머신비전 산업에서의 바코드 판독 기술 (1)
(1) 프롤로그_머신 비전의 원조 ‘바코드 리더’
센서 해상도의 한계를 넘은 머신 비전의 원조 ‘바코드 리더’
머신 비전 시스템 분야에서 터줏대감 역할을 하고 있는 기술이 있다. 바코드 리더가 그것이다. 바코드를 읽고 분석하는 기술은 머신 비전이라는 용어가 사용되기 훨씬 이전부터 사용자들에게 많은 편의를 제공했다. 카메라와 조명 등 머신 비전 시스템이 발전하면서 바코드 리더 또한 비약적인 발전을 이루었다. 이제 바코드 리더는 몇몇 특정 분야에만 적용할 수 있는 기술에서 벗어나 산업 현장 전반에서 활약하는 기술이 되었다.
글|윤진근 기자 pen@automotivemnt.com
바코드 리더는 시간이 지나면서 더욱 활용 분야가 넓어지고 있다. 물건 검사 과정에서 간접적 도움만을 주던 과거와 달리 현재는 물류·운송은 물론이고 반도체·식품 및 음료 등 전반적인 산업 분야에서 활약하고 있다.
정보 획득 원리
머신 비전 시스템이 산업현장에서 활약하는 분야는 무궁무진하다. 그 중 대표적인 기술을 집어보자면 Measure(치수·양 측정 및 판단), Locate(위치 측정), Inspect(점검 및 확인), Identify(식별 및 인지)를 꼽는다.
머신 비전은 대부분 이 네 가지 분야 중 어느 한 분야에 특화되어있다. 예를 들어 라인스캔카메라는 동시에 많은 물체를 검사하는 데에 뛰어난 성능을 발휘하고, 열화상 카메라의 경우 열 이미지 안에서 검체를 식별할 수 있다.
이미지 기반 바코드 리더는 네 가지 분야 중 Identify 분야에 속하는 기술이다. 바코드 기술이나 OCR/OCV라고 부르는 문자 판독 기술은 특정 문자나 정보를 식별하고 이를 인지하는 역할을 주로 맡는다.
이미지 기반 바코드 리더는 머신 비전 프로세스와 비슷한 원리로 영상을 획득한다. 비전 프로세스는 이미지 획득, 이미지 분석, 분석 결과 전송 등 크게 세가지 단계로 구성된다. 이를 구체적으로 설명하면 카메라 등으로 촬영한 아날로그 영상을 디지털 신호로 변환한다. 내장된 컨트롤러 내지는 프레임 그래버를 이용해 신호를 분석한다. 그 결과를 외부 시스템에 통신 및 I/O를 이용하여 전달한다. 비전 프로세스는 이 과정을 반복하여 수행한다.
바코드 리더 역시 이러한 순서를 거쳐 이미지를 획득하고 분석한다. 카메라를 이용해 바코드 정보를 획득하고 PC 혹은 카메라 자체 처리기관에 정보를 전송하면 처리기관은 정보를 분석해 결과값으로 다음 행동을 결정한다.
바코드 리더의 구분
바코드 리더는 비교적 빠른 시간 안에 큰 발전을 이루어왔다. 과거에는 레이저를 투과해 1차원 바코드를 읽어내는 리더가 전부였지만 지금은 훨씬 다양한 제품들이 등장했다. 머신 비전 시스템이 성장함에 따라 바코드 리더 역시 동반 성장을 한 것이다.
바코드 리더를 구분할 때에는 가장 기본적으로 1차원 바코드 리더와 2차원 바코드 리더로 나눈다. 이는 그 이름에서 알 수 있듯 어떤 차원의 바코드 정보를 획득할 수 있느냐의 차이가 있다. 1차원 바코드 리더와 2차원 바코드 리더의 차이는 후에 다시 설명한다.
최근 바코드 리더를 구분할 때에는 이미지를 컨트롤하는 주체가 무엇인지에 따라 PC 기반 바코드 리더와 독립형 바코드 리더로 나누는 추세이다. 이 중 PC 기반 카메라는 머신 비전 인터페이스를 통해 카메라와 PC를 연결하고, 프레임 그래버 등을 통해 PC가 동작과 분석 작업을 병행하는 것이다. 스마트 카메라는 스탠드 얼론 타입이라고도 하는데 이는 말 그대로 독립적이라는 뜻이다. 이미지를 획득하는 카메라 역할과 그것을 분석하고 다음 동작을 수행하는 컴퓨터 역할을 하나의 하드웨어, 즉 스마트 카메라 안에서 해결하는 것을 말한다.
최근에는 스마트 카메라 중에서도 비전 센서라는 개념이 등장했다. 이는 PC를 사용하지 않으면서 스마트 카메라와 주변기기만을 이용해 이미지를 분석하는 타입이다. 즉 스마트 카메라 이외에도 컨트롤 유닛들이 외부에 추가되어 이 유닛들을 이용해 카메라를 움직이고 이미지를 분석하게 된다.
