이미지 처리의 실시간 처리 성능
산업용 로보틱스, 품질 검사, 고속 공정과 같은 분야에서는 비전 시스템의 실시간 처리 성능이 효율성과 공정 안정성을 확보하는 데 매우 중요합니다. 마이크로초(μs) 단위의 안정적인 응답 시간을 달성하기 위해서는, 실시간 성능을 지원하는 비전 하드웨어와 소프트웨어가 긴밀하게 조정된 결정론적 전체 시스템이 필요합니다.
마지막 업데이트: 2025. 12. 16.
실시간 처리 성능에 대한 핵심 정보
실시간 처리 성능은 산업 분야에서 정밀하고 안정적이며 효율적인 이미지 처리를 위해 매우 중요합니다.
짧은 지연 시간은 고속 공정에서 정확한 동기화와 빠른 응답을 보장합니다.
GigE는 중간 수준의 지연 시간 요구사항을 가지면서 유연한 적용이 필요하고, 통합이 간단한 애플리케이션에 적합합니다.
CoaXPress(CXP)는 매우 짧은 지연 시간과 높은 대역폭을 제공하여 고속 및 멀티 카메라 애플리케이션에 이상적입니다.
올바른 인터페이스와 비전 하드웨어를 선택하는 것은 프로세스 안정성과 품질에 매우 중요합니다.
실시간 카메라 전송: 빠른 의사결정의 핵심
현대 자동화 솔루션에서는 마이크로초 단위의 응답 시간이 결정적인 요소가 됩니다. 비전 시스템이 충분히 빠르게 반응하지 못하거나 정밀한 동기화가 이루어지지 않으면, 잘못된 분류나 다운타임, 생산 오류가 발생할 수 있습니다. 따라서 안정적이고 지연이 낮은 카메라 실시간 전송과 최적화된 데이터 전송 구조는 최소 처리 시간과 최대 공정 안정성을 확보하기 위한 필수 조건입니다.
실시간 처리 성능 : 정밀한 동기화와 최소 지연을 위한 핵심 요소
로보틱스, 광학 기반 품질 검사, 고속 시스템 등 정밀한 이미지 처리를 위해서는 실시간 처리 성능이 필수적입니다.
이를 통해
모든 시스템 구성요소의 정밀한 동기화를 가능하게 합니다.
이미지 획득과 이미지 데이터 처리부터 공정 내 반응에 이르기까지,
이는 안정적이고 예측 가능한 프로세스를 보장하며, 고속 애플리케이션이나 다른 시스템 구성 요소와 함께 카메라를 외부에서 트리거해야 하는 상황에서 매우 중요합니다. 트리거 신호와 이미지 획득 사이의 최대 허용 응답 시간 요구 사항은 애플리케이션에 따라 다르며, 수 마이크로초에서 수 초까지 다양합니다.
비전 애플리케이션의 지연 시간 요구 조건
산업용 이미지 프로세싱에서는 지연시간이 프로레스 안정성과 결과 품질을 결정적인 영향을 미치는 요소입니다. 지연시간은 요청과 응답 사이의 시간을 의미하며, 예를 들어 카메라 트리거 입력 이후 이미지 데이터가 처리용으로 도착하기까지의 시간을 말합니다. 애플리케이션에 따라 지연시간이 지나치게 길어지면 검사 오류, tact time(사이클 타임) 미준수, 동기화 부정확 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 각 비전 작업별 지연시간 요구사항을 정확히 파악하고 이에 적합한 시스템을 선택하는 것이 중요합니다.
중간 수준의 지연시간이 허용되는 애플리케이션
그러나 일부 애플리케이션에서는 밀리초(ms) 범위의 약간 높은 지연이 있더라도, 공정 신뢰성에 영향을 주지 않고 충분히 허용될 수 있습니다. 이러한 경우에는 즉각적인 반응보다 이미지 데이터의 안정적인 획득과 평가가 더 중요한 요소입니다.
예를 들면 다음과 같습니다.
문서 캡처 및 보관
생산 공정에 대한 장기적인 분석
원격 모니터링 및 원격 유지 보수
보안 및 감시 카메라
이러한 경우에는 보통 밀리초(ms) 단위의 지연 시간으로도 충분하며, 이는 제약 요소로 작용하지 않습니다.
지연 시간이 매우 짧은 애플리케이션
일부 산업용 이미지 프로세싱 애플리케이션에서는, 오류 없는 정밀한 공정 제어를 보장하기 위해 지연 시간이 마이크로초(µs) 단위여야 합니다. 특히 고속 공정이나 동기화된 프로세스에서는 아주 작은 지연이라도 품질 저하나 생산 오류로 이어질 수 있습니다. 대표적인 예로는 다음과 같습니다.
