머신 비전 카메라 CoaXPress 2.0 vs Camera Link 차이점과 유사점

Basler

CoaXPress는 산업용 화상 처리 시장에서 높은 데이터 속도를 위한 표준으로 자리 잡은 인터페이스이다.

새로 출시된 CoaXPress 2.0(CXP 2.0)은 검증된 Camera Link 인터페이스에 대한 흥미로운 대안을 제공한다. 두 인터페이스 모두 호스트 PC에서 유사한 시스템 구조와 특수한 하드웨어와 데이터 사전 처리를 위한 프레임그래버를 필요로 한다. 그러나 두 인터페이스는 어떤 차이점이 있을까?

본문에서는 두 인터페이스를 비교하고 ‘CXP 2.0이 Camera Link의 이상적인 후속 제품인가’ 라는 질문에 대한 답을 제시한다.

Camera Link와 CoaXPress: 높은 데이터 속도를 위한 두 가지 인터페이스

산업용 화상 처리 분야에서는 Camera Link와 CoaXPress 라는 프레임그래버를 필요로 하는 두 가지 인터페이스가 지배적으로 사용되고 있다. 두 인터페이스 모두 빠른 속도 또는 높은 해상도가 사용되는 애플리케이션에 사용된다.

두 인터페이스는 모두 호스트 PC의 데이터 부하를 줄이거나 프로세스를 가속화하기 위해 프레임그래버의 데이터 사전 처리가 필요한 경우에 적합하다. 이러한 사전 처리 작업에는 디베이어링, 색상 보정 또는 딥 러닝 프로세스가 포함될 수 있다.

프레임그래버가 사용되는 애플리케이션은 매우 다양하며 자동화, 전자 제품 제조, 의료 기술 또는 자동화 프로세스 등이 포함된다. 새로운 CoaXPress 2.0 비전 표준이 출시된 이후, 많은 사용자들이 기존 Camera Link 시스템을 새로운 CoaXPress 2.0 표준으로 업그레이드하느라 바쁜 시간을 보냈다. 그 이유는 새로운 표준이 확실한 이점을 제공하며 인터페이스 변경의 가치를 입증했기 때문이다. Camera Link 시스템에서 CoaXPress 시스템으로 변경해야 하는 가장 중요한 이유는 다음과 같다.

Camera Link 시스템의 대역폭이 화상 처리 시스템의 현재 및 향후 요구 사항(예: 높은 프레임 속도 또는 해상도)을 충족시키기에 더 이상 충분하지 않기 때문이다.

- 보다 유연하고 단순화 된 케이블 솔루션

- 상당히 단순화된 통합 및 구현 작업

- 비용 절감 달성 및 이에 따른 가성비 향상

- 보다 정확한 카메라 트리거링

- 최신 이미지 처리 센서로만 얻을 수 있는 더 나은 이미지 품질 필요

- 최대 대역폭과 최대 40m로 길어진 케이블 길이

Camera Link와 CXP 2.0 상세 비교

대역폭, 케이블, 비트 오류 및 실시간 기능 측면에서 두 인터페이스의주요 차이점은 무엇일까?

대역폭

대역폭을 비교할 때에는 Camera Link 인터페이스의 여러 구성 옵션을 고려하는 것이 중요하다. 인터페이스 옵션에 따라 데이터 케이블의 수와 특성이 다르다. 예를 들어 CXP 2.0은 단일 케이블만 있으면 Camera Link(Full+ 구성)보다 높은 데이터 속도를 달성할 수 있다.

CXP는 케이블이 하나 밖에 없는 가장 간단한 구성에서도 Camera Link에 비해 성능상의 이점을 제공한다. 또한 CXP는 확장성을 제공하여 필요에 따라 대역폭을 늘릴 수 있다는 점이 입증되었다. 이러한 특징은 뛰어난 해상도나 높은 속도를 가진 센서를 사용하여 큰 규모의 데이터 볼륨을 처리해야 하는 경우 등 다양한 애플리케이션에서 커다란 이점을 제공한다. 적은 수의 케이블로 전송이 가능한 높은 데이터 전송 속도는 전체 화상 처리 시스템의 경제성을 높이고 시스템을 간소화한다. 이에 대한 내용은 뒷부분에서 자세히 설명한다.

