프레임 그래버 FPGA의 알고리즘을 사용한 이미지 기반 오토 포커스 솔루션

주요 내용

대표적인 오토포커싱 방식에는 이미지 기반과 레이저 기반의 두 가지가 있습니다. 레이저 기반은 빠른 반응 속도를 자랑하지만, 하드웨어 사양에 따라 알고리즘이 제한되고 통합 작업도 복잡합니다. 이에 비해 이미지 기반 방식은 유연하고 적용이 간편해 산업 현장에 더 적합한 선택이 될 수 있습니다.

이 방식을 구현하려면, 다양한 거리의 피사체를 정확히 포착할 수 있는 액체 렌즈 같은 광학 장치와, 포커스를 조절하며 획득한 이미지 중 가장 선명한 장면을 자동으로 선택해주는 알고리즘이 필요합니다.

‌문제 ‌상황

Liquid 렌즈는 포커스 튜너블 렌즈라고도 합니다. 초점 거리를 원하는 값으로 조정하기 위해 내부 광학 유체의 곡률을 변경하는 전기 신호가 적용됩니다. 이러한 방식으로 고정 초점 렌즈의 작동 범위를 늘리고 빠르게 조정할 수 있습니다.

그러나 시스템 엔지니어는 오토 포커스 기능을 시스템에 통합하기 위해 두 가지 주요 작업을 수행해야 합니다. 첫 번째는 ‌Liquid 렌즈를 선택한 머신 비전 카메라와 동기화하는 것입니다. 두 번째는 이미지 품질을 평가하고 여러 캡처 이미지 중에서 가장 초점이 잘 맞는 이미지를 찾을 수 있는 소프트웨어 알고리즘을 개발하는 것입니다. 한편 엔지니어는 CPU 리소스도 고려해야 합니다.

시스템 엔지니어와 비전 엔지니어는 최소한 몇 주 또는 몇 달 동안 서로 다른 하드웨어 구성 요소와 API의 균형을 맞추고 알고리즘을 개발하기 위해 함께 작업해야 합니다.

‌솔루션

Basler의 이미지 기반 오토포커스 솔루션은 액체 렌즈를 활용한 광학 기술과 Basler 프레임 그래버 FPGA에 구현된 맞춤형 알고리즘이 결합된 고정밀 포커싱 시스템입니다.

프레임 그래버가 생성하는 트리거 신호를 통해 카메라와 액체 렌즈가 완벽히 동기화되며, 렌즈의 초점이 변화하는 시점마다 이미지를 빠르게 취득합니다. 이렇게 확보된 다수의 이미지 중, Basler FPGA에 내장된 고성능 알고리즘이 가장 선명한 이미지를 자동으로 판별하여 최종 결과로 출력합니다.

주요 이점

• 탁월한 유연성 : Liquid 렌즈는 모든 고정 초점 렌즈와 함께 사용할 수 있어 작업 거리를 물리적으로 변경하지 않고도 초점을 조정할 수 있습니다.

• 시간 및 시스템 리소스 절약 : 이미지 처리를 프레임 그래버 FPGA에서 직접 실행함으로써 엔지니어의 개발 시간을 단축하고, CPU 자원 소모 없이 알고리즘을 실행할 수 있습니다.

• 확장성 : 이 솔루션은 고배율 광학 시스템과도 함께 구현이 가능합니다.