기존 기술의 두배 속도로 데이터를 스트리밍하는 새로운 카메라 및 프레임 그래버 조합

Product / 03.2019


전보다 더 높은 수준의 스트리밍 데이터 처리량을 제공하는 신 세대 카메라와 프레임 그래버가 의료 진단, 제조 검사 및 그 밖의 많은 응용 분야에 큰 발전을 가져다 줍니다. 좋은 예로, 환자의 혈액에 있는 세포 하나에 대한 대량 신속 처리를 시각화함으로써 세포를 진단하는 미소유체 기반 진단 기술인 이미지 유세포 분석법이 개발 중에 있습니다. 이 접근 방식에서는 작은 샘플을 사용하거나 불편한 실험실 방법으로는 잘 검출되지 않는 매우 낮은 농도에서 발생하는 암 종양 및 다른 세포를 검출할 수 있습니다. 머신 비전의 더 높은 데이터 처리 속도와 더 높은 해상도는 전자 제품에 있는 작은 결함을 기존 기술보다 더 빠르게 감지할 수 있게 합니다.



 

카메라 제조업체들은 센서 이미지 품질과 직접 데이터 전송 속도 면에서 큰 진전을 이룸으로써 전례없는 해상도와 데이터 속도로 이미지를 스트리밍할 수 있는 능력을 제공합니다. 예를 들어, Vision Research Phantom S990 9메가픽셀(4K) 이미지를 최대 938 fps(초당 프레임 수)로 스트리밍하여 거의 초당 9 기가픽셀의 데이터 속도를 달성합니다. 이 수준의 처리량은 사후에 다운로드하여 분석하기 위해 카메라에 있는 저장 장치에 사용되어 왔습니다. 그러나, 요즘의 연구원들과 엔지니어들은 실세계 문제를 해결하는 데 즉시 적용할 수 있도록 실시간에 데이터를 캡처하고 표시하고 분석하는 능력을 필요로 합니다.

현재까지는 이렇게 빠른 속도로 데이터를 캡처하는 최상의 접근 방법은 네 개의 CoaXPress 6.25 기가비트 (CXP-6) 프레임 그래버를 이용하여 16개의 표준 CXP-6 채널에서 데이터를 스트리밍하는 것이었습니다. 이 때 각 채널은 단일 75옴 동축 케이블을 통해 초당 6.25 기가비트를 제공합니다. CXP 50개 이상의 공급업체가 지원하는 머신 비전 카메라와 프레임 그래버를 위한 가장 일반적인 고속 인터페이스입니다. 이 인터페이스는 확장 가능하므로 여러 케이블을 사용하여 채널 당 6.25 Gbps씩 대역폭을 늘릴 수 있습니다

문제는 현재까지 가장 강력한 프레임 그래버도 CXP-6 채널을 네 개만 지원하는 데 반해 Phantom S990이 제공하는 초당 9 기가픽셀 속도를 지원하려면 16개의 CXP-6 채널이 필요하다는 것입니다. 특히 이러한 응용 분야에 종종 그래픽 카드가 필요하다는 점을 고려할 때, 이들 카드를 수용하는 데 필요한 네 개의 PCIe(PCI Express) 슬롯을 가진 컴퓨터는 드뭅니다. 게다가, 프레임 그래버가 네 개 필요함에 따라 애플리케이션 비용이 증가합니다.

Coaxlink Octo

Euresys는 총 5,000 Mb/s의 카메라 대역폭을 위해 여덟 개의 CXP-6 연결을 제공하는 Coaxlink Octo를 도입하여 이 문제를 해결했습니다. 이전의 가장 빠른 프레임 그래버보다 두 배 빠른 이 프레임 그래버는 업계에서 가장 높은 데이터 캡처 속도를 제공합니다.



























가장 빠른 속도의 디지털 카메라를 지원하기 위해 새로운 Coaxlink Octo 프레임 그래버가 두 개만 있으면 되는데, 이는 대부분의 컴퓨터에 쉽게 장착할 수 있는 PCIe 슬롯 개수입니다. 새로운 8채널 프레임 그래버는 대체할 수 있는 두 개의 4채널 프레임 그래버보다 보통 35% 저렴합니다.

 

Phantom S990 카메라

Phantom S990 카메라는 각기 네 개의 포트로 이루어진 네 개의 뱅크에서 데이터를 출력합니다. 각 뱅크는 두 줄의 이미지에 대한 데이터를 스트리밍하고 뱅크가 이미지 센서까지 연속하여 이동하여 완전한 이미지를 스트리밍합니다. Coaxlink Octo 프레임 그래버는 출력을 수집하고 전체 이미지를 재구성합니다. 이미지 재구성은 DMA(직접 메모리 액세스)를 통해 하드웨어에서 모두 수행되므로 CPU 시간을 전혀 소모하지 않습니다. Euresys에서는 Phantom S990과 같은 특정 카메라를 위한 샘플 프로그램을 제공하는데, 사용자는 고속 카메라를 지원하기 위한 출발점으로 이 샘플 프로그램을 이용할 수 있습니다.


Memento 디버깅 툴


Coaxlink Octo 프레임 그래버에는 카메라, 프레임 그래버, 드라이버 및 애플리케이션과 관련된 이벤트의 정확한 로그를 기록하는 Memento 디버깅 툴도 포함되어 있습니다. 이 툴은 모든 스트리밍 데이터에 대해 시간이 기록된 이벤트의 정확한 로그와 함께 문맥 정보 및 논리 분석기 뷰를 제공합니다. 이 툴은 거의 1 마이크로초 단위의 정밀도를 제공하므로 케이블 식별, 트리거 및 버퍼링 문제 같은 타이밍 문제를 해결하는 데 적합합니다.
Coaxlink 드라이버는 GeniCam 표준과 100% 호환되므로 이 표준을 따르는 어떠한 프레임 그래버에도 실행할 수 있습니다.
 

새로운 카메라/프레임 그래버 조합의 응용 예로 혈액 샘플에서 CTC(순환종양세포)를 검출하는 시험이 있습니다. 샘플에서 약 109 개 혈액 세포 당 1개의 CTC가 존재하기 때문에, 기존의 실험실 시험 방식은 민감도가 낮아 순환종양세포를 검출하는 데 종종 실패합니다. 때로는 암이 전이되어 치료 불가능한 지경에 이를 때까지 종양세포를 검출하지 못하는 경우도 있습니다. 반면에 유세포 분석법은 환자의 개별 혈액 세포 이미지를 분석하여 훨씬 낮은 농도에서 더 신속하게 CTC를 검출할 수 있습니다. 이러한 방식으로 유세포 분석법은 희귀 백혈병, 편평상피암, 흑생종 및 유방암 CTC를 검출할 수 있어서, 치료 가능한 시간 내에 암을 발견할 가능성이 높습니다.
 

Phantom S990 Coaxlink Octo 프레임 그래버 조합은 유세포 분석법을 비롯한 많은 응용 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 현재 구입 가능한 카메라 및 프레임 그래버에 요구되는 시간의 절반에 테스트를 수행할 수 있어서 환자의 불편이 줄어들고 테스트 비용을 절감할 수 있습니다. 결론적으로, 기존 기술의 두 배에 달하는 처리량으로 비전 데이터를 스트리밍하는 새로운 카메라/프레임 그래버 조합은 광범위한 비전 응용 분야에 막대한 이점을 줍니다.


 

Author:
Dr. Paulo Possa
Hardware Engineer