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자주묻는이야기

제목 머신 비전 카메라 이야기
작성일자 2017-01-26
안녕하세요, 쿼티시스템입니다.

이번에 주제는 비전카메라 이야기입니다. 좀 더 정확하게 표현하자면 "머신 비전"이라고 하는 것이 타당해 보이지만 대체로 "비전 카메라"라고 부르고 있습니다. 조금 다른 접근일 수 있지만 요즈음에는 "스마트 비전" 또한 혼용하여 사용하고 있기도 합니다. 즉, 머신 비전과 스마트 비전은 의미상으로는 같을 수 있지만 머신 비전은 말 그대로 기계가 촬영한 영상을 단순하게 컴퓨터로 전달하고 이에 대한 가공(데이터 처리 또는 분석에 의한 정보의 추출)은 소프트웨어에 의해서 처리하는 것을 의미합니다. 그렇기 때문에 가격면에서 스마트 비전에 비해서 저렴 하지만 먼저 언급한 대로 소프트웨어를 직접 제작하여야 하기때문에 전문 비전업체를 통하지 않고서는 도입이 쉽지 않은 약점도 있습니다. 반대로 스마트 비전 카메라는 이미지 처리에 필요한 칩(Chip)을 내장하고 있어서 비전검사는 물론 데이터 처리에도 유연하게 대응이 되고 있어서 컴퓨터에서는 해당하는 이미지와 결과를 수신 받기 용이한 장점이 있습니다. 하지만 스마트 비전이라고 해도 모든 분야에 Ready-Made는 아니기 때문에 도입 시에 충분한 검토가 필요하고 또 도입 이후에도 일정 기간 트레이닝(Self-Training) 과정을 거쳐야 합니다. 물론 트레이닝 과정은 많고 적음을 떠나서 머신 비전이나 스마트 비전 모두 필요한 과정이고 트레이닝이 잘 된 비전시스템일수록 현장 적용성이 좋습니다.
 
이렇듯 기계에 인간이 가지고 있는 시각과 판단 능력을 부여한 머신 비전은 사람의 시각이 인지하고 판단하는 기능을 하드웨어와 소프트웨어의 시스템이 대신 처리하는 기술로, 제품의 외관에 대한 검사 혹은 영상 보드, 광학기기, 영상처리 소프트웨어 등을 이용해서 수행하게 됩니다. 이러한 특성으로 인해 머신 비전은 하드웨어, 광학계, 소프트웨어를 통합한 고도의 전문성을 요구하고 있습니다. 오늘날의 머신 비전은 단순한 측정뿐만 아니라 획득한 영상의 처리, 판단 프로세스까지 사용자의 목적에 맞게 다양하게 발전하고 있습니다.

▶ 비전시스템 적용 분야
 
PCB 검사
목재 품질 검사
서브 어셈블리의 최종 검사
엔진 부품 검사
제품 라벨 부착 검사
결함 의료 기기 확인
산업용 로봇 유도 및 부품 방향 검사
포장 검사
의료 유리 병 검사
식품 팩 검사
표면 검사
천공 시트의 검사
바코드(1D, 2D) 검사
글자(OCR, 컴퓨터 인쇄체) 검사
점화 플러그 스파크 측정
피사체(물체)의 크기나 지름, 길이 등을 측정
 



 


▶ 비전시스템 선정 시 고려할 사항
 
비전시스템 도입을 위해서 반드시 고려하셔야 할 사항들로 이 중 어떤 것이라도 간과할 경우에는 현장 적용하고 안정화 하는데 상당한 시행착오를 겪을 수밖에 없기에 부족하나마 최대한 참조하여 정리하였습니다.
 
1) 조명
조명(빛) 문제는 비전시스템을 활용하는 데 있어 아주 중요한 비중을 차지합니다. 특히 피사체의 반사 유무 또는 작업장 내의 조명 등으로 인해 사전 테스트에서는 잘 되던 시스템이 현장에서 문제가 되는 경우가 있기 때문에 조명의 사용에 있어서는 직접 조명을 할 것인지 아니면 간접 조명을 할 것인지에 대한 판단이 필요합니다.
 



2) 채광
많은 경우에 현장의 채광(형광등)을 감안하지 않지만 실제로 모두 신뢰할 수 있는 것은 아닙니다. 광원에는 백열등 빛에서부터 광파이버까지 모두 포함되기 때문에 채광 위치는 비전시스템이 수집하는 정보의 결과를 좌우할 수도 있습니다.예를 들어 물체의 형태를 조사 중 일 때 시스템은 백라이트를 사용합니다 또 표면상태를 조사하기 위해서는 외곽조명을 가장 밝게 해서 물체와 대조를 이루게 하기도 하고 스트로보를 통해 움직이는 대상을 분리된 것처럼 보이도록 하기도 하는데 이때 채광은 간섭성이 있을 수 있어서 위의 예시한 사례 등에 대해서 만큼은 주위의 빛에 대한 통제는 매우 중요합니다.
 
3) 카메라 광학 렌즈
카메라 렌즈의 가장자리는 이미지를 기하학적으로 왜곡(곡면)할 수 있어서 많은 비전시스템 설계자들이 렌즈 가장자리에서 얻은 데이터를 무시하기도 합니다. 하지만 가장자리까지 전체 표면을 검사하여야 하는 상황이라면 카메라 렌즈 선정에 주의하여야 합니다. 참고 최근에는 분극이나 컬러 필터들을 사용해서 이미지 형성을 돕는 장비들도 공급되고 있습니다.
 
 

 
4) 센서
비전시스템에 적용되는 센서의 형태는 활용되는 분야처럼 매우 다양합니다. 일부 센서는 카메라처럼 보편적으로 사용되는 반면 일부는 레이저 파인더처럼 특이한 용도로 쓰이고 있습니다. 대체로 센서의 역할은 트리거(샷) 역할이 강하기 때문에 피사체의 모양이나 진행 속도 등을 고려하여 선정하고 정확한 설치 위치를 결정하는 것이 필요합니다.
 
5) 카메라
비전 카메라 선정은 구축 시 가장 중요한 요소로 구축하고자 하는 시스템에 따라서 고해상도 카메라부터 저해상도까지 너무나 다양하게 공급되고 있어서 기준을 잡기가 쉽지 않습니다. 더욱이 고해상도 기기는 수 많은 데이터 포인트를 분석해야 하기 때문에 처리속도 또한 주요 선정 요인에 해당합니다. 특히 픽셀 밀도가 증가하면서 신호대잡음비나 광학적 민감성, 역동적 범위 등이 가격을 결정하는 요인이기 때문에 사전에 이러한 부분들은 구축업체를 통해서 사전 검증을 하셔서 선정할 부분입니다.  이는 아무리 강조해도 지나치지 않는 부분으로 생각합니다.



머신 비전 시스템은 이렇듯 다양한 분야에서 여러 용도로 적용되고 있지만 이면에는 도입 시에 고려해야할 사항도 많고 또 도입 이후까지 생각한다면 결코 녹녹하지 않은 분야이기도 합니다. 게다가 구축 비용이 아직은 고가이다보니 독이 든 성배와 같은 느낌마저 지우기 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 그 필요성은 점차 커지고 있는 추세이고 더불어 기술도 많이 발전하고 있는 분야입니다.