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머신비전의 성능을 좌우한다, 강력한 디코딩 알고리즘
머신비전의 성능을 좌우한다, 강력한 디코딩 알고리즘
  • 윤진근 기자
  • 승인 2016.03.29 15:19
  • 댓글 0
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마이크로프로세서와 이미징 센서, 디코딩 알고리즘이 진화하면서 이미지 기반 리더기는 기존 레이저 스캐너와 비교해 경제성과 성능이라는 두 마리 토끼를 모두 잡았다.
자료 | 코그넥스 코리아(www.cognex.co.kr)

 
이미지 기반 리더기는 하나의 라인만이 아니라 전체 바코드를 확인할 수 있기 때문에 레이저 스캐너보다 다양한 바코드 결함을 극복할 수 있으며, 어떠한 방위에서도 바코드를 판독할 수 있고, Data Matrix 및 QR 코드와 같은 2D(Two Dimensional) 기호까지 디코딩할 수 있다. 이러한 장점을 기반으로 이미지 기반 리더기는 레이저 기반 스캐너보다 판독률이 높으며, 이를 바탕으로 생산 공정을 개선함으로써 최근 다양한 분야로 확대, 적용되고 있다.

하지만 이미지 기반 리더기가 아무리 좋은 영상을 수집한다 하더라도 안심할 수는 없다. 코드 자체가 손상되어 있을 수도 있고, 또는 마킹 상태가 잘못된 경우도 있다. 판독에 여러 어려움이 따르는 이유다. 머신비전 시스템이나 바코드 리더기의 성능을 향상시키고 판독률을 극대화하기 위해서는 강력한 디코딩 소프트웨어 알고리즘이 필수적이다.

코그넥스는 자사의 In-Sight 비전시스템 및 DataMan 리더기에 업계 최상의 강력한 디코딩 알고리즘을 결합했다. 이를 바탕으로 다양한 조명 및 마킹 상태, 소재 변화나 코드의 손상, 품질 저하 등의 여러 까다로운 판독 조건 하에서도 높은 판독률을 달성한다. 

이미지 기반으로 코드를 판독하자
이미지 기반 리더기를 통한 코드의 판독률은 크게 세 가지 단계에 의해 결정된다.

1. 최적의 조명: 조명의 각도 및 방향, 또는 마감된 표면 상태 및 컬러 등은 모두 리더기에 의해 마크가 어떻게 보이는지를 결정한다. 최적의 조명을 적용함으로써 ID 리더기의 판독률 및 사용 편의성을 개선할 수 있다. 

2. 코드의 위치 확인: 코드를 찾을 수 없다면, 판독할 수도 없다. 각도나 크기, 품질 등에 관계없이 다양한 코드를 신속하게 식별할 수 있는 알고리즘은 코드 미 판독(No-Read)을 최소화한다. 판독률을 높이는 비결이다. 만약 알고리즘이 실수로 코드가 아닌 것을 찾아내고 판독을 시도한다면 중요한 공정 시간을 낭비하게 된다. 

3. 데이터 추출: 시야각 내에서 코드를 찾았다면, 디코딩 알고리즘이 활약할 차례다. 디코딩 알고리즘은 손상이 있거나 조명 및 소재의 변화가 있다 하더라도 데이터를 추출할 수 있어야 한다. 뛰어난 지능형 알고리즘은 서로 다른 이미지를 판독하기 위해 여러 번 시도하지 않는다. 이러한 알고리즘의 확인 및 추출 단계는 초과 작업을 야기하는 조명 혹은 마킹의 품질 저하 등의 한계를 극복할 수 있도록 설계되어야 한다. 

1D 디코딩 소프트웨어 알고리즘
코그넥스의 DataMan 이미지 기반 바코드 리더기는 가장 까다로운 DPM(Direct Part Mark)이나 라벨 기반 고속 식별 애플리케이션에서도 지속적으로 높은 판독률을 달성할 수 있는 특허 받은 알고리즘으로 최적화되었다. 알고리즘은 리더기의 지능에 해당하는 요소로, 코그넥스의 알고리즘은 타 제품과 차별화된다. 코그넥스의 1DMax+ 및 2DMax+ 알고리즘을 활용하면 매우 다양한 조명과 마킹 그리고 소재의 변화에서도 손상되거나 마킹 품질이 좋지 않은 1D 혹은 2D 코드를 찾아내고 디코딩할 수 있다. 

코그넥스는 새로운 1D 알고리즘을 개발하기 위해 상당한 기간 동안 투자해왔다. 1DMax+ 알고리즘은 가장 판독이 어려운 상황에서도 Hotbars Ⅱ 기술과 함께 이미저가 찾아낼 수 있는 코드의 양호한 부분을 이용해 바코드를 복원할 수 있다. 이를 통해 매우 손상되거나 해상도가 매우 낮은 코드라 하더라도 위치를 확인하고 판독할 수 있다.

Hotbars 기술은 기존의 1D 선형 바코드 판독과는 완전히 다른 방식이다. Hotbars 기술은 수학적 방법을 기반으로 뛰어난 신호 충실도와 매우 빠른 속도를 통해 차세대 코그넥스 DataMan 리더기의 성능을 크게 향상시켰다.

Hotbars 파인더 및 신호 추출의 뛰어난 속도라는 장점은 기존 시스템의 엔지니어링 트레이드오프를 완벽하게 변화시키고 있다.

바코드 확인 및 1D 신호 추출이 상당히 느리다면, 목표 속도를 달성하기 위해 디코딩 전략에서 많은 지름길을 적용해야만 했다. 하지만 이러한 지름길은 오류로 이어질 우려가 있으며, 결국 판독률을 저하시키게 된다. 이로 인해 기존 디코딩 알고리즘은 동작 속도와 판독률의 균형을 고려하여 신중하게 설계해야 했다. Hotbars 기술은 이러한 트레이드오프를 완벽하게 해결했다. 

