데이터 처리 기능이 통합된 내장형 3D 스테레오 카메라 - Ensenso XR 시리즈
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3D 카메라로 대용량 또는 여러 개체를 자동으로 확인해야 하는 경우(자동차 산업에서 지속적으로 운영되는 생산 라인 등)는 3D 결과 데이터를 빠르게 생성하고 처리해야한다. 대형 5MP 센서와 가변 기준선이 있는 스테레오 카메라 시스템은 이러한 애플리케이션에 이상적인 출력 데이터를 제공한다. 다만 인터페이스와 CPU 저장 능력의 한계로 고성능 3D 애플리케이션에서 병목 현상이 발생할 수 있다.
데이터 품질을 유지하면서 속도와 성능을 향상
데이터 품질을 손상시키지 않고 시스템 구성 요소의 데이터 처리 속도와 성능을 향상시키는 것이다. 동시에 시스템은 저장 공간을 절약하고 효율적이어야 한다. 이에 데이터 처리 기능이 통합된 Ensenso XR 시리즈의 내장형 3D 카메라는 좋은 대안이 될 수 있다.
3D 카메라가 있는 머신 비전 애플리케이션에서의 이미지는 가능한 한 빨리 프로세스에서 데이터를 사용할 수 있도록 고해상도 및 프레임 속도로 처리되어야 한다. 스테레오 카메라의 이미지에서 3차원 데이터를 계산하려면 이전에 산업용 PC에서 수행했던 복잡한 프로세스 단계가 필요하다. 데이터의 품질과 속도에 대한 요구가 증가함에 따라 Ensenso X 시리즈와 같은 최신 3D 스테레오 카메라는 기가비트 이더넷 인터페이스가 있는 고해상도 2D 카메라를 사용한다.
그러나 2D 출력 데이터 처리를 IPC로 전송하려면 시간 지연이나 데이터 손실을 방지하기 위해 네트워크 대역폭을 최적으로 활용해야 한다. 또한 전체 시스템을 제한하지 않으려면 IPC 하드웨어의 처리 능력이 증가해야 한다. 고품질 구성요소를 사용하면 3D 카메라 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 2D 카메라 덕분에 Ensenso X 시리즈의 유연한 디자인은 특정 데이터 인터페이스와 센서 해상도와 관련없이 속도, 물체 크기, 품질에 대한 요구 사항에 따라 계속 성장할 수 있다.
다만 고해상도의 고속 GigE 카메라, 특수 차폐 케이블, 고성능 네트워크 기술 및 강력한 PC 하드웨어는 애플리케이션에 비해 많은 비용이 소요된다. 또한 주변 장치를 위한 충분한 공간이 있어야 한다. 새로운 XR 카메라 시리즈를 통해 Ensenso는 다른 접근 방식을 추구하고 있다. IoT의 원칙에 따라 ‘분산 시스템’을 응용해, 각 개별 구성 요소는 고유 작업을 수행하고 다른 시스템에서 사용할 수 있는 결과를 생성한다. 3D 카메라의 경우 실제 물체 픽셀의 3차원 좌표가 된다.
온보드 3D 처리
Ensenso XR 프로젝터 장치에 통합된 SoC(System-on-Chip)를 통해 카메라는 스테레오 분석을 포함한 3D 프로세스 자체를 실행할 수 있다. 렌즈 왜곡을 보정한 후 2D 출력 이미지는 카메라의 가상 회전(정류)을 통해 축 평행 스테레오 시스템으로 전송되어 모든 후속 분석을 크게 단순화한다.
다음으로 정적 또는 움직이는 장면에 대해 고도로 최적화된 알고리즘이 기록된 이미지 쌍에서 해당 픽셀을 검색한다. 카메라의 관점이 다르기 때문에 이러한 픽셀은 ‘불일치(disparity)’ 이미지로 다른 수평 이동의 영향을 받는다. 이 불일치는 빔 세트를 적용하고 초점 거리, 픽셀 크기 및 스테레오 시스템의 기본 길이와 같은 시스템 매개 변수를 적용한 후 3D 포인트의 공간 깊이를 밀리미터 단위로 측정할 수 있다.
