사용하기 쉬운 카메라 모듈로 응용 제품에 간편하게 머신 비전 추가하기

시각은 가장 중요한 감각입니다. 우리는 일상 업무를 처리하는 데 사용하는 모든 정보 중 약 80%를 눈을 통해 얻습니다. 시각적으로 입력된 정보는 놀랍도록 빠르게 처리됩니다. 지난 2014년 매사추세츠 공과대학(MIT)의 신경과학자들은 뇌가 눈으로 본 것을 통해 단 13밀리초(ms) 만에 전체 이미지를 형성할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

이처럼 시각은 중요하기 때문에, 많은 사람들이 기계에 시각적 센서를 추가하고자 하는 것은 당연한 일입니다. 제품에 머신 비전을 추가하면, 다른 방법으로는 구현하기 어렵거나 불가능했던 다양한 기능을 구현할 수 있게 됩니다. 제조 공정 초기에 결함을 식별할 수 있는 조립 라인의 검사 기계나, 제품의 유통기한을 확인할 수 있는 창고 로봇이 그 예입니다.

인체의 눈이 가진 입체적인 고해상도의 컬러 비전을 모방하기는 어렵습니다. 다행히도, 대부분의 산업용 응용 제품에서는 그 정도로 높은 수준의 성능이 필요하지는 않습니다. 기계가 바코드를 확인하는 것을 예로 들어 보겠습니다. 이 경우 센서의 픽셀 수가 많아야 하거나 색상을 구분할 필요가 없고, 렌즈는 넓거나 깊은 시야각이 필요 없이 단순함을 유지할 수 있으며, 시스템이 특별히 빠르게 정보를 처리할 필요도 없습니다. 따라서 작업에 적합한 저렴하고 신뢰할 수 있는 다양한 상용 비전 시스템 중 선택하면 되므로, 선택의 폭이 넓어집니다.

사람의 눈을 보완하려면, 시각 스펙트럼 위아래의 전자기 파장에 민감한 센서를 선택하면 됩니다. 예를 들어 적외선(IR) 기능을 추가하는 것은 비교적 간단하며, 사람의 눈으로 볼 수 없는 것을 기계가 볼 수 있도록 해줍니다.

활성 센서를 선택하는 것도 중요하지만, 비전 시스템에는 렌즈와 홀더, 센서에서 응용 프로세서로의 전기 연결, 그리고 이 모든 것을 작동시키기 위한 지원 전자 장치 및 소프트웨어 등 더 많은 것이 필요합니다. 따라서 넓은 장면 캡처를 위한 초광각 렌즈나 보다 전통적인 설정을 위한 범용 렌즈 등, 다양한 센서와 렌즈 대안을 매칭하고 테스트하는 데 많은 시간과 비용이 소요될 수 있습니다.

콤팩트하고 완벽한 구성

STMicroelectronics는 CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GY 카메라 프로모듈을 통해 개발 프로세스를 더욱 간소화했습니다. 개발 전용으로 설계된 이 프로모듈은 필요한 이미지 센서, 렌즈 홀더, 렌즈, 플러그 앤 플레이 평면 연성 케이블(FFC) 연결로 구성됩니다(그림 1). 개발 프로세스를 완료하면, STMicroelectronics와 협력하여 상용 솔루션을 개발할 것을 권장합니다.

그림 1: CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GY 프로모듈은 렌즈, 렌즈 홀더, 센서 기판 및 FFC 케이블로 구성됩니다. (이미지 출처: STMicroelectronics)

이 프로모듈은 실장 면적이 5평방 밀리미터 또는 6.5평방 밀리미터(mm²)로 작고, 2.73mm x 2.16mm 크기의 소형 저전력 이미지 센서를 기반으로 합니다(그림 2). 센서 실장 면적은 증강 현실/가상 현실(AR/VR) 안경이나 개인용 전자 장치와 같이 크기가 제한된 장치에 적합하며, 가시광선 및 근적외선 스펙트럼에서 작동하여 644픽셀 x 604픽셀(0.38메가픽셀(MP))의 해상도를 제공합니다.

그림 2: 프로모듈의 핵심인 광학 센서의 크기는 2.73mm x 2.16mm에 불과합니다. (이미지 출처: STMicroelectronics)

이 프로모듈은 센서에서 응용 프로세서로 정지된 이미지 및 동영상 이미지를 전송하는 데 널리 채택된 고속 프로토콜인 MIPI 카메라 직렬 인터페이스 2(CSI-2)를 사용합니다. 이 센서에는 자동 암부 보정, 결함 픽셀 교정, 아날로그 및 디지털 이득 기능도 있습니다.

다른 렌즈를 통한 머신 비전

STMicroelectronics는 다양한 머신 비전 옵션을 간편하게 사용해 볼 수 있는 기회를 제공합니다. 다양한 렌즈와 광학 설정을 갖춘 여러 가지 프로모듈 참조 설계를 사용할 수 있습니다. 클린룸 환경에서 접착 및 테스트를 거친 초점 렌즈가 함께 제공되며, 동일한 연성 인쇄 회로(FPC) 기판 간 커넥터 및 핀아웃이 장착되어 있습니다. 따라서 동일한 개발 도구와 광학 파라미터를 사용하여 다른 렌즈로 프로모듈을 빠르게 플러그 앤 플레이로 구성할 수 있습니다.

개발 작업에는 두 가지 옵션이 있습니다. STEVAL-EVK-U0I1 USB 키트(그림 3)를 사용하여 실장된 카메라 조립품을 고정하는 STEVAL-55G1MBI1 S-Board를 연결할 수도 있고(그림 4), STEVAL-CAM-M0I1 P-Board를 사용하여 원하는 임베디드 프로세싱 플랫폼에 연결할 수도 있습니다. P-Board를 사용하려면 프로모듈을 별도로 구매해야 합니다. S-Board가 포함된 EVK는 USB 연결을 통해 PC에 연결할 수 있으며, P-Board를 사용한 개발은 임베디드 처리 플랫폼에서 완료할 수 있습니다.

그림 3: STEVAL-55G1MBI1 S-Board는 USB 커넥터를 통해 PC에 연결되는 STEVAL-EVK-U0I1 USB 키트에 플러그인됩니다. (이미지 출처: STMicroelectronics)

그림 4: STEVAL-55G1MBI1 S-Board에는 실장된 카메라 조립품이 포함되어 있습니다. (이미지 출처: STMicroelectronics)

평가용 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 소프트웨어 및 Linux 드라이버는 STMicroelectronics에서 다운로드할 수 있습니다.

결론

응용 제품에 머신 비전을 추가하면 강력한 새 기능이 구현됩니다. 하지만 시중의 다양한 상용 솔루션 중 최적의 시스템을 선택하려면 시간이 많이 걸리고 어려울 수 있습니다. STMicroelectronics의 프로모듈 및 관련 소프트웨어는 설계 및 개발 프로세스를 간소화합니다. STMicroelectronics의 기술을 활용하면, 다른 프로모듈을 EVK 또는 임베디드 처리 플랫폼에 연결하여 여러 렌즈 및 광학 구성을 시도해 볼 수 있습니다.