산업용 카메라 인터페이스의 간략한 개요

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머신 비전 시스템용 카메라를 선택할 때 설계자는 이미지 센서, 해상도, 렌즈 마운트는 물론 카메라가 프로세서에 연결되는 방식과 같은 기타 기능을 고려해야 합니다. 최적의 머신 비전 및 이미징 시스템 성능을 달성하는 것은 종종 데이터 대역폭, 데이터 신뢰성, 결정성, 전원, 케이블 길이 및 기타 시스템 요구 사항을 충족하는 최고의 카메라 인터페이스를 선택하는 데 달려 있습니다.

이 기사에는 머신 비전 및 이미징 시스템 설계자가 다양한 카메라 인터페이스 표준과 옵션을 탐색하여 현재 머신 비전 또는 이미징 작업의 요구 사항을 가장 잘 충족하는 인터페이스를 선택하는 데 도움이 되는 정보가 포함되어 있습니다.

1990년대 후반 머신 비전과 이미징 애플리케이션이 가속화되면서 표준화의 필요성이 분명해졌습니다. 카메라 및 렌즈 마운트와 같은 비전 시스템의 보다 일반적인 요소를 표준화하면 비용을 절감하고 시스템 설계 및 설치를 단순화하며 구성 요소 상호 운용성을 보장함으로써 머신 비전 및 이미징 시스템의 비용이 저렴해지고 통합이 쉬워집니다.

그림 1: 두 가지 소프트웨어 계층이 카메라 통합을 도와줍니다. 먼저 전송 계층은 카메라를 열거하고, 카메라의 하위 수준 레지스터에 대한 액세스를 제공하고, 장치에서 스트림 데이터를 검색하고, 이벤트를 전달합니다. 두 번째 계층은 소프트웨어 개발 키트의 일부인 이미지 수집 라이브러리입니다. 전송 레이어를 사용하여 카메라 기능에 액세스하고 이미지 캡처를 허용합니다. 출처: 자동화진흥협회

인터페이스 표준은 다양한 공급업체에서 제공하는 카메라, 프레임 그래버, 소프트웨어 등의 구성 요소가 원활하게 상호 운용되도록 보장합니다. 카메라가 PC에 연결되는 방식을 체계화함으로써 인터페이스 표준은 머신 비전 및 이미징 기술을 보다 간단하고 효과적으로 사용할 수 있는 정의된 모델을 제공합니다.

모든 것은 2000년 최초의 고속 디지털 카메라 인터페이스 표준인 Camera Link의 도입으로 시작되었습니다. 그 이후로 다른 많은 카메라 인터페이스 표준이 만들어졌습니다. 가장 널리 사용되는 것은 GigE Vision, USB3 Vision, Camera Link HS 및 CoaXPress입니다(표 1 참조).

Camera Link 표준은 22년 동안 존재해 왔으며 기본적으로 유지 관리 모드에 있지만 여전히 머신 비전 애플리케이션에서 널리 사용되고 있습니다. GigE Vision은 기존 이더넷 인프라를 사용하고 모든 속도 등급의 이더넷으로 확장 가능한 저가형 표준입니다. 이는 본질적으로 GenICam과 동시에 개발되었으며 결과적으로 이를 요구하는 최초의 카메라 인터페이스였습니다.

GigE Vision을 사용하면 개발자는 이를 PC의 이더넷 포트에 직접 연결하거나 애플리케이션에 필요한 경우 표준 스위치를 구입할 수 있으며 작동합니다. 특별한 하드웨어가 필요하지 않습니다. 그리고 널리 사용 가능한 인터넷 네트워킹 하드웨어는 오랫동안 사용되어 왔으며 점점 더 빨라지고 있으므로 GigE Vision은 다른 많은 솔루션보다 훨씬 저렴합니다. 2012년에 출시된 USB3 Vision은 널리 사용되는 기본 컴퓨터 인터페이스 포트를 사용하는 또 다른 저렴하고 편리한 표준입니다. 그러나 최대 케이블 길이는 3~5미터 또는 활성 광 케이블 연결의 경우 최대 60미터로 제한됩니다.

2010년에 출시된 CoaXPress는 일본에서 최초로 개발된 초고속 동축 케이블 인터페이스로, 당시 일본에는 동축 케이블을 통해 연결된 대규모 아날로그 카메라 인프라가 있었습니다. Camera Link HS는 초고속 애플리케이션에서 Camera Link의 차세대 대체 제품으로 2012년에 출시되었습니다. CoaXPress, Camera Link 및 Camera Link HS에는 더 높은 수준의 데이터 처리와 전용 커넥터를 지원하는 프레임그래버 기반 아키텍처가 필요합니다.

카메라 인터페이스 표준에는 하드웨어와 소프트웨어라는 두 가지 유형이 있습니다. 머신 비전 및 이미징 시스템 개발자는 일반적으로 카메라 찾기 및 연결, 카메라 구성, 카메라에서 이미지 가져오기, 카메라에서 신호를 보내는 비동기 이벤트 처리 등 네 가지 기본 작업을 완료해야 합니다.