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머신비전 카메라 GigE 인터페이스 제대로 알아보기

2022-07-19

머신비전 카메라 GigE 인터페이스 제대로 알아보기

머신비전 카메라 GigE 인터페이스에 대하여

머신비전 카메라 GigE 인터페이스의 역사

GigE Vision은 고성능 산업용 카메라를 위해 2006 년에 도입된 인터페이스 표준입니다. 이더넷 네트워크를 통해 고속 비디오 및 관련 제어 데이터를 전송하기 위한 프레임 워크를 제공합니다.

GigE Vision은 AIA(Automated Imaging Association)에 의해 제정되었습니다. 이 표준을 따르면 GigE Vision을 준수하는 카메라와 S/W라면 제조사 상관없이 서로 데이터를 주고받을 수 있습니다.

GigE 인터페이스의 장점?

GigE Vision 인터페이스의 장점 중 손꼽을 수 있는 것은 단연 확장성입니다. 대형 장비에 여러대의 카메라 링크 카메라를 설치한다고 가정한다면, 일반적으로 PC, Frame Grabber, 케이블, 케이블 리피터, 전원 등 다양한 구성품이 필요합니다.

만일 전원까지 공급하는 POE GigE Vision 인터페이스를 사용한다면, 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 모두 공급하기 때문에 머신비전 구성품을 단순화 할 수 있습니다. 또한 네트워크 허브를 이용해 모든 카메라 펌웨어 업데이트를 한 PC에서 진행할 수 있으며, 공간별로 PC 1대씩 구성해 카메라 그룹을 만들 수 있습니다.

최대 100m 까지 사용 가능한 GigE 케이블 덕분에 영상 노이즈에 영향을 줄 수 있는 서보 모터와 같은 장치로부터 멀리 떨어져 설치 가능하여 최적의 환경을 만들 수 있습니다.

GigE 케이블의 종류

GigE 케이블은 흔히 이더넷 케이블과 동일한 커넥터 규격으로 RJ45를 사용하거나 방수 방진 애플리케이션에 사용하는 카메라는 8-Pin M12 Socket을 사용하기도 합니다.

다 똑같이 생긴 GigE 케이블도 여러가지 버전(CAT.3 ~ CAT.8)이 있으며, 단위는 카테고리로 부릅니다. 머신비전에서 사용 가능한 버전은 CAT5e부터 CAT.7입니다.

아래 표에는 카테고리별 전송 사양에 대한 설명입니다.

UTP 케이블 비교

	CAT.5	CAT.5e	CAT.6	CAT.6A	CAT.7
전송속도	100Mbps	1Gbps	1Gbps	10Gbps	10Gbps
주파수	100MHz	100MHz	250MHz	500MHz	600MHz
규격	100BASE-TX	1000BASE-T	1000BASE-TX	10GBASE	10GBASE

GigE 케이블의 내부 구조

GigE 인터페이스의 랜 케이블은 겉에서 보기에는 비슷하게 생겼지만 내부 구조가 다릅니다. 카테고리별 전송량에 따라 차폐 방식, 차폐 구조에 차이가 있습니다.

GigE Vision은 1Gbps를 지원하는 CAT.5e 이상 규격의 케이블을 사용해야 합니다.

GigE Vision 신뢰할 수 있는 이유

GigE Vision 애플리케이션에서 빠른 전송속도가 중요하기 때문에 GigE Vision은 UDP 프로토콜을 사용해 패킷을 전송합니다. 일반적으로 TCP가 패킷 전달 안정성이 높지만 이것을 보완하기 위해 GigE Vision 표준은 UDP패킷에 헤더를 추가하는데 헤더에는 이미지 번호, 패킷 번호, 타임스탬프 정보를 갖고 있습니다.

이 헤더 정보를 보고 데이터의 순서를 재정렬 하며, 누락된 패킷이 도착할 때까지 기다리는 시간 설정을 하여 안정성을 높일 수 있습니다.

GigE Vision의 패킷 전송방식

GigE Vision 기본 설정에서 점보 프레임을 최대치로 올리는 이유

위 과정에서 필요한 오버헤드 정보는 패킷 단위로 생성됩니다. 패킷이 세분화될수록 헤더가 차지하는 공간이 많아지기 때문에 데이터 전송에 영향을 받습니다. GigE 카메라의 프레임 레이트가 떨어진다면 확인해야 하는 3가지 필수 설정이 있습니다.

아래 짧은 동영상 가이드를 보고 네트워크 카드의 설정을 마무리하면, GigE Vision 카메라의 데이터 전송 안정성이 향상됩니다.

GigE Vision 점보패킷을 최대로 올리는 이유

GigE Vision 네트워크 카드 필수 설정 3가지

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

아래 머신비전 인터페이스 비교표를 참고하면 수치를 통해 비교할 수 있습니다.

인터페이스	규격	대역폭	케이블 길이	전원공급	보드
CoaxPress	CXP-3 / 1-lane 기준	3.125 Gbit/s (325MB/s)*	100m	가능 (POCXP)	필요
	CXP-6 / 1-lane 기준	6.25 Gbit/s (625 MB/s)*	75m	가능 (POCXP)
	CXP-12 / 1-lane 기준	12.5 Gbit/s (1,250 MB/s)*	30m	가능 (POCXP)
Camera Link	Base	2.04 Gbit/s (255 MB/s)	7m	가능 (POCL)
	Midium	4.08 Gbit/s (510 MB/s)	5m	가능 (POCL)
	Full	5.44 Gbit/s (680 MB/s)	5m	가능 (POCL)
	Full Deca	6.8 Gbit/s (850 MB/s)	5m	가능 (POCL)
USB	USB 2.0	480Mbit/s (60MB/s)	5m	가능
	USB 3.2 Gen1	5 Gbit/s (625MB/s)	5m	가능
	USB 3.2 Gen2	10 Gbit/s (1,250MB/s)	5m	가능
GigE	GigE	1 Gbit/s (125MB/s)	100m	가능 (POE)
	5 GigE	5 Gbit/s (625MB/s)	100m	가능 (POE)
	10 GigE	10 Gbit/s (1,250MB/s)	37m	미지원