NI CompactRIO 및 Single-Board RIO로 머신 비전 수행

Updated 2024. 7. 1.

내용

어플리케이션
카메라 연결
FPGA 보조 프로세싱
권장 하드웨어 및 소프트웨어

NI CompactRIO 플랫폼은 비전 기능을 내장하며 효율적인 디자인으로 인해 시장 출시를 앞당기고 더욱 작은 크기의 제품을 구현하는 업계 최초의 PAC 제품 중 하나입니다. 보드 레벨 옵션 및 견고한 모듈형 컨트롤러는 모두 USB 및 기가비트 이더넷을 통해 카메라 연결을 지원합니다. 또한, CompactRIO 플랫폼은 NI Vision Development Module을 통해 리얼타임 프로세서와 FPGA에서 실행되는 여러 이미지 처리 함수를 제공함으로써, 임베디드 비전 어플리케이션 신속하게 개발할 수 있도록 돕습니다.

^{그림 1: CompactRIO 플랫폼에 비전 기능을 통합하여 정밀 제어와 모니터링을 수행하십시오.}

어플리케이션

CompactRIO 플랫폼이 지원하는 비전 기능을 다양한 제어 및 측정 어플리케이션에 사용할 수 있습니다.

- 전자동 로봇
  카메라 연결을 통해 하나의 시스템 내에 센서 연결, 비전, 모션 및 제어 함수를 통합할 수 있어, 전문적인 로봇 프로젝트를 개발할 때 CompactRIO 플랫폼을 한층 더 활용할 수 있습니다.
- 임베디드 의료 장비
  이미지 수집 기능과 소형 폼팩터는 슬라이드 스캐너와 자동 현미경에 있어 이상적인 조건이며, Real-Time OS 옵션이 있으면 보다 수월하게 FDA 승인을 받을 수 있습니다.
- 산업용 모니터링
  비전 기능을 갖춘 CompactRIO 플랫폼을 사용하면, 영역 스캔 카메라 및 열화상 카메라를 사용한 머신 상태 모니터링 및 중요 용기 모니터링(Critical Vessel Monitoring (CVM)) 등의 산업용 어플리케이션에 보다 편리하게 사용 가능합니다.

^{그림 2: 열점을 찾을 때 열화상 카메라를 사용하면, 머신 상태 모니터링 수행시 더욱 유용한 데이터를 도출할 수 있습니다.}

카메라 연결

시각적인 데이터를 활용하면, 시스템이 주어진 환경을 보다 종합적으로 파악하는 데 도움이 됩니다. 여러 머신의 경우, 비전 시스템은 중앙 머신 컨트롤러로부터 분리되어 있고 시리얼 또는 이더넷을 통해 결과가 전달됩니다. 그러나 여러 최신 어플리케이션의 경우, 분산형 시스템이 제공하는 것 보다 더 낮은 지연, 더 작은 크기 또는 더 낮은 전력이 요구되는 실정입니다. CompactRIO가 제공하는 고급 제어 기능을 이미지 수집 및 처리 기능과 결합하면, 비전과 I/O를 긴밀하게 동기화할 수 있습니다. 기가비트 이더넷 및 USB를 통해 카메라에 연결하면, CompactRIO 하드웨어는 수 천 종류의 산업용 카메라와 연동하게 됩니다.

인텔 아톰 및 인텔 코어 i7 프로세서에 기반한 CompactRIO 고성능 컨트롤러 제품군은 최고 400 미터 케이블과 최고 1 Gb/s 대역폭을 제공하는 GigE Vision 카메라를 지원합니다. 감시용 어플리케이션의 경우, 압축된 이미지는 이더넷 포트를 가진 모든 CompactRIO 타겟에 연결된 IP 카메라를 통해 수집됩니다. USB 포트가 있는 모든 CompactRIO 및 NI Single-Board RIO 타겟은 호환되는 USB3 Vision 카메라에서 이미지를 수집합니다. USB 2.0 포트에 USB3 Vision 카메라를 사용하는 이유는 무엇일까요? USB3 Vision은 시중의 수 백 종류의 USB3 Vision 카메라에 연결하기 위해 NI 비전 수집 소프트웨어가 사용할 수 있는 업계 표준의 카메라 인터페이스를 제공하기 때문입니다. 머신 비전 카메라 제조업체들이 이 표준을 신속하게 도입하고 있으므로, USB3 Vision 카메라의 사용은 GigE Vision 카메라 만큼이나 확대될 전망입니다. 이 표준은 USB 3.0 포트에 사용하도록 제작되었지만 여러 CompactRIO 타겟에 일반적으로 사용되는 USB 2.0 포트와 하위 호환하는 옵션도 있습니다. 호환되는 카메라로는 Basler USB3 Vision 카메라, 및 USB 2.0 포트로 하위 호환되는 USB3 Vision 카메라가 있습니다. 다양한 USB3 Vision, GigE Vision 및 IP 카메라로 연결 가능하기 때문에, 현 CompactRIO 타겟 뿐 아니라 사용자들 모두 이미지를 즉시 활용할 수 있게 됩니다.

소프트웨어 사용의 경우, NI-IMAQdx 드라이버가 있기 때문에 사용에 변화가 없습니다. 즉, NI-IMAQdx 드라이버를 사용하면, 선택하는 CompactRIO 타겟이나 카메라 인터페이스에 따라 어플리케이션의 요구사항이 변경되더라도 코드를 변경할 필요가 없습니다.

FPGA 보조 프로세싱

여러 이미지 프로세싱 알고리즘은 FPGA의 병렬적인 특징을 활용하며 비전 어플리케이션의 프로세서 집약적인 부분을 FPGA에서 수행하므로, 프로세서가 다른 작업을 처리할 여유가 생깁니다. Vision Development Module은 50개 이상의 FPGA 이미지 처리 함수와 API를 제공하므로, 프로세서와 FPGA간 효율적으로 이미지를 전달할 수 있습니다. 이를 통해 FPGA는 보조 프로세서로서 사용됩니다. 즉, 처리된 이미지는 호스트로 보내지거나, 이미지 프로세싱이 FPGA의 다른 프로세싱 및 I/O와 긴밀하게 결합됩니다. 따라서 시각적인 서보 컨트롤과 같은 어플리케이션을 위한 고성능의 솔루션이 완성됩니다.

^{그림 3: 이미지 처리를 FPGA에서 수행함으로써 신속한 비전 수행이 가능합니다.}

Vision Development Module에 포함된 NI Vision Assistant를 사용하면 FPGA 비전 어플리케이션을 신속하게 프로토타이핑하고 개발할 수 있습니다. Vision Assistant는 설정 기반의 프로토타이핑 툴로써, 개발자들은 이 툴을 사용하여 이미지 처리 알고리즘을 반복하고 파라미터 변경시 이미지에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 알고리즘이 완성되면, Vision Assistant가 전체 NI LabVIEW 프로젝트를 자동 생성합니다. LabVIEW 프로젝트에는 호스트 프로세서 VI, FPGA VI 및 여러 요소(이미지를 프로세서와 FPGA간 전달하기 위한 코드 및 해당 FIFO 등)가 포함됩니다. Vision Assistant로 생성한 FPGA 코드는 성능 향상을 위해 병렬 실행에도 최적화되어 있습니다.