케이블

케이블은 머신비전 시스템의 비용을 결정하는 중요한 요소이다. 따라서 필수 케이블과 사양은 Camera Link와 CoaXPress 인터페이스를 비교할 때 반드시 고려해야 할 필수 요소이다.

케이블 구성 또는 개별 케이블 유형을 그림에서 확인할 수 있다. CXP 케이블은 Camera Link 케이블에 비해 다음과 같은 장점을 지닌다.

- 최대 40m로 더 긴 케이블 길이(최대 대역폭에서)

- 커넥터 유형 표준화-> Micro-BNC (HD-BNC)

- 유연성이 향상되고 케이블이 얇아 비전 시스템에 케이블 배치용이

- 비용 절감

데이터 보안

CXP는 데이터 무결성을 보장하기 위해 이미지 데이터에 CRC32 체크섬을 사용한다. 이를 통해 사용자는 예상하지 못한 오류가 발생하는지를 감지할 수 있다. 이 체크섬은 Camera Link와 달리 데이터 전송 과정에서 오류를 감지하여 이미지에 할당할 수 있다. 그러나 수신 측의 복잡성을 줄이고 카메라에 추가 메모리 용량을 설치할 필요가 없도록 프레임그래버에서 손상된 패킷을 재전송하기 위한 메커니즘은 제공되지 않는다. CoaXPress 표준은 데이터 전송 측면에서 사용자에게 안전하고 추적 가능한 품질을 제공한다.

실시간 기능

비전 시스템의 실시간 기능은 눈에 띄는 지연 문제없이 이미지 데이터를 기록하고 처리하는 기능이다. 시스템에서 발생하는 지연을 가리키는 기술적인 용어는 지연 시간 또는 지연 기간이다. 따라서 실시간 가능 시스템은 대기 시간이 짧다. 대기 시간은 화상 처리 시스템의 다른 지점에서 발생할 수 있다. 시스템의 대기 시간은 절대적으로 측정할 수 있는 지연 현상이다.

대기 시간이 일정하지 않고 작업 또는 프로세스 단계가 반복 처리되는 과정에서 달라지는 경우, 이러한 속성을 기술적 용어로 ‘지터(jitter)’라고 표현한다. 지터는 연속적인 동일한 프로세스 단계의 처리 시간에서 나타나는 분산을 나타낸다. 지터는 결정적 프로세스 단계를 설정할 때 가장 중요한 변수 중 하나이다. 아래 그림은 시스템의 지터와 대기 시간을 모두 보여준다.

이 시점에서는 인터페이스의 트리거 가능성도 중요하다.

이 표는 두 인터페이스가 기술적으로 매우 유사하므로 두 인터페이스(Camera Link 및 CXP 2.0)가 각각 트리거 및 지터와 관련하여 유사한 사양을 가지고 있음을 보여준다.

기술적 비교에 대한 결론

Camera Link와 CoaXPress의 두 인터페이스는 기술적으로 매우 유사하다. 따라서 큰 문제없이 Camera Link를 CXP 2.0으로 변경할 수 있다.

CoaXPress 2.0은 Camera Link보다 훨씬 큰 장점을 가지고 있다. CoaXPress 2.0은 최대 케이블 길이가 길어 애플리케이션이 더 먼 거리를 연결할 수 있으며 대역폭이 더 커서 더 높은 해상도를 사용하거나 더 높은 프레임 속도를 구현할 수 있다. CXP 2.0은 프레임그래버 기술을 기반으로 기존의 화상 처리시스템을 개선할 수 있는 다양한 가능성과 이점을 제공한다.

변경 시 고려사항

이제 두 가지 대표적인 시스템 설정(Camera Link와 CXP 2.0을 각각 사용하는 경우) 사이의 차이점에 대해 설명하고 관련 하드웨어 구성 요소를 중점적으로 살펴보겠다. 또한 각 소프트웨어 아키텍처가 지닌 특별한 기능도 확인한다.

