머신비전 카메라 선정할 때 고려해야 할 사항

머신비전 카메라, 렌즈, 조명 등 다양한 제품들이 나와 있습니다.

여러분이 들고 있는 휴대폰을 조립할 때도 머신비전 카메라가 사용되는데요.

실제로 머신비전 업계에 많은 사람이 일을 하고 있지만 광학계를 제대로 선정하는 사람은 많지 않습니다.

 

이번 글에서는 머신비전 카메라를 선정할 때 고려해야 하는 몇 가지를 이야기해 보려고 합니다.




머신비전 카메라 선정할 때 고려해야 할 사항

머신비전 카메라 스캔 방식

머신비전 카메라의 스캔 방식은 크게 두 가지가 있습니다.

스캔 방식을 선택할 때는 환경이 영향을 미치게 되는데요. 언제 사용하는지 알아보겠습니다.

Area Scan

에어리어 스캔 방식은 무엇인가?

에어리어 스캔은 한국말로 번역하면 영역 스캔이라고 하는데 항상 뭔가 어색합니다.

어려울 것 없이 에어리어 스캔 카메라는 우리가 손에 들고 다니는 휴대전화나 DSLR과 같은 카메라입니다.

셔터를 한 번 누르면 이미지 한 장이 취득되는 일반적인 형식의 카메라인데요.

일반적으로 Align 하거나 정지 상태에서 일정한 영역을 촬상할 때 사용합니다.

 

Line Scan

라인 스캔 카메라는 사무실에서 사용하는 스캐너처럼 한 줄씩 이미지를 취득하는 형태를 갖고 있습니다.

에어리어 스캔 방식은 한 장을 한 번에 찍는다면 라인스캔은 카메라가 이동하거나 대상체(오브젝트)가 이동하면서 촬상을 합니다.

대체로 Roll to Roll 방식이나 라인이 멈추지 않는 상태로 이미지를 취득해야 할 때 효율적으로 사용할 수 있습니다.

 

아무리 생산라인이라도 라인스캔 카메라로 촬상하면 안되는 방식이 있는데요

대상체가 정밀 스테이지 위에서 일정하게 이동하는 방식이 아닌 흡착 기능이 없는 컨베이어에서 이동하게 된다면 좌우로 흔들리거나 위아래로 출렁일 때 이미지의 왜곡이 그대로 표현될 수 있습니다.

 

머신비전 카메라 해상도

카메라 해상도를 이야기 할 때 2메가 12메가 등 메가로 이야기 하거나 2백만 화소, 천만 화소 등 으로 이야기 하는데요.

이 해상도는 가로 픽셀 x 세로픽셀을 이야기 합니다.

 

12메가 카메라로 이미지를 촬상한다고 예를 들어보겠습니다.

이미지 한 장의 사이즈는 가로 4000px, 세로 3000px의 이미지가 취득되는데요.

가로 세로를 곱했을 때 나오는 숫자는 12,000,000(천이백만) 입니다.

이미지 용량은 1px이 1byte이기 때문에 12메가  이미지가 나오게 됩니다.

화소는 위에서 곱해서 나온 1천 2백만 화소라고 이야기 합니다.




머신비전 카메라 센서

머신비전 카메라 센서는 색상으로 표현하면 흑백을 모노(Mono) 센서라고 하며, 컬러 센서는 베이어(Bayer)  센서라고 합니다.

실질적으로 우리가 아는 컬러 센서는 RGB 패턴을 갖고 있는데요 이 패턴을 Bayer 패턴 이라고 이야기 하기 때문입니다.

 

셔터 동작 방식도 크게 두가지가 있습니다.

바로 롤링 셔터(Rolling Shutter) 방식과 글로벌 셔터(Global Shutter) 방식이 있습니다.

 

롤링셔터

롤링 셔터는 가성비가 좋은 센서로 상단부터 하단으로 순차적으로 이미지가 생성됩니다.

그렇기 때문에 움직이는 물체를 찍게 되면 기울어진 이미지가 찍히게 됩니다.

손에 있는 휴대폰이나 자동차의 블랙박스도 롤링 셔터 센서로 촬상 되기 때문에 블랙박스에서 자동차 와이퍼가 찍힌 동영상을 보면 와이퍼가 활처럼 휘어 있는 것을 보실 수 있습니다.

 

글로벌 셔터

글로벌 셔터는 센서 가격이 롤링셔터보다 비싸지만 롤링셔터의 단점을 극복할 수 있습니다.

빠르게 움직이는 물체를 촬상할 때 전체 면적이 동시에 이미지로 변환되기 때문에 움직임에 따른 왜곡이 없습니다.

만일 대상체가 빠르게 움직인다면 글로벌 셔터 센서의 카메라로 촬상하는 것이 좋은 방법 입니다.

 

머신비전 카메라 인터페이스

머신비전 카메라 인터페이스는 크게  6 가지가 있습니다.

