Camera Link를 대체하는 USB 3.0 카메라 인터페이스 전환 시 참고해야 할 요소
자료제공 : 바슬러
USB 3.0 및 USB3 Vision 표준이 소개된 후 많은 사용자들이 구식 Camera Link 카메라에서 새로운 USB 3.0 카메라로의 전환을 고려하고 있다. 이 기술은 인쇄 기술, 식품 분류, 제약 산업 및 전자 업계의 전통적인 검사 시스템을 포함한 폭넓은 산업 분야에 광범위하게 사용될 수 있다. 바슬러가 작성한 이 백서에는 Camera Link에서 USB 3.0으로 전환할 때 고려해야 할 요소들에 대해 자세히 설명되어 있다.
핵심 이슈
일반적으로 산업용 화상 처리에 주로 사용되는 디지털 인터페이스는 Camera Link, GigE, 그리고 가장 최근에 등장한 USB 3.0(최신 표준은 USB 3.1 Gen 11) 등 세 가지가 있다. 이 글에서는 USB 3.0 인터페이스와 관련된 USB3 Vision 표준을 탐구하고 카메라에서 PC로의 데이터 전송, 케이블 특성, 천공 패턴 및 기타 핵심 포인트를 명확히 정의한다. Basler는 이 표준을 선도하고 확립함으로써 모든 Basler USB 3.0 카메라에서 표준과 100% 호환되도록 보장하고 있다.
비슷한 대역폭과 케이블 길이 덕분에 USB 3.0 인터페이스는 Camera Link 시스템의 대안으로 여겨지고 있다. USB 3.0 카메라 시스템은 Camera Link 시스템에 비해 다음과 같은 장점을 제공하며 특히 Camera Link base 또는 medium 구성에 비해 더 큰 혜택을 제공한다.
•추가 드라이버 설치가 필요하지 않은 USB 3.0 호스트 컨트롤러의 ‘플러그 앤 플레이’ 호환성으로 복잡성 크게 감소
•케이블 솔루션에서의 융통성 및 단순화 증가
•단일 케이블 솔루션에서의 대역폭 증가
•표준 버전에 이미 포함되어 있는 데이터 손실을 방지하는 오류 감지(예: CRC 체크섬) 및 보안 기능
•전체 시스템에서의 상당한 비용 절감
Camera Link와 USB 3.0의 자세한 비교
- 케이블
두 가지 인터페이스에 사용되는 케이블의 차이점은 다음과 같다.
이 비교 내용을 요약해 보면 USB 3.0 케이블은 Camera Link 케이블과 동일한 성능을 제공할 뿐만 아니라 유연성은 더 뛰어나고 복잡성은 적지만 최대 길이는 약간 짧다.
- 대역폭
대역폭 기준으로 Camera Link는 다양한 구성을 제공합니다.
base 구성과 비교하면 USB 3.0은 Camera Link에 비해 높은 대역폭을 제공한다. 이것 외에는 Camera Link는 대역폭 면에서 상당한 혜택을 제공한다.
- 설정 복잡도
Camera Link 시스템 설치 중에는 몇 가지 고려해야 할 부분이 있다. 입문자들의 경우 PC에 카메라를 연결하려면 연결 케이블뿐 아니라 프레임 그레버도 카메라 구성에 필요하다. 또한 케이블 배선 중에는 구성에 따라 케이블을 올바른 방향 및 정확한 포트에 연결하는 것이 중요하다. 이 외에도 Power over Camera Link(PoCL)와 같은 카메라 전원을 구축해야 한다.
이와 대조적으로 USB 3.0은 ‘플러그 앤 플레이’의 장점을 완벽히 활용한다. 별도의 구성이 필요하지 않고 전원은 간단하게 단일 케이블 솔루션을 통해 공급된다. 따라서 USB 3.0은 시스템 설치가 간단하다는 점에서 상당한 혜택을 제공한다.
- 비트 오류
Camera Link 인터페이스가 비트 오류 감지를 위한 아무런 메커니즘도 제공하지 않는데 반해 USB3 Vision 표준은 CRC 체크섬을 이용해 각각의 헤더 및 데이터 패킷을 제어할 수 있다. USB 3.0 인터페이스 고유 기술은 손실된 데이터의 반복 전송을 지원한다. 따라서 USB3 Vision 표준은 CRC 체크섬 및 패킷 재전송 메커니즘 덕분에 Camera Link에 비해 보다 안전한 데이터 전송을 보장한다.
- 실시간 호환성
비전 시스템에서의 실시간 호환성은 지연 및 지터가 발생할 수 있는 다양한 지점별로 규정된다. 지연에는 측정 가능한 절대 시간이 관련되는데 반해 지터는 연속된 두 개의 동일한 프로세스 절차 사이의 시간차를 의미한다. 후자는 프로세스 단계가 어떻게 진행되는지에 대한 결정적인 예측을 위한 가장 중요한 요소이다(그림3 참조).
여기에서 문제가 되는 것은 인터페이스에 의해 제공되는 트리거 옵션인데 이는 연결 방식에 따라 특성이 달라지기 때문이다(표3 참조).
인터페이스 및 지터의 안정성 면에서 Camera Link 인터페이스 고유의 하드웨어 기반은 USB 3.0에 비해 뚜렷한 장점을 제공한다.