컨베이어 벨트에서의 고속 검사
이미지 프로세싱 기반의 픽앤플레이스 로봇
생산 공정의 실시간 품질 검사
3D 측정을 위한 동기화 멀티 카메라 시스템
이러한 환경에서는 빠르고 결정론적인 이미지 전송 및 처리가 필수적입니다.
실시간 애플리케이션에 적합한 인터페이스: GigE 및 CoaXPress(CXP)
GigE 카메라는 중간 수준의 지연 시간 요구사항과 낮은 대역폭을 필요로 하는 애플리케이션에 안정적인 솔루션을 제공합니다. 유연하게 사용할 수 있으며 긴 케이블 길이를 지원하지만, 매우 낮은 지연 시간이 요구되는 실시간 프로세스에는 적합하지 않습니다
반면 CoaXPress(CXP)는 매우 짧은 지연 시간과 높은 데이터 전송률을 지원하여, 고속 처리나 멀티 카메라가 요구되는 까다로운 애플리케이션에 최적의 솔루션입니다. 따라서 인터페이스는 애플리케이션의 특정 지연 시간 요구사항과 필요한 처리량을 기준으로 선택해야 합니다.
기준 | GigE(기가비트 이더넷) | CoaXPress(CXP) |
일반적인 지연 시간 | 밀리초 범위 | 마이크로초 범위 |
|---|---|---|
대역폭 | 최대 1Gbit/s(GigE), 10Gbit/s(10GigE) | 케이블당 최대 12.5Gbit/s |
케이블 길이 | 최대 100m(표준 CAT 케이블) | 최대 40m(최대 대역폭에서) |
동기화 | 네트워크에 따라 제한됨 | 고정밀 하드웨어 기반 처리 |
멀티 카메라 지원 * | 대량 처리도 가능하지만, 네트워크 한계에 의해 제약이 있음 | 제한된 수량이지만, 높은 확장성 제공 |
시스템 비용 | 저렴하며 표준 하드웨어를 사용함 | 더 높은, CXP 프레임 그래버 필요 |
일반적인 애플리케이션 | 모니터링, 문서 캡처, 원격 모니터링 | 로보틱스, 안과, 수술, 고속 검사, 3D 측정, 실시간 품질 검사 |
통합 | 간단하고 널리 사용되는 | 더 복잡하며, 특정 구성 요소가 필요함 |
적합 대상 | 지연 시간이 허용 가능한 애플리케이션 | 지연 시간이 매우 짧은 애플리케이션 |
* 캐스케이드 가능한 스위치를 사용하면 GigE를 사용하는 하나의 시스템에 많은 수의 카메라를 설치할 수 있지만 네트워크 한계로으로 인해 실시간 성능과 지연 시간이 저하될 수 있습니다.
CXP를 사용하면 카메라를 매우 우수하고 정밀하게 제어할 수 있습니다.그러나 1:1 연결 구조, 프레임그래버의 제한된 채널 수, 그리고 PC의 제한된 PCIe 슬롯 때문에 멀티카메라 애플리케이션은 매우 많은 시간과 높은 복잡도가 요구됩니다.
GigE Vision 2.0을 사용한 멀티 카메라 애플리케이션
실시간 멀티카메라 시스템에서 완벽한 이미지 동기화를 구현하세요. GigE Vision 2.0을 사용하면 추가 케이블 없이도 이를 달성할 수 있습니다. 자세한 내용은 Basler의 기술백서를 확인하세요.
멀티 카메라 기술백서 바로가기머신 비전에서 실시간 처리의 과제
이미지 품질을 결정하는 핵심 요소는 낮은 지연, 즉 트리거 신호 수신부터 이미지 취득까지의 시간 지연을 가능한 한 최소화하는 것입니다. 또한 이 시간 지터가 변동해서는 안 되며, 이미지 취득 시점 간의 지터가 없어야 합니다. 초당 300fps와 같은 고프레임레이트 애플리케이션에서는 요구되는 지연시간이 마이크로초(μs) 범위에 있습니다.
지연 시간 및 지터
가장 큰 과제는 지연시간을 가능한 한 낮게 유지하는 것입니다. 동시에 이 시간 지터가 변동해서는 안 됩니다. 높은 지연시간과 지터는 의사결정 정확도와 프로세스 속도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
데이터 용량 및 대역폭
실시간으로 처리해야 하는 대용량 데이터는 높은 대역폭과 강력한 하드웨어를 필요로 합니다. 비효율적인 데이터 전송 및 처리는 시스템 병목 현상과 지연을 초래할 수 있습니다.