시스템 구조의 차이

다음 문단에는 전자제품 생산, 의료 기술 또는 다양한 자동화 작업에사용할 수 있는 일반적인 시스템 설계에 대한 내용이 포함되어 있다. 이 설정에서 카메라는 특정한 테스트 오브젝트(예: 정밀하게 조정된 개별 부품 또는 작업물)을 집중적으로 다룬다. 작업 거리가 이미 계산 및 조정되었고 해당 광학 변수(센서 크기, 작업 거리 및 시야)에 적합한 렌즈 및 조명이 선택되었다고 가정해보자.

아래 제시된 그림에는 Camera Link 인터페이스가 포함된 검사 작업이 표시되어 있다(이 예제에서는 가장 빠른 Camera Link 버전, 즉 CL Full+가 사용됨). 카메라에는 호스트PC에 설치된 프레임그래버로 이어지는 두 개의 케이블이 연결되어 있다. 이 두 개의 케이블은 850MB/s의 대역폭을 구현하기 위해 필요하다. 프레임그래버는 PCIexpress 인터페이스를 통해 PC의 메인 보드에 연결된다. 이 경우 소프트웨어 트리거는 Camera Link 케이블을 통해 수행된다.

Camera Link 시스템의 프레임그래버는 CXP 시스템에도 사용되므로 하드웨어 요소 측면에서 복작한 작업 없이도 Camera Link 시스템 구조를 CXP 2.0 시스템으로 전환할 수 있다. 프레임그래버를 변경하려면 호스트 PC 메인 보드의 PCI Express 3.0 인터페이스가 필요하다.

또한 Camera Link 시스템에서는 이전 세대의 센서가 사용되는 경우가 많아 렌즈를 조정해야 할 수도 있다. 최신 세대의 센서에서는 대부분 픽셀 크기가 작아 기존 시스템과 동일한 해상도를 유지하면서 광학 조건을 변경할 수 있다. 센서는 대부분 더 빠른 속도와 더 나은 화질을 제공한다. 따라서 많은 경우에, 애플리케이션에서 검사 품질과 처리 속도를 모두 높일 수 있다.   따라서 작은 개별 부품을 훨씬 더 빠른 속도로 검사할 수 있으며 다양한 구성 요소들을 더 많이 생산할 수 있다.

새로운 유형의 센서를 사용하여 품질을 향상시키는 것과 더불어 CXP 2.0의 하드웨어 설정이 제공하는 가장 큰 이점은 더 나은 케이블 기술을 사용한다는 것이다. 무엇보다도 대역폭 요구 사항이 동일하거나 이를 최소한으로만 증가시키면서 새로운 이미지 처리 시스템에서 케이블 수를 하나 이상 줄일 수 있어 전체 시스템 설정이 간소화된다. 그 밖의 이점은 다음과 같다.

- 케이블 당 최대 1200MB/s의 높은 대역폭

- 표준화된 Micro-BNC(HD-BNC) 커넥터

- 최대 40m의 케이블 길이 지원 가능(전체 대역폭 1250MB)

- 케이블이 더 얇고 유연하여 최소 곡률 반경이 더 작음

- 케이블 수를 하나 더 줄여 비용 절감

소프트웨어 조정

소프트웨어에 영향을 미치는 시스템 변경은 작업 범위가 더 넓고 더 많은 작업이 필요할 수 있다. 시스템 변경 작업은 이전 설정의 구성 방법과 판독 내용에 따라 달라진다. Camera Link 기술을 사용하면 프레임그래버의 직렬 인터페이스를 통해 매개 변수화가 수행되어 작업 시간이 많이 걸릴 수 있다. 최근에는 GenICam 표준이 도입되면서 작업이 단순화되었다. 아래에서는 소프트웨어 마이그레이션에 대해 두 가지 시나리오를 제시한다.

변형 1:

기존 소프트웨어 솔루션이 GenICam 기준을 따르지 않고 CoaXPress에 적용 가능한 이미지 처리 라이브러리를 사용하지 않을 경우, 사용자는 GenICam 표준을 준수하도록 소프트웨어를 조정해야 한다.

