효율적이면서 사용하기 편하도록 표준 개발하면서 머신비전 시장 확대 일조

머신비전 표준은 자동화 분야에서 가장 복잡한 기술을 개발하는 업계에 호환성을 주입하여 OEM, 시스템 통합 업체 및 최종 사용자가 작업을 보다 효율적으로 수행하도록 지원한다. 작업 환경이 변화됨에 따라 머신비전 표준 역시 그러한 기술 혹은 환경 요인을 받아들이면서 업그레이드되고 있다. 

머신비전 표준은 자동화 분야에서 가장 복잡한 기술을 개발하는 업계에 호환성을 주입하여 OEM, 시스템 통합 업체 및 최종 사용자가 작업을 보다 효율적으로 수행하도록 지원한다. 새로운 표준과 반복 버전이 자주 등장하는 것처럼 보일지 모르지만은 끊임없이 변화하는 시장에서 이러한 인터페이스를 업데이트하고 사용할 수 있도록 하기 위한 작업들이 반복되고 있는 것이다. 예를 들어, 계속 증가하는 연산 능력과 빠른 CMOS 센서 덕분에 3D 비전 채택이 계속 증가하고 있다. 이에 따라 플러그 앤 플레이 프로토콜의 최신 버전인 GenICam 3.0.1은 3D 머신비전 기술과의 통합 및 액세스를 용이하게 한다.

이전에는 ?표준이 한 유형의 데이터(일반적으로 강도 데이터(intensity data))의 이미지 스트림을 지원했다. SICK IVP AB의 3D Vision 핵심 설계 전문가인 Mattias Johannesson은 “카메라가 거리 정보나 강도(intensity) 정보와 함께 기하학적인 정보를 보내고 수신자가 앞으로 무엇을 이해할 수 있게 하는 것이 우리의 목표다”라고 말했다. 

멀티 파트 데이터 수집을 지원하는데 있어 해결해야 할 과제 중 하나는 센서를 구성하는 것이다. GenICam 위원회는 가장 최근의 표준 기능 명명 규칙(SFNC) 모듈을 통해 이를 처리하고 있다. Mattias Johannesson은 “SFNC는 여러 유형의 데이터를 생성하도록 센서를 설정하는 방법을 정의하므로 표준 호환성을 없애고 표준 카메라의 모든 것을 파괴하지 않고 구성할 수 있다”라고 설명했다.

SFNC의 또 다른 구성 요소는 좌표계를 설정하는데 필요한 새로운 기능을 추가하는 것이다. Mattias Johannesson은 “이는 사용자가 좌표 정보가 무엇인지 뿐만 아니라 좌표계가 카메라와 관련하여 정렬되는 미터 단위 또는 영국식 단위인지, 구형 좌표인지, 데카르트 좌표인지를 이해하는데 도움이 된다”라고 말했다.

또한 GenICam 3.0 표준은 새로운 HDR(high-dynamic range) 기능을 포함하도록 확장되고 사용자 설정 매개 변수 및 표준 장치 펌웨어 업로드 기능이 개선되었다. 이 마지막 두 가지 개선 사항은 배치 및 현장 업그레이드를 목표로 한다.

GigE Vision, 3D 비전 요구사항 반영

GenCam 3.0.1과 마찬가지로 멀티 파트 이미지 전송은 GigE Vision 2.1 개정판에서 중요한 역할을 한다. 비전 회사가 3D 이미지를 지원해야한다는 요구에 부응하여 표준의 개정은 GigE Vision을 통해 멀티 파트 3D 이미지 전송을 용이하게 하는 것을 목표로 한다. GigE Vision위원회는 지난 몇 년 동안 이러한 지원을 가능하게 하는 페이로드 유형을 추가하기 위해 노력해 왔다. Teledyne DALSA 및 GigE 비전위원회 위원장인 Eric Carey는 “본질적으로 3D 이미지에서 찾을 수 있는 다양한 유형의 정보를 분할하고, 이 정보가 모두 같은 이미지에 속하기 때문에 동일한 블록의 일부로 전송할 수 있다”고 말했다. 

GigE Vision 위원회는 기업들이 기술을 기반으로 3D 제품을 제공할 수 있도록 2017년 중반까지 개정판을 발표할 목적으로, 이들 다중 부분 3D 이미지를 전송할 수 있도록 GenICam 위원회와 병행하여 노력하고 있다.

멀티 파트 이미지 전송만이 주목받는 대상이 아니다. GigE Vision은 처음으로 카메라 뒷면의 잠금 커넥터를 표준화한다. 위원회는 잠금 커넥터에 사용된 치수에 대한 정식 기계 도면이 포함된 보완 자료를 발표할 예정이다.

또한 2.1 버전의 IEEE 1588 Precision Time Protocol(PTP)을 사용한다. 이 프로토콜은 매우 정밀한 클럭을 사용하여 네트워크의 모든 카메라를 동기화한다. 여러 카메라 시스템을 동기화하려면 일반적으로 기술에 따라 프레임 그래버 또는 카메라로 향하는 전용 트리거 신호가 필요하다. 즉, 케이블을 공통 트리거 소스에서 동기화해야하는 모든 카메라로 실행해야 한다.

GigE Vision에 IEEE 1588을 추가하면 얻을 수 있는 장점은 두 가지다. 첫째, GigE Vision은 내부 타임 스탬프를 가지고 있다. 내부 타임 스탬프는 특정 시간 간격(일반적으로 1μs 이상)에서 증가하는 64비트 숫자다. IEEE 1588에서는 이 타임 스탬프가 PTP 공통 타임 스탬프를 참조로 사용한다. 

