머신 비전 구성품

• 3. 머신 비전 구성품
• 1. Camera (카메라)
• 2. Lens (렌즈)
• 3. Frame Grabber (프레임 그래버)
• 4. Light (조명)
• 5. Software (소프트웨어)

3. 머신 비전 구성품

오늘은 머신 비전을 구성하는 구성품들에 대해 알아보겠습니다.

머신 비전을 구성하는 요소는 다음과 같습니다.

1. Camera (카메라)
2. Lens (렌즈)
3. Frame Grabber (프레임 그래버)
4. Light (조명)
5. Software (소프트웨어)

그럼 각 구성품은 어떤 역할을 할까요? 보통 머신 비전의 구성품은 사람의 눈 구조에 빗대어 설명하는데요.

먼저 사람의 눈 구조를 간단하게 표현하면 다음과 같습니다.

자, 그럼 구성품과 비교를 해볼까요?

1. Camera (카메라)

카메라는 간단하게 보면 센서와 컨넥터로 구성되어 있습니다. 물론 내부를 들여다보면 수많은 부품들이 있습니다.

(아래 카메라는 Sentech사의 Giga Ethernet Camera입니다.)

카메라에서 가장 중요한 것은 가운데에 위치한 이미지 센서입니다. 이미지 센서는 빛 데이터를 받아들이는 역할(상이 맺히는 역할)을 합니다. 즉, 눈에서 ‘망막’역할을 하는 것이지요.
컨넥터의 경우 인터페이스(interface)마다 모양이 다르며, 데이터를 전송하는 ‘시신경’의 역할을 합니다.

2. Lens (렌즈)

렌즈는 빛을 받아들이는 역할을 하게되는데요. 렌즈 내부는 코팅 처리한 몇겹의 렌즈를 조합하여 구성됩니다. 렌즈는 텔레센트릭(Telecentric), 매크로(Macro), 줌(Zoom)등 종류가 다양하며, 가격도 수만원에서 수천만원까지 가지각색입니다.
렌즈에는 초점을 맞추는 초점 링(Focus Ring)과 빛의 양을 조절하는 조리개(Iris)가 있는데, 종류에 따라 없거나 다른 기능이 존재하는 경우도 있습니다.
또한, 왜곡이 적은 렌즈, 수차가 적은 렌즈, 밝은 또는 어두운 렌즈 등 특수한 렌즈도 존재합니다.
이러한 렌즈들은 검사환경에 따라 어떤 렌즈가 적합한지 잘 따져봐야 합니다.
사람의 눈으로 보면 ‘각막, 수정체, 홍채’의 역할을 한다고 보면 되겠네요.

3. Frame Grabber (프레임 그래버)

프레임 그래버(Frame Grabber)라는 단어를 처음 들어보는 사람이 많을 겁니다. 저는 입사하기 전까지 이런 단어를 들어본적도, 생각도 해본적이 없었거든요.
이 보드(Board)는 아날로그 또는 디지털 신호를 PC가 처리할 수 있는 신호로 변환시켜 주는 역할을 하며 이미징 보드(Imaging Board)라고도 불리웁니다.
한마디로, 카메라의 영상 데이터를 모니터에서 볼 수 있도록 이미지화 시켜주는 장치라고 보면 되겠네요.

아래 사진이 프레임 그래버입니다. PC의 메인보드에 장착이 가능한 PCI express slot이 보이죠?
카메라의 이미지 데이터를 보드에서 이미지화 시킨 후 PCI express slot을 통해 Memory로 데이터가 전송되어 보여지는 것이랍니다.
보드는 보통 Analog, Digital 큰 분류로 나뉘어지고, 인터페이스에 따라 종류가 다양합니다.
(아래 보드는 Euresys사의 Camera Link Interface Frame Grabber입니다.)

4. Light (조명)

‘머신 비전의 80%는 조명이 좌우한다’ 라는 말이 있을 정도로 조명의 비중이 상당한데요. 왜 이런 말이 도는지 설명하겠습니다.
위에서 설명한 Camera, Lens, Frame Grabber는 어플리케이션 사양대로 선정만하면 끝이라고 보면 됩니다. 하지만 조명의 경우는 다릅니다. 직접적으로(Direct) 물체에 빛을 반사시킬 것인지, 간접적으로(Indirect) 할 것인지 또는 동축, 투과, 백라이트 등 조명을 어떤 위치에서 어떤 각도로 그리고 어떤 색상의 조명을 사용하냐에 따라 검출에 영향을 상당히 끼칩니다. 또한 링, 사각형, 라인, 돔(Dome)형 등 모양도 다양합니다.
그래서 조명을 선정할 때에는 여러 조건으로 충분히 테스트한 후 검출하기에 최적의 조건을 찾는 것이 가장 중요합니다.

5. Software (소프트웨어)

위에까지 하드웨어 구성품들을 알아보았는데요. 이제 소프트웨어의 역할은 무엇일까요?
소프트웨어는 카메라로부터 획득된 검사 이미지에서 찾고자 하는 것을 검출하기 위한 라이브러리(Image Processing Library)이라고 보면 되겠습니다. 아마 이것도 처음 접하는 분들은 무슨 얘기인지 잘 모르실 것입니다.
가장 쉬운 예로 Adobe 사의 Photoshop을 들 수 있는데요. 포토샵은 알다시피 사진을 보정하는 알고리즘이 집약된 Software Tool 입니다. 머신 비전에서는 검사 알고리즘이 포함된 Software Tool을 Vision Library라고 합니다. 이러한 라이브러리 제조사는 SDK를 제공하는데요. SDK에는 사용자가 코딩 가능한 Library dll 정보들과 손쉽게 제어할 수 있는 Tool을 같이 제공해 줍니다.

(아래 라이브러리는 Euresys사의 Open eVision 1.2 Library입니다.)

마치며…

지금까지 머신비전의 대표적인 구성품인 카메라, 보드, 렌즈, 조명, 소프트웨어에 대해 간략히 알아보았습니다. 이해하는데 도움이 되었을지 모르겠네요 ^^; 다음 시간부터는 각 구성품의 파트별로 더욱 심도있게 설명해볼까 합니다. 많은 관심 가져주시구요 읽어주셔서 감사합니다!