분산 스마트 카메라에 주목하다

스마트카메라·네트워크 기술 결합 … 제조·생산 등 활용분야 무궁

요즘 분산 스마트 카메라 혹은 네트워크 스마트 카메라라는 용어가 뜨거운 감자로 떠오르고 있다. 스마트 카메라가 머신 비전 사업에서 필수적인 존재가 되면서부터 이를 더 ‘스마트하게’ 개발하기 위한 노력은 활발하게 이루어져왔다. 업계 각 분야에서 개발을 거듭한 끝에 얻어낸 새로운 개념이 분산 스마트 카메라이다.
글|윤진근 기자 pen@automotivemnt.com


분산 스마트 카메라(Distributed Smart Camera)는 산업 현장에서 다양한 분야에 도입될 수 있다. 기존에 널리 활용되던 스마트 카메라를 더욱 편리하고 유용하게 사용할 수 있는 기술이기 때문이다. 하지만 현장에서 근무하는 종사자들이나 일반인에게 분산 스마트 카메라는 아직 생소한 개념이다.  

분산 네트워크
분산 스마트 카메라와 관련된 정보를 얻기 위해서는 우선 분산 계산 네트워크에 대한 정의가 필요하다. 분산 계산 네트워크란 다중 작업을 여러 대의 호스트 컴퓨터들이 나누어 병행 처리하는 네트워크이다. 이는 특정 자원들을 그 자원을 가장 많이 사용하는 사용자들 부근에 위치시키고 이러한 자원들을 직접 관리하는 호스트 컴퓨터들을 서로 연결시켜 구성한다. 이때 응용 프로그램이나 데이터베이스들은 네트워크 전체에 분산되어 있다. (출처: 컴퓨터인터넷IT용어대사전, 네이버)

또한 분산 컴퓨팅 환경이란 여러 컴퓨터 사이에 애플리케이션을 분산 처리하기 위한 환경이다. 분산 컴퓨팅 환경을 실현한 네트워크 환경에서 사용자는 프로그램이나 데이터가 어디에 있는지 신경쓸 필요가 없다. 네트워크 전체가 마치 1대의 컴퓨터인 것처럼 동작하게 하는 것이 분산 컴퓨팅 환경이 추구하는 이상(理想)이기 때문이다. (출처: IT용어사전, 두산동아, 네이버)

분산 계산 네트워크는 말 그대로 계산을 여러 컴퓨터가 분산하여 진행한다는 뜻을 가지고 있다. 그리고 분산 컴퓨팅 환경은 여러 컴퓨터 혹은 IT기기 사이에 애플리케이션을 나누어 처리하기 위한 환경이다. 그렇다면 이 분산 계산 네트워크 그리고 분산 컴퓨팅 환경과 스마트 카메라 사이에는 어떤 연관이 있을까.

스마트 카메라와 IP 카메라
본지에서는 스마트 카메라를 ‘한 시스템 내에서 영상을 분석하고 이벤트나 패턴을 인식하는 일까지 함께 수행하는 카메라’로 정의하였다. 큰 특징으로는 카메라에 마이크로프로세서와 메모리·전원 및 통신용 인터페이스 같은 모든 부품들이 포함되어 있다는 것과, 영상 획득을 비롯하여 적외선과 열 등 스펙트럼 영역까지 포함할 수 있다는 것 등이 있다(본지 5월호 50페이지).

 하지만 여기서 알아야 할 개념이 한 가지 더 있다. 바로 IP 카메라라는 용어이다. 이는 분산 스마트 카메라를 정의할 때 없어서는 안 되는 개념이다. IP 카메라는 유무선 인터넷에 연결하여 사용하는 카메라를 말한다. IP 카메라는 카메라 모듈·디코더·영상 압축 칩·CPU·네트워크 전송 칩 등으로 구성된다. 카메라 모듈로부터 받은 아날로그 신호는 디코더를 통해 디지털 신호로 치환된 뒤 압축 칩에서 압축을 거쳐 전송된다. IP 카메라는 외부에서도 집 안 상황을 휴대폰으로 점검할 수 있다는 장점이 있으며 사용자 제작 콘텐츠(UCC)와 홈 네트워크를 위한 도구로 사용된다. (출처: IT용어사전, 두산동아, 네이버) 이는 말 그대로 인터넷을 하는 데 필요한 IP를 가진 카메라로 해석할 수 있으며, 네트워크 환경을 이용해 카메라를 원거리에서 조작할 수 있음을 뜻한다.

