카테고리: Test & Measurment

머신 비전 시스템용 CMOS 이미지 센서

머신 비전 시스템용 CMOS 이미지 센서

제조라인 비전시스템 이미지

마이클 드루카, 온세미컨덕터 산업/보안 담당 상업화 전략 부장

머신 비전  시스템은 시스템이나 프로세스의 정보를 수집하고 판단을 내리는데에 영상 정보를 이용한다. 기본적으로 조명과 소프트웨어로 구성된 카메라 및 이를 구동시키는 이미지 센서는 머신 비전 시스템의 전반적인 운영 및 제작 품질 또는 생산성을 향상시키는 핵심 요소가 된다. 대표적인 고급 머신 비전 애플리케이션은 기본적인 측정, 계산, 점검 기능의 조합으로 이루어진다. 어떤 물체를 판단할 때에는 제시된 대상이 몇 개 존재하는지, 크기가 어떤지, 품질 수준은 어떠한지 등을 판단하게 된다. 예를 들어 머신 비전 시스템은 어떤 제품에 정확히 몇 개의 구멍이 뚫려 있는지를 확인할 뿐 아니라 각 구멍의 공간 및 모양도 확인한다. 머신 비전 시스템의 다른 애플리케이션으로는 로봇 팔을 이용해 대상을 들어올려 봄으로써 위치를 확인하거나 정확한 장소에 위치해 있는지를 확인하는 일이 있다. 그런가 하면 바코드 및 번호판이나 문자를 인식하거나 유체의 높이를 측정하기도 한다.

이러한 애플리케이션의 각 기능은 최종 카메라 시스템에 구체적으로 필요하며 최종적으로는 애플리케이션에 적용할 영상 감지기의 속성으로 구성된다. 영상 캡쳐 품질에 따라 영상을 분석하는 컴퓨터가 정확한 측정을 통해 정확한 결론에 도달할 수 있게 되므로 영상 캡쳐 품질의 최소 수준도 파악할 능력이 있어야 한다. 만약 캡쳐한 영상이 분석 및 사용에 불충분한 수준이라면 영상 캡쳐 품질의 수준이 가장 중요한 요소가 될 것이며 프레임 비율이나 렌즈 배율 및 크기 등의 기타 다른 특징들은 부수적인 요소일 뿐이다.

과거에는 머신 비전 애플리케이션을 높은 화질로 구현할 수 있어 CCD 이미지 센서가 통용되었다. 그러나 최근 발전된 CMOS 픽셀 디자인에 따라 다수의 다양한 최종 소비자들이 머신 비전 애플리케이션을 통해 구현하고자 하는 충분한 화질을 제공하므로 CMOS 이미지 센서 사용이 광범위하게 늘어나는 추세이다.

온세미컨덕터의 의 PYTHON시리즈 소자와 같은 최신의 CMOS 이미지 센서 플랫폼은 움직이는 물체에 대한 왜곡이 없이 캡쳐하는 글로벌 셔터 픽셀을 기본으로 한다. 픽셀 내부의 CDS(Correlated Double Sampling, CDS) 기능은 낮은 출력 노이즈를 가지며 칩 내부의 고정 패턴 노이즈 (Fixed Pattern Noise, FPN) 수정 기능은 화질을 유지시켜주는 역할을 한다. 10비트 아날로그 디지털 변환기 (ADC)와 60dB 다이내믹 레인지를 특징으로 하는 화질 특성은 머신 비전 시스템이 이러한 화질특징을 CMOS 플랫폼 운영에 효과적으로 활용할 수 있도록 한다.

머신 비전 시스템용 CMOS 이미지 센서

여러 머신 비전 애플리케이션들은 더 빠른 속도로 작동되어 생산성을 향상시켜야 하므로 고대역폭 해독을 지원하는 이미지 센서의 필요가 늘어난다. CMOS 플랫폼 출력 아키텍처가 이를 가능하게 하는데 그 이유는 디지털 출력이 CMOS 소자에서 사용 가능한 대역폭 증가를 위해 추가될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 32개의 독립 LVDS 출력을 사면 고해상도 PYTHON 소자가 CCD 표준 용량을 훨씬 웃도는 2,500만 화소출력을 위해 최대 80 fps 를 지원하며 10 GigE 및 USB 3.1 과 같이 최신의 컴퓨터 인터페이스를 초과하는 대역폭을 실현하게 해준다.

