지능형 렌즈 시스템이 머신 비전 시스템 통합을 개선하다

저자: Mark Peterson(기술 부사장), Andrea Van(사업 개발 부사장), Theia Technologies. © 2024.
Download Whitepaper Here

Theia Technologies의 IQ Lens™ 시스템은 모터라이즈 렌즈, 모터 제어 보드, 평균 보정 데이터, 그리고 소프트웨어와 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 결합한 모듈형의 고도로 구성 가능한 시스템을 제공합니다. 최근까지 사용자는 자체 모터 제어 소프트웨어를 개발해야 했으나, Theia의 IQ Lens™ 시스템 소프트웨어 애플리케이션과 직관적인 GUI는 사용자의 개발 노력을 크게 절감시키며 비용을 줄이고 시장 출시 시간을 단축시킵니다. IQ Lens™ 보정 데이터는 최적의 이미지 품질을 가능하게 하고 이미징 시스템 설정을 쉽게 할 수 있도록 하는 지능을 제공합니다. 컴팩트하고 가벼운 가변 초점 렌즈와 모터 제어 보드는 도달하기 어려운 위치나 이동 환경에서 원격 조작이 가능하도록 합니다. 이 모든 요소가 결합되어 이미징 시스템에 편리하고 경제적인 통합을 제공합니다.

원격 접근 및 제어

Theia의 모터라이즈 렌즈와 모터 제어 보드는 다양한 머신 비전 응용 분야에서 비전 시스템에 통합되도록 설계되었으며, 줌, 초점, 조리개, 필터를 작동하기 위해 스테퍼 모터를 사용합니다(그림 1 참조). 이러한 렌즈는 원격지나 접근이 어려운 설치 위치에서 카메라 설정과 설치를 단순화하여 비용이 많이 드는 현장 보정과 교통 혼잡을 피할 수 있습니다.

그림 1. Theia의 IQ Lens™ 시스템이 로봇 애플리케이션에 통합된 모습. 이미지 제공: Staubli.

이 렌즈는 매우 다재다능하여 원격으로 줌과 초점을 조정할 수 있으며, 가변적인 카메라 위치나 물체 거리를 필요로 하는 이미징 시스템 배치에 엄청난 유연성을 제공합니다. 원격 줌 및 초점 기능은 자동화, 로봇 공학, 교통 정보 시스템(ITS) 및 차량 번호판 인식(ANPR)과 같은 동적 환경 및 다양한 애플리케이션에서 물체 해상도를 미세 조정할 수 있습니다.

또한, Theia의 모터라이즈 렌즈는 정확한 색상 재현을 위해 가시광선을 전송하거나 차량 번호판 인식과 같은 애플리케이션에서 민감도를 향상시키기 위해 근적외선(NIR) 빛을 전송할 수 있도록 전환할 수 있습니다. 이 기능은 식음료 응용 분야에서 결함을 감지하거나 고해상도 다중 스펙트럼 애플리케이션을 가능하게 합니다(그림 2 참조).

그림 2. Theia의 모터라이즈 렌즈가 가시광선과 근적외선(NIR) 빛을 동일 평면에 초점 맞추는 모습. 음료 검사 시뮬레이션에서 볼 수 있습니다.

플러그 앤 플레이

최근까지 Theia의 모터라이즈 렌즈와 모터 제어 보드를 함께 사용할 경우, 사용자가 원하는 엔지니어링 매개변수를 모터 스텝으로 변환하고 모터 스텝을 렌즈 명령으로 변환하는 소프트웨어를 개발해야 했습니다. 하지만 Theia의 새로운 IQ™ 렌즈 시스템은 빠르고 쉬운 통합을 가능하게 하는 소프트웨어 SDK를 제공합니다.

많은 사용자가 FOV, 심도 또는 물체 거리를 설정하고자 할 때, 시스템의 IQ Lens™는 이러한 직관적인 개념을 모터 스텝으로 자동 변환해 줍니다. 이를 통해 복잡한 외부 계산, 곡선 맞추기, 보간법을 사용할 필요 없이, 렌즈를 제어할 수 있게 합니다. 또한, FOV나 조리개 스텝과 F/# 간의 상관관계를 찾을 필요가 없습니다(그림 3 참조).

그림 3. Theia IQ Lens™ 제어 소프트웨어의 그래픽 사용자 인터페이스.

새로운 IQ Lens™ 시스템은 또한 모터 스텝을 렌즈를 원하는 위치로 이동시키는 명령으로 변환하는 MCR IQ™ 모터 제어 보드와 소프트웨어 애플리케이션 및 GUI를 포함하고 있습니다. 이 보드는 유연한 통합을 위해 USB, UART 또는 i2c 프로토콜을 통해 통신합니다.

IQ Lens™와 MCR IQ™ 모터 제어 보드를 구매하면 소프트웨어 애플리케이션을 사용할 수 있는 로열티 프리 라이선스도 함께 제공됩니다.

두 소프트웨어 애플리케이션은 Python 모듈로도 제공되며, 이를 통해 프로그램 개발이 가능합니다. 또한 사용자가 모듈에 접근할 수 있는 편리한 GUI 애플리케이션도 제공됩니다. 이 모듈은 사용자의 노력을 절감시키며, 시스템 개발, 통합, 시장 출시 기간을 크게 단축시킵니다.

스마트 렌즈

Theia IQ Lens™는 컴퓨터로 읽을 수 있는 데이터 형식으로 보정 데이터를 포함하여 이미지 성능과 이미지 처리 속도를 향상시킵니다.

