모두를 위한 3D
비용 효율적인 3D 애플리케이션을 위한 핵심 기술, Time-of-Flight
IDS의 첫 번째 자체 개발 3D 카메라인 Nion은 3D 데이터 수집 솔루션에 경제적으로 입문할 수 있도록 설계되었습니다. 따라서 Ensenso 스테레오 비전 카메라와 같은 기존의 고정밀 솔루션을 보완하는 역할을 합니다. onsemi의 깊이 센서는 간접 ToF 기술을 적용하여 고해상도의 깊이 데이터를 제공하며, 실내외의 변화하는 조명 조건에서도 안정적으로 작동합니다. 따라서 Nion은 기존의 고성능 3D 시스템처럼 복잡하지 않으면서도 정확한 깊이 데이터가 필요한 산업용 애플리케이션에 특히 적합합니다. IDS 3D 비전 Product Manager인 Patrick Schick는 이 기사에서 Nion의 개발 배경과 기술적 결정 사항을 설명하고, iToF 기술을 전반적인 맥락에서 조명하며, 대표적인 애플리케이션 분야를 소개합니다.
IDS, Nion과 함께 iToF 3D 시장 진출
IDS는 Ensenso 스테레오 비전 카메라와 함께 오랜 기간 3D 시장에서 활동해 왔습니다. 이제 자체 개발한 입문형 ToF 카메라 Nion을 통해 제품 포트폴리오를 확장하고 있습니다.
Patrick Schick: “Nion을 통해 새로운 시장 부문에 진출하고자 합니다. 최고의 데이터 품질과 깊이 정확도가 필요한 환경에서는 여전히 Ensenso가 최적의 솔루션입니다. Nion은 안정적인 깊이 데이터가 필요하지만, 복잡한 3D 측정 시스템 수준의 높은 정밀도까지는 요구되지 않는 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 이 카메라는 저가형 제품군을 완성하며, 3D 기능을 실용적이고 다양하게 활용하고자 하는 사용자에게 훌륭한 선택지를 제공합니다.”
3D 이미지 프로세싱에서 iToF 기술의 역할
간접 ToF 센서(iToF)는 변조된 방출광과 반사광 사이의 위상차를 측정하여 거리를 산출합니다. 이 방법은 광 펄스의 전달 시간을 측정하는 기존의 많은 직접 ToF 방식보다 더 높은 정확도와 해상도를 제공합니다. iToF 센서는 산업 자동화, 로봇 공학 및 3D 스캐닝 분야에서 널리 사용됩니다.
Patrick Schick: “ iToF의 도입은 IDS 3D 제품군의 자연스럽고도 논리적인 확장이라 할 수 있습니다. 이 기술은 높은 공간 해상도를 제공하며, 피사체가 움직이는 상황에서도 안정적인 성능을 발휘합니다. 이를 통해 센서 외부에서 복잡한 계산을 수행할 필요 없이 실시간으로 깊이 정보를 생성할 수 있습니다. 바로 이것이 많은 산업용 애플리케이션에 필요한 사용하기 간편하면서도 신뢰할 수 있는 깊이 데이터입니다.”
통합 깊이 측정 기술을 탑재한 차세대 iToF 센서
이 시스템에 사용된 Hyperlux 시리즈의 onsemi AF0130 센서는 1.2MP의 XY 해상도를 제공하며, 최대 200MHz의 변조 주파수 덕분에 높은 깊이 해상도를 구현합니다. 또한, 이 센서는 iToF에 필요한 4개의 위상 이미지를 센서 내부에서 캡처한 후 동시에 판독합니다.
Patrick Schick: “이 Hyperlux 센서를 선택한 이유는 여러 요구 사항을 동시에 충족하기 때문입니다. 1280 × 960 픽셀의 해상도를 자랑하며, 일반 VGA ToF 카메라보다 4배 높은 데이터 밀도를 제공하며, 센서 내에서 직접 깊이 정보를 처리하고 주변광을 효과적으로 억제합니다. 넓은 변조 주파수 덕분에 근거리부터 장거리까지 다양한 작동 거리를 커버할 수 있습니다. 따라서 다양한 상황에서 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는 카메라를 제공할 수 있게 되었습니다.”
동적 상황에서의 모션 안정적 깊이 추정
Nion의 주요 특징 중 하나는 낮은 모션 블러입니다. 이는 물류, 컨베이어 기술 또는 회전 부품이 포함된 애플리케이션에서 특히 중요합니다. 모션 블러가 깊이 값을 불안정하게 만들기 때문입니다.
Patrick Schick: “깊이 정보를 얻기 위해 iToF 센서는 동일한 장면의 여러 위상 이미지를 필요로 합니다. 많은 ToF 카메라에서 이러한 위상 이미지를 차례로 노출한 후 센서에서 개별적으로 읽어냅니다. 각 노출 사이에는 시간 간격이 발생하게 됩니다. 만약 물체가 그 사이에 움직이면 위상 이미지가 더 이상 정확하게 일치하지 않게 됩니다. 카메라는 정렬되지 않은 이미지 데이터를 기반으로 깊이를 계산합니다. 그 결과, 전체 깊이 범위에서 데이터의 선명도가 떨어지게 됩니다. Nion에 탑재된 onsemi Hyperlux 센서에서는 모든 위상 이미지를 센서 내부에서 버퍼링한 후 한 번에 블록 단위로 읽어냅니다. 그 결과, 노출 작업이 거의 중단 없이 진행됩니다. 이를 통해 물체가 화면 내에서 빠르게 움직일 때에도 이미지 간 정렬된 상태를 유지하고 깊이 값이 안정적으로 산출됩니다.”
