[첨단 헬로티]

SoC의 발전과 딥러닝을 포함하는 AI 기술이 접목되면서 더욱 주목받는 임베디드 비전

2000년 첫 카메라가 휴대전화에 등장했을 때는 임베디드 비전이 주류 소비시장에 도입되는 계기가 됐다. 카메라는 0.11MP 해상도로 사진을 찍었다. 이제 거의 20년이 지난 지금, 모바일 기기에서는 임베디드 비전이 어디서나 볼 수 있는데, 소니는 올해 48MP 센서를 탑재한 IMX586을 출시할 계획이다.

하지만 임베디드 비전에 목매는 것은 소비자 시장만이 아니다. 이 기술은 자율주행 자동차에서 창고 물류에 이르는 시장으로 확산되었다. 실제로 임베디드 비전 전문가들은 기술적 진보에 힘입어 2019년을 임베디드 관련 신제품이 가능하고, 시장 기회가 확대되는 주요 전환점으로 보고 있다.

실리콘과 칩의 지속적인 소형화는 임베디드 비전이 그 범위를 확장하도록 한 가장 큰 요인일 것이다. 한 업계 관계자는 이러한 기술적 진보는 "칩 당 처리능력을 크게 증가시켰고, 칩의 상대적 에너지 수요를 감소시켰다"라고 설명한다.

그는 또한 특히 ARM에 의해 옹호되는 에너지 효율적 설계의 강력한 증가를 주목한다. 한 업계 관계자는 "이 모든 것이 작은 발자국에서도 처리 능력을 향상시켜 카메라의 해상도가 높아짐에 따라 이미지 데이터를 처리할 수 있는 강력한 임베디드 보드를 확보할 수 있게 해준다"며 "이제 임베디드 보드에서 필요한 고급 처리를 수행할 수 있게 되었다"고 말했다.

소프트웨어 측면에서 그는 “리눅스 운영체제와 OpenCV 컴퓨터 비전 소프트웨어 라이브러리의 채택이 증가하고 있으며, 이 두 라이브러리 모두 무료, 오픈소스이지만 및 안정성이 있다”고 보고 있다. 임베디드 시스템 및 실시간 시스템용으로 설계된 OpenCV에는 객체 검출, 스테레어 카메라에서 3D 포인트 클라우드 생성, 이미지 스티칭, 얼굴 인식 등의 작업에 사용할 수 있는 2500개의 알고리즘이 포함돼 있다.

한 업계 관계자는 “산업 용도와 관련해 기업들은 단순성과 콤팩트성 때문에 임베디드 비전을 선택하고 있다”고 설명한다. 응용 분야로는 로봇 조립, 선택 및 배치(Pick and place), 자동 광학 검사 등이 있다.

핵심은 이러한 시스템을 사용자 친화적으로 만드는 것이다. 즉, 이는 사용자가 임베디드 비전 시스템을 프로그래밍하는데 광범위한 지식이 필요하지 않음을 의미한다. 한 업계 관계자는 “산업계는 가능한 한 가장 간단한 비전 솔루션의 유지와 전개를 고려할 필요가 있다”고 말한다.

▲모든 개발이 임베디드 비전에서 이루어지면서 업계 관계자들은 2019가 전환점이 될 것으로 기대하고 있다.

소비자-산업 시장에서의 임베디드 비전
임베디드 비전 기술의 소비자 시장에서 산업 시장으로의 전환은 또 다른 근본적인 변화를 의미한다. 한 업계 관계자는 “센서 측면의 CMOS 센서 기술의 진보와 함께 임베디드 PC 발전으로 인해 더욱 빠르고 작고 강력해진 산업적 관점에서 새로운 영역이 확립되었다"라고 말한다.

그는 특히 "임베디드 비전을 추구하는 회사들은 소비자 시장이 제공하는 가격의 혜택을 누리고 싶어하지만, 그들은 수년간 머신비전이 제공해온 것의 신뢰성과 견고함을 필요로 한다“고 설명한다.

이러힌 산업 공간에서 애플리케이션은 IoT 엣지 디바이스, 물류, 보안 및 지능형 교통 시스템 뿐만 아니라 소매에서의 홍채 검사나 안면인식 등을 포함해 광범위하다.

소비자 시장과 산업 시장에서 기업의 비전 구매 습관은 뚜렷하게 구분된다. 한 업계 관계자는 “누군가 전통적인 비전 시스템을 설계하고자하는 경우, 일반적인 카메라로 시작해 어떤 해상도가 필요한지, 어떤 종류의 광학적 난제가 있는지 파악해야 한다”며 “임베디드 비전 시장에서는 프로세서를 먼저, 비전 센서를 두 번째로 구입한다”고 설명한다.

바슬러(Basler)는 고객의 애플리케이션 요구에 따라 3가지 수준의 임베디드 비전 시스템을 제공한다. 엔트리 레벨에서는 USB 3.0 인터페이스를 수용하는 기성품 싱글 보드 카메라가 있다. 완전히 임베디드 된 시스템을 향한 다음 단계는 주로 시스템 온 모듈형 애플리케이션에서 FPGA 기반 시스템에 맞춰진 LVDS 인터페이스용 BCON이다.

