지능형 카메라와 스마트 카메라의 차이
핵심은 빠른 영상처리 속도와 소형화... 영상처리 CPU의 위치가 관건
갈수록 빨라지고 간소해지는 생산공정만큼 카메라도 빠른 변화를 겪고 있다. 대표적인 것이 지능형카메라의 등장이다. 어떤 이는 스마트 카메라라고도 한다. 그러나 엄밀히 말하면 지능형(intelligent)과 스마트(smart)는 다르다. (주)아발데이터(Avaldata)의 최신 개발 동향을 통해 이 둘의 차이를 알아본다.
아발데이터는 반도체 제조장비와 기판 실장기에 사용되는 카메라 인터페이스 보드를 개발하면서 본격적으로 머신비전 시장에 발을 디뎠다. 그 이후 수많은 카메라 인터페이스 보드와 영상처리 기능을 탑재한 보드제품을 개발하며 현재에 이르고 있다. 한편으로는 기술발달에 따라 카메라 인터페이스 보드가 불필요해지고, 고성능 CPU에 의한 소프트웨어 영상처리 장치가 보급되면서 새로운 대안으로써 영상처리 기능이 포함된 라인스캔 카메라를 개발하였다. ‘최초의 지능형 카메라’라는 수식어를 얻은 ALI-6000을 비롯하여 지능형 카메라의 라인업을 구축해가고 있는 아발데이터는 더 나아가 스마트 카메라까지 확장된 포트폴리오를 통해 기술력을 입증하고 있다.
최초의 지능형 카메라 ALI-6000
최초 지능형 카메라인 ALI-6000은 7um×6144화소에 40MHz의 CCD라인센서와 FPGA를 이용한 하드웨어 영상처리, 임베디드 CPU로 구성되어 영상획득부터 결점정보 및 영상 분류까지 카메라에서 실행한다. 필름, 유리 등의 스크래치를 비롯하여 이물을 검사하는 ‘무지결함검지’기능을 내장하고 있는 이 카메라는 결과를 LAN케이블(Ethernet)을 통해 PC로 전송한다.
당시 액정사이즈의 대형화되는 추세는 검사장비에도 영향을 끼쳤다. 카메라를 병렬로 배치하면서도 처리장치를 깔끔하게 만들 수 있도록 하는 것이 이슈였다. 당시에는 40MHz속도의 라인센서가 일반적이었지만, 현재는 속도 측면에서 다소 부족하다.
스마트 카메라 AML-1681
AML-1681은 ‘스마트 카메라’라는 이름이 붙여졌다. 이 카메라는 3.5um×16384화소의 C-MOS라인센서를 채용하여 640MHz 상당의 속도를 확보했다. 성능 면에서는 부족함이 느껴지지 않는다. FPGA 하드웨어 처리를 탑재하여 원래영상/처리영상/결점보정 정보를 아발데이터 독자 기술인 광 인터페이스를 통하여 PC로 전송한다.
여기에서 의미있는 아이디어가 시작되었다. 정보를 PC로 전송하기 위해 PC에 광 인터페이스용 인터페이스 보드를 장착해야 한다는 점은 존재하지만, 대신 카메라 자체에는 고성능 결함 검출용 장치를 구축하기 위한 C-MOS센서를 채용하는 것으로도 충분한 고속성능을 확보할 수 있었다. 덕분에 소형이면서도 고성능을 실현한 것이다. 대신 고화소/고성능에 중점을 두고 카메라에 내장된 CPU로 결함을 검출하지 않고 PC의 CPU로 검출하도록 하였다. 이것이 아발데이터 스마트 카메라의 발단이다.
해상도가 16K인 센서 이외에도 7um×8192 해상도의 카메라도 출시되어 있으며, 3.5um와 비교하여 감도가 필요한 어플리케이션에 적합하다.
스마트 카메라를 가능케 한 C-MOS 센서
스마트 카메라에 채용한 C-MOS센서는 별 것 아닌 듯해도 매우 획기적인 시도이면서도 매우 현명한 선택이었다고 할 수 있다. ALI-6000에 적용된 CCD센서는 최고 성능을 끌어내기 위해 오랜 개발시간이 필요하였고, 주변 회로가 커서 지능형/스마트 카메라의 경우 카메라가 더 커지게 되는 문제가 있었다. 이에 비해 C-MOS센서는 센서의 특색은 약화되었지만, 센서부의 개발을 대폭 간소화시킬 수 있었다. 즉, 처리부의 개발에 초점을 맞추고, 전체적인 개발기간을 큰 폭으로 단축할 수 있게 되었다.
