적용 사례

결정론적 비전 제어: 동일 프레임 내 검출 및 반응

실시간 시리얼 디바이스 제어를 위한 FPGA 기반 HDR 이미징

고속 처리량 비전 시스템에서는 일반적으로 이미지 처리와 디바이스 제어가 분리되어 있습니다. 이 경우 이미지 데이터는 처리를 위해 호스트로 전송되고, 소프트웨어에서 평가된 후 다시 제어 신호로 반환되므로 타이밍 편차가 발생할 수 있습니다.
Basler FPGA 탑재 프레임 그래버는 이 두 작업을 동일한 파이프라인 내에서 수행합니다. 이미지 향상 및 제어 신호가 데이터 스트림에서 직접 생성되므로, 호스트 타이밍에 의존하지 않고 동일한 프레임 사이클 내에서 검출과 반응이 가능합니다.

FPGA 기반 처리는 HDR 이미지 향상과 실시간 제어 신호 생성을 결합하여, 다양한 조명 환경에서도 신뢰성 높은 검사와 즉각적인 시스템 응답을 지원합니다.
FPGA 기반 처리는 HDR 이미지 향상과 실시간 제어 신호 생성을 결합하여, 다양한 조명 환경에서도 신뢰성 높은 검사와 즉각적인 시스템 응답을 지원합니다.

단일 파이프라인에서의 이미지 향상 및 제어

비전 시스템에서 다양한 처리 아키텍처는 각기 다른 역할을 수행합니다. FPGA 기반 처리는 이미지 향상 및 제어 작업이 동일한 데이터 스트림 내에서 결정론적 타이밍에 따라 실행되어야 할 때 적용됩니다. 대표적인 응용 분야로는 고속 검사 및 이미지 기반 제어 시나리오가 있으며, 이러한 경우 이미지 품질과 응답 타이밍을 모두 동일한 처리 파이프라인 내에서 유지해야 합니다.

반도체 AOI를 위한 영상 보정 및 실시간 제어

반도체 검사

고속 웨이퍼 및 기판 검사는 반사율이 다양한 대용량 이미지 스트림을 생성합니다. FPGA 측 HDR 처리는 데이터가 호스트에 도달하기 전에 이미지 강도를 안정화합니다.
고속 AOI

고속 AOI

짧은 택타임에서는 검사 및 제어를 위한 일관된 타이밍이 요구됩니다. FPGA 기반 처리는 호스트 시스템 부하와 관계없이 결정론적 응답을 보장합니다
비전 기반 제어

비전 기반 제어

검출 결과에 따라 즉각적인 동작이 필요한 경우, FPGA에서 생성된 제어 신호는 소프트웨어 기반 방식 대비 타이밍 편차를 줄여줍니다

FPGA를 통한 지연 시간 및 이미지 일관성 문제 극복


FPGA 이미지 처리의 주요 특징
FPGA 기반 픽셀 단위 처리는 지연 시간을 줄이고 시스템 I/O 병목 현상을 방지하여, CPU 기반 프레임 처리 대비 실시간 검사를 가능하게 합니다.

이미지 기반 제어에서의 타이밍 제약 대응

이미지 분석 결과에 따라 제어 결정이 직접 좌우되는 비전 시스템에서는, 감지와 대응 사이의 타이밍이 매우 중요해집니다. 기존 아키텍처에서는 제어 신호를 생성하기 전에 먼저 이미지 데이터를 호스트로 전송하여 처리해야 합니다. 이로 인해 소프트웨어 실행, 시스템 부하, 구성 요소 간 동기화 문제로 인해 지연 시간과 타이밍 편차가 발생하게 됩니다.

FPGA 기반 프레임 그래버는 수신되는 데이터 스트림에서 직접 이미지 평가와 제어 로직을 수행하여 이러한 문제를 해결합니다. 제어 신호는 이미지 콘텐츠를 기반으로 즉시 생성되며, 호스트 왕복 과정을 제거하여 실시간 제어를 위한 일관된 타이밍을 보장합니다.


FPGA 기반 고속 영상 처리와 RS232 제어 연동을 통해, 제한된 공간의 검사 환경에서도 실시간 불량 검출 및 즉각적인 장비 제어가 가능합니다.
FPGA 기반 고속 영상 처리와 RS232 제어 연동을 통해, 제한된 공간의 검사 환경에서도 실시간 불량 검출 및 즉각적인 장비 제어가 가능합니다.

생산 속도를 유지하면서 의사결정 이전 단계에서 이미지 품질 확보

고속 검사 환경에서는 이미지 품질이 곧 검출 신뢰성을 결정합니다. 반사율 변화나 조명 조건의 편차로 인해, 정확한 판독을 위해서는 프레임 단위의 이미지 보정이 선행되어야 합니다. 그러나 전처리를 호스트 시스템에서 수행할 경우 데이터 전송 및 처리 지연으로 인해 생산 속도에서의 실시간 대응에 한계가 발생합니다.

FPGA에서는 HDR 톤 매핑과 같은 이미지 향상 처리를 프레임 속도 그대로 그랩버 내부에서 수행할 수 있습니다. 이후의 이미지 평가와 제어 판단은 동일한 처리 데이터 스트림 기반으로 동작하므로, 안정적인 입력 품질과 예측 가능한 응답 타이밍을 하나의 사이클 내에서 동시에 보장할 수 있습니다.

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FPGA 기반 처리와 직렬(예: RS232) 제어를 결합함으로써 실시간 결함 감지 및 즉각적인 구동 기능을 구현할 수 있습니다
FPGA 기반 처리와 시리얼(예: RS232) 제어를 결합하면 실시간 결함 검출과 즉각적인 액추에이션이 가능합니다.

사용 사례: 실시간 조명 제어

AOI 시스템에서는 다양한 표면과 공정에서 일관된 검사 결과를 유지하기 위해 조명 조건을 동적으로 조정해야 합니다.

이 접근 방식의 실질적인 구현 예시는 FPGA 기반 조명 제어입니다. 여기에서는 밝기와 같은 이미지 기반 메트릭을 사용해 외부 장치 신호를 실시간으로 제어합니다.

신호 생성, 인터페이스 처리 및 시스템 통합을 포함한 이 제어 루프의 상세 구현은 FPGA 기반 실시간 조명 제어 및 신호 처리 사용 사례를 참고해 주십시오.


제어가 이미지 콘텐츠에 직접적으로 의존하는 경우, 호스트를 통한 데이터 전송은 지연 시간과 타이밍 변동성을 유발합니다. 처리와 제어를 모두 FPGA에서 구현하면 실행을 결정론적으로 유지하고 이미지 스트림과 동기화할 수 있습니다.
이찬희 (Chanee Lee)
소프트웨어 솔루션 FAE

핵심 요약: FPGA 기반 결정론적 이미징 및 제어

이미지 결과가 직접적으로 제어 동작을 구동해야 하는 경우, FPGA는 긴밀하게 결합된 결정론적 실행 경로를 제공합니다.

  • 검출과 응답이 동일한 사이클 내에서 이루어지므로 호스트 타이밍 의존성을 제거할 수 있습니다.

  • 결정론적 실행은 시스템 부하나 OS 스케줄링과 관계없이 일관된 동작을 보장합니다.

  • 이미지 처리와 제어가 단일 FPGA 파이프라인에서 실행되어 아키텍처를 단순화하고 지연 시간을 줄일 수 있습니다.


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