Analog

아날로그 인터페이스는 사실상 거의 사라진 인터페이스 입니다.

1.5메가 카메라 정도까지만 전송할 수 있는 속도 인데요.

예전 브라운관으로 TV를 볼 때는 대부분 이 방식으로 전송되었지만 이제는 해상도가 높아짐에 따라 사용하지 않습니다.




GigE

GigE 카메라는 우리가 흔히 쓰는 LAN Cable을 사용합니다.

1GB 이미지 전송 속도를 갖고 있으며, LAN Cable로 카메라의 전원을 공급하는 POE(Power over Ethernet) 인터페이스가 대체적으로 사용됩니다.

최근에는 5GigE, 10GigE로 전송량을 대폭 늘린 인터페이스가 나왔는데요.

일반적인 NIC(Network Interface Card)는 1GB까지만 지원하며 전용 NIC를 사용해야 성능을 온전히 낼 수 있습니다.

GigE 인터페이스는 이론적으로 100m 이상 전송이 가능하기 때문에 CCTV나 대형 설비에서 많이 사용합니다.

USB

USB 인터페이스는 유럽에서는 많이 사용한다고 하는데 한국에서 만드는 장비에서는 거의 사용하지 않는 인터페이스 입니다.

최근 USB3.2버전의 경우 10G 까지 전송되는데요. 썬더볼트까지 개발이 되고 있다고 합니다.

하지만 케이블 전송길이가 너무 짧기 때문에 한국의 장비에는 적합하지 않습니다.

 

Camera Link

카메라 링크 인터페이스는 3년 전 까지만 해도 가장 많이 사용하는 인터페이스였습니다.

왜냐하면 장비의 생산성을 높이기 위해  고해상도 이미지나 프레임 레이트가 빠른 카메라들이 인기가 많았었는데요.

케이블도 7미터~10미터 정도까지 무난한 길이를 사용할 수 있었습니다.

 

카메라 링크는 Base, Medium, Full 등급이 있는데요.

Full은 케이블 2개가 카메라 하나에 연결되며, 최대 전송속도는  6.8Bbps 입니다.

 

Full 급 카메라는 차세대 인터페이스인 CoaXPress 케이블 1가닥 속도밖에 나오지 않기 때문에  지금은 점점 사용하지 않게 되고 있습니다.

아래에 소개해 드리려는 인터페이스는 Coaxpress 인터페이스입니다.

카메라 링크에서 감당하기 버거운 해상도의 이미지 센서가 나오고 시장에서는 더 빠른 카메라를 원하기 때문입니다.

CoaXPress

코엑스 프레스라고 읽는데요. CoaXPress 인터페이스의 경우 GigE와 Camera Link의 장점만 모아놓은 인터페이스입니다.

케이블 길이는 CoaxPress 6의 경우 100미터까지 사용 가능합니다.

게다가 카메라 전원까지 전송하기 때문에 케이블이 단순해 집니다.

초당 전송속도는 CXP-6의 경우 6.25Bbps, CXP-12의 경우 12.5Bbps까지 전송하기 때문에 최신 트렌드에 맞는 인터페이스라고 볼 수 있습니다.

예전에 비해 CoaXPress 인터페이스 카메라 라인업이 많아졌습니다.

최신 카메라는 코엑스 프레스 인터페이스로 개발되고 있어 앞으로도 더 늘어날 것이라 생각합니다.




QSFP+

QSFP+는 광통신이라고 생각하시면 됩니다. 아직은 지원하는 카메라가 많지 않기 때문에 지금은 특별한 상황이 아니라면 검토하실 필요 없습니다.

광통신인만큼 카메라 전원은 별도로 넣어줘야 하지만 전송길이 제약이 없고 40Bbps까지 데이터를 전송할 수 있습니다.

 

하지만 카메라 라인업이 적기 때문에 아직은 보편화되어있지 않습니다.

 

머신비전 카메라 마운트

카메라 마운트는 크게 C, F, M 마운트로 나뉩니다.

C-mount로 감당할 수 있는 카메라 센서는 4/3″이기 때문에 그 이상의 센서를 가진 카메라일 경우 F-Mount, M-Mount로 지원합니다.

F-Mount는 Nikon F의 표준마운트와 동일하고 M 마운트는 나사를 표현할 때 사용하는 M 입니다.

M42, M58, M72 마운트들은 모두 구경을 이야기 합니다.

 

머신비전 카메라 제조사

머신비전 카메라 제조사는 다양한데요 한국에서 많이 알려져 있는 카메라 제조사는 아래와 같습니다.

  • Basler(바슬러)
  • Crevis(크레비스)
  • JAI(자이-제이에이아이)
  • Sentech(오므론 센텍)
  • SVS-VISTEK
  • HIK(하이크)
  • Huaray(후아레이)
  • Vieworks(뷰웍스)
  • Teledyne Dalsa(텔레다인-달사)
  • Teledyne-FLIR(텔레다인 플리어)

 

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