게다가 영상 감지기 배열의 한 부분을 해독할 때 관심 영역 (Region of Interest, ROI) 모드에서의 구동은 CMOS 출력 설계가 발휘할 수 있는 고유 융통성 영역은 이 소자에서 사용할 수 있는 프레임 비율을 더 증대시키게 된다.  제대로 설계가 되었다면 이 방식으로 구동한 경우 ROI 의 X, Y 비율에 의해 증가시키게 되므로 표준 디자인 (ROI의 X만을 증가시키는) CMOS 출력 디자인을 사용했을 때 보다 더 빠른 프레임 비율을 기대할 수 있게 된다.

예를 들어, PYTHON 5000 이미지 센서의 실제 프레임 비율을 표준 CMOS 산출 설계가 적용된 유사 500만 이미지 센서의 이론적인 프레임 비율과 비교해보면, 두 설계는 모두 전체 해상도에서 초당 약 100 프레임의 동일한 프레임 비율을 기록할 것이다. 그러나 영상의 720p (1280 x 720 화소) 영역을 해독해보면 PYTHON 소자에서 가능한 프

레임 비율은 거의 600 fps 정도의 수준으로 증가하며 표준 산출 설계의 경우 300 fps 만이 증가된다. 이렇게 빨라진 속도는 소자에서 가능한 전체 프레임 속도 비율을 최대화하는 차별화 기준이 된다.

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머신 비전 애플리케이션에서 캡쳐된 영상의 세부 내용을 정밀히 확인하기 위해 고해상도가 요구되기도 하는데 이는 데이터 가공 속도를 불필요하게 늦출 수 있는 과도한 정보가 캡쳐되지 않았음을 확인하는 과정을 통해 그 수준이 조정되어야 한다. 화소들은 적당한 종횡비에 맞게 구성되며 애플리케이션의 영상 캡쳐를 최적화 하기 때문에 적당한 화소 수 못지 않게 중요한다. 예를 들어, 픽 앤 플레이스 (Pick and Place) 애플리케이션에 사용되는 카메라는 렌즈의 전체 뷰에 걸쳐 영상 캡쳐를 최대화하기 위해 종횡비가 거의 1:1의 비율이다.

애플리케이션의 특정 영상에 맞도록 전반적인 영상 시스템을 최적화 하기 위해서는 서로 다른 분광 감도 (컬러, 흑백, 확장된 근적외선 (NIR)) 도 필요하다. 카메라 설계 및 제조 공정 설계를 최적화하기 위해 카메라 제조사는 최종 소비자를 위한 카메라 옵션의 모든 목록을 신속하고 효율적으로 개발하는데 최선을 다한다. 이를 위해서는 다양한 해상도 노트 및 색상 옵션을 포함하는 통합된 이미지 센서 제품 라인을 구성하는 것이 필수이다.

온세미컨덕터가 제공하는 PYTHON시리즈 소자들은 VGA 부터 2500만 화소에 이르는 다양한 해상도에 40여 개가 넘는 다양한 옵션을 제공한다. 이 소자들은 흑백, 베이어 컬러 및 확장된 근적외선 감도 등 다양한 설정 옵션으로 제공되며 일 부 모델들은 저출력 설정으로도 가능하다.  그런가 하면 카메라 조립 과정에서 이미지 센서 보호를 위해 분리가 가능한 테이프와 함께 제공되는 경우도 있다. 카메라 제조사는 두 종류의 PCB만을 이용하여 전체 센서를 사용할 수 있으며 온세미컨덕터가 제공하는 완전한 개발 지원 서비스를 이용해 개발 시간을 단축할 수도 있다.

여전히 아주 특수한 애플리케이션 분야에서는 아직 CCD 이미지 센서가 선호되고 있는 상황이지만 머신 비전 애플리케이션에서는 영상 품질, 대역폭, 영상처리 유동성, 설정 유동성 등의 특징으로 인해 CMOS 이미지 센서 사용이 가속화되고 있다. 이러한 플랫폼의 소자를 이용한 영상 처리 성능은 산업용 영상에 필요한 성능과 기능을 새로운 단계로 도약시켜 준다.

