업체별 3D 카메라 특징과 장점 비교
3D 이미징 기술은 생산, 계측, 품질 관리 등 애플리케이션에 보다 쉽게 통합할 수 있도록 날로 발전하고 있다. 본문에서는 업체별로 최근 개발된 3D 카메라 기술이 현장에서 어떻게 적용될 수 있는지 살펴본다.
Matrox Imaging(www.matrox.com)은 Matrox AltiZ 듀얼 카메라, 단일 레이저 3D 프로파일 센서를 출시하면서 3D 하드웨어 분야에 진입했다(그림 1). 검사 작업을 대상으로 하는 이 센서는 Matrox Imaging 또는 타사의 머신 비전 소프트웨어와 호한이 가능하다. 프로 파일러는 빨간색(660nm) 또는 파란색(405nm) 레이저를 사용하며 GigE Vision 인터페이스를 기반으로 한다.
센서 내부에서 실행되는 알고리즘은 수평 해상도를 위해 자동으로 샘플링 되는 두 개의 통합 이미지 센서에서 픽셀 데이터를 결합하거나 선택하여 얻은 3D 데이터(개별 프로필, 깊이 맵 또는 포인트 클라우드)를 자동으로 생성한다. 프로파일 센서는 IP67 등급, M12 커넥터, GenICam 확장 및 PoE를 제공한다.
제품관리 이사인 Pierantonio Boriero는 “많은 주요 고객이 가능한 단일 공급 업체의 소프트웨어와 하드웨어를 사용하는(end-to-end) 솔루션을 선호한다”.고 말했다. Matrox AltiZ는 3D 재현에서 틈을 만드는 폐색을 줄여 충실도를 높이는 듀얼 카메라, 단일 레이저 설계를 제공한다.
Zivid는 구조광을 사용하여 2.3 MPixel 해상도, 3D 프레임 당 13회 노출, 최소 획득 시간 60 ms에서 이미지를 촬영하는 Zivid Two color 3D 카메라를 출시하면서 기술을 발전시켰다. 카메라(그림 2)는 300 ~ 1500mm의 유연한 작동 거리, 700mm에서 60μm 해상도, 754 x 449 x 700mm 시야, 169 x 56 x 122mm 설치 공간, 880g 무게 및 10GigE 인터페이스를 특징으로 한다. (그림 2) Zivid에 따르면 열적 및 기계적 안정성 향상과 부동 보정으로 인해 0.2% 미만의 치수 오류가 발생한다. 최근에 특허 받은 3D HDR는 이미징 및 인공물 감소 기술을 통해 반사 및 흡수 제품과 매우 작은 부품까지도 캡처 할 수 있다.
또한 카메라의 기본 색상을 통해 실제 색상과 유사한 모양의 SKU를 분리할 수 있다. Zivid Two 카메라는 물류 및 제조 분야에 적합하며, 빈 피킹 및 머신 텐딩과 같은 애플리케이션에서 온암(on-arm) 로봇에 지원된다.
마케팅 부사장 Raman Sharma는 “Zivid Two는 픽 앤 플레이스 로봇의 비전 시스템에서 발견되는 주요 제약을 해결한다. 새로운 Zivid 3D 카메라를 사용하면 딥 러닝, AI 및 물체 감지 알고리즘으로 더욱 많은 물체를 인식하고 파악하며, 부품을 안정적으로 배치할 수 있다. 시야, 캡처 속도, 고품질 클라우드 출력의 혁신적인 폼팩터”라고 말했다.
IDS Imaging Development Systems는 새로운 모델인 Ensenso N40/45 3D 카메라를 출시했다(그림 3). 가벼운 디자인을 제공하는 플라스틱 복합 재료로 제작된 이 새로운 카메라는 IP65/67 보호 하우징과 로봇암 또는 협업 로봇에 사용된다. 각 카메라에는 2개의 1280 x 1024 흑백, 글로벌 셔터 CMOS 이미지 센서, 트리거 및 플래시용 나사식 GPIO 커넥터, PoE(Power over Ethernet)가 있다. 이 카메라는 높은 광 출력과 최적화된 열 관리가 가능한 적외선 프로젝터를 제공해 데이터 품질을 높이고 클럭 속도를 높인다. (그림 3)
프로젝터는 가시 범위(465nm)의 파란색 조명 또는 적외선 조명(850nm)과 함께 선택하여 사용할 수 있다. 또한 Ensenso N 3D 스테레오 비전 카메라의 기존 모델을 개선했다. 850nm 적외선 프로젝션을 사용한 높은 광출력을 가진 새로운 LED로 노출 시간을 최대 35% 단축하고 데이터 품질과 조명에 대한 견고성을 제공한다. 또한 열 설계는 모든 N30 및 N35 Rev. 2 모델에서 프로젝터 LED 듀티 사이클 제한을 최대 10%까지 개선하여 이미지 캡처를 가속화하고 클럭 속도를 높였다. 이 업데이트는 기존 시스템에서 카메라 매개 변수를 조정하면 사용할 수 있고 청색 조명(465nm)도 올해부터 제공됐다.
