비전 시스템 - 5. 머신 비전 시스템에서 수행하는 기능

제5장 : 머신 비전 시스템에서 수행하는 기능

머신 비전 시스템은 컴퓨터 비전 기술을 기반으로 작동하는 시스템으로, 시각적 데이터(이미지 또는 비디오)를 분석하여 다양한 작업 및 기능을 수행합니다. 다음은 머신 비전 시스템이 수행하는 주요 기능 몇 가지입니다.

1. 객체 감지 (Object Detection) : 머신 비전 시스템은 이미지 또는 비디오에서 특정 객체 또는 물체의 위치를 감지할 수 있습니다. 이를 통해 자동차 번호판 감지, 얼굴 인식, 보안 카메라에서 이상행동 감지 등 다양한 응용이 가능합니다.
2. 객체 추적 (Object Tracking) : 객체의 움직임을 지속적으로 추적하고 객체의 경로나 위치를 감시합니다. 이를 통해 동적 객체 추적, 로봇 비전 시스템에서 이동 로봇의 위치 추적 등이 가능합니다.
3. 이미지 분류 (Image Classification) : 이미지를 다양한 범주로 분류하고 인식합니다. 예를 들어, 알파벳 인식, 꽃의 종류 분류, 질병 판단을 위한 의료 이미징 등에 활용됩니다.
4. 세분화 (Image Segmentation) : 이미지에서 픽셀 수준으로 객체의 경계를 식별하고 분할합니다. 이를 통해 의료 영상에서 종양 분할, 자동 차량 운전에서 도로 및 트래픽 신호등 분할 등이 가능합니다.
5. 패턴 인식 (Pattern Recognition) : 이미지나 비디오에서 패턴이나 특징을 찾아 인식합니다. 이를 통해 지문 인식, 음성 인식, 글자 인식 등이 가능합니다.
6. 깊은 학습 (Deep Learning) : 딥러닝 기술을 활용하여 이미지 분석 작업을 수행합니다. 주요 딥러닝 아키텍처 중 하나로 컨볼루션 신경망(CNN)을 사용하여 이미지 인식 및 분류 작업에 활용됩니다.
7. 물체 크기 및 거리 측정 : 머신 비전 시스템은 이미지에서 물체의 크기와 거리를 측정할 수 있습니다. 이는 제조업에서 제품 품질 관리 및 로봇 비전 시스템에서 사용됩니다.
8. 이상 감지 (Anomaly Detection) : 정상적인 패턴에서 벗어난 이상 동작 또는 물체를 감지합니다. 이를 통해 보안 감시 시스템에서 이상 행동 탐지와 공장에서 장비 고장 감지 등에 활용됩니다.
9. 영상 처리 (Image Processing) : 이미지 개선, 필터링, 크롭, 회전, 명암 조절 등의 이미지 처리 작업을 수행하여 이미지 품질을 향상시키고 분석에 활용됩니다.

머신 비전은 다양한 산업 분야에서 사용되며, 자동화, 품질 관리, 보안, 의료 진단, 로봇 공학, 자율 주행차 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.

 

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제조 산업 공정에서의 사용

1. 존재 여부 검사

존재 여부 검사는 부품의 수량과 유무를 확인하는 프로세스입니다. 머신 비전 시스템이 수행하는 기본 작업 중 하나이며 대부분의 산업에서 가장 널리 수행되는 작업입니다. 존재 여부 검사의 실제 적용에는 계수 가능한 제품(예: 병, 나사)의 계수 및 식품 포장의 라벨, PCB의 전자 부품, 접착제 도포 및 고정 부품의 나사/와셔 유무 확인이 포함됩니다.

1) 바이너리 프로세싱
바이너리 처리에서 흑백 카메라로 캡처한 이미지는 흑백의 두 가지 음영 수준이 있는 픽셀로 변환되어 비전 처리 및 의사 결정이 더 쉬워집니다. 각 픽셀의 변환은 특정 임계값을 기반으로 합니다.

2) 블롭 분석
이진 처리에 의해 생성된 디지털화된 이미지는 Blob 분석을 사용하여 추가로 분석됩니다. Blob은 "덩어리"를 나타냅니다. 블롭 분석에서 블롭은 동일한 음영을 가진 픽셀의 클러스터입니다. 디지털화된 이미지는 좌표계에 플롯되고 각 덩어리의 X 및 Y 좌표가 결정되고 분석됩니다.

블롭 분석은 카운팅(면적 기준), 길이 및 면적 측정, 공간에서 대상의 위치 찾기, 대상 방향 구별, 결함 검사 등과 같은 다양한 작업에 사용됩니다.

3) 결함 탐지
결함 탐지는 제조 산업에서 가장 기본적인 품질 관리 작업 중 하나이며 머신 비전 시스템에서 가장 많이 활용되는 기능입니다. 결함 감지에서 머신 비전은 제품 기능과 신뢰성에 영향을 줄 수 있는 부품 표면에 존재하는 균열, 긁힘, 흠집, 틈, 오염 물질, 변색 및 기타 불규칙성과 같은 결함을 검색합니다. 이러한 결함은 무작위로 나타나므로 머신 비전 알고리즘은 패턴 변경, 색상 또는 질감의 변화, 불연속성 또는 연결된 구조를 찾습니다.

다음으로 이러한 결함의 존재 여부를 모니터링합니다. 머신 비전 시스템은 결함을 유형, 색상, 질감 및 크기별로 분류하고 기준에 부합하지 않는 결함 부품을 분류할 수 있습니다. 머신 비전 시스템은 사람의 눈에는 보이지 않을 수 있는 작고 미세한 결함을 빠르고 효과적으로 감지할 수 있습니다. 이러한 시스템은 인간 검사관과 달리 장기간 작동하거나 작동할 수 있습니다.

결함 탐지는 반도체 및 전자 부품, 가전 제품, 툴링 조건, 식품 및 포장재, 연속 웹에서 생산된 재료(예: 종이, 플라스틱, 금속) 등을 검사하는 데 널리 사용됩니다. 결함 탐지는 온라인 검사에 유용합니다. 공정에서 고장난 부품이 감지되면 공정이 즉시 중단되고 수정되며 고장난 부품이 로트에서 분리됩니다. 결함 감지는 일반적으로 머신 비전 시스템에 존재 여부 검사, 측정 및 포지셔닝 기능과 함께 통합됩니다.