두 기술의 유사점과 차이점 및 응용분야는? 임베디드 비전 vs 머신 비전

기계가 어떻게 ‘볼’ 수 있는지에 대해서 호기심을 가져본 적이 있다면, 그것의 답은 ‘임베디드 비전’과 ‘머신 비전’ 기술에서 찾을수 있다. 이 두 용어를 종종 혼동하여 사용하는 경향이 있지만 엄밀하게 말하면 사실 이 둘 사이에는 경계선이 있다. 이 두 기술은 정확히 무엇이고, 어떻게 다를까? 임베디드 비전과 머신 비전은 모두 이미지 캡처, 처리 및 분석에 사용되지만, 그 응용 프로그램과 기능이 다르다.

머신 비전 시스템은 광범위한 데이터 처리가 필요하고 외부 PC 또는 클라우드를 사용하여 이미지 처리 작업을 실행하는 응용 프로그램에서 사용된다. 임베디드 비전 시스템은 비전 처리 기능이 일반적으로 카메라 센서에 직접 연결되므로 데이터 소모가 적고 많은 처리가 필요하지 않은 비전 응용 프로그램에서 사용된다. 카메라와 처리 기술의 발전으로 임베디드 비전 시스템이 따라잡아 머신 비전 시스템만큼 강력해질 수 있었다.

<그림1> 머신 비전 시스템(사진 왼쪽)과 임베디드 비전 시스템(오른쪽)의 블록 다이어그램

위의 <그림1>은 머신 비전 시스템과 임베디드 비전 시스템의 블록 다이어그램을 보여준다. 머신 비전 시스템에서 블록은 카메라에 연결된 원격 컴퓨터 또는 서버이다. 임베디드 비전 시스템에서 카메라 센서와 비전 프로세서는 같은 상자에 있다.

사실, 오늘날 많은 사람들이 저렴한 가격, 소형성, 장치나 보드에서 이미지 처리를 실행하는 편의성 때문에 임베디드 비전을 선호한다. 이 기사에서는 두 기술의 유사점, 차이점, 그리고 응용 분야에 대해 살펴 보겠다.

<그림2> 머신 비전 시스템의 구성 요소

머신 비전이란?
 

머신 비전은 컴퓨터나 기계가 시각 정보를 ‘보고’ 해석할 수 있도록 한다. 여기에는 카메라, 이미지 처리 소프트웨어 및 하드웨어 구성 요소를 사용하여 시각 데이터를 캡처, 분석하고 이를 기반으로 결정을 내리는 것이 포함된다.

머신 비전 시스템은 종종 산업용 또는 상업용 PC를 사용하여 이미지 데이터 처리와 관련된 계산 작업 부하를 처리한다. 이러한 견고한 PC에는 효율적인 이미지 분석을 가능하게하고 복잡한 머신 비전 작업에 필요한 컴퓨팅 파워를 제공하는 특수 하드웨어와 소프트웨어가 장착되어 있다. 일반적으로 머신 비전 시스템에는 다음이 포함된다.

• 카메라: 이는 주로 특정 애플리케이션을 위해 설계된 특수 산업용 카메라이다. 이러한 카메라는 이미지나 비디오 영상을 캡처한 다음 호스트 시스템에서 처리한다.

• 이미지 처리 소프트웨어: 일부 머신 비전 카메라는 플러그 앤 플레이 방식이지만, 다른 카메라는 이미지 분석 및 처리를 위해 특별히 설계된 소프트웨어 애플리케이션이 필요할 수 있다. 이러한 소프트웨어 프로 그램은 AI/ML 기반 컴퓨터 비전 알고리즘을 사용하여 객체 인식, 측정 또는 결함 감지와 같은 목적으로 이미지에서 관련 정보를 분석하고 추출한다.

• 조명 및 광학: 적절한 조명 및 광학은 머신 비전 시스템에서 고품질 이미지 캡처를 보장하는 데 중요한 역할을 한다. LED 조명이나 적외선 조명과 같은 다양한 유형의 조명 기술을 사용하여 이미지 가시성과 대비를 최적화한다.

• 하드웨어 구성요소: 머신 비전 시스템에는 데이터 전송을 용이하게 하고 이미지 처리 작업을 가속화하기 위해 프레임 그래버, 인터페이스 카드 또는 특수 프로세서와 같은 추가 하드웨어 구성요소가 포함될 수 있다.

머신 비전은 제조 품질 관리, 객체 인식 및 분류, 로봇 공학 및 자동화, 감시 및 보안과 같은 다양한 산업 분야에서 사용된다.

임베디드 비전이란?
 

임베디드 비전의 경우 처리 기능이 비전 장치에 직접 통합된다. 이를 통해 장치와 온보드에서 시각 데이터를 ‘보고’ 해석하고 유용한 통찰력을 제공할 수 있다. 이는 소형화, 낮은 운영 비용 및 실시간 응답성이라는 여러가지 이점을 제공한다.

임베디드 비전 시스템은 드론, 자율 주행차, 스마트 교통 장치 및 기타 혁신적인 사물 인터넷(IoT) 장치와 같은 장치에서 일반적으로 발견된다. 이러한 장치에 비전 처리 기능을 통합하여 시각 정보를 기반으로 자율적인 의사 결정을 가능하게 한다. 이는 TI Jacinto TDA4VM, NVIDIA Jetson Orin, NXP i.MX8 등과 같은 프로세서와 임베디드 카메라를 통합하여 가능하다.