여기에는 카메라와의 통신 및 이미지 획득 작업이 포함된다. Basler pylon 카메라 소프트웨어 제품군은 매우 강력한 SDK(소프트웨어 개발 키트)가 포함된 다양한 무료 소프트웨어 패키지를 제공하여 경험이 적은 소프트웨어 개발자도 GenICam으로 쉽게 포팅할 수 있다. 한 번 포팅을 하고 나면 모든 인터페이스 기술이 GenICam 표준을 준수해야 하므로 사용자는 현재 또는 장래에 다른 머신 비전 소프트웨어 인터페이스도 이용할 수 있게 된다.

변형 2:

애플리케이션에서 GenICam 기반의 소프트웨어 환경이 이미 사용 중인 경우에는 필요한 작업량이 크게 줄어든다. 그럼에도 불구하고 CoaXPress에 대한 현행 GenICam 버전은 소프트웨어 기능을 보장하기 위한 조정 작업이 필요하다. 여기에는 카메라 기능에 대한 이름 변경이 포함될 수 있다.

소프트웨어 환경에서는 Basler pylon 카메라 소프트웨어 제품군과 많은 이미지 라이브러리 제조업체에서 제공하는 CXP 2.0용 모든 드라이버를 업데이트할 수 있어야 한다. 다음 그림에서는 pylon 카메라 소프트웨어 제품군의 구조와 구성요소를 확인할 수 있다.

따라서 보편적으로 적용 가능한 소프트웨어는 모든 마이그레이션 프로젝트에서 소프트웨어 개발 시간과 비용을 크게 줄여준다.

비용 분석 예시- CXP 2.0과 Camera Link 비교

다음 다이어그램에서는 CXP 2.0으로 전환할 때의 비용 상의 이점에 대해 자세히 살펴보겠다. 12메가 픽셀의 해상도와 약 60fps의 프레임 속도를 가진 일반적인 산업용 카메라인 Camera Link Full과 CXP-12의 구성을 비교해 보겠다.

Camera Link 버전에는 시스템에 프레임그래버가 내장되어 있다. CXP 프레임그래버는 이제 간단한 버전으로 제공되어 Camera Link에 비해 복잡성을 줄이고 비용 상의 이점도 제공한다.

다음 표에는 두 설정을 비교한 결과가 정리되어 있다.

비용을 비교해 보면 새로운 CXP 2.0 인터페이스를 갖춘 시스템이 가격 측면에서 큰 이점을 지님을 알 수 있다. 이러한 계산 예시는 이미지 획득에 필요한 모든 일반적인 구성 요소가 포함된 이미지 처리시스템의 경우 대략적으로 1500 EUR 또는 45% 정도의 비용 절감효과가 있음을 보여준다.

사전 처리가 필요하지 않은 경우에는 간단한 기술 버전의 프레임그래버로 충분하다. 또한 보다 저렴한 렌즈를 사용할 수도 있다. 이는 센서 크기와 관련이 있으며 이 예시에서는 센서 크기가 1.1“인 IMX 253 를 사용했다. 이 센서는 이미지 품질 및 감도 측면에서도 이점을 제공한다.

추가적인 비용 절감 효과는 케이블에서 발생한다. CXP2.0 케이블의 단가는 Camera Link에 비해 단가가 낮고 단 하나의 케이블만 사용되므로 Camera Link 시스템에 비해 케이블 비용이 거의 4분의 1로 줄어든다.

요약

Link는 프레임그래버와 함께 높은 해상도 및 빠른 작업 속도가 요구되는 산업용 화상 처리 분야에서 각광을 받던 인터페이스였다.

CXP 2.0은 기술 발전과 화상 처리 시장의 비용 압력 속에서 최신 기술을 사용하여 전체 시스템을 개선하고 미래에 철저히 대비할 수 있는 완벽한 업그레이드이다. 고객은 새로운 인터페이스에 필요한 통합 시간이 짧다는 이점 덕분에 짧은 시일 내에 인터페이스를 변경할 수 있다.

따라서 이 새로운 인터페이스는 장기적으로 변화하는 시장 상황에 대비하고 증가하는 고객의 요구 사항을 충족시킬 수 있는 기회를 제공한다. 다음 다이어그램에서는 두 인터페이스의 핵심적인 특성을 비교한 결과가 나와 있다.

자료 제공: Basler(www.baslerweb.com)