3D 카메라 제품 관리자인 Martin Hennemann 박사는 “새로운 Ensenso 카메라는 매우 가볍기 때문에 로봇 응용 분야에 적합하다. IP65/67 인증을 받았고 견고하며 스테레오 비전 기술을 기반으로 한 고품질 1.3MPixel 포인트 클라우드를 제공한다. 이 카메라는 생산 및 물류 자동화, 즉 빠르고 정확한 3D 볼륨 커버리지가 필요한 물체 분류 및 치수 측정, 로봇 피킹, 포장 및 팔레 타이 징의 3D 비전 애플리케이션을 위한 비용 효율적인 솔루션”이라고 설명했다.
LMI Technologies는 새로운 블루 레이저 모델을 Gocator 3D 프로파일 센서 라인(그림 4)에 도입함으로써 특히 전기 차량(EV) 배터리 검사, 철도 검사, 중소형 전자 및 자동차 부품 및 공장 자동화와 같은 분야에서 반짝이는 기계 금속 표면의 3D 스캐닝에 적합하다.
2430 및 2440 모델은 1500개의 데이터 포인트/프로파일을 제공하고, 2450 모델은 애플리케이션 요구에 따라 각각 80, 210, 550mm의 측정 범위로 1800을 제공한다. 2400 Blue Laser 모델은 IP67 등급 산업용 하우징, 웹 기반 사용자 설정, 내장 3D 시각화, 드래그 앤 드롭 측정 도구 및 통신 프로토콜 옵션을 특징으로 한다.
Terry Arden CEO는 “이 세 가지 새로운 라인 프로파일러는 2400 시리즈에 고감도 청색 레이저 스캐닝을 추가 제공한다. 속도, 고해상도 데이터 및 넓은 시야의 균형을 제공해 사용자는 비용 효율적인 센서로 정밀한 3D 스캐닝 및 광택 표면 검사를 수행할 수 있다.”고 말했다.
Teledyne Imaging 또한 검사, 감지, 식별 및 안내를 위한 인라인 높이 측정을 목표로 하는 Z-Trak2 시리즈(그림 5)와 함께 차세대 3D 제품을 소개했다. S-2K 및 V-2K 시리즈는 전자, 반도체, 자동차 및 공장 자동화 시장 부문에서 각각 45,000개 프로파일/s 및 10,000개 프로파일/s의 스캔 속도를 제공한다. 모든 Z-Trak2 모델은 프로필 당 2,000개의 포인트, 공장 보정, IP67 인클로저 및 청색 또는 적목 방지 레이저를 제공한다. 또한 두 모델 모두 1, 2. 5 또는 5GigE 인터페이스를 제공하며 내장된 반사 보상 알고리즘, 다중 센서 동기화와 높은 동적 이미징을 특징으로 한다.
선임 제품 관리자 Inder Kohli는 “Z-Trak3D 프로파일 센서는 고정밀 실시간 측정, 초당 45K 스캔의 범위를 제공하는 5GigE 인터페이스, 단일 스캔 HDR 등의 기능을 통합해 제공한다. 가장 신뢰할 수 있는 3D 산업용 비전 솔루션”이라고 말했다.
LUCID Vision Labs는 ToF 영역에서 2.5배 많은 광 투과율과 50% 이상 뛰어난 3D를 제공하는 Helios2 3D ToF 카메라(그림 6)를 소개했다. Helios2는 0.3 MPixel Sony IMX556PLR ToF CMOS를 특징으로 한다.
이미지 센서를 사용하고 4개의 850nm 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL)를 사용하여 최대 8.3m 작동 거리에서 30fps, 640 x 480 깊이 해상도를 제공한다. GigE Vision 3D 카메라는 온 카메라 처리를 제공하여 높은 범위와 강도, 신뢰성 및 데이터 필터링 옵션을 제공하며, 이 모든 것이 값 비싼 호스트 시스템에 대한 필요성을 줄여준다.
추가 기능으로는 6개의 작동 거리 모드, 최대 100m 케이블 길이를 위한 산업용 M12 커넥터, 1 밀리미터 미만의 정밀도(1 미터에서 1mm 미만 측정), IP67 보호, 산업용 EMC 내성, 주변광 필터, 멀티 카메라 지원 및 컬러 카메라의 RGB 데이터를 결합하는 기능이 있다.
설립자 Rod Barman은 “3D 검사, 자동화된 자재 처리 및 로봇과 같은 응용 분야에서 1 세대 Helios ToF 카메라를 광범위하게 채택gi Time of Flight의 성능을 더욱 향상시켰다. 새로운 Helios2 ToF 카메라는 뛰어난 3D 심도 데이터 정밀도와 정확성, 렌즈 보호 기능이 있는 견고한 IP67 등급 인클로저, 경쟁력 있는 가격을 제공한다”고 말했다.
Cognex는 특히 물류를 목표로 하는 생산 라인 속도에 물체의 유무를 식별하는 동작 가능 스마트 카메라(그림 7)인 3D-A1000 항목 감지 시스템을 도입했다. 이 시스템은 Symbolic Light 라는 특허 기술을 사용하여 단일 이미지로 모션을 고정하고 인코더 또는 현장 보정 없이 3D 및 2D 정보를 수집한다.