마지막으로, 바슬러(Basler)의 BCON for MIPI(모바일 산업 처리 인터페이스)를 탑재한 다트 카메라 모듈은 퀄컴의 스냅드래곤 SoC에 이미지 신호 프로세서(ISP)를 갖추고 있다. 바슬러 관계자는 "ISP의 툴을 활용함으로써 카메라 모듈을 가능한 한 조밀하게 만들고, 전체 비전 시스템의 전반적인 비용을 낮추었다"라고 말한다.

임베디드 비전의 핵심 ‘SoC 전진’
임베디드 비전은 소형 폼팩터, 낮은 에너지 소비, 강력한 프로세싱 등 임베디드 비전 시스템 설계의 3대 주요 이점을 제공하는 소형 컴퓨터인 SoC의 성공에 힘입은 바 크다. 더욱이 SoC 아키텍처는 진화된 딥러닝을 이용하기 시작하고 있다.

Allied Vision의 최근 출시된 ALVIUM 기술은 임베디드 컴퓨터 비전용으로 설계된 SoC와 대형 이미지 처리 라이브러리를 결합한 것이다. Allied Vision 관계자는 “기존 임베디드 비전 시스템에는 임베디드 보드에 일종의 센서 모듈이 연결돼 있었다”며 "이미지 처리는 모두 임베디드 보드에서 이뤄진다. 임베디드 보드는 작아야 하고 어떤 형태의 이미지 처리도 할 수 있는 힘(전력)이 부족하기 때문에 문제가 될 수 있다"고 말한다.

시리즈 내의 모든 카메라에 적용된 ALVIUM 기술을 사용하면 온보드 사전 처리가 카메라 내부의 이미지를 보정하고 최적화하여 임베디드 보드를 자유롭게 풀어 이미지 처리 알고리즘을 수행할 수 있다. 그는 "이미지 전처리 중 일부는 이제 카메라 자체에서 수행할 수 있으므로 큰 변화가 일어나고 있다“고 말한다. 이 기술은 선명도, 디아이징 및 비네팅 보정과 같은 조치를 허용한다.

Alvium 1500 및 Alvium 1800 시리즈 카메라는 0.5~ 5MP의 센서 4개가 포함되어 있으며,  최대 21MP까지 이르는 새로운 센서를 추가할 계획이다. USB3 Vision 및 MIPI CSI-2 인터페이스를 지원하는 이 카메라는 소형이며, 에너지 효율적인 시스템을 필요로 하는 드론, 자동판매기, ATM 및 로봇과 같은 애플리케이션에 이상적이다.

SoC 분야의 또 다른 중요한 진입은 Nvidia의 Jetson AGX Xavier다. 이 칩은 가장자리에 비전을 배치하여 픽앤 플레이스(pick and place), 로봇 어셈블리 및 자동 광학 검사와 같은 산업 기반 임베디드 애플리케이션에 이상적이다. Jetson AGX Xavier는 32 TeraOPS(초당 32 조 연산)를 제공하며, 100mm x 87mm 소형 폼 팩터로 10W, 15W 및 30W의 저전력 소비 모드로 PC 호스트 시스템의 성능을 제공한다.

▲바슬러가 제시하는 임베디드 비전 키트

임베디드 비전의 전환점이 될 2019년
모든 개발이 임베디드 비전에서 이루어지면서 업계 관계자들은 2019가 전환점이 될 것으로 기대하고 있다. 한 업계 관계자는 여러 가지 면에서 이러한 가능성을 보고 있는데, 특히 더 강력한 임베디드 프로세서가 등장하기 때문이다. 그는 "3~4년 전만 해도 하나의 카메라가 달린 자체 내장형 장치를 임베디드 시스템이라고 했으나, 강력한 임베디드 프로세서를 통해 멀티 카메라 시스템 성능을 경험하게 되었다"고 말한다.

또한 그는 2019년이 더 많은 기업들이 임베디드 비전 프로젝트에 방아쇠를 당기는 해가 될 것으로 예상하고 있다. 그는 "지금까지 교육 과정이었다"며 "이것은 더 이상 단순한 토론이나 이론적 아이디어가 아니다. 우리는 이제 수많은 프로젝트를 수행하고 있다"고 말한다.

임베디드 비전에 영향을 미치는 또 다른 요인은 딥러닝이 수행하게 될 역할이다. 그는 "AI를 활용하여 비전 솔루션을 신속하게 교육 및 배포하는 최종 사용자 구성 가능한 애플리케이션은 업계에 큰 영향을 미칠 것"이라고 말한다. 이 기술이 활용되는 제품은 휴대용 의료 영상 장치에서부터 무인 항공기에 이르기까지 다양하다.

하지만 아마도 더 큰 기회가 임베디드 비전 기술을 기다리고 있다. 한 업계 관계자는 "일반적으로 우리는 문제를 해결하기 위한 딥러닝을 포함하는 AI 접근법으로 우리가 볼 필요가 있는 전통적인 제안으로 결코 고려되지 않았던 비전 문제를 보게 될 것“이라고 말한다.