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비전 솔루션은 제조업, 품질 관리, 자동화 등 다양한 산업 분야에서 시스템의 정확성과 효율성을 크게 향상시키는데 중요한 역할을 합니다. 산업의 환경 및 목적을 충족시키는 비전 시스템이 제대로 작동하려면 각 구성 요소 간의 데이터 전송이 매우 중요합니다. 고속으로 이미지를 취득하고 분석하기 위해서는, 카메라로 촬영한 이미지 데이터가 프레임그래버로 빠르고 정확하게 전달되어야 합니다. 이러한 과정에서 인터페이스(Interface)는 데이터를 안정적으로 전송되도록 하며, 최적으로 구성된 시스템의 높은 속도와 정확성을 유지할 수 있게 해주는 핵심 역할을 합니다. 머신비전에서 주로 사용되는 인터페이스로는 USB3 Vision, GigE Vision, Camera Link, CoaXPress등이 있습니다. 이번 포스팅에서는 인터페이스의 기본적인 개념부터 시작하여 각 인터페이스의 역할과 종류, 그리고 그 중요성에 대해 알아보도록 하겠습니다. 인터페이스의 역할 인터페이스는 카메라와 프레임그래버 사이에서 안정적이고 빠르게 데이터를 전송하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 데이터 전송 속도, 대역폭, 전송 거리, 안정성 등 각 프로젝트의 요구 사항에 따라 적절한 인터페이스를 선정하는 것이 중요합니다. 카메라 / 인터페이스 / 프레임그래버의 관계 위의 그림과 같이 프레임그래버, 인터페이스, 그리고 카메라는 머신비전 시스템에서 상호 연관되어 작동합니다. 카메라는 이미지를 캡처하여 아날로그 또는 디지털 신호를 생성하고, 프레임그래버는 이를 디지털 이미지로 변환해 컴퓨터로 전송합니다. 인터페이스는 이 데이터 전송 경로를 제공하며, 속도와 신뢰성을 보장해 시스템의 성능과 효율성을 극대화합니다. 인터페이스의 특징 인터페이스의 종류 머신비전에서 사용되는 주요 인터페이스로는 USB3 Vision, GigE Vision, Camera Link, CoaXPress 등이 있으며, 각각의 특징, 대역폭, 속도 차이 등을 살펴보겠습니다. *인터페이스 별 속도 및 케이블 길이 변화 그래프 USB3 Vision : USB 3.0을 기반으로 한 인터페이스 USB3 Vision 인터페이스는 USB 3.0을 기반으로 하며, 설치가 간편하고 비용이 저렴하며, 일반적으로 3M~5M의 케이블 길이를 지원합니다. 대역폭은 최대 5 Gbps이며, 실제 데이터 전송 속도는 약 400 MB/s 입니다. 또한 다양한 USB 장치와의 호환성 덕분에 시스템 통합이 용이하고, 고속 데이터 전송을 지원하는 데 적합합니다. GigE Vision : 기가비트 이더넷을 기반으로 한 인터페이스 GigE Vision 인터페이스는 데이터 전송 속도와 거리 측면에서 매우 유리하며, 고해상도 이미지를 안정적으로 전송할 수 있습니다. 최대 100미터 거리까지 데이터를 전송할 수 있으며, 중간에 스위치나 리피터를 사용하면 더 긴 거리로 확장할 수 있습니다. 가격이 저렴하고 시스템 구성은 표준 네트워크 장비를 통해 유연하게 할 수 있어, 여러 대의 카메라를 쉽게 연결해 다중 카메라 시스템을 구축할 수 있습니다. 검사 환경과 요구 사항에 맞춰 GigE, 5GigE, 10GigE 중 적절한 버전을 선택하는 것이 중요합니다. Camera Link(CL) : 고속 디지털 비디오 전송을 위한 산업 표준 인터페이스 Camera Link는 고속 병렬 데이터 전송을 위한 표준 인터페이스로, 매우 높은 대역폭과 긴 전송 거리를 지원합니다. Camera Link 인터페이스는 약 5M의 케이블 길이를 권장하며, 최대 약 10M까지 연장이 가능합니다. 