비전 시스템을 최적화하는 FPGA 기반 전처리 솔루션
Basler의 FPGA 기반 전처리 솔루션은 프레임 그래버에서 실시간으로 이미지 데이터를 처리해 지연 시간을 줄이고, 호스트 시스템의 부하를 낮추며, 전체 시스템 비용을 최적화합니다. 고객 맞춤형 전처리 설계를 지금 경험해보세요.
비전 시스템의 데이터 처리 병목
산업현장에서는 매초 수 기가바이트의 이미지가 생성됩니다. 하지만 CPU/GPU만으로는 이 데이터를 감당하기 어렵습니다. 고성능 연산 장비를 도입하면 시스템 비용이 급증하고, 실시간 처리 실패는 결국 생산성 저하로 이어집니다. 복잡한 전처리 로직을 수행할수록 전체 시스템의 안정성은 흔들리게 됩니다.
데이터량 증가
고해상도 센서 도입으로 인해 데이터량이 급격히 증가하여 기존 시스템으로 감당 불가비용 부담 증가
고가의 GPU, 고성능 CPU 중심의 시스템 필요실시간 처리 지연
실시간 처리가 지연되어 생산성 저하 발생시스템 성능 저하
복잡한 이미지 전처리 작업으로 전체 시스템 성능 저하
FPGA, CPU, GPU: 최적의 조합이 필요한 이유
FPGA는 하드웨어 수준에서 영상 데이터를 병렬 처리하며, CPU/GPU의 병목 현상을 해결합니다. 데이터를 실시간으로 처리해 검사 타이밍을 정확히 맞추고, 시스템 부하도 최소화할 수 있습니다. 특히 고대역폭 환경에서 FPGA는 탁월한 처리량과 응답 속도를 제공합니다.
CPU의 한계
아키텍처 특성: 순차적 처리 방식, 범용 연산에 최적화
데이터 병목: 대용량 데이터 스트림 처리 시 메모리 대역폭 제약
확장성 문제: 복잡한 알고리즘에서 연산량 증가 시 성능 급격히 저하
실시간 처리: 멀티태스킹 환경에서 일관된 실시간 처리 어려움
GPU의 특성
병렬 처리: 수천 개의 코어로 동시 연산 가능
최적화 영역: 딥러닝, 행렬 연산 등 특정 작업에 탁월
리소스 요구: 높은 전력 소비와 발열, 고비용
데이터 전송: CPU-GPU 간 데이터 전송 오버헤드 발생
FPGA의 차별화된 강점
하드웨어 가속: 특정 알고리즘에 맞춤형 회로 구성으로 최고 효율 달성
병렬 파이프라인: 동시에 여러 데이터 스트림 처리 가능
결정적(항상 일정한) 지연 시간: 예측 가능한 일관된 처리 속도 보장
에너지 효율성: 필요한 연산만 하드웨어로 구현하여 전력 소모 최소화
독립적 작동: 호스트 시스템 부하와 무관하게 안정적 성능 유지
최적의 시스템 구성: 각 프로세서 활용의 예
이상적인 머신 비전 시스템은 FPGA, CPU, GPU를 조합하여 각 프로세서의 강점을 최대한 병합하여 활용하는 것입니다.
- FPGA: 이미지 획득 직후 전처리, 필터링, 특징 추출
- CPU: 전체 파이프라인 제어, 로직 처리, 결과 분석
- GPU: 필요한 경우 딥러닝 기반 분석 및 고급 연산
성능 혁신: FPGA가 만드는 차이
CPU와 GPU는 범용성이 있지만, 고속 실시간 이미지 처리에서는 대역폭과 지연 시간에 한계가 있습니다. FPGA는 하드웨어 병렬 처리를 통해 빠른 응답 속도와 낮은 전력 소모를 실현합니다.
측정 지표 | CPU기반 후처리 | FPGA기반 전처리 | 개선율 |
|---|---|---|---|
CPU 사용률 | 40.80% | 5.94% | 85% 감소 |
처리 속도 | 17 fps | 215 | 1,165% 향상 |
간편한 FPGA 프로그래밍
Basler의 VisualApplets IDE는 FPGA에서 실시간 이미지 처리를 간편하게 만들어줍니다. 이를 통해 런타임 라이선스 없이도 imaFlex 프레임 그래버를 쉽게 프로그래밍하고, 산업용 카메라를 맞춤형으로 설정할 수 있습니다. 하드웨어를 구매하면 알고리즘 개발을 지원해 드리며, 복잡성에 따라 저비용 또는 무료로 제공될 수 있습니다. 사전 구성된 애플릿이나 맞춤형 HDL 라이브러리를 통해 FPGA 기반 비전 솔루션을 이전보다 훨씬 쉽게 구현할 수 있습니다.
FPGA 기반 솔루션 도입 시 기대할 수 있는 비용 절감 효과
하드웨어 비용: 고성능 CPU/GPU 대신 중간급 CPU와 FPGA 조합으로 비용 절감 가능
유지보수 비용: 시스템 안정성 향상으로 유지보수 비용 감소
개발 시간: Visual Applets 활용으로 개발 주기 단축
생산성 향상: 검사 속도 증가로 생산량 증가
이미징 알고리즘 예시
기존의 카메라 또는 프레임 그래버 FPGA에 고정된 전통적인 알고리즘과 달리, VisualApplets는 어플리케이션별로 목적에 맞게 조정할 수 있어 새로운 복잡한 어플리케이션을 지원합니다. Basler는 카메라 센서 제어 및 이미징 알고리즘에 대한 전문 지식을 활용하여 고객의 비전 문제를 해결하는 시장 선도적이고 효율적인 비전 솔루션을 제공합니다.
고객 사례 예시
무료 웹세미나
“비전 시스템의 최적화 - FPGA 기반 전처리 활용 전략”
Basler의 비전 컨설턴트가 직접 설명하는 웹 세미나 영상을 통해 CPU/GPU와의 성능 비교부터 실제 도입 시 고려사항까지, 제조 현장에 바로 적용 가능한 인사이트를 확인할 수 있습니다. 지금 영상으로 확인하고, 필요한 경우 데모나 기술 상담을 신청하세요.