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산업용 카메라의 새로운 트렌드 ‘1Board Camera’

  • 등록 2016.05.10 17:33:53
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비전 검사 장비 업체에서 바라본 1 Board Camera는 불필요한 Case가 없고, 두께가 매우 얇아 실용적이다. 게다가 1 Board Camera는 일반 비전 카메라와 동일한 성능에 가격까지 낮다. 이러한 장점 덕분에 ‘1 Board Camera’는 산업용 카메라의 새로운 트렌드로 점점 자리잡고 있다. 


#<사례 1> 비전 검사 장비를 제조하는 A업체

홍 대리는 반도체 얼라인 검사 장비를 만드는 회사의 기획자이다. 홍 대리는 콤팩트한 머신비전 카메라의 사이즈가 29×29mm(가로×세로)로 500원짜리 동전만 하다는 지식을 가지고 있다. 비전 검사 장비를 기획하여 외형 디자인을 구상했는데, 비전 카메라의 두께가 생각보다 두꺼워서 비전 검사 장비의 외형을 뚫고 외부로 크게 돌출된다. 해답을 못 찾고 있는 홍 대리에게 보드 레벨 카메라가 매우 얇은 두께를 갖고 있다는 정보가 입수된다.


희망을 품은 홍 대리는 생각한다. “그래, 보드 레벨 카메라의 슬림한 두께라면 외부 돌출 없이 장비를 만들 수 있을 거야!”

 

#<사례 2> 비전 검사 장비를 제조하는 B업체

김 과장은 의료용 비전 검사 장비를 만드는 개발자이다. 이 의료용 비전 검사 장비에는 2개의 카메라가 스테레오로 적용되는데 카메라의 외부 케이스가 매우 거추장스럽다. 외부 케이스를 분리하고자 갖은 고생을 했는데, 카메라 케이스가 과자 봉지도 아니고 잘 벗겨지지 않는 데다가, 케이스를 분리하는 과정에서 불량까지 발생한다. 심지어, 카메라 제조사에서는 장비업체의 과실이라며 AS도 되지 않는다고 한다.


화가 난 김 과장은 생각한다. “월래 케이스가 없이 그냥 보드 레벨 형태 그대로 주었으면 이런 문제가 없었을 텐데…”

 

1 Board 카메라로 더 얇아지다

 

통상의 산업용 카메라는 몇 장의 카메라 보드로 구성될까? 제조사마다 다를 수는 있지만 대부분의 산업용 카메라는 3장의 보드로 구성된다.

 

ㆍ센서 보드 : 외부 영상을 이미지 센서로 취득하는 역할을 수행한다.

ㆍFPGA 보드 : 이미지 센서 데이터를 비전 검사에 적합한 이미지로 전처리한다. 

ㆍPC I/F 보드 : 이미지 데이터를 PC에 전송하기 위한 I/F를 구성한다.


그림 1은 라온피플의 보드 레벨 카메라(1 Board)와 일반 산업용 카메라(3 Board + Case)를 예시한 것이다. 그림을 살펴보면 가로×세로 사이즈를 결정하는 요인이 무엇인지, 그리고 두께를 결정하는 요인이 무엇인지를 쉽게 생각해 낼 수 있다.  


▲ 그림 1. 라온피플의 보드 레벨 카메라와 일반 산업용 카메라 예시


먼저, 가로×세로 사이즈를 결정하는 가장 큰 요인은 각 보드의 가로×세로 사이즈임을 알 수 있다. 3가지 보드의 가로×세로 사이즈를 동일하게 만드는 이유도 가로×세로 사이즈를 줄이기 위함임을 예측할 수도 있다.


다음으로 두께를 살펴보겠다. 일반 산업용 카메라의 경우 3가지 보드를 연결해야하므로, 물리적으로 두께를 줄이는 데 한계가 있다. 1 Board Type의 카메라는 3개의 보드가 1개의 보드로 줄게 된다. 당연히 보드의 두께가 3분의 1로 줄게 되고, Case를 체결할 경우에도 2분의 1 이상 두께가 슬림해지게 된다. 


슬림해지는 건 두께만이 아니다. 3개의 보드를 사용해야 했던 제조원가가 1개의 보드만 사용하면 되므로 보드 원가도 3배 낮아진다. 


보드 레벨 카메라! Case를 걷어 내다


기존의 산업용 카메라는 사각형 기구에 완조립 상태로 제공되어 왔다. 하지만, 장비에 적용되는 카메라에는 기구 체결이 필요 없는 경우도 있다. 이럴 경우 대량 생산 구조에 참 불편한 문제가 발생한다. 나머지는 다 자동화로 장비를 제조하는데, 카메라에 Case가 붙어 있어서 사람이 일일이 Case를 벗겨 내는 작업이 필요하게 되는 것이다. 