장치 또는 온보드에서 데이터를 처리하는 기능은 통합되면 임베디드 비전 시스템을 더 소형화하고 사용하기 쉽게 만들어 다양한 애플리케이션에서 더 큰 유연성과 효율성을 제공한다.

임베디드 비전 vs 머신 비전
 

임베디드 비전과 머신 비전은 모두 기계의 시각을 향상하는 데 도움이되지만, 둘 사이에는 주요한 차이점이 있다.

머신 비전의 응용
 

머신 비전이 널리 채택되면서 제조업계는 특히 품질 관리와 공장 자동화 분야에서 상당한 변화를 겪었다. 머신 비전의 몇 가지 인기 있는 사용 사례는 다음과 같다.

• 품질 검사: 머신 비전 시스템은 제조 공정 중에 제품의 품질을 검사하고 평가하는 데 광범위하게 사용된다. 이러한 시스템은 표면 결함, 잘못된 치수 및 정렬 오류와 같은 결함을 감지할 수 있다. 머신 비전은 결함이 있는 제품을 자동으로 식별하고 거부함으로써 고품질 품목만 시장에 출시되도록 보장하여 전반적인 제품 품질과 고객 만족도를 향상시킨다.

• 조립 검증: 머신 비전은 제조 공정에서 구성 요소의 올바른 조립을 확인하는 데 사용된다. 이미지를 분석하고 사전 정의된 사양과 비교함으로써 머신 비전 시스템은 모든 필수 구성요소가 올바르게 배치되고 조립되었는지 확인할 수 있다. 이를 통해 제품이 필요한 표준을 충족하고 조립 오류의 위험을 제거한다.

• 측정 및 계측학: 머신 비전 시스템은 제품과 구성품의 정확하고 정밀한 측정을 가능하게한다. 치수, 각도, 허용 오차를 높은 정확도로 측정하여 사양을 준수할 수있다. 이는 특히 자동차, 항공우주와 같이 제품 성능과 안전에 정밀한 측정이 중요한 산업에서 유용하다.

• 로봇공학 및 자동화: 머신 비전은 제조에서 로봇 공학과 자동화를 가능하게 하는 데 중요한 역할을 한다. 머신 비전 시스템은 시각적 인식 기능을 제공함으로써 픽 앤 플레이스 작업, 부품 인식 및 조립과 같은 작업에서 로봇을 안내한다.

이를 통해 생산 효율성이 향상되고 생산성이 증가하며 반복적이거나 위험한 작업에서 인간의 개입이 줄어든다. 광범위한 제조 역량을 갖춘 중국의 많은 현대 공장은 머신 비전 시스템을 사용하여 생산 공정을 최적화하고, 품질 관리를 강화하고, 전반적인 운영 효율성을 개선한다.

임베디드 비전의 응용
 

임베디드 비전은 처리 능력의 제약으로 인해 로우엔드 카메라 애플리케이션으로 제한되었다. 현재 사용 가능한 더욱 진보된 프로세서를 통해 로봇공학과 같은 데이터 소모가 많은 애플리케이션은 이제 임베디드 비전 을 사용하여 탐색, 장애물 감지 및 객체 인식을 활성화할 수 있다. 임베디드 비전의 주요 응용 분야는 다음과 같다.

• 스마트 교통 관리: 내장형 카메라는 교통 관리 시스템에 통합되어 실시간으로 교통 상황을 모니터링하고 분석할 수 있다. 이를 통해 번호판 인식, 교통 흐름 분석 및 사고 감지가 가능하다. 그러므로 교통 흐름을 최적화하고 도로 안전을 개선하며 전반적인 운송 효율성을 높이는 데 도움이 된다.

• 로봇공학: 임베디드 비전은 다양한 로봇 애플리케이션을 가능하게 하는 데중요한 역할을 한다. 임베디드 비전을 갖춘 로봇은 주변 환경을 탐색하고, 장애물을 감지하고, 조작 및 상호 작용을 위해 물체를 인식할 수 있다. 이기술은 로봇 팔, 픽앤플레이스 로봇, 자율 주행차등의 시스템에 활용된다.

• 정밀 농업 및 수직 농업: 임베디드 비전은 농업 응용 프로그램에서 농업 프로세스를 최적화하는 데 사용된다. 자동화된 잡초 감지 및 제거, 정밀한 심기, 작물 모니터링 및 수확이 가능하다. 수직 농업에서 임베디드 비전 시스템은 최적의 성장 조건을 유지하고 식물 건강을 모니터링하는 데 도움이 되어 생산성과 자원 효율성을 높인다.

• 스마트 시티 솔루션: 임베디드 비전은 스마트 시티 인프라 개발에 기여한다. 스마트 교통관리 시스템, 지능형 가로등 솔루션, 공공 안전 및 보안을 위한 감시 시스템에 사용된다. 임베디드 비전은 교통 패턴 모니터링, 에너지 소비 관리, 감시 기능 향상에 도움이 된다.

• 의료 및 생명 과학: 임베디드 비전 기술은 의료 및 생명 과학분야에서 응용된다. 형광 현미경과 같은 고급 이미징 기술을 가능하게 하여 자세한 세포 이미징 및 분석이 가능하다. 임베디드 비전은 또한 환자 모니터링, 피부 상태 평가를 위한 피부경 검사, 안과 응용 프로그램을 위한 눈 진단을 용이하게 한다.

자료제공: TechNexion(www.technexion.com)