는 CMOS 센서에서 보내주는 이미지의 처리속도 때문입니다. 대부분 디지털 현미경에서 200만화소는 초당 약 15프레임. 500만화소는 초당 5프레임 이하로 이미지 처리속도가 떨어집니다. 사실 현미경의 목적이 정지화면에 초점이 맞춰져 있으므로 실시간으로 화상을 빠르게(30~60프레임으로) 처리할 필요가 없기 때문입니다. (게임화면이 아니기 때문이라면 설득이 될까요?)
디지털 현미경은 실시간 동영상이다
그러나 200만화소. 500만화소로 화소를 높이면 화질은 좋아지지만 우리가 눈으로 보기에 불편할 수 있습니다. 자세하게 말하면 딜레이(계단)현상이 나타납니다. 울렁이는 화면을 오래 보면 머리가 어지럽거나 속이 메스꺼울 수 있습니다. 집중력이나 검사효율이 떨어지는 것은 당연한 일이겠지요. 그래서 아직도 30만화소. 130만 화소 디지털 USB 현미경이 시중에 많이 있습니다. 화소가 낮기 때문에 미리보기 영상의 프레임이 25프레임 이상으로 화면이 끊긴다는 느낌이 상대적으로 덜합니다.
위 영상을 보시면 MSP-8000 시리즈는 최고 500만 화소에서 초당 5프레임 정도로 딜레이가 발생하지만 화질이 좋고. MSP-120fps는 초당 60프레임으로 끊임없이 풀HD화질을 볼 수 있습니다.
디지버드 MSP-120FPS는 최고 120프레임의 환상적인 속도를 보여줍니다
디지버드 USB현미경은 200만화소 500만화소로 작동하는 MSP 계열과 30만 화소 OPT-500으로 세그먼트가 나뉘어져 있습니다. 200만화소 MSP-120FPS는 고속의 이미지처리 칩셋을 내장하고 있어 1920X1080 픽셀의 풀HD영상을 30프레임으로 보여줍니다. High Speed 모드를 활성화하면 최고 60프레임까지 끊기지 않는 화면을 보여줍니다. 640X480 VGA 해상도로 화면 크기를 축소하면 최고 120프레임까지 지원하여 빠르고 움직이는 관찰대상을 부드러운 화면으로 보여줍니다. 흐르는 유체의 작은 움직임이나 유체 속에 부유하는 입자의 자연스러운 이동을 관찰하기에 최적의 화면 속도를 보여줍니다. 눈의 피로가 획기적으로 줄어들고 검사효율이 높아지는 효과가 있습니다.
광시야각렌즈를 탑재한 MSP-8000 프로의 경우 500만화소임에도 불구하고 640X480 VGA 해상도로 초기화면이 나타날 때 평균 30fps 의 속도를 보여줍니다. 이것은 전체적인 윤곽을 파악하고 세밀하게 좁은 구역으로 초점을 맞추어가는 현미경의 관찰 방식에 최적화된 것으로 최고 화질에서는 정지화면에 정밀하게 초점을 맞출 수 있습니다. 해상도를 130만화소 200만화소 500만화소로 높여가며 인쇄 품질의 고해상도 파일을 캡처하여 저장할 수 있습니다.
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