머신 비전 카메라의 출시 시간 단축

머신 비전 공급업체, 전송 레이어 IP Core로 시장 출시 시간 단축

머신 비전 카메라와 시스템을 설계하는 엔지니어들에게 있어 가장 중요한 역량은 최상의 이미지를 제공하면서도 크기, 무게, 전력 설계 및 기타 요건을 충족시킬 수 있는 핵심 카메라 기능을 구성하는 것입니다, 하지만 그들은 카메라로부터 호스트로 이미지를 훨씬 빠른 속도로 성공적으로 스트리밍하기 위해 상당히 많은 시간과 노력을 들여야 합니다. GigE Vision, USB3 Vision, CoaXPress(CXP) 같은 첨단 비전 전송 레이어 표준들은 복잡하고 계속 진화하기 때문에 인터페이스를 설계하려면 대개 숙련된 프로토콜 엔지니어가 수개월을 작업해야 합니다.

첨단 머신 비전 카메라를 제조하는 수 많은 업체들은 전송 레이어 인터페이스를 지적 재산(IP) 형식으로 구매함으로써 이 문제를 해결합니다. 전송 레이어 인터페이스는 다른 카메라 기능과 함께 FPGA(필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이)에 통합할 수 있도록 준비되어 제공됩니다.
AMETEK Vision Research:  미국 뉴저지주 AMETEK-Vision Research의 시스템 엔지니어 또는 S991 CoaXPress-over-Fiber 프로젝트인 Lee Denaro는 “Euresys/Sensor to Image CoaXPress IP Core에 사용하도록 차세대 머신 비전 카메라 설계를 적용했을 뿐만 아니라 새로운 CXPoF Bridge IP Core를 사용하여 새 CoaXPress-over-Fiber (CXPoF)를 비교적 빠르게 구현할 수 있었습니다.”라고 말합니다.
CIS Corporation: 일본 CIS Corp 사장인 Yusuke Muraoka는 “이제 호환 가능한 카메라를 개발하여 새로 출시된 CoaXPress-over-Fiber 국제 표준을 지원하게 되어 기쁘게 생각합니다.”라고 말합니다.

IO Industries의 영업 관리자인 Andrew Searle는 “우리는 CoaXPress에서 제공하는 신뢰할 수 있는 지점 간 연결, 결정성 있는 타이밍 및 높은 처리량에 문제를 일으키지 않으면서 더 긴 케이블 길이와 속도 향상을 요구하는 많은 에플리케이션을 확인했습니다.”라고 말합니다.
한국 Ozray, Inc.(구 NIP)의 전무 겸 최고 기술 책임자인 Keith Ahn은 “IP Core 사용 덕분에 우리는 동일한 시간에 더 많은 카메라를 개발하는 한편 시장 출시 시간을 앞당길 수 있게 되었습니다.”라고 말합니다.
Crevis Co.: 한국 Crevis Co.의 CEO인 June Hwang은 “IP Core 사용의 가장 큰 장점은 과거보다 훨씬 더 적은 시간 안에 안정적인 표준 전송 인터페이스를 만들 수 있는 것입니다.”라고 말합니다.

십년 전에는 Camera Link가 가장 널리 사용되는 머신 비전 전송 레이어 인터페이스였습니다. Camera Link의 경우 스트리밍 부분은 잘 정의되었지만 컨트롤 경로가 규정되지 않았으므로, 카메라마다 자체적인 구성 프로토콜을 구현했기 때문에 카메라를 완벽하게 지원하기 위해서는 호스트 측에서 별도의 작업이 필요합니다. 현재에 이르러 카메라와 호스트 컴퓨터 간의 머신 비전 통신은 주로 CXP, GigE 및 USB 인터페이스를 사용하여 널리 표준화되었습니다. 새로운 비전 표준은 이전 세대 표준들에 비해 더 복잡하고 시간이 빠듯합니다. 표준 자체가 계속 진화하기 때문에 복잡성이 증가하고 이로 인해 표준에 대한 검토가 필요하거나 때로는 전송 레이어 구현을 업그레이드해야 합니다.

머신 비전 전송 레이어 IP Core의 출현으로 카메라-호스트 인터페이스 개발에 소요되는 시간이 줄어들었습니다. 예를 들어, Euresys의 자회사이자 최고의 프레임 그래버 공급업체인 Sensor to Image(S2I)에서는 최신 CXP, GigE Vision 및 USB3 Vision 인터페이스 표준에 맞는 IP Core를 제공합니다. 이러한 IP Core는 카메라와 호스트의 상호 운용성을 지키면서 최신 버전 인터페이스 레이어와의 호환성을 보장합니다.