 

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키사이트, 5G 후보 파형 설계 및 검증용 올인원 SW ‘시그널 옵티마이저’ 출시

시그널 옵티마이저 소프트웨어

키사이트코리아(대표 윤덕권)가 업계 최초이자 유일한 5G 후보 파형 교정, 신호 생성, 신호 분석을 위한 올인원 소프트웨어 ‘시그널 옵티마이저 소프트웨어’를 출시했다. R&D 엔지니어는 이 제품을 통해 5G 신호 발생과 분석에 관련된 중요한 설계 업무와 교정을 단순화시킴으로써, 연구에 더 많은 시간을 집중할 수 있어, 제품을 시장에 빠르게 출시할 수 있다.

시그널 옵티마이저 소프트웨어

교정은 5G 신호의 정확한 측정을 위해 필수적이지만, RF, 마이크로웨이브 및 밀리미터웨이브 주파수에서 광대역 채널 교정은 어려운 작업이다. 키사이트의 새로운 시그널 옵티마이저 소프트웨어는 이전보다 쉽게 완벽히 가이드 된 시스템 교정을 만들어 이 과제를 극복할 수 있다. 또한 복잡한 시스템 최적화와 측정을 단순화하는 작업 기반의 명령을 통해, 엔지니어가 자신의 5G 설계를 더 자신 있게 검증할 수 있도록 한다.

키사이트 인터넷 인프라스트럭처 솔루션 그룹 마크 피어포인트 부사장은 “주요 무선 설계 기관의 R&D 엔지니어와 디바이스 공급자들은 복잡하고 서로 다른 툴을 사용해 5G 후보 기술을 설계하고 평가하고 있다”며, “새로운 시그널 옵티마이저는 하나의 소프트웨어 솔루션에 5G 측정 과학과 유연한 광대역 시스템 교정을 함께 가져옴으로써 이 문제를 해결한다. 결과적으로 모바일 무선 서비스의 5G 전개 가속화를 위한 강력한 5G 중심 솔루션이 될 것이다”고 말했다.
키사이트 시그널 옵티마이저 소프트웨어는 FBMC와 F-OFDM과 같은 5G 후보 기술의 파형 발생과 분석이 가능하다. 또한 5G를 위해 강화된 LTE가 기존의 LTE 신호에 대한 새로운 멀티플 액세스와 함께 개발되고 있다. 추후 필요에 따라 시그널 옵티마이저 소프트웨어에 다양한 기능이 추가될 예정이다.

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아나로그디바이스 ADC, 고해상 이미지 제공으로 범용 무선 테스트 플랫폼 지원

AD9164 DAC

아나로그디바이스(www.analog.com, 한국대표 양재훈)가 군용 및 민간 레이더 설계자들에게 고해상도의 레이더 이미지를 제공하는 한편 솔루션 부품 개수는 오히려 줄일 수 있는 AD9164 DAC를 발표했다.

새로 출시된 AD9164 DAC는 스마트폰 테스터와 같은 정밀 계측 장비 설계자들에게 향상된 테스트 속도 및 정확도를 보장해 시장 출시 기간을 대폭 단축하는 것은 물론, 테스터의 복잡성과 크기도 상당히 줄여 준다. 오디오에서부터 6GHz에 이르는 주파수 범위를 제공하는 AD9164 DAC 덕분에 테스터 시장이 범용 무선 테스트 플랫폼을 향해 한 발짝 더 가까이 다가갈 수 있게 되었다.

아나로그디바아스 AD9164 DAC

AD9164 DAC 의 특징
* ADI의 DAC 제품군 가운데 최고의 선형성 제공
* 이전 세대 ADI 솔루션 대비 100~1,000배 향상된 스펙트럼 성능 향상 (20~30dB 개선) 제공
* 기존 ADI PLL 시스템 대비 100배 단축된 주파수 변환 시간 덕분에 높아진 민첩성 제공

AD9164 DAC를 사용하면 솔루션 부품 개수를 줄이면서도 크기까지 작아져 소자(element) 수준의 디지털 빔 형성의 최신 레이더 솔루션이 가능해진다. 또한, AD9164 DAC는 기존에 출시된 AD9162와 동일한 성능 사양을 보유하면서도 최대 32개의 서로 다른 주파수에서 300 ns미만의 동기식 고속 주파수 호핑을 보장하는 온칩 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer, DDS)도 탑재하고 있다. 이러한 사양 덕분에 AD9164는 AM 방송 대역이나 일본 FM 대역부터 5.8GHz UNII 대역에 이르기까지 어떤 것이라도 테스트할 수 있게 된다.