즉, 동일한 네트워크에 있는 모든 PTP 사용 가능 카메라가 동일한 타임 스탬프를 공유한다.

Eric Carey는 “카메라가 이미지 수집과 관련하여 구성되지는 않았지만 이미지가 각 이미지에서 도착할 때 시스템에서 일어나는 일의 일정을 만들 수 있다. 프레임 속도, 거리 또는 속도를 정확하게 측정할 수 있다. 시스템 설정 방법에 따라 다르지만, 특히 여러 카메라 시스템에서 다양한 이미지 수집 간의 시간차를 측정해야 할 때 매우 유용할 수 있다”고 말했다. 

일반적인 타임 스탬프의 두 번째 이점은 ‘동작 명령’이라는 기능이 추가된 것이다. 동작 명령을 사용하면 동기화 된 PTP 지원 카메라가 앞으로 트리거 와이어를 실행하지 않고도 트리거 작업을 실행할 시간을 지정할 수 있다. 이를 통해 통합자는 I/O 케이블을 제거하고 이더넷 케이블만 사용하여 GigE Vision 카메라에 데이터, 전원 및 트리거를 제공할 수 있다.

GigE Vision은 10GigE를 지원하는 것 외에도 NBASE-T의 고속 전송 속도의 이점을 누릴 수 있다. 2016년에 출시된 NBASE-T 기술은 이더넷의 한계인 1Gbps를 넘어 Cat5e 및 Cat6 케이블 링의 대규모 설치 기반을 사용해 2.5 및 5Gbps에 이른다.

Eric Carey는 “NBASE-T가 우리 시장 이외의 응용 분야에서 주류가 됨에 따라 머신비전은이 작업의 이점을 누리고 있다. 우리는 GigE Vision 카메라로 유지할 수 있는 프레임 속도를 높이기 위해 이 기술을 적용하는 데 관심이 있다”고 말했다. 

Camera Link HS, 광섬유 속도와 비용 이점 활용

Camera Link HS (CLHS)는 위원회가 차기 개정판을 준비할 때 몇 가지 변화를 겪었다. 다른 표준에서 다루고 있는 3D 비전 트렌드에 충실하기 위해 CLHS는 3D 데이터 유형을 도입했다. 또한 이 개정판은 한 프레임 내의 여러가지 관심 영역(AOI)과 여러 데이터 유형을 지원한다. Teledyne DALSA의 R & D 카메라 개발 매니저이자 CLHS 표준 기술 소위원회의 위원장인 Michael Miethig는 “정말 비디오 구조가 바뀌므로 비디오 패킷을 수정하여 AOI 및 각 AOI 내의 픽셀 정의를 즉시 변경할 수 있게 되었다”고 말했다. 

CLHS가 구리 또는 광섬유 케이블을 통해 작동할 수 있지만 후자의 비용 및 유용성으로 인해 표준의 X 프로토콜이 널리 보급되고 있다. 

X 프로토콜 물리 계층은 10.3Gbps, 64b/66b 인코딩 및 Forward Error Correction 기능을 제공해 섬유 당 1200MB/초의 이미지 데이터 처리량을 달성한다.

견고하고 가벼우며 안정적인 광섬유는 케이블 내 손실이 구리보다 훨씬 크기 때문에 매우 높은 대역폭을 가지고 있다. 섬유가 작기 때문에 굴곡 반경이 더 작아진다. 또한 플렉스 수명 등급이 최대 5,000만 사이클이며 전자기 감수성도 없다.

CLHS는 더 긴 광섬유 케이블 길이를 처리할 수 있는 버그를 수정했다. 원래 CLHS 사양이 300m로 설계되었지만 사용자가 이 한계를 초과했다. Miethig은 “이것은 일부 데이터를 우리 커맨드 채널에서 재전송하게 만들었기 때문에 다음 개정에서 모든 케이블 길이를 처리하고 전파 지연을 측정할 수 있다”라고 말했다.

CLHS는 AIA에서 제공하는 매우 저렴한 IP 코어를 사용하여 또 다른 매력적인 기능을 제공한다. AIA는 저비용 IP 코어를 제공하면 이 기술을 홍보하는 데 도움이 되므로 회사는 개발 비용을 6만 달러 이상, 개발 기간을 6개월 이상 절약할 수 있다.

Miethig은 “우리 모두가 동일한 IP 코어를 사용한다는 것은 매우 견고한 디자인이라는 것을 의미한다. 그것은 개발 노력과 위험을 줄이고 장치 상호 운용성을 보장한다”고 강조했다. 

곧 등장할 새로운 표준은?

AIA의 표준 개발 디렉터 인 Bob McCurrach는 “산업협회가 새로운 머신비전 표준을 수립하기 위해서는 많은 기업들이 표준을 원하고 업계의 다른 회사와 기술을 공유할 의지가 있어야 한다”고 말했다. 

현재 주목받고 있는 분야는 FPGA 및 SoC가 가능해지는 보다 작은 프로세서 포맷이다. McCurrach는 “공장 자동화 시스템에 직접 연결할 수 있는 PC 시스템 또는 임베디드 시스템보다 작은 곳이 있다. 또한 이 소형 프로세서 포맷은 PC의 모든 기능을 필요로 하지 않거나 대규모의 전체 시스템 아키텍처를 패키징 할 수 없는 시스템에 비전을 통합할 수 있다”고 말했다. 

그는 “이것은 이전에 가능했던 것보다 더 많은 애플리케이션으로 비전을 유도하는 데 도움이 되는 분야다”라고 강조했다. SICK의 Johannesson은 “모든 표준 내에서 기능을 추가 및 수정하고 버그를 제거하기 위해 지속적으로 노력하고 있다”고 말했다.