▲ 그림 2. 라온피플에서 출시한 보드 레벨 카메라


위 고객에게 카메라를 제공하는 제조사 입장에서 생각해 보자. 카메라 제조사는 불필요한 Case를 제작하기 위해서 고객은 신경 쓰지도 않는 카메라 외형 디자인을 무척이나 신경 써야 한다. 게다가 모든 제품마다 수천~수만원을 호가하는 금속 케이스를 부착하여 비싼 원재료비가 추가된다. 그런데 장비 업체에서 카메라 Case가 필요 없다면? 참 불필요한 작업을 하고 있는 것이 된다. 


위와 같은 경우, 장비 업체와 카메라 업체에 서로 득이 되는 답은 매우 간단하다. 바로 보드 레벨 카메라를 제공하는 것이다. 답은 간단하지만 현실적으로 적용된 곳은 많지 않다. 과거 국내에서는 보드 레벨 카메라를 제공하는 업체가 없었기 때문에 이런 불필요한 작업들이 개선 없이 그냥 관습처럼 진행되어 왔다. 


이러한 잘못된 관습을 바꾸기 위해, 라온피플은 2015년 국내 처음으로 보드 레벨 카메라를 출시했다. 아직도 불필요한 Case를 사용하고 있다면, 보드 레벨 카메라에 관심을 가져 볼 만하지 않을까? 


1. 1 Board Camera의 성능은 산업용 카메라와 동일하다

1개의 보드로 3개 보드 역할을 수행하는 경우 기능이 떨어지지 않을까란 걱정이 있을 수 있다. 결론을 먼저 이야기 드리자면 ‘기우’이다. 1 Board 카메라와 3개 보드로 구성된 카메라 스펙은 외형 디자인을 제외하고는 성능이 동일하기 때문이다. 


스마트폰이 작은 크기로도 충분한 성능을 내는 것과 같이, 1 Board Camera의 경우에도 하나의 보드 공간에 3개 보드를 집적하는 것이 가능하다. 보드를 작게 만드는 것은 설계를 효율적으로 했기 때문이며 기능이 결코 떨어지지 않는다. 


1 Board Camera의 성능이 산업용 카메라와 동일하다는 것이 1 Board Camera 제작이 쉽다는 것을 의미하지는 않는다. 1 Board Camera를 제조하기 위해서는 산업용 카메라 제조를 위한 모든 노하우가 필요하기 때문이다. 센서, FPGA, PC I/F를 하나의 보드에 구현해야 하는 만큼, 카메라 제조를 위한 모든 기반 기술을 갖추어져야 한다. 이중에서 하나라도 아웃 소싱에 의지하는 경우 1 Board Camera 설계하는 기술을 갖기 어렵다.


라온피플은 카메라 자체 생산을 위한 모든 기반 기술을 보유하고 있어서 다양한 종류의 1 Board Camera를 생산할 수 있다. 그림 3은 보드 레벨 카메라의 앞면과 뒷면을 보여준다. 보드 레벨 카메라를 28.5mm×28.5mm로 크기가 500원짜리 동전보다 약간 큰 수준으로 깜찍하게 집적했다. 보드 한 장으로 필요한 모든 기능을 구현했으며, 집적도가 높은 만큼 많은 부품이 촘촘하게 구성된다. 


▲ 그림 3. 보드 레벨 카메라의 앞면과 뒷면


2. 통합 SDK를 이용하면 더 편리하다

산업용 카메라를 구매한 후 사용하기 위해서는 영상을 확인하면서 카메라 설정하는 과정이 필요하다. 때문에 산업용 카메라에는 뷰어와 카메라 설정 툴이 제공된다. 뷰어와 설정 툴은 레퍼런스 그대로 사용할 수도 있지만, SDK(Software Development Kit)만 있다면, 입맛에 맞는 뷰어와 설정 툴을 만드는 것도 가능하다.


좋은 카메라를 구매하였다고 생각했는데, SDK가 따라주지 않는다면 당황스러운 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어, 여러 대의 동일한 카메라를 구매하여 하나의 장비에 구성했는데, 하나의 통합된 뷰어로 볼 수도 없고 하나의 툴로 모든 카메라 설정을 할 수 없다면 어떻게 될까? 개발자에겐 말하지 못할 정도의 짜증과 배신감이 밀려올 수 있다. 다른 예로, GigE 카메라와 USB 카메라를 동시에 보고 설정하는 경우는 어떨까? 마찬가지로 통합 버전이 제공된다면 편리함이 있을 것이고 아니라면 불편함이 초래된다.


라온피플에서 제공하는 통합 SDK 툴을 사용하면 그런 걱정을 할 필요가 없다. 카메라 인터페이스 종류에 상관없이 다수의 카메라를 통합하여 영상을 확인하고 제어가 가능하다. 레퍼런스로 제공되는 뷰어와 설정 툴이 보편적으로 사용될 수 있는 최적의 UI로 구성되어 있으며, SDK 샘플을 통해 사회 초 년차 개발자도 쉽게 자신만의 소프트웨어를 만들 수 있다. 