C-MOS센서는 해상도와 속도 면에 있어서 더욱더 진화할 여지가 많다. 임베디드 기술도 ARM코어-심지어 멀티코어로-가 내장된 FPGA에 의해 제품의 소형화·고성능화를 실현할 수 있도록 지원하고 있다. 지능형 카메라도 스마트 카메라도 충분한 발전가능성을 가지고 있는 만큼 향후의 변화가 기대가 된다.
지능형 카메라 VS 스마트 카메라
같은 듯 다른 지능형 카메라와 스마트 카메라는 어떻게 다른 것일까? 일반적으로 지능형과 스마트를 동일의 의미어처럼 사용되고 있지만, 아발데이터는 이를 명확히 구분하고 있다.
즉, 지능형 카메라는 CPU를 내장하고 있는 타입을 의미하며, CPU를 내장하고 있지 않은 타입을 스마트 카메라로 구분하고 있다. 다음 <표 1>을 보면 알 수 있듯이, 구조만 다른 것이 아니라 목적도 다르다.
지능형 카메라가 목표로 하는 것은 센서라 할 수 있다. 일반적으로 센서와 같이 관찰 대상에 카메라를 비추는 것으로 결함 검출이 가능한 센서이다. 그에 비해 스마트 카메라는 영상처리기능을 탑재한 산업용 카메라를 표방하고 있다. 카메라와 PC간의 인터페이스로서 아발데이터에서 자체 개발한 광 인터페이스(Opt-C:Link)를 채용한 것도 이 때문이다. 이 인터페이스는 8Gbps（카메라링크full상당）를 1개의 광케이블로 전송이 가능하다. 광케이블이므로 공장 내 설비로 사용되기에 충분한 케이블 길이와 내노이즈성을 가지고 있다. 또한 케이블의 병렬화가 가능하여 더욱 빠른 고속 카메라에도 대응할 수 있도록 하였다. 현 시점에서는 Dual이라고 부르는 8Gbps×２가 옵션 사양이긴 하지만 대응이 가능하다. 이처럼 광 인터페이스를 채용한 카메라는 주된 발전 흐름으로서 차세대 카메라의 키워드로 꼽히고 있다.
새로운 지능형 카메라 ALI-2000
지능형/스마트 카메라의 개발 속도는 매우 빠르게 진행되고 있다. 아발데이터에서는 새로운 지능형 카메라인 ALI-2000을 개발하고 있다. ALI-2000는 7um×2048화소의 C-MOS라인센서에 ARM프로세서 코어 내장의 FPGA를 탑재한 새로운 임베디드 기술을 결합한 제품이다. 하드웨어 처리와 소프트웨어 처리를 하나의 디바이스에서 가능케 한 이 소형 지능형 카메라는 ALI-6000과 동일하게 LAN케이블(Ethernet)을 이용하여 결점정보 및 잘라낸 영상을 PC로 출력한다. 눈에 띄는 것은 하드웨어가 더욱 소형화 되었다는 점이다. 이는 임베디드 시스템 개발기술을 보유하고 있는 사용자에게는 ALI-6000에 독자적인 어플리케이션을 탑재하는 것도 가능하게 되었다는 것을 의미한다.
영상처리 기능의 내장이 주된 흐름
향후 당분간은 센서의 진화, 임베디드 CPU의 진화에 맞추어 지능형 또는 스마트 카메라의 진화가 계속될 전망이다. 물론 결함검출 어플리케이션을 중심으로 끊임없는 영상처리 성능향상이 요구되고 있는 것처럼 지능형/스마트 카메라가 완벽한 해답이라고는 할 수 없다. 다만, 어플리케이션을 이해하고 각각의 어플리케이션에 현 시점에서 실현 가능한 최고의 기술 중 하나로 여겨지고 있을 뿐이다. 아발데이터 경우에는 이러한 흐름에 따라 ‘영상처리 기능이 내장된 카메라’가 보다 폭넓은 고객의 요구를 충족시킬 것이라는 판단아래 이를 주된 방향으로 설정하여 지속적인 신제품 개발을 이어가고 있으며, 시장에서의 호응도 크게 얻고 있다.
자료제공 | Adimec(www.adimec.com)