MIPI CSI-2 센서 및 CXP 인터페이스 보드가 포함된 MVDK 평가 보드

S2I의 Vision 표준 IP Core 솔루션은 광범위한 프레임 그래버 및 이미지 캡처 라이브러를 대상으로 완벽한 테스트를 거친 FPGA IP Core와 함께 작업 참조 설계로 제공됩니다. IP Core가 콤팩트하기 때문에 추가적인 비전 기능성을 위한 많은 여유 공간이 남아 있습니다.

이들은 Xilinx 7 시리즈에서 Ultrascale+ 시리즈까지 그리고 Intel Cyclone/Arria 10과 호환됩니다.  

CXP 및 IMX Pregius 인터페이스 보드가 포함된 Xilinx Kintex 7 평가 보드

CXP 인터페이스 보드가 포함된 Intel Cyclon 10 평가 보드

이미지 센서 및 전송 레이서 PHY 같은 외부 하드웨어 사이의 인터페이스로 구성되는 최고 수준 설계가 VHDL소스 코드로 제공되는데, IP코어에 의해 지원되는 앞선 FPGA플랫폼을 넘어선 맞춤형 하드웨어에 이러한 소스 코드를 적용할 수 있습니다.

참조 설계의 비디오 캡처 모듈은 테스트 패턴 생성기와 함께 카메라를 시뮬레이션합니다. 이 모듈은 VHDL 소스 코드로 제공되며, 이 소스 코드는 카메라 설계에서 센서 인터페이스 및 픽셀 처리 로직으로 교체됩니다. FPGA 통합 CPU(MicroBlaze, NIOS 또는 ARM)는 비전 표준 IP Core에서 여러 개의 급하지 않은 컨트롤과 구성 작업을 위해 사용됩니다. 이 소프트웨어는 C로 작성되었으며 고객이 확장할 수 있습니다.

Euresys의 EMEA 지역 영업 및 지원 담당 부사장인 Jean Caron은 “IP Core를 재사용함으로써 머신 비전 회사들은 어떻게 하면 최고의 이미지를 만들고 크기, 무게 및 전력 설계를 충족시키기 위해 필요한 하드웨어를 사용하는가에 집중할 수 있게 되었습니다.”라고 말했습니다.  S2I의 IP 제품 전문가 Matthias Schaffland는 “당사의 IP Core가 최신 버전의 표준을 준수하도록 보장하기 위해 우리는 CoaXPress, USB3 Vision 및 GigE Vision 위원회와 긴밀하게 협력하고 있습니다.”라고 말했습니다. S2I에서는 최근에 Sony Pregius Sub-LVDS 이미지 센서에 대한 인터페이스를 제공하는 IMX Pregius IP Core를 도입했습니다. 이 회사는 또한 임베디드 비전 시스템 및 모바일 장치에서 주로 사용되는 MIPI 센서에 대한 인터페이스를 도입했습니다. S2I에서는 대규모 제품 라인을 가진 회사에 적합한 볼륨 라이선스뿐 아니라 소규모 제품 라인을 가진 회사에 적합한 싱글 라이선스도 제공합니다. 두 라이선스 모두에 교육과 지원이 제공됩니다.

AMETEK-Vision Research는 고해상도 이미지, 강력한 소프트웨어, 자사 제품의 신뢰성, 고객에 대한 높은 수준의 관심과 헌신을 자랑스럽게 생각합니다. 회사의 개발 목표에는 해상도가 더 높고 프레임 속도가 더 빠른 전자 이미징 제품과 더욱 뛰어나고 강력한 소프트웨어가 구비된 “스마트” 카메라도 포함되어 있습니다.

CoaXPress 표준의 모듈성과 속도를 활용하는 것 외에도 AMETEK-Vision Research에서는 최신 S991 고해상도/고속 카메라에 CoaXPress-over-Fiber를 구현하는 것에 대해 “CoaXPress 표준을 빠르게 적용하기 위해 Euresys/Sensor to Image와 파트너십을 맺은 것은 우리에게 정말로 훌륭한 경험이었습니다. Euresys/Sensor to Image CoaXPress IP Core에 사용하도록 차세대 머신 비전 카메라 설계를 적용했을 뿐만 아니라 새로운 CXPoF Bridge IP Core를 사용하여 새 CoaXPress-over-Fiber (CXPoF)를 비교적 빠르게 구현할 수 있었습니다. 이와 함께, Euresys의 적극적인 기술 지원에 힘입어 표준위원회와 함께 업계의 광범위한 채택을 위해 이 새로운 방식을 홍보할 수 있었습니다. 새 Coaxlink QSFP+ CXPoF 프레임 그래버 및 eGrabber 소프트웨어를 사용하여 당사의 고성능 머신 비전 카메라와 완벽하게 호환되는 듀얼 QSFP+ 구현을 실현할 수 있었습니다. 이는 센서의 전체 대역폭을 호스트 PC로 전달하기 위해 16개의 동축 케이블을 사용하는 대신, 이제 추가 하드웨어 없이도 훨씬 더 가볍고 더 긴 광섬유 케이블 2개만으로도 가능하게 되었습니다. 간소화된 구현과 향상된 운영 성능이 결합되었습니다.”라고 말했습니다.