비교 내용 요약
위의 내용을 기준으로 USB 3.0은 복잡성과 융통성 면에서 확실한 혜택을 제공한다. 간단한 케이블 솔루션과 낮은 통합 비용, 그리고 높은 대역폭 덕분에 이 인터페이스는 Medium, Full 및 Full+ 구성에서 지터와 보다 높은 대역폭이라는 장점을 갖고 있는 Camera Link의 훌륭한 대안으로 자리 잡았다.
인터페이스를 전환할 때 고려해야 할 사항
- 하드웨어 수정
다음은 실례로 제시한 물체를 검사하기 위한 단일 카메라 시스템이다. 전체 설치는 해당 물체를 향하며 거리를 사전 계산하고 센서 규격에 맞는 렌즈를 사용한다. 아울러, 장비에는 조명 시스템이 통합되고 적절한 카메라 브래킷이 존재한다.
Camera Link 설치 중에(이 경우에는 Base 구성)는 시스템에 프레임 그레버도 구축해야 한다. 이 유닛은 카메라에는 케이블로, PC에는 PCIexpress 인터페이스로 연결된다. 카메라의 정확한 트리거를 위해 하드웨어 트리거가 사용된다.
대부분의 경우 같은 센서, 그리고 동일한 광학 장비를 사용하기 때문에 이 설치를 USB 3.0 시스템으로 변환하는 데에 드는 수고는 아주 적다. 이것이 불가능한 경우 비슷한 광학 값(예: 센서 규격 및 픽셀 크기)을 가진 새로운 센서를 사용할 수 있다.
USB 3.0을 위한 하우징 크기는 현재 카메라와 비슷하며 이보다 더 크진 않으며 가능하면 동일한 잠금 패턴을 사용해야 한다. 시스템의 PC 쪽에서는 프레임 그레버 유닛이 더 이상 필요하지 않더라도 최소한 케이블 및 PCI 카드(전체 PC 교체가 필요할 수도 있음)를 교체해야 한다.
대체적으로 필요한 하드웨어 구입을 위한 일회성 비용은 그리 크지 않으며 장기적인 분석에 따르면 필요한 PC 하드웨어 신규 구매가 비용 대비 효율적일 수도 있다.
- 소프트웨어 수정
하드웨어와 비교하면 소프트웨어 수정은 훨씬 더 큰 요소가 될 수 있다. 실제 수정 범위는 카메라가 현재 어떻게 구성되어 있는지, 그리고 어떤 판독 방식을 사용하는지에 크게 좌우된다.
대부분의 경우 이것은 바이너리 프로토콜 또는 프레임 그레버 제조업체의 SDK를 이용해 수행되는 직접 레지스트리 액세스를 통해 처리된다. 또 다른 옵션은 더 큰 이미지 라이브러리를 사용하는 것이다.
변형 1:
이전 소프트웨어 솔루션이 GenICam 표준을 기반으로 하지 않았으며, USB 3.0과 관련된 어떤 화상 처리 라이브러리도 갖고 있지 않은 애플리케이션들은 GenICam 표준과 호환되도록 완전히 다시 구성해야 한다.
Basler pylon 카메라 소프트웨어 제품군은 광범위한 무료 소프트웨어 패키지로서 아주 강력한 소프트웨어 개발 키트(SDK)가 포함되어 있어 경험이 적은 소프트웨어 개발자라도 GenICam으로 이식을 쉽게 처리할 수 있다. 이 이식은 한 번만 수행하면 되며, 모든 인터페이스 기술이 GenICam 표준과 호환되므로 사용자가 다른 현재와 미래의 머신 비전 소프트웨어 인터페이스까지도 활용할 수 있다.
변형 2:
GenICam 기반 소프트웨어 환경을 사용하는 애플리케이션은 비용이 크게 낮아진다. 하지만 USB3 Vision에 맞는 최신 GenICam 버전을 사용해야 소프트웨어의 올바른 작동을 보장할 수 있다. 이상적인 경우라면 소프트웨어 환경에 USB3 Vision용 드라이버를 모두 업데이트하는 옵션이 포함된다. Basler pylon 카메라 소프트웨어 제품군 및 많은 이미지 라이브러리 제조업체들이 이러한 옵션을 제공한다.
비용/혜택 분석: 전환에 따른 손익분기점
다음의 계산 예(표 4)는 USB 3.0으로의 전환이 비용 면에서 손익분기점을 넘기는 시점을 보여준다. 카메라의 가격은 Basler 제품 중에 서로 같은 센서를 사용하는 모델로 교체할 수 있기 때문에 가격은 동일하다.
대신 소프트웨어, 설치, 그리고 필요한 액세서리 기본비용이 감소한다. 같은 센서를 사용하기 때문에 광학 및 조명에는 어떤 조정도 필요하지 않다.
이 비교는 1년이 경과되기 전에 손익분기점에 도달할 수 있음을 보여 준다. 비교는 연간 100대의 카메라, 그리고 이에 해당되는 개수의 케이블 및 필요한 카드로 이루어진 시스템을 기반으로 계산 되었다.
요약하자면 USB 3.0 시스템은 더 우수하고, 아울러 Camera Link 시스템에 비해 비용 대비 효율적인 대안을 제공할 수 있다.
