이미지 데이터를 효율적으로 처리
효율적인 이미지 처리로 비용 절감
최신 머신비전 애플리케이션은 방대한 양의 데이터를 생성합니다. Basler 데이터 리덕션 시스템은 이미지 전처리를 통해 데이터 부하를 크게 줄여, 필요한 컴퓨팅 하드웨어를 최소화하고 운영 비용 절감과 높은 효율성을 실현합니다.
Basler 데이터 리덕션 시스템을 선택해야 하는 4가지 이유
최대 80% 비용 절감
FPGA 기반 이미지 전처리를 통해 메모리 요구 사항과 컴퓨팅 비용을 대폭 절감유연한 구성
적합한 CoaXPress 카메라를 선택하고 프로그래밍 가능한 프레임 그래버와 조합확장 가능하고 미래 지향적인 설계
1~99대 카메라로 구성된 CoaXPress 시스템 지원, CoaXPress-over-Fiber 시스템으로 확장 가능알아보기
핵심 구성 요소를 최소화한 단순한 시스템 설계로 유지보수 부담 감소
높은 정밀도와 빠른 택트 타임을 요구하는 비전 시스템 :
고성능 연산 아키텍처에 대한 높은 요구사항
CoaXPress는 확립된 비전 표준으로서 고성능 이미지 처리 시스템의 기반을 형성하며, 카메라는 CoaXPress 프레임 그래버를 통해 컴퓨팅 아키텍처에 연결됩니다.
108Gbps 환경에서 5분마다 생성되는 4TB의 이미지 데이터
이와 같은 비전 시스템에서 생성되는 이미지 데이터의 양은 매우 방대합니다. 이러한 데이터를 처리하기 위해 일반적으로 여러 대의 산업용 PC로 구성된 분산 처리 아키텍처가 사용됩니다. 첫 번째 이미지 프레임은 첫 번째 연산 장치로 전송되고, 수 마이크로초 후 다음 이미지 프레임은 두 번째 장치로 전송되는 방식으로 처리됩니다. 이러한 데이터 분산 처리 방식은 단 5분 만에 최대 4TB의 이미지 데이터를 생성할 수 있습니다.
데이터 리덕션 시스템
이미지 데이터 정제 및 축소를 통해 시스템 효율 향상
끊임없이 증가하는 이미지 데이터에 대응하기 위해 현재 어떤 방식이 사용되고 있을까요? 실제 현장에서는 데이터 분산 전송 기반의 연산 아키텍처가 널리 사용됩니다. 이미지 프레임 1은 연산 장치 1로, 이미지 프레임 2는 연산 장치 2로 전송되는 방식입니다. 이처럼 데이터를 여러 연산 장치로 분산 전송하여 후단 시스템이 처리 가능한 수준까지 데이터 전송률을 낮춥니다.
기존 연산 아키텍처
프레임 그래버는 이미지 데이터를 전달하는 역할만 수행합니다. 따라서 연산 장치는 여러 개의 고성능 GPU와 CPU를 탑재해야 합니다.
이미지 데이터의 입력 대역폭은 제한 없이 그대로 유지됩니다.
고가의 GPU와 CPU가 다수 사용됨에 따라 비용이 많이 발생합니다.
데이터 리덕션 기반 연산 아키텍처
프레임 그래버에 탑재된 프로그래머블 FPGA가 비전 시스템의 핵심 처리 엔진 역할을 수행합니다. 먼저 쉐이딩 보정과 같은 이미지 데이터 정제를 수행한 후, Blob 분석과 같은 세그멘테이션 기반 데이터 축소를 진행합니다.
입력 대역폭 100Gbps를 2Gbps 수준까지 줄일 수 있습니다.
데이터 리덕션 시스템은 GPU 및 CPU 성능 요구 사항을 획기적으로 낮춰줍니다.
시스템 구축 비용 최대 80% 절감
초기 투자 비용만 비교하더라도 데이터 리덕션 비전 시스템은 기존 방식 대비
시스템 운영 기간 동안에는 운영 비용을 최대 80%까지 절감할 수 있습니다.
일반적으로 약 10년에 이르는 시스템 수명주기 전체를 고려할 경우, 총비용 절감 효과 역시 약 80%에 달한다는 의미입니다.
비교에는 카메라, 프레임 그래버, 호스트 시스템 및 GPU의 도입 비용뿐만 아니라 클라우드 스토리지와 전력 사용에 따른 운영 비용도 포함되었습니다.
하나의 시스템으로 구현하는 다양한 가능성
카메라 모델 선택부터 시스템 구성까지 유연하게 설계할 수 있습니다. 또한 연산 인프라와 적용 알고리즘 역시 애플리케이션 요구사항에 맞게 자유롭게 선택할 수 있습니다. 시스템 구성 요소는 언제든지 추가, 확장 및 재구성이 가능합니다.