이러한 시간 및 집약적으로 계산된다. 픽셀 작업은 카메라의 FPGA 지원에 의해 병렬로 수행된다. 이를 통해 Intel Core i7 Quad CPU가 장착된 데스크탑 PC에서 스테레오 분석을 수행하는 Ensenso X 시스템과 비슷한 3D 데이터 속도를 실현할 수 있다.
임베디드 기능의 이점
FlexView2 기술과 결합된 XR36 시리즈 모델은 원시 데이터를 호스트 PC로 전송하는 지연 없이 정적 장면의 3D 데이터에 대해 최대 16개의 빠른 이미지를 처리할 수 있다. FlexView2에 의한 프로젝터 패턴의 변위로 인해 각 이미지 쌍마다 다른 3D 포인트가 생성되어 고해상도 3D를 표현한다.
집약적으로 계산된 프로세스를 카메라로 재배치하기 때문에 산업용 PC로 작업을 수행할 필요가 없다. 또한 고해상도 2D 원시 데이터 대신 3D 결과 데이터를 전송하면 네트워크 부하가 줄어든다. 이미지 수집과 처리 사이에 직접 메모리에 액세스 할 수 있는 고해상도 3D 데이터용 애플리케이션은 산업용 PC의 처리에 비해 속도 결과와 대역폭 감소 측면에서 커다란 이점을 제공한다.
특히 멀티 카메라 시스템은 XR 시리즈의 리소스 절약 기능을 활용한다. 여러 고해상도 2D 카메라의 원시 데이터를 네트워크를 통해 전송해야 하는 경우 대역폭 병목 현상이 빠르게 발생하여 전체 성능에 부정적인 영향을 미치는 프레임 속도 저하가 발생할 수 있다. 여기에서 XR 시리즈로 인한 데이터 감소는 속도 결과, 주변 부품의 컴퓨팅 성능, 공간 요구 사항 감소 효과가 탁월하다. Ensenso XR 카메라가 있는 3D 애플리케이션은 요구 사항에 맞게 확장하기가 훨씬 쉽다.
데이터 속도를 줄이기 위해 카메라는 시차 맵만 전송한다. 16 비트 1 채널 이미지는 색상 오버레이가 있는 32 비트 RDB 이미지인 ‘포인트 클라우드’보다 매우 작다. 산업용 PC에 많은 컴퓨팅 부하 없이 Ensenso SDK로 간단한 변환을 수행할 수 있다.
새로운 독립
다른 3D 카메라에 비해 Ensenso XR 스테레오 카메라의 높은 자율성은 속도 측면에서뿐만 아니라 네트워크 주변 장치 및 IPC 하드웨어에 대한 성능을 향상시킨다. 3D 애플리케이션의 전체 구성을 단순화하고 특히 멀티 카메라 시스템에서 비용을 절감할 수 있다.
유선 기가비트 이더넷 연결 외에도 WiFi 인터페이스를 통해 설정 및 유지 관리할 수 있다. 이는 케이블 연결이 어렵거나 비용이 많이 드는 곳에서 매우 유용하다. 또한 새로운 Ensenso XR 프로젝터 장치에는 전면 조명이 통합되어 있다. 사용 시 작업 환경의 보정을 지원하거나 주변 조명이 부족하거나 외부 조명을 사용할 수 없는 경우 2D 카메라 이미지의 이미지 품질을 향상시킨다.
Ensenso XR 시리즈의 개선 사항은 3D 카메라 기술에 대한 새로운 응용방법을 제시했다. 통합 데이터 처리는 데이터 교환을 최적화할 수 있는 중요한 부분이다.
자료 제공: IDS(www.ids-imaging.com)