가변 초점 렌즈의 경우 초점 거리를 변경하면 이미지가 흐려지기 때문에 원하는 FOV(초점 거리)에 맞는 최적의 초점을 설정하는 것이 반복적인 과정이 될 수 있습니다. Theia의 IQ Lens™ 보정 데이터에는 평균 측정된 줌/초점 추적 곡선이 포함되어 있어, 줌 위치를 변경하면서 렌즈를 초점에 맞출 수 있거나, 알려진 줌 위치에서 초점을 설정할 수 있습니다. 이 줌/초점 곡선은 생산 중인 렌즈들의 이동 평균값으로 계속해서 업데이트됩니다(그림 4 참조).

그림 4. 초점 거리 12-50mm 렌즈의 초점/줌 추적 곡선. 각 초점 거리의 초점/줌 모터 위치를 보여줍니다.

이 관계를 알고 있으면 사용자는 AMR(자율 이동 로봇), 검사 라인, 픽 앤 플레이스 환경, 교통 정보 시스템(ITS), 실외 감시 카메라 등 접근하기 어려운 카메라에서 이미지 최적화를 위해 초점과 줌 모터 위치를 원격으로 프로그래밍할 수 있습니다.

초점 거리와 줌 모터 스텝 위치 간의 관계를 알면 정확한 FOV 설정이 가능합니다. 픽 앤 플레이스 자동화 장비의 원격 조작 및 유도, 또는 고정되지 않은 카메라 위치로 인해 FOV와 물체 거리가 변해야 하는 이동식 속도 카메라와 같은 응용 분야에서, 이 초점 거리와 초점 조정 기능은 카메라와의 물체 거리와 관계없이 이미지를 최적화할 수 있게 합니다.

보정 곡선은 렌즈 로트 간 지속적인 정확성을 확인하기 위해 모니터링됩니다. Theia IQ Lens™를 구매하면 최신 평균 데이터 파일이 제공되며, 온라인 다운로드가 가능합니다.

Theia의 IQ Lens™는 같은 계열 렌즈에서 공통으로 사용되는 설계 데이터(조리개 크기, 기하학적 왜곡, 상대 조도)도 포함하고 있어 이미지 처리 성능을 향상시킬 수 있습니다.

조리개 크기 설계 데이터는 제한된 조명 제어가 있는 실외 애플리케이션에서 조명 제어를 가능하게 합니다. ITS, 차량 번호판 인식(ANPR), 항공 작물 모니터링, 인프라 모니터링과 같은 애플리케이션은 더 정밀한 조리개 제어를 통해 심도 증가의 이점을 누릴 수 있습니다(그림 5 참조).

그림 5. 모터라이즈 조리개 제어를 통해 조리개 크기를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이 기능은 ANPR 애플리케이션에서 유용합니다.

여러 초점 거리에서의 기하학적 왜곡 설계 데이터는 위치 보정을 허용합니다. 3D 맵핑, 상황 인식, AMR의 내비게이션, 이미지 스티칭 및 왜곡 보정이 필요한 이미징 응용 프로그램은 복잡한 왜곡 매핑 또는 조명 그리드 지그 없이 설정할 수 있습니다.

상대 조도 설계 데이터는 다양한 초점 거리 및 F/# 설정에서 모서리 이미지 밝기를 균일하게 조정하여 균일하게 노출된 장면이 필요한 응용 프로그램(예: 빈 피킹, 품질 관리 애플리케이션, 소매 및 기타 모니터링 환경)에 적합합니다.

이 데이터는 Theia의 클라우드 데이터베이스에서 다운로드 가능하며, 데이터 사용에 대한 지침과 제안을 제공하는 애플리케이션 노트도 함께 제공됩니다. 보정 데이터 프레임은 JSON 형식의 데이터 파일로 제공됩니다.

모듈형 설계

Theia의 IQ Lens™ 시스템은 하드웨어 범위 내에서 유연한 구성을 허용하는 모듈형 설계를 제공합니다(그림 6 참조). 모터라이즈 가변 초점 렌즈는 52mm 이하의 렌즈 길이로 컴팩트하며, Theia의 모터 제어 보드는 25x60mm 크기로 작고 가벼워서 자율모바일 로봇(AMR) 또는 무인 항공기(UAV)와 같은 이동형 또는 비행형 응용 프로그램에서 최적의 기동성을 제공합니다.

그림 6. Theia의 모듈형 IQ Lens™ 시스템은 보다시피 높은 사용자 편의성을 통해 복잡한 이미징 시스템에 통합될 수 있습니다.

결론

Theia의 IQ Lens™ 시스템은 모터라이즈 가변 초점 렌즈, 모터 제어 보드, 평균 보정 데이터 및 소프트웨어 응용 프로그램을 포함하여 편리함, 유연성 및 최적화된 이미지 품질을 제공하는 비용 효율적인 패키지로 오늘날의 까다로운 머신 비전 애플리케이션을 지원합니다(그림 7 참조). 빠르고, 지능적이며, 비용 효율적입니다. 그저 똑똑합니다!

그림 7. Theia의 IQ Lens 시스템에는 모터라이즈 렌즈, 모터 제어 보드, 평균 보정 데이터, 그리고 그래픽 사용자 인터페이스가 포함되어 있습니다.

Download Whitepaper Here
Learn more about Theia's IQ Lens System Here