독일의 유명한 B사의 제품을 능가하는 최상의 소프트웨어 경험을 드리고자 공들여 개발한 통합 SDK의 특징은 아래와 같다.

 

ㆍSimple & Easy : 카메라 인터페이스의 종류와 상관없이 쉽고 간편한 카메라 제어를 통해 라온피플만의 놀라운 영상을 접하게 된다.


ㆍFast : 단순하면서도 섬세하고 또한 강력한 SDK 샘플을 제공하므로 원하는 영상 솔루션의 개발 경험을 단축시켜 준다.


ㆍIntegration : 라온피플에서 제공하는 GigE/USB type의 다른 카메라로 변경할 때도 매우 쉬우며 또한 라온피플에서 제공하는 통합 비전 소프트웨어인 NAVI와도 쉽게 통합된다.


3. 다양한 응용 분야 & 뛰어난 가성비

라온피플은 산업용으로 많이 이용되고 있는 USB 3.0 I/F의 1.2M, 5M, 10M 총 3종의 1 Board Camera를 출시했다. 2015년 1.2M, USB 3.0 Type을 국내 처음으로 개발했으며, 2016년에는 세계 최초로 10M Resolution을 지원하는 1 Board Camera를 출시했다. 


먼저 1 Board Camera에 적용된 USB 3.0 I/F는 현재 대부분의 PC에서 지원하는 I/F이므로, 케이블 연결만으로 카메라가 동작하게 된다. Camera Link I/F나 CoaXPress I/F와 같이 별도의 Frame Grabber를 필요로 하지 않으므로 적은 가격으로도 솔루션 구축이 가능하다. PC와 케이블을 통해 간단히 카메라가 연결되고, 라온피플의 통합 SDK를 사용하면서 영상을 확인하며 쉽게 제어를 할 수 있다.


다음으로 Resolution을 살펴보면, 1.2M는 현재 산업용으로 가장 많이 사용되는 Resolution 중 하나이며, 5M와 10M의 경우에도 넓은 FOV를 검사하는 용도로 점차 사용이 늘고 있다. 


5M/10M의 경우 높은 가격 때문에 범용적인 사용에 다소 어려움이 있었지만, 2016년 개발된 라온피플의 5M/10M 카메라는 거품을 쏙 뺀 아주 만족스러운 가격으로 제공된다.


착한 가격 확보를 위해 global shutter 센서 대신 rolling shutter 센서를 지원하였으므로, 빠르게 움직이는 대상을 검사하는 경우에는 제약이 있을 수 있지만 정지 화면에서 넓은 FOV를 봐야 하는 비전 검사에는 최적의 카메라가 될 수 있다.


또한, 1-board 구현을 통해 많은 비용을 절감할 수 있게 되었으며 작은 크기 구현을 통해 고객이 원하는 환경에 큰 무리 없이 적용이 가능해졌기 때문에 단순하게 가격만 착한 것이 아니라 적용하여 쓰기에도 매우 편리하다.


1 Board Camera를 좀 더 착한 가격으로 이용하고 싶은 분들께 몇 가지 노하우를 소개한다. 1 Board Camera는 Case가 부착된 형태와 Case가 부착되지 않은 2가지 형태로 제공된다. 카메라가 외부에 설치된다면, 당연히 기구를 씌워 카메라 내부 회로를 먼지나 외부 환경으로부터 보호해야겠지만 장비 내부에 들어간다면 굳이 전체에 기구를 씌울 필요 없이 렌즈를 올리기 위한 마운트만 있으면 된다. 당연히 비용을 절감할 수 있다.


또한, 경우에 따라 산업용 카메라 제조업체에서 일률적으로 제공하는 기구 대신에 고객 환경에 맞춰 기구를 설계하거나 고객이 직접 기구를 생산하는 것이 효율적이라고 느껴지는 경우에도 이런 솔루션이 적합하다.


▲ 그림 4. 라온피플의 통합 SDK. 4개의 카메라(흑백, 컬러)를 동시 적용한 모습


▲ 표 1. 보드 레벨 카메라 주요 스펙


고객이 카메라 마운트까지 포함된 제품을 원하거나 기구가 체결된 완조립 혹은 반조립 제품을 원한다면 물론 가능하다. 표준화된 렌즈 마운트를 라온피플에서 제공이 가능하며, S-mount, CS-mount, C-mount 모두 가능하다. 고객이 원한다면 일반적인 산업용 카메라와 마찬가지로 기구가 전부 체결된 제품을 제공할 수도 있다. 특히 S-mount로 충분한 애플리케이션이라면 CS-mount나 C-mount를 사용하는 것보다 훨씬 저렴하게 시스템 구성이 가능하며 렌즈를 포함한 카메라 높이도 대폭 줄일 수가 있다. 그림 5는 CS- mount 적용된 경우의 반조립과 완조립 형태의 모델을 보여준다. 


▲ 그림 5. CS-mount 적용된 경우의 반조립과 완조립 형태의 모델


이광 라온피플 기술이사



















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