Ocular Robotics의 RobotEye

고성능 고정밀도로 영상 안전화 기여
RobotEye는 Australia에 소재한 Ocular Robotics가 개발한 광학 센서용 초고속 스캐닝 장치다. 이는 하나의 모듈 안에 광학 센서와 스캐닝 부분을 분리하여 내장한다는 획기적인 아이디어를 기반으로 개발된 제품으로 초고속 스캐닝 제어가 가능하다. 노비텍과 함께하는 RoboEye에 대해 함께 살펴보자.
자료제공 | 노비텍(novitec.co.kr)

RobotEye는 회전하는 헤드부분에 거울 이외에 별다른 부품을 포함하지 않는 경량 구조이기 때문에 초고속 스캐닝 또는 Pointing이 가능하며 구동 파트에는 Direct Drive 모터가 활용된다.

Azimuth와 Elevation
제어를 위해 헤드의 방향 정보를 나타내는 Azimuth와 Elevation이라는 2개의 각도를 지정한다. Azimuth 각도(Pan Tilt의 Pan에 상당)는 0도부터 360도까지이고 회전부에 케이블 등이 없기 때문에 회전에 제한이 없다. Elevation 각도(Tilt에 상당)는 상하방향 -35도부터 +35도까지 제어할 수 있다. 3D Laser 측정에 사용되는 스캐닝 모드에서 스캐닝하는 Azimuth와 Levation의 범위를 지정하면 그 범위를 반복적으로 스캐닝할 수 있다.

RobotEye는 구조가 단순하기 때문에 열악한 환경에서도 쓸 수 있다. 센서부분은 완전히 고정되고 있어서 헤드부의 고속회전에 영향을 받지 않으며 높은 안정성을 가지고 있다. 그리고 모듈의 방수 방진 등급은 IP 65를 지원한다.

성능과 정밀도
수평 방향 360도, 수직 방향은 위 35도부터 아래 35도까지 원하는 방향으로 제어할 수 있다. RE01 모델에 기본 탑재된 광학계를 활용할 경우 최대 40도의 시야각으로 영상을 촬영할 수 있다. 정밀도는 Azimuth 방향으로 0.01도, Elevation 방향은 0.004도다. 이런 성능은 기존의 Pan-Tilt나 Gimbal 기구에서는 실현 불가능한 높은 수준이다.

모델과 용도
■RE01 - 영상 촬영 용도에 최적화된 모델이다. 사용하려는 C-Mount 대응 카메라를 마운트에 장착하면 주위 환경의 영상을 고속으로 스캐닝할 수 있다. 시야각은 카메라의 센서크기에 따라 다르다. 예를 들어 1/4”센서의 경우는 대각선 시야각이 15도이고 2/3”센서의 경우에는 최대 시야각이 40도다. 보고싶은 임의의 각도를 SW적으로 지정하면 순간적으로 그 방향으로 이동한다. 제어는 PC에서 이더넷을 이용하며, 전원은 DC24V, 전체 무게는 2.5kg다.

■RE01 OEM - 이 모델은 위의 RE01과 달리 Optical Path 상에 Mirror이외에 다른 광학 파트가 없어 사용자의 희망사양에 따라 구성하여 사용할 수 있다. RE01에는 영상 최적화를 위한 광학계가 있는 반면 OEM 모델에는 광축상에 고속으로 회전하는 거울 밖에 없다. 그리고 거울의 경우 주문 시에 사용자가 원하는 대역의 반사 특성을 가지고 있는 Coating을 선택할 수 있다.

■RE02 - RE02는 주변환경의 3차원 정보를 레이저 기반의 Range Finding Unit을 이용하여 고속으로 획득할 수 있는 LIDAR 장치다. 최대 측정 거리는 12m, 최대 초당 20만 포인트를 취득 할 수 있기 때문에 고밀도 3D Point Cloud를 만들 수 있다. 헤드와 제어 Unit은 일체형이고 인터페이스는 전원과 이더넷 케이블밖에 없다. 정밀한 데이터 수집이 가능하고 보호 등급 IP65 Rating을 지원하고 있어 3D Geometry Acquisition, Scene Reconstruction 등 다양한 영역의 애플리케이션에 활용할 수 있다.

■RE03(개발예정) - RE02처럼 LIDAR로서 쓸 수 있지만 그와 달리 헤드와 제어 유닛은 분리 되고 있기 때문에 헤드는 그만큼 작다. 그래서 기존 장치에서는 어려운 환경에 사용이 가능하다.

■RE05 - 일반적인 표면에 대해서는 30m, 반사하는 Target에 대해서는 250m까지 측정이 가능한 중장거리에 적절한 Laser Scanner다. Sampling은 초당 3만 포인트, 거리의 정밀도는 50mm, 각도는 0.01도다. 데이터는 이더넷을 통해서 취득 가능하고 스캐닝하는 범위나 해상도 또는 속도는 사용자가 희망하는 사양에 맞추어 설정할 수 있다.

■Customized System - 위에서 소개한 모델 이외에 고객이 원하는 Customize를 할 수 있다. Customize할 수 있는 항목은 아래와 같다.

- Mirror 등의 광학계
- RobotEye에 들어오는 빛의 양을 결정하는 Aperture의 크기
- 헤드 회전의 최대 각속도, 각가속도
- 환경 사양(IP Rating, 동작 온도한계 등)
- 재료(강도, 충격 내구성, 무게, 부식 내성 등)

개발 환경
RobotEye의 제어를 위한 소프트웨어는 Windows과 Linux용으로 library가 제공되고 있다.
RobotEye의 제어는 기본적으로 2개의 각도를 지정하는 방식으로 되어있기 때문에 아주 간단하다. 그밖에 최대 속도와 최대 각속도를 제한할 수 있으며 그에 따라 소비전력을 조절하고 진동을 감소시킬 수 있다. 스캐닝 모드로 쓸 때에는 스캐닝하는 속도와 스캐닝하고 싶은 Azimuth와 Elevation의 범위를 임의로 지정할 수 있다.

RobotEye에 보내는 명령어는 이더넷을 통해서 UDP Packet을 송신한다. 이 UDP 통신의 Protocol은 사용자에게 공개되고 있기 때문에 Library를 사용하지 않아도 직접 UDP 명령어를 전송할 수 있다. 이 경우는 Windows, Linux에 제한되지 않고 다른 환경의 Embedded OS 환경 등에서도 제어가 가능하다.

RE05 등 Laser Scanner 모델의 경우는 PCL(Point Cloud Library)을 활용할 수 있다. Ocular Robotics는 PCL을 개발하는 Open Perception과 협조하여 사용자 입장에서 보다 쉽게 3D 데이터를 사용할 수 있게 노력하고 있다. PCL은 3차원 좌표의 집합인 Point Cloud를 처리하는 Library이고 Filtering, Feature Estimation, Surface Reconstruction, Registration, Model Fitting, Segmentation 등 다양한 기능을 가지고 있다.