Point Grey의 Zebra2 GigE 카메라 적용사례
윈드 터널 시스템으로 효율적 테스트 진행
전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)과 비행 시뮬레이션 프로그램이 나날이 발전하고 있지만 비행물 혹은 미사일 디자인에 있어서 어떠한 시뮬레이션 혹은 3D 모델링 기법도 실제로 모형을 제작해서 진행하는 테스팅 기법을 대체할 수 없다. 실물 사이즈 비행물체의 프로토타입은 제작하는 데에 수일이 걸리기 때문에 항공기 제조 회사들은 윈드 터널(풍동, 비행기 등에 공기의 흐름이 미치는 영향을 시험하기 위한 터널 형 인공 장치)을 사용하여 비행기체의 안정성 및 제어 방법, 제트 효과, 고정된 탄도 및 기타 여러 테스트를 수행한다. 또한 기체 디자인에 의한 에너지 효율성 또한 테스트되어야 하므로 기체의 Oil-Flow를 시각화하기 위해 Schlieren Videography를 주로 사용한다.
Calspan은 1.3마하의 비행 속도 기체를 테스트하기 위한 Transonic 윈드 터널을 제작하는 회사다. Calspan은 시스템을 통해 얻어온 데이터를 시각화하기 위해 비디오 리코딩 및 사진 촬영을 진행할 머신비전 장비가 필요했다. 머신비전 장비들을 고려할 때는 높은 성능, 즉 멀티 파라미터, 프레임 속도, 해상도 면에서 최고의 성능을 가져야하며 가격 또한 저렴해야 한다.
윈드 터널 테스트 셋업
Calspan의 윈드 터널은 고객의 요구에 따라 다양한 윈드 터널 테스트 셋업이 있다. 테스트들은 이미지 획득하기 위한 요구 사항들을 충족시켜야 하며 위치 배정된 머신비전 장비들은 각각의 역할이 주어진다. 총 5대의 카메라 중 테스트용 Air Flow는 3대의 비디오 카메라(720 픽셀, 60 fps)를 위해 4번째 카메라는 Schlieren 시스템를 위해 5번째 카메라는 Oil-Flow를 시각화한 비디오 촬영용 및 이미지 획득을 목적으로 한다.
시각화 작업
Air Flow의 분석을 시각화하기 위해 카메라로부터 얻은 영상을 Doremit의 HDVI-20S HD 프레임 속도와 시그널 컨버터를 통해 스트림한다. Extron의 HDXP Plus HD Matrix 스위치는 디스플레이 및 리코딩이 목적이며 VideoLogix의 Proteus II HD 비디오 오버레이를 통해 얻어온 윈드 터널 데이터와 겹쳐지며 GeoVision의 GV-SDI-204 HD 비디오 캡처 카드를 가진 PC에 의해 리코딩된다.
형광램프는 Air Flow를 시각화하기 위해 충분한 조명이 공급가능하나 시중에 나온 표준사양의 카메라들로는 기름의 유동 및 Laser-Vapor Screen/Schlieren Videography 테스트틀 수행하는데 어려움이 있다.
높은 다이내믹 영역의 이미지들은 처리 하는 과정에서 금속물체에 반사되어 생기는 ‘Hot Spots’이 테스트 비디오 및 사진 촬영된 이미지 상에 문제가 생길 수 있기 때문이다.
A Better Flight
보다 높은 프레임 속도에서 보다 나은 Contrast 영상획득 및 윈드 터널 시스템 설정을 가능케 하기 위해 Calspan의 엔지니어들은 낮은 노이즈 레벨, 저조도의 보다 업그레이드된 카메라, 특히 Laser-Vapor Screen 테크닉 기법을 위해 CMOS 센서가 아닌 CCD 센서 카메라를 선택했다. 그리고 테스트 환경을 모두 고려했을 때 100m까지 연장이 가능해야 하고 별도의 리피터나 추가적인 파워 케이블이 필요없는 GigE 인터페이스가 적합하다고 판단했다.
Calspan의 엔지니어들은 윈드 터널 시스템에 사용될 5대의 카메라를 GigE 인터페이스를 사용하는 Point Grey의 Zebra2 5MP 카메라로 전부 교체하여 시스템을 업그레이드 하였다. 다른 카메라 제조업체들이 제조한 고해상도 카메라들도 GigE 인터페이스를 지원하지만 Zebra2 카메라는 HD-SDI 연결을 통해 높은 프레임 속도(25fps)제공이 가능하며, 이미지 흔들림 및 이미지를 본 후의 눈의 피로 또한 감소시킬 수 있다.
Zebra2 사용으로 보다 효과적인 비디오 영상을 제공하며, Point Grey가 자체 개발한 FlyCapture 2 소프트웨어를 사용하여 각각의 카메라와 조명설정과 높은 해상도의 이미지를 캡처할 수 있다. 또한 카메라의 위치변경 및 조명설정에 의해 금속 재질로 만들어진 테스트 비행기체의 조명의 빛 반사, ‘Hot Spots’을 제거할 수 있다.
What’s Next?
현재까지 나온 윈드 터널 시스템은 다른 하드웨어 기기의 한계점 및 여러 다른 사항 때문에 720픽셀의 영상만이 녹화 가능했지만 Calspan의 Zebra2 5 MP 카메라의 고사양(높은 해상도, 다이내믹 레인지, 프레임 속도)덕분에 1080픽셀의 영상녹화 또한 가능하며, 더 나은 LED 조명을 가진 새로운 카메라 시스템으로 보완될 수 있을 것이다.
자료제공 | 싸이로드(www.cylod.com)
