현대 디지털 카메라 인터페이스 옵션 이해
각 머신비전 관련 협회는 글로벌 비전 및 이미징 산업의 성장을 활발히 하도록 한다. 표준 개발은 산업의 핵심 성공 요인이고, 각 협회는 표준을 위한 기금 모금, 유지 관리, 홍보 등을 돕고 있다. 2009년 3대 비전 관련 선도 협회인미국영상협회(AIA), 유럽머신비전협회(EMVA), 일본산업영상협회(JIIA)는 전세계적으로 적용된 비전 표준의 개발을 조정하는 협력 사업을 시작했다. 이 출판물은 협력의 결과물 중 하나다.
GigE Vision
GigE Vision 표준은 Ethernet (IEEE 802.3) 통신 표준을 사용하여 개발된 널리 적용된 카메라 인터페이스 표준이다. 2006년 5월에 발표된 이 표준은 2010년(1.2 버전) 및 2011년(2.0 버전)으로 개정되었다. GigE Vision은 여러 개의 스트림 채널을 지원하고 표준 Ethernet 케이블을 사용하여 매우 긴 거리로 오류없는 이미지 전송을 빠르게 할 수 있다. 각각 다른 제조업체의 하드웨어 및 소프트웨어라도 다양한 데이터 속도로 Ethernet 연결을 통해 완벽하게 상호 운영할 수 있다. IEEE 1588과 같은 기타 Ethernet 표준이 확정적인 트리거링을 제공하기 위해 활용된다.
▲ 그림 1. GigE Vision 케이블
• 속도 : 현재 1 및 2Gbits/s(케이블 2개 사용) 시스템은 다수의 10Gbits/s로 사용할 수 있고, 무선시스템이 현재 시장에 진입하고 있다.
• 수신 장치 : NIC(Network interface card)가 머더보드에 있을 수 있고 없는 경우 카드를 추가할 수 있다. GigE Vision 프레임 그래버를 사용할 수 있다.
• 케이블 : 케이블과 카메라 수에 따라 GigE Vision는 케이블의 길이를 최대 100m(구리) 및 5,000m(광섬유)로 사용할 수 있다.
• 커넥터 : GigE Vision에서 사용할 수 있는 커넥터: 구리 Ethernet; 구리 Ethernet(비전 잠금 나사) 10Gigabit Ethernet 직접 연결 케이블; Ethernet 광섬유 케이블
• 카메라 전원 공급 : 외부 또는 Ethernet 케이블 (POE)을 통해 공급
• 기타 차이점 : 각 GigE 카메라가 자체 IP 주소를 가지고 있어 같은 네트워크 내에서 동작할 수 있는 카메라 수에는 제한이 없다.
▲ 그림 2. 단일 카메라
Line scan 카메라 또는 Area scan 카메라는 Ethernet 케이블 또는 외부를 통해
전원을 공급받는다.
▲ 그림 3. 여러 대의 카메라
카메라는 Ethernet 케이블 또는 외부를 통해 전원을 공급받는다. 총 데이터 속도는
최대 10 Gbits/s이다. (PC로 10 Gbits/s 연결용)
▲ 표1. 디지털 하드웨어 표준 사양 | GigE Vision
USB3 Vision
USB3 Vision 표준은 2011년 말에 처음 발표되었고, 1.0 버전은 2013년 1월에 발표되었다. 새로운 표준으로, 머신비전 업계에서는 아직 USB 기술에 익숙하지 않다. USB 인터페이스는 소비자의 폭넓은 인식 수준, 쉬운 플러그 앤드 플레이 설치, 높은 수준의 성능 등을 제공한다. 머신비전 업계의 다양한 요구를 수용하는 표준을 만들 수 있도록 많은 기업의 전문성을 결합하였다. 이러한 접근 방식은 카메라에서 사용자 버퍼로 이미지를 직접 전송하기 위해 하드웨어 DMA(direct memory access)의 장점을 취할 수 있도록 기성 USB 호스트 하드웨어와 거의 모든 운영 체제 (DMA)를 사용할 수 있다.
GenICam 표준의 카메라 제어 개념을 활용하여 최종 사용자가 기존 시스템에 USB3 Vision을 쉽게 구현할 수 있다. 속도를 향상하고 기능을 추가하기 위해 USB 표준을 지속해서 업데이트하는 USBIF위원회와 함께 USB3 Vison은 이러한 향상된 기능을 계속 활용할 것이다. (이미 USB 3.1은 속도를 2배로 늘렸다.)
