THine Value 산업용 카메라 모듈 철저 비교. UVC 카메라, IP 카메라, Wi-Fi 카메라, MIPI 카메라의 이해득실은?
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(그림 1).
이러한 산업기기에 카메라 모듈을 탑재하면 기존에 없던 새로운 기능을 추가할 수 있다. 예를 들어, 자판기에 카메라 모듈을 탑재하면 촬영된 이용객의 영상으로부터 성별, 연령 등과 같은 데이터를 취득할 수 있고, 이를 통해 판매할 음료의 라인업을 최적화할 수 있다. 즉, 마케팅 데이터 확보에 활용할 수 있다는 것이다. 앞으로도 카메라 모듈을 탑재하는 산업기기는 분명 늘어날 것이다.
선택은 크게 4가지로 나뉜다.
① UVC 카메라
UVC 카메라는 USB 케이블을 통해 연결하여 사용하는 카메라 모듈이다. 온라인 회의나 동영상 전송 용도로 컴퓨터와 연결해 사용하는 웹카메라의 대부분이 이 UVC 카메라다. 장점은 높은 사용 편의성에 있다. UVC(USB Video Class) 표준을 준수하기 때문에 PC OS에 드라이버 소프트웨어가 미리 준비되어 있기 때문이다. 사용자는 UVC 카메라를 연결하기만 하면 PC 화면에 영상을 표시할 수 있다. 따라서 산업기기에 탑재할 때에도 별도의 드라이버 소프트웨어를 개발할 필요가 없다. 반면 단점도 있는데, UVC 카메라는 그 자체가 최종 제품이기 때문에 산업기기 등에 탑재하는 카메라 모듈로서는 외형 치수가 크고, 비용이 비싸다는 것이다.
② IP 카메라
IP 카메라는 Ethernet(이더넷) 케이블을 통해 연결하여 사용하는 카메라 모듈이다. 카메라 자체에 IP 주소가 있어 인터넷에 연결하기만 하면 사용할 수 있다. 네트워크 카메라 라고도 한다. 주요 용도는 감시 카메라 등이며, 산업 장비에 내장하는 용도로도 사용할 수 있다. 장점은 UVC 카메라와 마찬가지로 사용 편의성이 높다는 점이다. 산업기기에 탑재할 때에도 드라이버 소프트웨어를 개발할 필요가 없다. 또한 연결 거리가 100m 정도로 긴 것도 장점 중 하나다. 원거리 감시 등에 사용할 수 있다. 단점은 UVC 카메라와 마찬가지로 외형 치수가 크고 비용이 비싸다는 점이다. 또한 영상 신호를 압축해 전송하기 때문에 실시간 전송이 불가능하고 몇 프레임의 영상 지연이 발생하는 것도 단점이다.
③ Wi-Fi 카메라
Wi-Fi 카메라는 앞서 언급한 IP 카메라의 Wi-Fi(무선랜) 버전이라고 할 수 있다. 따라서 이를 이용하면 카메라 모듈과 영상을 표시하는 모니터 사이를 무선화 할 수 있다. 이것이 가장 큰 장점이다. 게다가 연결 거리가 200m 정도로 매우 길어 사용 편의성도 높다. 단점은 IP 카메라와 마찬가지로 실시간 전송이 불가능하다는 점이다. 또한 주변 환경에 따라 연결이 끊어질 위험이 있고, 연결의 견고성이 상대적으로 낮아 보안에 대한 우려가 있다. 또한, 산업기기 등에 탑재하는 카메라 모듈로서는 외형 치수가 크고 비용이 비싸다는 점도 단점으로 꼽을 수 있다.
④ MIPI 카메라
MIPI 카메라는 스마트폰 등 모바일 기기 내부에서 카메라와 SoC 사이를 연결하는 전송규격 'MIPI CSI-2'를 영상 출력 인터페이스로 채택한 카메라 모듈이다. 장점은 애초에 모바일 기기용이기 때문에 외형 치수가 작고 비용이 저렴하다는 점이다. 또한, 실시간 전송이 가능하고 연결의 견고성이 높은 것도 장점으로 꼽을 수 있다. 반면 두 가지 단점이 있는데, 하나는 연결 거리가 길어도 30cm로 짧다는 것이다. 이 때문에 카메라 모듈과 영상처리 프로세서의 거리가 먼 산업용 장비에 적용하기 어렵다. 또 하나는 산업용 장비에 탑재할 때 드라이버 소프트웨어를 개발하거나 레지스터 코드를 작성해야 하며, UVC 카메라나 IP 카메라와 달리 연결만 하면 영상을 표시할 수 없다는 점이다.
다만, 연결거리의 단점은 적절한 대책을 세우게 되면 어느 정도 해소를 할 수 있다. 구체적으로는 자인 일렉트로닉스의 고속 시리얼 인터페이스 'V-by-One HS'를 조합하면 된다(표1의 '⑤MIPI 카메라 + V-by-One HS'). 그렇게 하면 연결 거리를 약 15m까지 늘릴 수 있기 때문이다(그림2). 게다가 조합으로 인해 발생하는 단점은 거의 없다. 굳이 단점을 꼽자면 부품 비용과 개발 비용이 약간 늘어나는 정도다. 외형 치수가 작거나 연결의 견고성이 높다는 장점은 그대로 누릴 수 있다.