공장에서 보정된 카메라는 온보드 처리를 포함하여 3Hz의 속도에 도달하며 Cognex 소프트웨어 비전 도구, GigE 인터페이스, IP65 보호 기능을 제공하며 15분 이내에 설치 및 프로그래밍이 가능하다. 제품 마케팅 관리자 Drew Parrett는 “정확한 3D 및 2D 이미지, Cognex의 고급 비전 도구 및 UX 디자인이 결합돼 비전을 처음 접하는 사람도 15분 이내에 설정할 수 있는 시스템으로 패키징하는데 필요한 기술을 구현했다. 그 결과 확장이 용이하고 열악한 환경에서도 강력한 결과를 제공하는 시스템이 됐다”고 설명했다.
Intel의 RealSense 심도 카메라 제품군에 새로 도입된 D455 스테레오 기반 카메라는 이전 모델의 두 배 범위를 달성하는 긴 범위와 향상된 정밀도를 제공한다. D455는 OmniVision Technologies의 1280 x 800 OV9782 컬러 글로벌 셔터 CMOS 이미지 센서, 최대 1280 x 720 깊이 해상도, 깊이 및 90fps의 RGB 프레임 속도, USB를 갖추고 있다.
연결 및 권장 범위는 0.4 ~ 6m 다. 또한 카메라에는 Bosch BMI055 관성 측정 장치가 있다. Intel RealSense 비전 ASIC로 구동되는 이 카메라는 4m에서 2% 미만의 Z- 오차를 달성한다. 이 최신 카메라는 로봇과 드론의 충돌 방지 및 물체 감지를 포함한 실내 및 실외 애플리케이션을 대상으로 한다.
마케팅 책임자 Joel Hagberg는 “Intel RealSense 제품군은 개발자에게 많은 선택권을 제공한다. D455는 스테레오 카메라 라인의 기능을 확장하여 긴 범위의 사용 사례로 광범위한 애플리케이션을 처리하고 사용자가 자신의 요구에 가장 적합한 솔루션을 설계할 수 있도록 한다”고 말했다.
Chromasens는 최근 3D 라인 스캔 공간에서 5.6μm 픽셀 크기의 3개의 15K RGB CMOS 이미지 센서를 기반으로 하는 3DPIXA 듀얼 10μm 카메라를 출시했다. Camera Link, 스테레오 라인 스캔 카메라는 3D 데이터와 컬러 이미지를 동시에 제공하고 10μm/픽셀 광학 해상도, 150mm 시야, 18.4kHz의 라인 주파수를 사용한다. Corona II LED 라인 스캔 조명과 함께 사용하도록 설계됐다.
개발 영업 이사 Jeremy Jowers는 “현재 소형 3D는 전자 제품, 듀얼 15k 3DPIXA를 사용하는 가전 제품 하우징 검사에 자주 쓰인다. Chromasens는 최대 4.4m FOV를 제공하는 3DPIXA 200μm Dual HR(7k) 및 특수 OEM 카메라를 사용하는 애플리케이션에 적합하다”고 설명했다.
Saccade Vision은 인라인 계측 및 검사 애플리케이션을 위한 새로운 3D 시스템을 제공한다. Saccade-MD의 다 방향 3D 스캐닝 카메라 기술(그림 8)은 프로그래밍 가능한 조명을 사용하므로 카메라가 이미지 캡처를 위해 움직일 필요가 없다. Alex Shulman CEO는 “라이트 라인은 이미지의 영역을 다양한 방향으로 스캔하여 포인트 클라우드 정밀도를 극대화할 수 있다”고 소개했다. (그림 8)
또한 카메라의 스캔을 최적화하면 개별 기능을 통해 이미지의 특정 영역에서 해상도를 크게 높인다. 이는 모션 및 전체 이미지 수집이 필요한 정확도와 측정 속도를 향상시킨다. 이러한 로컬 스캔 최적화 및 애플리케이션 구성은 설정 시간을 줄이고 사용 편의성을 높인다.
Omron Automation Americas는 최근 FH-3D 비전 시스템을 출시했다. 기존 FH5050 비전 시스템에 새로운 3D 애플리케이션 소프트웨어와 FH-MDA 3D 카메라가 결합된 이 시스템은 3D 빈 피킹에 적합하다.
GigE 카메라는 500mm 작동 거리 측정, 400 x 300 x 200mm 측정 범위(X, Y, Z), 0.2mm Z 방향 반복성 및 0.5 초 감지 시간을 제공한다. 이 시스템은 회사의 Active One Shot 기술을 사용한다. 여러 조명 패턴이 물체에 투영되고 단일 샷으로 물체의 3D 이미지를 캡처한다. 또한 Omron은 3D 인식 기술을 위한 고속 물체 위치 및 방향 인식 알고리즘을 개발했다.
고품질 3D 이미지 획득을 위한 머신 비전의 옵션이 다양하게 증가하고 있다. 서로 다른 유형의 3D 기술을 통해 검사부터 감지 및 치수 측정에 이르는 프로세스를 더욱 가속화하고 개선할 수 있다.