CoaXPress 카메라 및 렌즈
CoaXPress 카메라는 높은 프레임 레이트를 유지하면서도 매우 세밀한 이미지를 획득해야 하는 비전 시스템에 적합합니다. 아래 예시와 같이 이러한 검사 애플리케이션은 일반적으로 멀티 카메라 시스템으로 구성됩니다.
FPGA 기반 이미지 전처리 기능이 탑재된 프레임 그래버
모든 데이터 축소 시스템의 핵심은 CoaXPress 프레임 그래버와 VisualApplets 소프트웨어의 결합입니다. 이 두 구성 요소는 데이터가 산업용 PC에 도달하기 전에 이미 이미지 데이터 스트림의 전처리를 수행합니다.
효율성 향상은 어떻게 실현될까요?
Blob 분석을 통해 필요한 이미지 영역만 추출하고 불필요한 데이터는 제거
FPGA 프로그래밍 환경인 VisualApplets는 Blob 분석을 비롯한 다양한 이미지 전처리 기능을 효율적으로 구현할 수 있도록 지원합니다. 이 과정에서 서로 연결된 픽셀 영역을 배경으로부터 독립적인 객체로 분리하는 세그멘테이션을 수행하며, 면적, 외곽선 길이, 바운딩 박스 좌표 등의 특징 정보를 기반으로 객체를 분류합니다.
Blob 분석을 전처리 단계에서 수행하면 이미지 데이터가 최초 저장되기 전에 세그멘테이션이 이루어집니다. 따라서 관심 영역(ROI)만 후속 처리 대상으로 전달되며, 전송 및 저장해야 하는 데이터 양을 크게 줄일 수 있습니다.
이미지 압축을 통한 데이터 용량 절감
JPEG 압축을 적용하면 이미지당 데이터 용량을 크게 줄일 수 있습니다. JPEG 품질을 100%에서 75% 수준으로만 낮춰도 우수한 이미지 품질을 유지하면서 데이터 용량을 최대 86%까지 줄일 수 있습니다. 많은 애플리케이션에서는 이보다 더 높은 압축률도 적용 가능하여 추가적인 비용 절감 효과를 기대할 수 있습니다.
데이터 용량 감소는 저장 공간, 데이터 전송 및 연산 비용을 크게 절감합니다. 프로그래밍 가능한 프레임 그래버 도입에 따른 추가 투자 비용이 발생하더라도, 이러한 비용은 빠르게 회수됩니다. 예를 들어 60fps 환경에서 연속 운전 시 약 14일 만에 절감된 스토리지 비용만으로 투자비 회수가 가능합니다.
일반적인 시스템 운용 기간인 2년을 기준으로 보면, 초기 추가 투자 비용을 고려하더라도 총비용은 약 85% 절감됩니다. 이후에는 시스템이 더욱 높은 비용 효율로 운영될 뿐만 아니라, 향후 더 높은 대역폭 요구사항과 시스템 확장에도 유연하게 대응할 수 있습니다.
JPEG 압축에 대해 자세히 알아보기그만한 가치가 있습니다. 센서부터 카메라 FPGA, 그리고 연산 아키텍처에 이르는 전체 이미지 처리 체인을 살펴보면, 시스템 효율을 향상시킬 수 있는 다양한 가능성을 확인할 수 있습니다.
Basler의 시스템 중심 접근 방식은 고객에게 지속적으로 높은 가치를 제공하고 있습니다.
데이터 리덕션은 연산 하드웨어 요구 사항을 획기적으로 줄여줍니다. 그 결과,
최고의 비용 효율성을 자랑하는 고성능 비전 시스템.
데이터 리덕션은 어떤 애플리케이션에서 특히 효과적일까요?
기존 이미지 처리 시스템은 생산 속도가 빨라지고 동시에 더 높은 품질 기준을 충족해야 할 때 한계에 빠르게 도달합니다. 데이터 리덕션 시스템은 최고 수준의 검사 정밀도가 요구되는 고속 애플리케이션에 이상적인 솔루션입니다.
애플리케이션에 적합한 데이터 리덕션 비전 시스템 구축 방법
Basler는 CoaXPress 에어리어 스캔 카메라 및 라인 스캔 카메라, 고정밀 광학계, 고성능 프레임 그래버, 그리고 소프트웨어를 최적으로 조합하여 고객의 이미지 처리 환경에 적합한 솔루션을 제공합니다
데이터 리덕션 비전 시스템을 신속하게 구축해 드립니다
Basler 프로젝트 팀은 샤프닝, Blob 분석, JPEG 압축과 같은 이미지 전처리 알고리즘은 물론, 고객 맞춤형 알고리즘까지 프레임 그래버의 FPGA에 빠르고 효율적으로 구현합니다.
솔루션이 실제 요구사항을 충족하는지 확인하고 싶으신가요? Basler는 개념 검증(Proof of Concept, PoC)의 일환으로 고객 애플리케이션의 구현 가능성을 검토합니다. 실제 운영 환경을 시뮬레이션하여 프로젝트에 가장 적합한 하드웨어 구성을 제안해 드립니다.
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