IO Industries Inc.는 최첨단 디지털 비디오 장비를 설계하고 있습니다. 1991년 이후 모든 유형의 디지털 비디오 애플리케이션을 위한 고성능 및 고품질 솔루션을 고객에게 제공하는 데 주력해 왔습니다.  Andrew Searles는 “45MP 및 65MP CMOS 센서를 지원하는 Redwood 카메라 제품군을 위한 단일 QSFP+ 광학 인터페이스와 함께 CoaXPress-over-Fiber 프로토콜을 채택하는 것은 IO Industries가 최신 고객에게 가장 적합한 시간에 최첨단으로 대응하는 것입니다.”라고 설명합니다.

머신 비전 카메라 공급업체인 Ozray는 자사 Pollux 및 Pamina 영역과 라인 스캔 카메라 및 Deneb 열 카메라에 IP Core를 구현했습니다. Ahn은 CXP 및 GigE 전송 레이어 인터페이스를 사내 개발하는 것은 IP를 구매하는 것보다 훨씬 비용이 많이 들 것으로 생각했다고 말했습니다. Ahn은 “IP Core를 구매함으로써 우리는 내부 엔지니어링 자원을 이미지 처리에 집중시키고, 너무 많은 자원을 카메라-호스트 인터페이스에 투입해야 했던 과거에는 불가능하던 수준으로 센서 기능을 제어할 수 있게 되었습니다. 또한 우리는 Camera Link만 제공하던 과거와 달리 이제 인터페이스를 확장하여 CXP 및 GigE까지 제공함으로써 새로운 시장에 대응할 수 있습니다. 우리는 S2I에서 제공하는 IP Core 및 서비스에 100% 만족합니다.”라고 말했습니다.

Crevis는 최고의 머신 비전 카메라 및 산업용 컨트롤러 공급업체입니다. Hwang의 말에 따르면 과거에는 영역 스캔 카메라를 위해 전송 레이어 인터페이스를 위한 내부 전송 로직, 장치 드라이버 및 Tx/Rx 라이브러리를 개발하는 데 상당히 많은 엔지니어링 인력이 필요했습니다. Hwang은 “이제 우리는 GigE, CXP 및 USB 인터페이스를 위한 IP Core를 S2I로부터 구매하는 한편, 우리 엔지니어들은 센서 인터페이스와 카메라 기능을 개발하는 데 집중합니다. S2I가 참조 설계, 교육 및 기술 지원을 제공해 주므로 과거에 비해 훨씬 적은 시간에 안정적인 표준 전송 인터페이스를 개발하는 것이 가능해졌습니다. 또한 우리는 많은 다른 부분을 대체하는 FPGA에 IP Core를 병합함으로써 카메라의 크기를 줄이고 제조 비용도 절감할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

Sick의 Ranger 3 3D 스트리밍 카메라는 초당 더 많은 수의 3D 프로파일과 함께 더 넓은 높이 범위와 고품질 이미지를 제공합니다. SICK IVP AB를 위한 소프트웨어 3D 카메라 분야 선임 전문가 Mattias Johannesson은 “이전 세대의 Ranger 3은 표준을 따를 때는 얻을 수 없는 능력을 제공하기 위해 독점 Gigabit Ethernet 인터페이스를 사용했습니다. 표준이 늘어나 우리가 필요로 하는 기능을 포함하게 되었을 때, 우리는 그 표준을 채택하기를 원했지만 내부적인 업무를 하는 데 필요한 엔지니어링 자원을 그것에 투입하고 싶지는 않았습니다. S2I에서는 입증된 표준 IP Core와 더불어 표준의 확장을 처리할 수 있는 새로운 맞춤형 모듈을 함께 제공합니다. 우리는 구현 과정 내내 직접 만남을 포함하여 S2I과 아주 좋은 대화를 가졌습니다. 우리 엔지니어링 팀은 이미저 및 신호 프로세서에 집중할 수 있었고, 짧은 시간 안에 최신 Ranger 3 버전을 시장에 출시할 수 있었습니다. 인터페이스를 사내 개발했다면 그보다 훨씬 긴 시간이 필요했을 것입니다.”라고 말했습니다.

Schaffland는 “IP Core를 통해 머신 비전 회사들은 GigE Vision, USB3 Vision 및 CoaXPress 표준을 사용하는 FPGA 기반 제품을 만들 수 있고, 작은 크기로 최상의 성능을 제공하면서도 개발 시간을 최소화합니다.”라고 결론지었습니다.

발표자:
Jean Caron – Euresys EMEA 지역 영업 및 지원 담당 부사장
Matthias Schaffland – Sensor to Image IP Core 및 맞춤형 설계 제품 전문가
AMETEK-Vision Research
IO Industries
Ozray
Crevis
Sick