변화하는 조명 조건에서도 안정적인 성능: 실내 및 실외 환경에 최적화
Nion은 실내와 실외 모두에서 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 이는 940 nm 대역에서 높은 분광 감도를 갖는 iToF 센서와 동일한 파장대의 적절한 레이저 광원을 결합한 기술력에 기반합니다.
Patrick Schick: “Nion은 940 nm 대역에서 작동하기 때문에 주로 다른 파장대에서 동작하는 태양광 및 많은 인공 광원에 대한 민감도가 훨씬 낮습니다. 이는 물류 센터, 생산 현장 또는 야외 환경에서 특히 중요합니다. 사용자는 유용한 데이터를 얻기 위해 차광막이나 복잡한 보호 장치를 설치할 필요가 없습니다. 이러한 상황에서 카메라는 즉시 분석이 가능한 안정적인 깊이 이미지를 생성합니다.”
Nion의 주요 애플리케이션
Nion은 다양한 산업 애플리케이션에 적합합니다. 이 카메라는 다양한 거리, 물체 크기, 그리고 움직임이 공존하는 환경에서도 정확한 깊이 정보를 제공합니다. 다목적 ToF 시스템으로서, 유연하고 견고한 3D 스캐닝이 필요한 모든 환경에 적합합니다.
Patrick Schick: “물류는 중요한 문제입니다. 여기서는 작업을 중단하지 않고 물체를 감지, 추적 또는 측정하는 것이 목표입니다. 이 카메라는 크기와 거리에 관계없이 소포 및 기타 물품을 감지하며, 이동 중에도 안정적으로 작동합니다. 레벨 모니터링이나 존재 감지와 같은 애플리케이션에도 적합합니다. 대부분의 경우, 기존 2D 공정을 유지한 채 필요한 부분에 깊이 데이터를 추가하여 의사결정을 지원할 수 있습니다.”
기존 시스템과의 손쉬운 통합
산업 현장에서는 기존 소프트웨어 환경과의 원활한 통합이 무엇보다 중요합니다. Nion은 GigE Vision 규격을 준수하며 IDS 소프트웨어 환경에 완벽하게 통합되어 있습니다.
Patrick Schick: “표준 산업용 카메라처럼 사용할 수 있는 3D 카메라를 원했습니다. Nion은 GigE Vision 표준을 준수하며, IDS peak 소프트웨어와 완벽하게 통합되어 있습니다. 이는 사용자가 특수 솔루션을 별도로 도입할 필요 없이, 최소한의 노력만으로 기존 도구와 애플리케이션에 카메라를 연동할 수 있음을 의미합니다. 또한, 다른 IDS 2D 카메라와 마찬가지로 Nion은 IDS peak cockpit에 완전히 통합되어 있습니다. 3D 도입에 필요한 초기 작업을 크게 줄여줍니다.”
고정밀 3D 기술과의 차별성
시장에는 최고 수준의 정밀도를 제공하는 Ensenso와 같은 액티브 스테레오 비전 시스템을 포함하여 다양한 3D 솔루션이 존재합니다. 하지만 Nion은 그와는 다른 애플리케이션을 위해 설계되었습니다."
Patrick Schick: “액티브 스테레오비전(Active Stereovision)과 같은 고정밀 3D 기술은 미세한 디테일, 최고의 깊이 정확도, 그리고 복잡한 측정 작업이 필요한 경우에 적합합니다. Nion은 다른 위치에 있습니다. 이 카메라는 사용 편의성과 통합 용이성에 중점을 두어, 합리적인 가격으로 신뢰할 수 있는 깊이 데이터를 제공하도록 설계되었습니다. 고급 3D 시스템을 대체하기보다는 초정밀도까지는 필요하지 않지만 신뢰할 수 있는 깊이 정보를 요구하는 애플리케이션에서 선택지를 보완하는 역할을 합니다.”
3D 제품군의 향후 발전 방향
Nion은 새로운 3D 제품군의 첫 번째 모델로 설계되었습니다. IDS는 다양한 방향으로 확장해 나갈 계획입니다.
Patrick Schick: “Nion 출시를 위해 프로토타입 테스트를 진행하고 다양한 피드백을 수집하며 신중하게 준비해 왔습니다. 이러한 경험은 다른 모델들에도 반영되어 있습니다. 더 넓은 화각, 멀티 카메라 지원 기능 또는 추가적인 기능을 갖춘 모델로 확장이 가능할 것으로 보입니다. 모든 요구사항을 충족하고 각 고객의 필요에 최적화된 솔루션을 제공하는 3D 제품 라인업 구축을 목표로 합니다.”
추가 정보
- 새로운 차원의 Time-of-Flight (ToF) - Nion의 장점을 알아보세요. 제품 정보 페이지 보기
- Nion 3D 카메라의 다양한 기능을 확인해 보세요. onsemi Hyperlux 기술의 장점을 확인하고, 어떻게 고해상도 3D 데이터를 생성하고, 야외 환경에서도 안정적으로 작동하며, 빠르게 움직이는 물체와 까다로운 애플리케이션에서도 정확한 결과값을 도출하는지 알아보세요: 동영상 보기.