그림2 MIPI 카메라와 V-by-One HS의 조합
V-by-One HS와 결합하여 사용함으로 비용이 증가한다는 단점은 자인 일렉트로닉스가 제공하는 'MIPI 카메라 SerDes 스타터 키트'를 사용하면 대부분 해소할 수 있다. 이 스타터 키트에는 MIPI CSI-2 신호 송수신에 필요한 소프트웨어 일체가 포함되어 있으며, 레지스터 코드를 자동 생성하는 GUI(Graphic User Interface) 툴이 제공된다.
최적의 카메라는 용도에 따라 다릅니다.
● 떠오른 아이디어를 검증하는 경우에는 UVC 카메라
산업기기에 카메라 모듈을 장착하고 그 영상을 AI(인공지능)로 영상 인식하면 새로운 기능을 추가할 수 있을 것이다. 갑자기 그런 아이디어가 떠오를 때가 있을 것이다. 이 아이디어를 검증하는 이른바 PoC(Proof of Concept)에서는 어쨌든 속도가 중요하다. 이 경우, USB 케이블로 연결만 하면 바로 영상 신호를 얻을 수 있고, 아이디어 검증을 빠르게 진행할 수 있기 때문에 사용성이 좋은 UVC 카메라가 적합할 것이다.
● 장착 공간이 한정된 산업 장비의 경우 MIPI 카메라
이미 완성된 산업기기에 카메라 모듈을 장착하는 경우, 이미 장착할 공간이 거의 없는 경우가 많다. 예를 들어, 자판기나 제조 라인용 검사/측정 장비 등에 부착하는 경우다. 이런 경우 외형 치수가 큰 UVC 카메라나 IP 카메라를 채택하기 어렵다. 원래 모바일 기기용으로 개발된 MIPI 카메라가 최적의 솔루션이 될 수 있는데, MIPI 카메라 모듈의 경우 외형 치수가 20mm×20mm 정도의 제품을 구할 수 있기 때문에 한정된 공간 에서도 구현할 수 있다.
다만, 산업용 장비에 부착 할 경우, 영상처리 프로세서와 거리가 멀어질 수 있는데, MIPI 카메라 모듈의 전송 거리가 최대 30cm이므로, 거리 부족이 예상된다. 이 경우 고속 시리얼 인터페이스인 V-by-One HS를 조합하면 문제를 해결할 수 있다. 전송 거리를 약 15m까지 늘릴 수 있기 때문이다.
● 영상신호 전송거리가 100m를 초과하는 경우 IP 카메라
영상을 촬영하는 장소와 그 영상 신호를 처리하는 장소가 매우 멀리 떨어져 있는 산업 장비가 존재한다. 예를 들어, 콘서트홀 등에 설치하는 방송 장비나 해저에서 촬영한 영상을 선상까지 전송하는 해저 카메라 시스템 등이 있다. 요구되는 전송 거리는 100m가 넘는 경우도 있다. 따라서 UVC 카메라로도, MIPI 카메라 + V-by-One HS로도 대응이 어렵다. 따라서 이 경우에는 IP 카메라가 최적의 솔루션이 될 것이다.
● 케이블 연결이 어려운 경우, Wi-Fi 카메라 또는 MIPI 카메라 + V-by-One HS
산업 장비에 카메라 모듈을 장착할 때, 케이블 배치가 문제가 되는 경우가 있다. 예를 들어, 기계적 구조가 복잡한 산업기기 내부에 케이블을 설치하는 경우다. 특히 케이블이 굵으면 설치가 어려워진다. 이 경우, 최대한 얇은 케이블을 사용할 수 있다면 설치작업이 훨씬 수월 해진다. 이때 최적의 솔루션은 MIPI 카메라 + V-by-One HS이다. V-by-One HS는 시리얼 인터페이스이므로 적은 수의 케이블로 영상신호를 전송 할 수 있다. 또한, 외형 크기와 비용이 허용한다면 Wi-Fi 카메라 라는 대안도 있다. 애초에 케이블이 필요 없기 때문에 설치 작업에서 해방될 수 있다.
● 별매(옵션) 카메라를 연결할 수 있도록 하는 경우 UVC 카메라
POS 단말기 등과 같은 업무용 기기에서는 별매(옵션) 카메라를 단말기 본체에 연결할 수 있도록 하는 경우가 있다. 단말기 구매 후 QR 코드 판독이 필요한 경우에 대응할 수 있도록 하기 위함이다. 이 경우, 최종 사용자가 카메라를 구입하여 단말기 본체에 직접 연결하여 사용하게 된다. 간단히 연결할 수 있는 것이 가장 중요하기 때문에 최적의 솔루션은 UVC 카메라가 될 것이다.
이상