AD9164는 2x 인터폴레이터(FIR85)를 내장하여, 이를 통해 더욱 낮은 데이터율에서 설정 변경이 가능해지고, 전체 시스템 전력을 절감하고 필터링 요건을 완화시켜주는 컨버터 클로킹도 가능해진다. 또한, 새로운 DAC는 믹스 모드 (mix-mode) 동작에서 뛰어난 동적 범위를 유지하면서 제2차, 제3차 나이퀴스트 영역에 최대 7.5GHz까지 RF 반송파를 복원하도록 구성할 수 있다.

아이씨엔 매거진 news@icnweb.co.kr

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NI, 상용 오픈 플랫폼 구축 지원하는 턴키 HIL 시뮬레이터 출시

NI, 상용 오픈 플랫폼 구축 지원하는 턴키 HIL 시뮬레이터 출시

내쇼날인스트루먼트(ni.com/korea, 이하 NI)는 자동차 및 항공 우주 분야의 임베디드 소프트웨어 테스트 엔지니어들이 촉박한 일정과 끊임없이 변하는 테스트 요건, 부족한 인력 등의 문제를 해결하면서 품질을 유지하도록 지원하는 모듈식 오픈 아키텍처 기반의 턴키 HIL 시뮬레이터(Hardware-in-the-Loop Simulator)를 발표했다.

상용 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼을 기반으로 설계된 NI 시스템은 카메라 처리 및 RF I/O와 같은 신기술과 기존 HIL 구성 요소를 단일 시스템으로 간편하게 통합한다. 이 시스템은 기존 방식과 다르게 뛰어난 응용성을 바탕으로 하여 엔지니어들이 ADAS, 전기 자동차 시스템 및 고급 센서 통합(레이더) 등 빠르게 진화하는 신기술에 대응할 수 있도록 지원한다.

HIL 시뮬레이터

이에 테스트 엔지니어들은 NI의 HIL 시뮬레이터를 사용해, 폐쇄적인 테스트 시스템을 사용하거나 시스템 전체를 구축할 필요 없이 업계 표준의 오픈 플랫폼을 기반으로 설계된 턴키 테스트 시스템을 선택하여 사용할 수 있다는 것이 업체측의 주장이다.

사브 에어로노틱스(Saab Aeronautics)의 안데르스 툰스트뢰메르(Anders Tunströmer)는 “사브는 오픈 표준 플랫폼을 기반으로 설계된 NI HIL 테스트 시스템을 선택하였고, 이를 통해 테스트, 장기적인 유지 보수, 하드웨어 소유 비용 전반을 절약할 수 있었다”며 “이 시스템은 필요에 따라 정확하게 원하는 대로 설정할 수 있어, 그리펜 파이터(Gripen fighter) 전투기의 LRU 테스트를 통합하고 임베디드 소프트웨어의 결함을 찾아 수정하는 데 걸리는 시간을 단축할 수 있었다”고 말했다.

NI의 데이터 수집 및 임베디드 시스템 담당 부사장인 차드 체스니(Chad Chesney)는 “요구사항이 변하고 보다 포괄적인 테스트 적용 범위가 중요해지면서 대부분의 HIL 테스트 시스템은 기본 구성 요소 외에도 어느 정도의 사용자 설정이 필요하게 되었다”며, “NI는 이러한 테스트 시스템의 기본 구성 요소를 표준화하여 고객과 파트너들이 각자의 전문 분야에 집중할 수 있고, 가장 안정적이고 혁신적인 제어 시스템을 제공할 수 있도록 했다”고 밝혔다.

HIL 시뮬레이터는 PXI 및 CompactRIO 오픈 플랫폼을 기반으로 설계된 최신 시스템이다. HIL 시뮬레이터에는 VeriStand 리얼타임 테스트 구성 및 로깅 소프트웨어, LabVIEW 시스템 설계 소프트웨어 외에도 신호 경로 설정, 스위치, 부하 및 신호 조건 설정 표준화를 위한 NI의 새로운 SLSC 하드웨어가 탑재되어 있다. NI HIL 시스템은 리얼타임 운영 체제와 FPGA 기술을 사용하여 최고의 사용자 맞춤 설정 기능을 제공할 뿐만 아니라 기존의 상용 구성 요소를 활용하여 장기적인 유지보수의 위험성을 줄였다.