Hotbars를 통해 코그넥스는 근본적으로 완벽한 고성능 이미지 기반 바코드 리더기를 설계할 수 있게 되었다. 새로운 리더기는 훨씬 더 빨리 바코드를 찾고 디코딩하기 때문에 시스템은 2D 이미지 기반 리더기의 성능을 뛰어넘는 높은 프리젠테이션 속도를 따라잡을 수 있다. 중요한 것은, 디코딩 숏컷을 제거하는 과정에 밀리초마다 더 많은 1D 신호를 추출할 수 있는 기능을 사용함으로써 오류를 줄이고 판독률을 높인다는 것이다. 추출된 신호는 일반적으로 더 높은 충실도를 갖추어 불충분한 바코드 디코딩 능력 또한 향상시키며, 감소된 해상도로 객체의 이미지를 수집할 수 있도록 함으로써 보다 넓은 시야각을 지원할 수 있다. 

Hotbars를 고 휘도 LED와 리퀴드 렌즈 그리고 메가픽셀 센서를 비롯한 첨단 이미지 형성 기술과 결합시키면, 디지털 기술로는 광학 기계장치인 레이저 스캐너에 상응하는 성능을 구현할 수는 없지만, 솔리드 스테이트가 실현할 수 있는 첨단 바코드 리더기를 구현할 수 있다. 

2D 디코딩 소프트웨어 알고리즘
2DMax+ 알고리즘은 코그넥스의 독자적인 패턴 매칭 기술을 기반으로 한 혁신적인 2D 디코딩 소프트웨어를 바탕으로 표면이나 원인에 상관없이 2D DPM 및 인쇄 코드에서 나타나는 다양한 품질 저하를 처리할 수 있다. 2DMax+는 여러 번의 재 시도를 하지 않아도 노출이 과도하거나 노출이 부족한 Data Matrix 코드를 쉽게 찾고 판독하며, 처리량과 속도 그리고 전반적인 안정성을 향상시킨다. 코그넥스의 2DMax 기술은 고속 인쇄 애플리케이션은 물론, DPM 방식으로 여러 산업분야에 적용된 2D 매트릭스 기호를 위한 고성능 디코딩 알고리즘이다.

코그넥스가 새롭게 선보인 2D 바코드 판독을 위한 디코딩 알고리즘, 파워그리드(PowerGrid)는 독창적인 인사이드 아웃(Inside-Out) 접근방식의 텍스처 기반 위치확인 알고리즘이다. 파워그리드는 파인더 패턴에 의존하지 않고도 코드를 찾아내고 판독할 수 있는 디코딩 알고리즘이다. 이를 바탕으로 기존에는 판독이 어려웠던 가시구역을 벗어난 2D 매트릭스 코드를 비롯, 까다로운 DPM 코드까지 안정적으로 판독할 수 있다. 

코그넥스의 파워그리드 기술은 기존의 특성 기반 알고리즘들이 파인더 패턴을 찾아내는 방식과 달리 코드 내부의 교차되는 명암 모듈의 패턴을 찾아낸다. 또한 파워그리드 기술은 부품의 구조나 열악한 조명 조건, 가려져 있거나 인쇄 등록 오류 등으로 인해 전체 코드의 이미지를 캡처하기 어려운 2D 바코드 판독 애플리케이션에서의 판독률을 획기적으로 향상시킨다. 이전 솔루션과 달리, 파워그리드 기술은 ▲코드가 상당히 손상되어 있는 경우 ▲파인더 패턴 ▲클럭킹 패턴 ▲여백(Quiet Zone)이 완전히 없는 경우에도 코드의 위치를 확인하고 판독할 수 있다.

 
비전 알고리즘: PatMax RedLine
대부분의 머신비전 애플리케이션에서 가장 중요하고 필요한 첫 번째 단계는 이미지 내에서 부품을 찾는 것이다. 이는 종종 애플리케이션의 성공 여부를 결정하는 요인으로 작용한다. 패턴 매칭은 이미지에서 부품을 찾는 데에 가장 흔히 사용되는 방법이다. 하지만 패턴 매칭은 크기·위치·방향의 변화나 표면 반사율, 음영 등을 포함한 여러 변수로 인해 이미지마다 부품 특성의 모양이 달라지는 분야에서는 상당히 어려운 과제가 될 수 있다. 

이러한 과제를 해결하기 위해 코그넥스는 1998년 PatMax 기술을 개발했다. 가장 최근에 발표된 코그넥스의 패턴 매칭 기술인 고속 PatMax RedLine은 고속 패턴 매칭 실현을 목적으로 설계되었다. PatMax RedLine은 기존 PatMax의 기능성 및 판독 정확성을 손상시키지 않으면서도 일반적인 응용사례에서 PatMax 보다 4배에서 7배 빠른 속도로 부품의 위치를 찾아내며, 특정한 경우 이보다 훨씬 빠른 속도를 달성할 수 있다.

오늘날 PatMax는 PatQuick과 PatMax AutoTune 그리고 Multi-model PatMax를 비롯해 코그넥스의 여러 관련 툴들의 기반으로 자리매김했다. PatMax RedLine을 필두로 한 PatMax 기술은 이미지에서 부품 특징을 찾는 과정에서 뛰어난 성능을 자랑한다.

PatMax RedLine 기술은 최신 코그넥스 In-Sight Explorer 소프트웨어 5.1 버전에서 제공된다.

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