1개의 보드에 최대 2개의 케이블을 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 대역폭은 기본모드(Base Configuration)에서 최대 2.04 Gbps, 전체모드(Full Configuration에서 최대 6.8 Gbps입니다. 전체 모드일 경우 보통 두개의 병렬 케이블을 사용합니다. Camera Link는 최대 85MHz의 시리얼 클럭 주파수를 제공하므로 높은 대역폭에서의 고속 촬영에 적합합니다. * Base Configuration은 Camera Link의 기본 설정으로, 최대 2.04 Gbps의 대역폭을 지원하며, 표준 해상도와 프레임 속도의 데이터 전송에 적합 * Full Configuration은 Camera Link의 고속 설정으로, 최대 6.8 Gbps의 대역폭을 지원하며, 고해상도와 빠른 프레임 속도의 데이터 전송에 적합 *시리얼 클럭 주파수 : 데이터 전송 속도를 제어하는 신호의 반복 속도로, 주파수가 높을수록 데이터 전송 속도가 빨라짐. CoaXPress(CXP) : 동축 케이블을 사용한 고속 데이터 전송 인터페이스 ? CoaXPress는 동축 케이블을 사용하여 초고속 데이터 전송을 지원하는 인터페이스로, 높은 전송 속도와 긴 전송 거리를 제공합니다. 또한 1개의 보드에 최대 8개의 CXP 케이블을 연결할 수 있어 고속 이미지 처리와 같은 어플리케이션에 특히 유리하며 최신 기술을 반영하여 설계된 만큼 우수한 성능을 보입니다. CoaXPress는 하나의 케이블에 데이터 전송, 카메라 제어, 전원 공급, 트리거링(동작 시작 신호) 등 4가지 기능을 수행하기 때문에 유연성이 뛰어납니다. 1. CoaXPress(CXP) 케이블 * 종류 * CoaXPress (CXP) 인터페이스는 DIN, Micro BNC, BNC 세 가지 주요 커넥터 타입을 사용하여 데이터 전송을 최적화합니다. 각 케이블 타입은 다양한 전송 요구와 시스템 설계에 맞춰 선택되며, 다음과 같은 특징이 있습니다. *Resource : 코비스테크놀로지 * 길이 * 규격별 CoaXPress (CXP) 인터페이스의 케이블 길이는 전송 속도에 따라 달라집니다. 기본적으로 CXP는 최대 130미터까지 케이블 길이를 지원하지만, 전송 속도가 증가할수록 케이블 길이는 줄어듭니다. 이는 높은 속도에서 신호 감쇠와 노이즈의 영향을 줄이기 위함입니다. 따라서, 전송 속도가 높을수록 케이블 길이를 짧게 유지해야 신호 품질을 보장할 수 있습니다. CoaXPress는 케이블 표준에 따라 대역폭과 사용 가능한 길이가 달라집니다. *케이블 길이가 길어질수록 노이즈가 증가할 수 있음 * 표준 * CoaXPress (CXP) 표준은 CXP 1.0과 CXP 2.0 규격의 두 가지 주요 버전이 있습니다. * CoaXPress(CXP)와 Camera Link(CL)의 차이 * CoaXPress(CXP)는 높은 데이터 전송 속도와 대역폭을 지원하며, 장거리 데이터 전송이 가능합니다. 1개의 보드에 최대 8개의 CXP 케이블을 연결할 수 있어 고속 이미지 처리와 같은 어플리케이션에 주로 적용됩니다. Camera Link는 신뢰성 높은 인터페이스로 사용되어 왔습니다. 안정적인 성능을 제공하며, 1개의 보드에 최대 2개의 케이블을 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 또한 다양한 카메라와의 호환성이 높은 것이 특징입니다. 각각의 검사 환경과 플리케이션 목적에 따라 적합한 인터페이스를 선택하여 시스템 성능과 효율성을 최적화하는 것이 좋습니다. *CXP와 Camera Link 구성의 예* 다양한 산업의 환경 및 검사 조건에 따라 적절한 인터페이스를 선택하면 데이터 전송 속도와 시스템의 유연성을 최적화하여, 최상의 성능을 발휘할 수 있습니다. 인터페이스 선정에 전문가의 도움이 필요하시다면, 언제든 화인스텍을 찾아주세요!