HIL 시뮬레이터 주요 기능
· 소프트웨어 테스트 적용 범위를 극대화하는 카메라 이미지 데이터, 레이더 목표물의 RF 측정 및 생성, 스마트 키, 타이어 기압 모니터링 시스템(TRMS), 고급 모델 구현을 위한 FPGA 등의 기술이 포함되도록 시스템 설정
· VeriStand 테스트 소프트웨어와 함께 제공되는 턴키 HIL 시뮬레이터로 테스트를 신속하게 시작하고 보다 빨리 더 많은 결함을 찾아냄으로써 리얼타임 시뮬레이션, 오류 모사 및 데이터 수집 수행
· ASAM XIL 업계 표준으로 타사 소프트웨어 모델과 타사 시스템을 간편하게 통합하여 기존 모델 및 하드웨어 재사용

아이씨엔 매거진 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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리니어 테크놀로지, 고주파수 SiGe 바이폴라 기술의 광대역 15dB 이득 블록 증폭기 출시

Wideband Ultralow Distortion 15dB Gain Block

리니어 테크놀로지 코리아(대표 홍사곽)는 고주파수 SiGe 바이폴라 기술을 사용한 광대역 15dB 이득 블록 증폭기, LTC6433-15를 출시한다고 밝혔다.

Wideband Ultralow Distortion 15dB Gain Block

이 증폭기는 150MHz에서 47dBm OIP3(output third order intercept) 및 3.22dB 잡음 수치를 제공해 뛰어난 선형성을 제공하는 광대역 15dB 이득 블록(gain block) 증폭기로 19.2dBm의 뛰어난 OP1dB (output 1dB compression point)를 제공한다.

LTC6433-15는 일반적으로 GaAs나 pHEMT 공정을 이용해 설계된 다른 이득 블록 증폭기 제품들과 다른 특성을 갖는다. FET 기술은 20MHz ~ 30MHz대역에서 1/f 잡음 코너가 높아서, 잡음 플로어가 높게 상승될 수 있다. 즉 주파수가 낮을 때 사용하지 못할 수 있다.

이에 반해, LTC6433-15 증폭기 코어는 고주파수 SiGe 바이폴라 기술을 사용하여 설계되었다. 그 결과, 증폭기는 1/f 잡음 코너보다 훨씬 작아, 일반적으로 10kHz이하이다. 따라서, 상당한 양의 잡음 상승이 없기 때문에, 저주파수에서 100kHz일 때도 사용할 수 있게 된다. 또한, GaAs 및 pHEMT 타입의 디바이스의 성능은 내부 FET 바이어스 전압에 따라 매우 달라지며, 이 같은 현상은 부품마다 폭넓게 상이하게 나타날 수 있는 단점이 있다. 그러나, LTC6433-15는 온도에 따른 편차 및 부품간의 성능편차가 안정적이며 전원 공급장치의 전압 편차에 민감하게 반응하지 않는다.

LTC6433-15의 저주파수 성능은 제품사용 분야를 확장시키며, 케이블 네트워크 광대역 신호 소스, 레이더 리시버 IF 증폭기, VHF/UHF 방송 라디오, RF 테스트 계측을 포함해 폭넓은 범위의 증폭기 애플리케이션에서 성능을 향상시킨다. LTC6433-15는 DC 커플링을 요구하지 않는 증폭기 애플리케이션에서 수많은 연산 증폭 솔루션을 대체할 수 있는 우수한 제품이다.

LTC6433-15 입력 및 출력은 1dB 평탄도로 100kHz ~ 1GHz 범위에서 50Ω 광대역으로 정합된다. 이 제품은 1.4GHz의 –3dB 대역폭을 갖는다. 증폭기는 입력 및 출력 DC 차단 커패시터에, 개방형 컬렉터 출력을 바이어스 할 수 있는 초크(choke), 저주파수에서 매칭 및 이득 평탄도를 설정할 수 있는 피드백 커패시터만 필요하다. 따라서, LTC6433-15는 광대역 설계를 단순화하고 최소 외부 부품으로 쉽게 캐시케이드할 수 있다. DC2168A 평가 회로는 이러한 성능을 제시하며, 평탄 이득, 저잡음, 산업 선도적인 왜곡 성능을 갖추어 100kHz ~ 1GHz 대역을 커버한다.

파워일렉트로닉스 매거진 power@icnweb.co.kr

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