 이러한 정의를 모두 참고하면 분산 스마트 카메라는 ‘카메라 한 대 한 대가 영상을 분석하고 처리하는 일을 수행하면서, 커다란 한 군데 영역 혹은 여러 영역을 하나의 네트워크 안에서 촬영 및 처리하는 장비 및 시스템’으로 정의할 수 있다.

주요특징
스마트 카메라와 IP 카메라는 일반적인 카메라의 구성에 다른 기능들을 추가시킨 것임을 알 수 있다. 자료 수집과 분석, 처리 능력을 지닌 스마트 카메라와 데이터를 네트워크로 전송하는 IP 카메라는 서로 닮았으나 다른 모습을 하고 있다.

분산 스마트 카메라는 이러한 특징을 한군데에 모아놓은 카메라로, 스마트 카메라가 가진 업무 수행 능력과 IP 카메라의 정보 전달 및 공유 능력을 모두 가진 제품이다. 이는 단독적 자료 분석과 처리는 물론 네트워크 환경을 통한 손쉬운 조작과 관리가 가능할 것으로 보인다. 이 기술은 네트워크를 이용하기에 IP 설정만 명확히 한다면 무선으로 영상을 획득하거나 처리 신호를 보내는 것이 가능하다. 또한 스마트 카메라는 호스트 PC나 비전 처리 시스템으로 정보를 전송하지 않고 독자적으로 이미지를 획득하거나 처리할 수도 있다.

구성 및 원리
스마트 카메라는 일반적으로 전원부와 센서부 그리고 처리부 및 송신부로 구성된다. 전원부는 안정적으로 전원을 공급하는 역할을 한다. 센서 유닛은 영상을 받아들여 디지털 신호로 변환한다. 최근에 스마트 카메라의 성능이 높아지면서 이 부분이 가장 비약적인 발전을 이루었다. 처리 유닛은 말 그대로 디지털 신호를 처리하는 역할을 맡게 된다. 이는 스마트 카메라에서 가장 중요한 부분으로 변환된 영상을 어딘가로 전송할지 정하거나 자체적으로 처리한다. 처리 유닛은 일반 카메라와 스마트 카메라를 분류하는 기준이 되기도 한다. 마지막으로 통신부는 자료를 전송하고 명령을 받아들이는 등 통신 기능을 수행한다.

 분산 스마트 카메라를 떠올릴 때에는 이러한 스마트 카메라들이 여럿 연결되어있는 모습을 생각하면 이해가 빠르다. 즉 여러 카메라들이 독자적인 네트워크에 연결되어 서로가 획득하는 영상을 공유하거나 데이터를 나누어 처리할 수 있는 구조로 이루어져있다. 통신부를 통해 메인 시스템뿐 아니라 여러 카메라와 서로를 연결할 수 있다는 것이 분산 스마트 카메라가 가진 가장 큰 매력이다.

활용 예
실제로 분산 스마트 카메라는 이미 일상 속 많은 범위에 활용되고 있다. 교통안전을 위해 교통량에 따른 신호 제어나 신호 위반, 과속 등 위법행위를 한 차량을 적발하는 시스템에 스마트 카메라를 활용한다. 또한 매장이나 학교 내에서 범죄 예방을 위해 카메라를 설치하고 스마트폰이나 컴퓨터 등 IP기기를 통해 실시간으로 확인할 수 있다.