▲ 그림 4. USB3 Vision 케이블
• 속도 : 이 표준은 USB 3.0의 본질적인 측면을 토대로 400Mbytes/s 이상으로 종단 간 데이터 신뢰성을 가져온다. 최근 승인된 USB 3.1 표준은 이 유효 속도를 2배 이상 끌어올렸지만, 아직 적용되지는 않았다.
• 수신 장치: PC (직접 연결) 거의 모든 PC 및 임베디드 시스템에 USB 인터페이스가 내장되어 대부분 상황에서 추가적인 인터페이스 카드(프레임 그래버)가 필요하지 않다.
• 케이블 : 표준 수동형 구리 케이블 3-5m; 능동형 구리케이블 8+m; 멀티모드 광섬유 케이블100m
• 커넥터 : USB3 Vision형 커넥터: 호스트측(표준 A 잠금) 및 장치 측(micro-B 잠금)
• 카메라 전원 공급: 표준 수동형 구리 케이블을 통해 최대 4.5W(5V, 950 mA); 능동형 구리 케이블을 통한 전원 공급; 멀티모드 광섬유 케이블을 통해 전원공급 하지 못함
• 기타 차이점 : 이미지 전송 성능과 같은 프레임 그래버
▲ 그림 5. 단일 카메라
최대 400 Mbytes/s의 데이터 속도 및 전원을 제공하는 USB 3.0 포트로 단일 케이블로
연결된 카메라 프레임 그래버 필요 없음
▲ 그림 6. 여러대의 카메라
▲ 표 2. 디지털 하드웨어 표준 사양 | USB3 Vision
CoaXPress
CoaXPress (CXP) 표준은 2010년 12월에 발표되었다. 카메라와 프레임 그래버 간의 고속 인터페이스를 제공하고, 긴 케이블을 사용할 수 있다. 가장 간단한 형태의 CoaXPress 표준은 최대 6.25Gbits/s로 카메라에서 프레임 그래버로 데이터를 전송, 제어 데이터를 전송하는 동시에 20.8Mbits/s로 프레임 그래버에서 카메라로 트리거를 전송, 카메라에 최대 13W의 전력을 제공하기 위해 하나의 동축 케이블을 사용한다. 고속으로 사용해야 할 때 데이터를 공유하는 1개 이상의 동축 케이블로 링크 통합이 사용된다. 1.1 버전으로 작은 DIN 1.0/2.3 커넥터를 사용할 수 있다.
▲ 그림7. CoaXPress 케이블
• 속도 : CoaXPress 표준은 초고속 Line scan 카메라의 트리거링을 포함한 실시간 트리거를 지원한다. 표준 20.8 Mbits/s 업 링크로 카메라에 전송할 수 있고, 트리거 지연은 3.4μs이다. 또는, 고속 업 링크를 사용하면 일반적으로 트리거 지연은 150ns이다. CoaXPress표준은 하나의 커넥터에 6개 링크로 최대 3.6Gbytes/s를 허용하여 시장에서 가장 빠른 카메라를 지원한다.
• 수신 장치 : 프레임 그래버
• 케이블 : 1.25Gbits/s 연결속도(CXP-1)에서 CoaXPress 표준은 100m 이상의 케이블 길이를 지원한다. 3.125Gbits/s(CXP-3) 연결속도에서 최대 길이는 85m이다. 최대 6.25Gbits/s (CXP-6)에서는 6mm 지름의 35m 케이블을 사용할 수 있다. 더 큰 지름의 케이블로 더 긴 길이를 사용할 수 있다.
• 커넥터: 널리 사용되는 BNC 커넥터 및 작은 DIN 1.0/2.3 DIN 커넥터는 또한 멀티 웨이 커넥터와 결합하여 사용할 수 있다.
• 카메라 전원 공급: CoaXPress 케이블을 통해 공급
• 기타 차이점: GenICam 지원; GenApi, SFNC, GenTL(이미지 스트리밍 포함)을 포함해야 한다. IIDC2 지원은 옵션이다.
▲ 그림 8. 단일 카메라
1개의 케이블이 이미지 데이터, 카메라 제어, 카메라 전원 모두를 제공한다.
▲ 그림 9. 여러 대의 카메라, 1대의 프레임 그래버
▲ 표3. 디지털 하드웨어 표준 사양 | COAXPRESS
▲ 표 4 . 하드웨어 디지털 인터페이스 표준 비교
AIA, EMVA, JIIA