동기화
멀티카메라 시스템에서는 카메라 간의 비동기화가 발생하면 데이터 부정확성과 이미지 분석 오류로 이어질 수 있습니다. 따라서 카메라 신호의 정밀한 제어와 동기화는 필수적입니다..
처리
실시간 처리는 높은 연산 성능을 요구합니다. 시스템은 복잡한 영상처리 알고리즘을 몇 분의 1초 단위로 실행해야 합니다. 이는 프로세서와 전체 시스템 아키텍처에 매우 높은 요구사항을 부과합니다.
예시: 물류 창고 자동화 - 실시간 탐색
물류창고 자동화에서 자율주행 차량 및 모바일 로봇은 적용되는 비전 컴포넌트의 지속적으로 높은 실시간성이 요구됩니다. 센서 데이터와 이미지 정보가 실시간으로 평가될 때에만, 차량은 주변 환경을 신뢰성 있게 인지하고 장애물을 조기에 감지하며 경로를 동적으로 조정할 수 있습니다. 이러한 빠르고 정밀한 처리는 원활한 물류 흐름, 짧은 사이클 타임, 그리고 24/7 운영에서 최대 생산성을 보장하는 데 필수적입니다. 실시간 대응이 가능한 비전 시스템은 따라서 현대 물류 솔루션에서 안전하고 효율적이며 유연한 자동화 프로세스를 구현하는 핵심 요소입니다.
실시간 기능은 카메라 이미지 취득부터 처리, 그리고 프로세스 내 반응까지 모든 시스템 구성요소의 정확한 타이밍을 가능하게 합니다. 이는 안정적이고 예측 가능한 프로세스를 보장하며, 매 밀리초가 중요한 애플리케이션에서 필수적입니다. 실시간성은 카메라, 데이터 처리, 액추에이터 간의 정밀하고 반복 가능한 동기화를 가능하게 하기 때문에 매우 중요합니다. 이를 통해서만 분류, 포지셔닝, 배출과 같이 시간에 민감한 프로세스를 신뢰성 있고 안정적으로 제어할 수 있습니다.
정확한 동기화를 위한 조명
라인 기반 비전 애플리케이션, 로보틱스 및 의료 기술에서는 매우 짧은 지연 시간이 필수적입니다. 최대한의 노출과 효율을 확보하기 위해서는 펄스 조명이 이미지 취득 시 마이크로초(μs) 범위에서 정확하게 활성화되어야 합니다.
컨베이어 벨트나 안과와 같은 동적 프로세스에서는 지연이 조금만 발생해도 직접적인 영향을 미칩니다. 즉, 물체가 원하는 위치에 있지 않거나, 레이저가 제때 꺼지지 않을 수 있습니다. 이러한 까다로운 애플리케이션에서 프로세스 안정성을 확보하려면 정확한 동기화와 최소한의 지연시간이 필수입니다.
실시간 대응이 가능한 이미지 처리 시스템을 위한 비전 하드웨어 및 소프트웨어
조율된 Basler 하드웨어 및 소프트웨어 제품은 실시간 이미지 처리에 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다. GigE와 CXP 중 어떤 인터페이스를 선택할지는 애플리케이션의 지연시간, 대역폭, 동기화 요구사항에 따라 달라집니다.
Basler 구성 요소가 포함된 실시간 지원 GigE 비전 시스템
Basler의 실시간 대응 GigE Vision 시스템은 일반적으로 다음과 같은 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소를 기반으로 합니다:
Basler GigE 카메라:
산업용 카메라 GigE 카메라 Basler는 높은 이미지 품질을 제공하며 초당 수십 장의 프레임레이트를 지원합니다. 정밀 트리거링을 위한 트리거 입력을 갖추고 있으며, 연속 동작을 위해 설계되었습니다.표준 네트워크 인프라:
연결은 시중에서 구매 가능한 CAT 케이블 일반 네트워크 케이블과 기가비트 이더넷 스위치(Gigabit Ethernet switches)를 통해 이루어집니다. 이를 통해 유연한 케이블 길이 구성과 기존 IT 구조에의 간편한 통합이 가능합니다.BaslerGigE 인터페이스 카드(옵션):
더 까다로운 실시간 요구사항을 위해서는, PC 카드 이미지 데이터를 최소한의 지연 시간으로 호스트 시스템에 직접 전달하는 Basler의 솔루션이 적합합니다. (2026년 1분기 제공 예정)Basler pylon 소프트웨어 제품군:
pylon 소프트웨어는 카메라의 설정, 제어 및 데이터 평가를 가능하게 합니다. 또한 이미지 취득, 트리거 제어 및 실시간 데이터 전송을 위한 표준화된 API를 제공합니다.VisualApplets(선택 사항):
VisualApplets는 FPGA 기반의 전처리에 사용할 수 있습니다. 이를 통해 이미지 처리 기능을Basler GigE ace 2카메라에서 직접 실행할 수 있어 CPU 부하를 줄여줍니다.