1D에서 2D, 그리고 새로운 차원으로
앞서 설명하였듯 바코드 리더를 구분할 때에는 1차원 바코드 리더와 2차원 바코드 리더로 나뉜다. 1차원 바코드 리더는 1차원 바코드 정보를, 2차원 바코드 리더는 2차원 바코드 정보를 읽는다.
바코드를 생각하면 가장 먼저 떠오르는 것이 슈퍼마켓이나 편의점에서 볼 수 있는 선형 바코드이다. 이는 굵고 얇은 직선들이 일렬로 나열된 모습이다. 붉은 레이저를 발산하는 바코드 리더가 이것을 읽으면 물품 이름과 가격 등이 컴퓨터에 출력된다. 이것이 바로 1차원 바코드 정보이다.
1차원 바코드는 한 가지 축, 즉 X축으로 정보들이 나열되어 있다. 1차원 바코드 리더는 이것을 읽어 저장된 정보를 읽는다.
최근 들어 생산품에 생산 이력이나 위치 추적 등 다양한 정보를 집어넣을 필요성이 대두되었다. 이에 부합하기 위해 업체들은 바코드 안에 더 많은 정보들을 넣어야 했다. 하지만 1차원 바코드만을 사용하려면 굉장히 정보가 길어져야만 한다는 문제점이 있다. 가로로만 표현할 수 있는 종이 위에 생산일자며 태어난 곳, 만든 회사나 사람 등을 모두 집어넣기에는 너무 빼곡했던 것이다.
이러한 배경 속에서 2차원 바코드가 대두되었다. 2차원 바코드는 가로축(X축)으로만 입력할 수 있는 1차원 바코드 리더와 달리 세로축(Y축)까지 읽고 쓸 수 있는 기술이다. 이러한 기술을 바탕으로 좁은 공간 위에 훨씬 많은 정보를 입력할 수 있게 되었다. 대표적인 기술이 바로 QR 코드이다.
이미지 기반 리더는 이러한 2차원 바코드를 읽을 수 있는 리더이다. 바코드 분석 알고리즘을 통하여 1D 바코드와 2D 코드를 읽을 수 있다. 뿐만 아니라 레이저 스캐너로는 읽을 수 없는 손상된 바코드까지도 안정적으로 읽을 수 있다.
분야를 넘나드는 활용
바코드 리더의 사용 분야는 더 이상 특정 산업으로 제한할 수 없다는 것이 터크코리아 정진원 솔루션 컨설턴트의 진단이다. 슈퍼마켓부터 자동화 공장까지 바코드를 사용하지 않는 곳은 더 이상 찾아볼 수 없기 때문이다. 식품·음료·제약·물류·자동차·패키징·반도체 시장까지 실제로 현존하는 거의 모든 분야에서 바코드 기술이 활용되고 있는 것. 특히 제품 하나하나에 ID를 인식해 생산부터 출품, 공급까지 모든 분야를 관리하게 되면서 바코드 리더는 점점 더 많은 분야에서 위용을 떨치고 있다.
여론조사기관인 ABI 리서치에 따르면 2011년 바코드 시장은 15억 달러 크기로 평가된다. 또한 ABI 리서치는 바코드 시장이 지속적으로 성장할 것이라 판단하고 있다. 터크코리아 역시 비전 관련 제품군에서 전년도 대비 두 배의 성장을 거두었으며, 다양한 회사에 바코드 리더를 공급한다고 정진원 솔루션 컨설턴트는 밝혔다.
최근 시장 변화
최근 바코드 시장의 가장 큰 이슈는 의약품 유통이력 관리 제도이다. 보건복지부는 2013년부터 전문의약품 이력관리를 위하여 바코드 또는 RFID 부착을 의무화했다. 정부가 지원방안까지 밝히면서 RFID 도입을 촉구하고 있는 반면 제약업계는 기존 바코드 방식을 선호하고 있다. 바코드 방식을 RFID로 변경하는 데에 드는 비용에 비해 효율성이 떨어진다는 이유 때문이다. 세계적으로도 RFID는 부분적인 도입사례가 있을 뿐, 대다수의 국가에서 바코드 기술을 활용하고 있다. 이러한 이유로 RFID와 바코드라는 시장이 서로 부딪히고 있다.
이외에도 반도체나 디스플레이 혹은 자동차 산업분야 등에서도 변화가 생겨나고 있다. 과거에 1D 바코드를 이용한 단순 제품코드 부착만을 다루어왔다면, 최근 들어 제품 하나하나마다 각기 독자적인 2D 코드 ID를 부여하고 있는 추세이다.
또한 제품의 유통 경로 추적 및 불법 유통 시장을 막기 위한 대안으로 점차적으로 바코드 시장이 변화하고 있다.