2024.09.03코엑스프레스 인터페이스 제대로 사용하는 방법 머신비전 카메라 CoaXPress 인터페이스란? 이 표준은 2008년 11월 처음 선보였으며, 2009년 초에 6개 회사인 Adimec, Eqcology, Active Silicon, AVAL DATA, NED 및 Components Express로 구성된 산업 기업의 표준 협회가 구성되었습니다. 2009년 이 협회는 비전 상을 수상하면서 JIIA에서 CoaXPress를 공식 표준으로 채택하였고, 2010년 12월에 첫 버전 1.0이 출시되었습니다. CoaXPress 표준 1.0, 1.1의 경우 6.25Gbit/s (CXP-6)를 지원하며, 2019년 출시한 CoaXPRess 표준 2.0에서는 12.5Gbit/s(CXP-12)를 지원합니다. CoaXPress 인터페이스는 머신 비전, 의료 이미징, 생명 과학, 방송, 국방, 스포츠 등과 같은 전문, 산업용 이미징 어플리케이션에서 고속 이미징을 위한 인터페이스 표준으로 자리 잡았습니다. 2021년 1월 CoaxPress 2.1이 JIIA에 표준으로 지정되었으며, 몇 가지 기능이 개선되었습니다. CoaXPress 인터페이스의 장점? CoaXPress 4개의 케이블에 CXP-12를 연결할 경우 최대 전송속도는 50Gbps 또는 5GByte/s 이기 때문에 12메가 10bit 이미지를 기준으로 300fps으로 전송받을 수 있으며, 8bit 16K 라인스캔 센서는 30KHz/s의 속도로 전송받을 수 있습니다. CXP 버전에 따른 최대 데이터 전송량(1lane 기준) 기존에 많이 사용 중인 Camera Link, USB 인터페이스의 케이블 길이에 대한 아쉬움을 덜어낼 수 있습니다. 데이터 전송 속도에 따른 케이블 사용 길이 CoaXPress를 사용해 고해상도 이미지를 분산처리하는 방법 CoaXPress 인터페이스의 가장 큰 장점인 고해상도 이미지를 빠르게 전송할 수 있다는 것입니다. 하지만 PC 1대에서 50메가 이상의 고해상도 이미지를 빠르게 처리하기 어렵습니다. 원활히 검사하기 위해서는 여러 대의 PC가 필요한데 그 문제를 해결하기 위해 Data Forwarding 기술이 등장했습니다. 카메라 Data Forwarding 방법 (예시 : Euresys Coaxlink G3 DF) Euresys의 Coaxlink Quad G3 DF Frame Grabber를 사용할 경우 고해상도 이미지를 순식간에 여러 PC로 전송할 수 있기 때문에 PC마다 각각 다른 검사를 실행해 PC의 부하를 줄여 빠른 검사가 가능하게 됩니다. CoaXPress 단일 케이블로 할 수 있는 4가지 기능 CoaXPress 인터페이스는 많이 알려진 동축 케이블 입니다. 한 가닥의 동축케이블은 아래 4가지 기능을 동시에 할 수 있습니다. 이미지 데이터 수신 카메라 컨트롤 전원 소프트웨어 트리거 CoaXPress 인터페이스의 장점 CoaXPress 인터페이스 커넥터의 종류 CoaXPress 인터페이스의 대표적이 커넥터는 3가지 입니다. BNC Micro BNC DIN 1.0/2.3 CXP-6 버전까지는 DIN 1.0/2.3 커넥터가 많이 사용되었으나, 내부 구조상 접촉 불량 사례가 많아지면서 전송량이 높은 CXP-12 버전부터는 Micro-BNC 커넥터를 사용하게 되었습니다. CoaXPress 인터페이스 커넥터의 종류 CoaXPress를 더 안전하고 더 빠르게 사용하는 방법은 광통신 SFP+ CoaXPress는 구리선으로 데이터를 전송합니다. 물리적으로 케이블 길이의 한계와 데이터 송신의 한계가 분명 존재합니다. 이 한계를 극복하기 위해 CoaXPress 인터페이스에 광 통신 케이블을 접목한 SFP+ 인터페이스가 새롭게 출시되었습니다. 