독일 라이프니츠 하노버 대학(Leibniz Universitat Hannover) 시스템 엔지니어학과의 연구에 따르면 앞으로 분산 스마트 카메라는 여러 분야에 활용될 것으로 보인다. 우선 산업 현장에서 비전 시스템과 결합했을 때 카메라 숫자가 적어도 많은 정보를 얻을 수 있어 효율이 높다. 이러한 특징은 산업 현장뿐 아니라 지역을 관찰·감시하여야 하는 분야에도 적용할 수 있다.

또한 가본 적 없는 곳을 탐사하거나 공항 검색대, 공장 컨베이어벨트 등 안전성이 요구되는 곳에 투입할 수 있다. 이런 기술의 결정판은 무인 차량인데, 무인 차량은 공중에서 지상을 관찰하거나 심해 혹은 우주 등 인간이 생존할 수 없는 영역까지 관찰할 수 있다는 장점을 지닌다. 무엇보다 여러 카메라로 구성된 비전 시스템을 수동으로 작동할 수도 있어 지속적인 피드백이 가능하다.

서비스 로봇 분야에서는 분산 스마트 카메라가 매우 중요한 역할을 한다. 비전 시스템을 바탕으로 가정용 서비스 로봇과 같은 장비들을 정리하거나 진공 청소 등 가사 작업을 수행할 수 있다. 이 때 분산 스마트 카메라는 작업장과 그 주변 환경을 탐색하고 사물을 파악하고 이동시킬 수 있다. 이 때 비전 시스템과 함께 구성한다면 작업이 매우 쉬워진다. 각 개체의 3차원 위치를 결정하는 데에도 도움이 된다.

공업 프로세스에서도 분산 스마트 카메라를 활용할 수 있다. 검사 결과를 지속적으로 추적하여 이상이 있는지, 결과물이 어떤지를 확인할 수 있는 것. 분산 스마트 카메라는 머신 비전 시스템과 함께 각종 생산 분야는 물론이고 자동차 용접, 항공기 리벳 검사 등 많은 분야의 애플리케이션에서 활용할 수 있다.

분산 스마트 카메라 기술이 뜨거운 감자로 떠오른 것을 보여주는 단적인 예가 있다. 미국항공우주국(美國航空宇宙局, NASA)에서는 2011년 지구상에 떨어지는 운석을 관찰하고 낙하지점을 예측하기 위한 시스템을 마련하였다.

나사의 ‘All-sky Fireball Network’은 운석 낙하지점 및 각종 정보를 추적하는 카메라들로 이루어져있다. 이 카메라는 낙하지점뿐 아니라 운석이 떨어진 경로는 물론이고 운석의 크기나 속도에 관한 정보를 수집하는 것에 주요 목적을 가지고 있다.

All-sky Fireball Network에 사용된 모든 카메라는 지구 각지에 있는 낙하 사실을 포착하자마자 독자적으로 관련 자료를 분석해 인터넷 네트워크에 게시할 수 있다. 또한 홈페이지(http://fireballs.ndc.nasa.gov/)를 통해 NASA 직원은 물론이고 일반인들도 분석 자료를 열람할 수 있다.

전망
분산 스마트 카메라는 현재 머신 비전 업계 안에서도 가장 기대가 높은 기술이다. 이는 생산·제조 분야는 물론이고 교통·탐사·방범·안전 분야 등 일상생활 곳곳에서 활용할 수 있기 때문이다. 또한 열화상 카메라와 같이 인간의 힘으로는 할 수 없는 일을 해낼 수 있기에 작업 효율은 물론이고 안전까지 보장할 수 있다.

분산 스마트 카메라가 가진 처리능력과 전송능력은 스마트 카메라가 처음 등장했을 때보다 더욱 커다란 파급효과를 지닐 것으로 예상된다.

현재까지는 뚜렷한 성과가 드러나지 않은 기술이지만 각 업체며 대학 등지에서 개발자들이 각고의 노력을 기울이고 있다. 이런 노력에 힘입어 분산 스마트 카메라는 머지않아 머신 비전 업계에 새로운 한 획을 그을 기술이 될 것으로 판단된다.