GigE 시스템 구성 예시 계산
카메라가 초당 20프레임(fps)으로 동작할 경우, 50ms마다 한 장의 이미지가 취득됩니다. 따라서 실시간 처리는 밀리초(ms) 범위에서 이루어집니다.
이러한 GigE Vision 시스템은 중간 수준의 지연 시간 요구사항, 유연한 인프라, 그리고 간단한 확장성이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 대표적인 적용 분야로는 생산 모니터링, 품질 검사, 문서 스캔 등이 있습니다.
Basler 구성 요소가 포함된 실시간 지원 CoaXPress-Vision 시스템
실시간 처리에 최적화된 Basler의 CoaXPress 시스템은 일반적으로 다음과 같은 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소로 이루어집니다.
Basler CXP 카메라:
고성능 CXP-12 카메라 d 매우 높은 대역폭과 최소한의 지연 시간으로 이미지 데이터를 제공합니다. 이 제품은 까다로운 실시간 애플리케이션과 높은 프레임 속도를 위해 설계되었습니다.Basler CXP 프레임 그래버:프레임 그래버CXP 신호를 직접 수신하여 하드웨어 기반으로 처리하고, 이미지 데이터를 마이크로초 단위의 지연 시간으로 호스트 시스템에 전달합니다. 또한 다수의 카메라와 외부 신호의 동기화를 지원합니다.
CXP 케이블 및 Power-over-CXP:
연결은 고품질 동축 케이블전원을 동시에 전달하는 Power over CoaXPress 지원 고품질 CXP 케이블을 통해 구성되며, 케이블 수를 줄여 비용을 절감하고 시스템 안정성을 한층 강화합니다.Basler pylon 소프트웨어 제품군:
여기에서도 pylon 소프트웨어가 사용됩니다. 이는 CXP 카메라와 프레임그래버의 정밀한 제어, 동기화 및 실시간 평가를 가능하게 합니다.VisualApplets: VisualApplets는 프레임그래버에서 직접 실시간 전처리를 수행하는 데 이상적입니다. 이를 통해 추가적인 CPU 부하 없이 복잡한 이미지 처리 알고리즘을 실행할 수 있습니다.
CXP 시스템 구성 예시 계산
CXP 구간에서 카메라는 평균적으로 400 fps의 더 높은 프레임 레이트로 동작하며, 이는 2.5 ms마다 한 장의 이미지를 제공한다는 의미입니다. 따라서 실시간 처리는 마이크로초(μs) 단위에서 이루어집니다. 또한 처리 방식은 종종 전체 이미지나 프레임 단위가 아니라 라인 단위로 수행됩니다.
평균 9 MP 센서와 3000 px × 3000 px의 정방형 해상도를 기준으로 할 때, CXP 시스템은 라인(line)을 0.8마이크로초 또는 833나노초에 처리합니다.
이 CXP 시스템은 동기화된 멀티 카메라 구성, 고속 검사, 그리고 극저지연과 최대 데이터 전송률이 요구되는 애플리케이션에 매우 적합합니다.
해당 애플리케이션에 적합한 Basler 제품
실시간 비전 시스템을 위한 제품 선택
실시간 성능에 대한 자주 묻는 질문(FAQ)
실시간 대응 카메라란 이미지 데이터를 최소한의 지연 시간으로 전송하며, FPGA 기반 하드웨어 타이밍을 통해 결정론적으로 트리거할 수 있는 카메라를 의미합니다.
현재 Basler에서 가장 빠른 라인 스캔 카메라는 racer 2 L 200 kHz의 라인 주파수로 동작하며, 이는 라인당 5마이크로초의 전송 시간을 뜻합니다.
CoaXPress와 최적화된 파라미터(예: 패킷 딜레이 제어)를 적용한 GigE는 실시간 대응 산업용 카메라 및 비전 시스템을 위한 강력한 인터페이스입니다.
FPGA 기반 처리(예: VisualApplets), 고속 인터페이스, pylon 소프트웨어, 그리고 모든 구성 요소의 정밀한 동기화를 통해 실시간 성능을 개선할 수 있습니다.