수중 환경에서의 이미징 요구 사항 및 광학적 과제에 대한 기술적 개요

수영장 청소 로봇은 이동성, 센서 및 시각적 인식을 조합하여 청소 작업을 수행합니다. 많은 사람들이 이러한 로봇을 브러시, 모터 및 여과 시스템과 연관시키지만, 카메라 렌즈 이는 정확한 수중 모니터링 및 의사결정을 가능하게 하는 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다.

1. 수영장 로봇에 수중 영상 시스템이 필요한 이유

최신 수영장 청소 로봇에는 일반적으로 최소 하나 이상의 카메라 모듈이 포함되어 있습니다.

카메라는 여러 가지 기능을 수행합니다.

• 수영장 벽, 모서리 및 바닥면을 관찰합니다.
• 내비게이션 및 경로 계획 지원
• 이물질, 얼룩 또는 반복적인 청소가 필요한 부분을 감지합니다.
• 계단, 배수구 또는 수영장 부속품과 같은 장애물을 피하십시오.
• 실시간 피드백 또는 원격 모니터링 지원

잘 설계된 수중 렌즈 반사, 탁도 또는 불규칙한 조명이 있는 환경에서도 로봇이 신뢰할 수 있는 이미지 정보를 수집할 수 있도록 보장합니다.

2. 수중 이미징에 특유한 광학적 과제

공기와 달리 물은 빛의 움직임을 크게 변화시킵니다.

굴절 및 시야각 손실

물은 굴절률이 더 높기 때문에 유효 시야각(FOV)이 줄어듭니다.

이를 보완하기 위해 수중 렌즈는 종종 매우 넓은 시야각을 필요로 합니다.

빛의 흡수 및 산란

물은 빛을 더 빨리 흡수하고, 부유 입자는 빛을 산란시킵니다.

이는 선명도, 대비 및 색상 정확도에 영향을 미칩니다.

표면에서의 반사

벽과 수면은 강한 하이라이트나 눈부심 지점을 만들어낼 수 있습니다.

압력 및 노출

구성 요소는 장기간 침수, 수압 및 화학 물질 노출(염소, 해수, 세척제)을 견뎌야 합니다.

이러한 조건들 때문에 수중 광학 설계는 일반적인 감시 카메라나 소비자용 카메라와는 근본적으로 다릅니다.

3. 수중 렌즈 설계의 주요 매개변수

(1) 초점 거리(EFL)

초점 거리가 짧을수록 시야각이 넓어집니다.

수중 환경에서는 굴절로 인한 화각 감소를 상쇄하기 위해 초단초점 렌즈(예: 0.98mm~2mm)가 필요한 경우가 많습니다.

(2) 조리개(F-넘버)

F값이 낮을수록(예: F1.6~F2.0) 특히 수영장 바닥이나 그늘진 곳과 같이 어두운 환경에서 밝기를 높이는 데 도움이 됩니다.

(3) 시야각(FOV)

광각 촬영이 필수적입니다.

수영장 로봇에 사용되는 일반적인 수중 렌즈의 도달 거리는 다음과 같습니다.

• 수평: 150°–180°
• 수직: 150°–180°
• 대각선: 최대 200°

이러한 파노라마식 시야각(FOV)을 통해 로봇은 사각지대를 최소화하면서 주변 환경을 파악할 수 있습니다.

(4) 광학 구조 (예: 2G3P)

하이브리드 렌즈 구조는 유리와 플라스틱 요소를 결합하여 균형을 맞춥니다.

• 왜곡 보정
• 무게
• 열 안정성
• 비용 효율성

유리 소자는 내구성을 향상시키고 수중에서 광학적 변형을 줄여줍니다.

(5) 코팅 및 투과율

높은 투과율(예: 평균 투과율 ≥ 90%)은 다음과 같은 경우에 매우 중요합니다.

• 빛 손실 감소
• 탁한 물 속 시야 확보
• 색상 충실도 유지

코팅은 긁힘과 화학 물질 노출에 대한 저항력도 높여줍니다.

(6) 센서 호환성

수중 렌즈는 일반적으로 소니 IMX390과 같은 센서와 함께 사용되며, 이러한 센서는 다음과 같은 특징을 제공합니다.

• 높은 동적 범위
• 우수한 색 재현력
• 저조도 감도
• 연속 작동을 위한 안정성

(7) 방수 및 환경 보호

IP67 또는 IP68과 같은 보호 등급은 다음과 같은 이유로 필수적입니다.

• 물 유입을 방지하세요
• 안개 발생을 피하세요
• 장시간 잠수 중에도 투명도를 유지하세요

-20°C에서 +70°C에 이르는 작동 온도 범위는 계절 변화에 관계없이 안정적인 성능을 보장합니다.

4. 수영장 청소 로봇의 적용 시나리오

수중 렌즈는 다양한 로봇 기능에 기여합니다.

• 내비게이션을 위한 수영장 지형 매핑
• 미세 입자 또는 먼지 덩어리를 감지합니다.
• 벽이나 경사면에 대한 로봇의 위치 모니터링
• 파편이나 표면 상태를 분류하는 AI 알고리즘을 지원합니다.
• 안전성 향상 및 충돌 위험 감소

넓은 시야각과 안정적인 수중 이미징 기능을 갖춘 이 로봇은 더욱 효율적이고 자율적으로 작동할 수 있습니다.

5. 수중 광학 설계의 미래 동향

수영장 청소 로봇이 더욱 발전함에 따라 수중 렌즈는 다음과 같은 방향으로 계속 발전할 것입니다.

• 더 높은 해상도로 객체 감지 성능 향상
• 저조도 이미징 성능 향상
• 화학 물질에 대한 내성이 더 뛰어난 소재
• 향상된 김서림 방지 및 반사 방지 코팅
• AI 기반 비전 시스템과의 통합

이러한 개선 사항은 로봇이 주거용 및 상업용 수영장 환경 모두에 적응하는 데 도움이 됩니다.