IDS 공간 절약형 보드 레벨 산업용 카메라 장착 소형 3D 스캐너

3D 스캐너, 터미널, 소프트웨어

PlantEye는 3D 스캐너, 터미널 및 소프트웨어라는 세 가지 모듈로 구성됩니다. 운송 시스템은 식물이 자라고 있는 재배대나 받침대 위로 스캐너를 이동시킵니다. 터미널과 무선으로 통신하며, 노트북이나 터치 지원 기기에서 브라우저를 통해 접근할 수 있습니다. 이를 통해 연구원들은 표와 그래프로 현재의 식물 성장 상태를 확인하고, 식물 재배를 위해 필요한 조치들을 입력하며, 전체 작물 재배 과정을 기록할 수 있습니다. 시스템의 세 번째 모듈인 PlantEye 소프트웨어는 식물 재배 과정, 식물 발육 및 기후 데이터를 분석하여 최적화가 필요한 지점을 정확히 찾아냅니다.

이 소프트웨어는 중앙 데이터베이스에 안전한 장기 보관 기능을 제공합니다. 또한 온실의 기후 제어 시스템과 호환되며, 다른 외부 센서 데이터 가져오기 기능도 갖추고 있습니다. 예를 들어, 화면에는 최신 기상 데이터와 예보도 함께 표시됩니다. 식물 받침대는 격자 셀 단위로 나뉘어 있으며, 각 셀마다 다양한 파라미터를 시각화할 수 있습니다. 그 결과, 평소와 다른 편차나 이상 징후를 쉽게 발견할 수 있습니다.

시스템을 더욱 강력하게 만드는 스캐너의 이동성

스캐너는 단 2시간 만에 최대 4,000m²의 면적을 스캔할 수 있으며, 해당 구역 내 모든 작물의 엽면적, 식물 부피 및 신장 성장을 자동으로 측정합니다. 이를 위해 스캐너는 해당 용도에 최적화된 광절단법(light section method)을 사용합니다. 통합된 레이저가 측정 대상 방향으로 라인 조명을 투사하면, 카메라는 다른 방향에서 이 라인 조명을 촬영합니다. 삼각측량의 원리에 따라, 레이저 빛이 닿는 평면 위의 모든 물체 좌표를 산출할 수 있게 됩니다. 이러한 방식으로, 카메라의 2D 이미지를 활용하여 1D 높이 프로파일을 생성합니다. 이처럼 비교적 단순한 센서 구성 덕분에 매우 콤팩트한 설계가 가능해졌습니다. PlantEye 3D 스캐너는 크기가 420 x 200 x 95 mm에 불과하며 매우 견고합니다. 이를 통해 물 튀김이나 고온 등 온실의 다소 가혹한 환경으로부터 정밀 기술 장비를 충분히 보호할 수 있습니다.

IDS 산업용 보드 레벨 카메라를 통합한 Phenospex 스캐너

UI-1221LE 모델은 WVGA 해상도(752 x 480)의 모노 CMOS 센서, USB 인터페이스 및 S-마운트 렌즈 마운트를 갖추고 있습니다. 약 3.6 x 3.6 x 2cm 이하의 초소형 크기로 설계되어, 극도로 좁은 공간에도 설치가 가능합니다. 또한, 근적외선 영역에서도 매우 높은 감도를 제공합니다. 이 두 가지 기능은 Phenospex에 있어 매우 중대한 의미를 갖습니다. 카메라의 공간 절약형 디자인 덕분에 스캐너 하우징의 중앙부에 장착할 수 있습니다. 그런 다음 거울을 통해 카메라의 광학 경로를 식물 방향으로 유도합니다. 그 결과, 이 스캐너는 짧은 거리에서도 넓은 화각과 스캔 폭을 확보할 수 있습니다. 또한 Phenospex는 센서의 높은 근적외선 감도 덕분에 식물에서 우수한 반사율을 보장하는 930nm 파장의 레이저를 사용할 수 있었습니다. 이 USB 2.0 보드 레벨 카메라의 또 다른 장점은 비교적 높은 프레임 속도(약 90fps)로, 스캐너가 식물 위를 이동하는 속도를 결정하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 광절단법 방식에서는 1D 높이 프로파일로부터 2D 높이 프로파일 또는 3D 포인트 클라우드를 생성하기 위해 센서 장치가 물체 위를 이동해야 합니다. PlantEye 시스템은 50mm/s의 측정 속도에서 밀리미터 단위의 해상도를 구현합니다.

마지막으로, 포인트 클라우드를 분석하고 분할합니다. 이미지에서 식물 영역을 크롭하여 잎을 식별하고, 잎 면적을 측정합니다. 식물의 높이 또한 함께 측정합니다. 이후 모든 파라미터는 데이터베이스를 통해 사용자에게 제공됩니다. 속도와 같은 성능을 최적화하기 위해 Phenospex는 표준 이미지 분석 소프트웨어 대신 자체 개발한 C++ 프로그램을 사용합니다. 이 프로그램은 위에서 명시한 파라미터를 raw 데이터에서 추출하는 데 1초도 걸리지 않습니다.

PlantEye 소프트웨어와 카메라 간의 인터페이스 역할을 하는 uEye API

이 인터페이스는 IDS Software Suite의 일부로, 보드 레벨 카메라의 모든 센서 기능을 지원합니다. IDS의 카메라 패키지는 Windows 및 Linux 용 SDK (32비트 및 64비트)가 포함되어 있으며, USB 3.0, USB 2.0 또는 GigE 연결 여부에 관계없이 모든 모델에서 동일합니다. Phenospex와 같은 OEM 고객에게 주어지는 이점은 두 가지입니다. 첫째, 카메라를 시스템에 매우 빠르고 쉽게 통합할 수 있습니다. 둘째, 모든 모델과 인터페이스에서 작동합니다. 그 결과, USB 2.0 카메라에서 USB 3.0 또는 기가비트 이더넷 연결 방식의 더 강력한 모델로 언제든지 어려움 없이 교체할 수 있습니다. IDS software suite에는 카메라 통합 및 이미지 획득을 위한 데모 프로그램이 포함되어 있으며, C, C++, VB로 작성된 해당 소스 코드도 함께 제공됩니다. 개발자는 이를 프로그램에 신속하게 통합하고 자유롭게 조정할 수 있습니다. Common Vision Blox, HALCON, MERLIC, NeuroCheck 또는 LabVIEW와 같이 대중적으로 사용되는 다양한 머신 비전 프로그램을 위한 직접 인터페이스가 제공됩니다.

전망

Phenospex는 특히 PlantEye 시스템의 속도를 더욱 향상시키는 데 주력하고 있습니다. IDS 드라이버 철학을 바탕으로, 광범위한 IDS 제품군에서 언제든지 다른 카메라 모델로 전환할 수 있는 미래 대비형 솔루션을 신뢰할 수 있습니다. 이 경우, 카메라 고유의 파라미터만 조정하면 되며, 애플리케이션을 새로 프로그래밍할 필요가 없습니다.