프로토콜은 CoaXPress를 기본으로 사용하기 때문에 전송 방식만 광 통신으로 변경된 인터페이스 입니다. SFP+는 광 통신 케이블의 장점은 아래와 같습니다. CoaXPress SFP+ 인터페이스의 장점과 단점 장점 케이블의 길이는 40Km로 매우 깁니다. 광 섬유 1개당 최대 25Gbs의 대역폭을 가집니다. 전기 노이즈의 영향을 받지 않습니다. 구리선보다 가볍기 때문에 항공기와 같이 무게가 중요한 어플리케이션에 유리합니다. 단점 빛으로 전기를 보낼 수 없기 때문에 카메라 전원은 별도로 지원해야 합니다. CoaXPress 인터페이스 광케이블(SFP+)의 장점 머신비전 카메라 인터페이스의 발전 머신비전 카메라 인터페이스의 선택은 장비를 구성함에 있어서 매우 중요합니다. 머신비전 장비는 더 높은 검사 정도와 더 빠른 검사를 하기 위해 진화합니다. 그렇기 때문에 이미지 센서 또한 더 높은 해상도와 더 빠른 속도로 발전해 왔으며, 넓은 대역폭의 데이터를 안정적으로 전송하기 위해 새로운 인터페이스를 머신비전 시스템에 도입하게 되었습니다. 인터페이스 별 비교 그래프
2022.07.19Progressive VS Interlaced 안녕하세요? 화인스텍 마케팅 팀입니다. 화인스텍 홈페이지를 찾아주셔서 감사합니다. 이번 포스팅은 영상 출력 방식인 Progressive 와 Interlaced 에 대해 알아보도록 하겠습니다. 이 이야기를 다루는 이유는 TV 포맷 머신 비전 카메라의 출력 방식과 연관이 있기 때문입니다. 대표적인 예로 2000년대 머신비전을 주름잡던 대표적인 카메라들의 설명서에서 PAL, NTSC 와 같은 방식을 보실 수가 있는데 Interlaced 주사방식 TV의 표준이라고 보시면 됩니다. PAL : 초당 50필드, 625 라인, 짝수 필드 우선 NTSC : 초당 59.94 필드, 525 라인, 홀수 필드 우선 SECAM : 초당 50 필드, 625 라인 우리가 현재 쉽게 접하는 사양 중에 1080p, 1080i 와 같은 것인데 액션캠 이나 DSLR, 미러리스 카메라, 휴대폰 동영상 저장 옵션에서도 볼 수 있습니다. 1080(세로줄수)p(Progressive)60(주사율) 1080p60은 Progressive 1080i60은 interlaced 주사 방식입니다. Progressive 사전적 의미 비월 주사 방식(飛越走査方式, 영어: interlaced scanning)은 하나의 영상을 홀수와 짝수 가로줄로 나뉜 것을 번갈아가며 표시하는 영상의 표시 방식이다. 위키백과 아래와 같은 방식으로 출력이 됩니다. <이미지 1> 이해를 위한 이미지 1080i60 은 실제로 홀수 30fps, 짝수 30fps 가 합쳐서 60fps 이기 때문에 실제 영상의 fps은 절반인 30fps 입니다. Interlaced 출력 방식은 아래 이미지를 보시면 더 확실하게 알 수 있습니다. <이미지 2> 샘플 이미지 홀 짝의 출력 시간 차이가 나기 때문에 빠르게 움직이는 영상을 정지하면 위와 같은 이미지입니다. 하지만 사람 눈의 착시현상으로 영상이 재생될 때는 온전한 이미지로 보입니다. 대표적인 장단점을 살펴볼까요? 장 점 단 점 Progressive 1프레임이 1개의 이미지로 영상 품질이 좋고 고해상도에 유리함 세밀한 (체크무늬 옷과 같은) 수평 패턴에서 깜빡임이 없음 전송 대역폭이 높음. Interlaced 1프레임을 2개로 나누어 전송하므로 전송 대역폭을 절반으로 낮출 수 있음. 플리커 현상으로 눈이 피로해질 수 있음 결론은 아래 이미지를 보시면 많은 도움이 되실 것 같군요. <이미지 3>Progressive와 interlaced 이해 <출처 : 위키백과> 어떠신가요? 도움이 되셨나요? 마지막으로 TV 전송방식을 사용하는 전 세계 지도를 끝으로 이상 포스팅을 마치겠습니다. <이미지 4> Interlaced TV 분포도 <출처 : 위키백과>
2022.04.27