지능형 교통 시스템용 카메라를 선택할 때 성공을 보장하기 위한 7가지 방법
ITS에 적합한 카메라를 찾는 것은 쉬운 일이 아닐지 모르지만, 통합업체와 OEM은 본 지침을 따름으로써 성공할 수 있습니다.
지능형 교통 시스템(ITS)은 교통 안전 및 이동성을 개선하고, 생산성을 향상시키며, 법률을 집행하고, 궁극적으로 수익을 창출하는 데 도움을 줍니다. 그러나, ITS용 카메라를 선택할 때 혹독한 환경과 특정 응용 분야의 요구 사항을 고려하지 않으면 시스템의 성공에 방해가 될 수 있습니다. 또한, 옵션이 압도적으로 많아 어디서 시작해야 할지 알기가 어렵습니다.
카메라는 교통량 모니터링, 자동 번호판 인식(ALPR, 영국에서는 자동 번호판 인식 또는 ANPR이라고 함), 접근 통제, 다인승 차량(HOV) 차선 모니터링, 주차 집행, 속도 집행 및 자산 보호와 같은 응용 분야의 ITS 기술에서 주로 사용됩니다. 응용 분야에 따라 다양한 유형의 카메라와 시스템이 필요할 수 있습니다. 모든 배포에는 어려움이 따르며, 카메라 설치 시 긴 케이블 설치 및 혹독한 환경을 견딜 수 있는 능력이 필요하거나 신속한 피드백을 위해 에지 처리 능력이 있는 내장 시스템이 필요한 것과 같은 문제가 있습니다. 이러한 요인을 신중하게 고려하면 시스템 성공, 소유비용 절감 및 미래 지향적 운영을 보장할 수 있습니다. 본 문서에서는 일반적인 문제 및 그러한 문제를 극복하여 ITS가 성공을 위한 입지를 다지도록 도움을 주는 방법을 소개합니다.
영상 품질부터 시작
ITS 응용 분야용 카메라를 조사할 때 모든 계획 수립은 영상 품질부터 시작해야 합니다. ANPR/ALPR 응용 분야의 경우, 시스템에는 두 가지 주요 작업, 즉 번호판이 카메라의 시야에 있음을 인식하는 것과 해당 번호판을 디코딩하는 작업이 있습니다. 두 작업 모두 오류가 발생할 수 있습니다. 성공적인 ANPR/ALPR 시스템에는 소프트웨어가 광학 문자 인식(OCR) 및 광학 문자 확인(OCV) 작업을 수행하기 위한 고품질 영상이 필요합니다. 시스템 설계자와 통합업체는 강력한 카메라가 필요합니다.
>>>양자효율과 동적 범위별로 정렬할 수 있는 당사의 카메라 선택 도구를 사용해 보십시오.
저품질 영상 센서가 장착된 카메라는 고품질 영상을 생성하지 않으므로 영상 센서가 중요한 고려 사항이 되어야 합니다. ITS 장면은 실외 조명 조건의 변화로 인해 밝기가 크게 달라질 수 있으며, 카메라는 조명 조건에 관계없이 영상의 가장 밝고 어두운 부분과 그 사이의 변화에 대한 데이터와 세부 정보를 캡처하여 제공할 수 있어야 합니다. 카메라의 더 높은 광 강도, 최대 및 최소 광 강도 감지 능력의 측정치를 “동적 범위”라고 합니다. 데시벨(dB)이 높을수록 더 좋은 것입니다. 글로벌 셔터 CMOS 영상 센서의 Sony Pregius 및 Pregius S 라인과 같은 고품질 영상 센서는 높은 동적 범위 감도를 제공하여 다양한 ITS 응용 분야에 이상적입니다.
Teledyne FLIR의 Blackfly S 카메라 제품군은 Sony Pregius 및 Pregius S 영상 센서를 기반으로 하는 다양한 카메라 모델을 제공합니다. 이러한 제품은 1.6MPixel부터 26MPixel까지 다양하기 때문에, 매우 다양한 ITS 작업에 적합합니다. 예를 들어, BFS-PGE-161S7C-C(컬러) 및 BFS-PGE-161S7M-C(흑백) 카메라는 70.46dB의 동적 범위, 9609의 e-포화 용량 및 470nm(파란색)에서 45.76%, 525nm(녹색)에서 52.26%, 630nm(빨간색)에서 33.49%의 양자효율 측정치를 제공하는 16.1MPixel Sony IMX542 Pregius S 센서를 특징으로 합니다. 해당 응용 분야에 필요하지 않은 고해상도 카메라를 구매하면 전체 프로젝트에 비용이 추가되지만 향후 시나리오를 고려하면 구매하는 것이 타당합니다. 예를 들어, 통합업체와 OEM은 향후 도로 확장 시 사용할 수 있고 나중에 저해상도 카메라를 교체하지 않아도 되도록 미래 지향적으로 운영할 수 있습니다.
색상 포착, 눈부심 문제 극복
색상은 또 다른 중요한 품질 측정 기준입니다. ANPR/ALPR의 경우, 흑백 영상에는 번호판이 보이는 반면, 컬러 영상은 주어진 상황에서 발생하는 일에 관한 컨텍스트를 제공합니다(신호등, 색상 코딩이 붙은 도로 표지판 등). 차량에 장착된 카메라를 통해 부적절하게 주차된 차량이 있는지 점검하는 상황에서는 색상도 중요합니다. 예를 들어, 스페인의 경우 도로의 파란색 선은 운전자가 주차 비용을 지불해야 함을 나타내고 녹색 선은 동네에 거주하는 사람을 위한 장소라는 것을 나타냅니다. 임베디드 비전 시스템은 자동으로 주차 위반 여부를 확인할 수 있지만 이를 위해서는 고품질의 색상 재현이 필요합니다.
>>>일관된 색상을 캡처하는 방법에 대한 자세한 내용을 여기에서 알아보십시오.
영상 센서는 조명에 대한 특정 응답(양자효율)을 가지며, 태양광과 같은 각각의 조명 조건은 자체 발광 스펙트럼을 가지고 있으므로, 캡처될 때 영상이 어떻게 보이는지에 영향을 미칩니다. 양자효율은 광자를 전자로 변환하는 영상 센서의 능력을 결정하며 파장에 따라 달라집니다. 색상 수집 도구는 각 색상 채널이 다른 색상 채널과 상호 작용하는 방식을 고려하고 각 색상 채널의 크기를 독립적으로 조정합니다. 색상 교정 매트릭스는 주어진 피사체의 실제 색상을 보다 정확하게 재현하기 위해 이러한 상호 작용을 측정하고 보정합니다. 이는 사소한 색상 차이가 결과의 정확성과 신뢰성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 응용 분야에서 특히 중요합니다.
카메라와 비전 시스템은 유리와 같은 반사 표면에서 일어나는 반사 및 눈부심에 대처할 때 때때로 어려움이 있을 수 있습니다. 예를 들어, ITS가 HOV 차선 모니터링을 위해 자동차 내부를 들여다보고자 하는 경우, 태양으로부터의 반사 및 눈부심으로 인해 카메라가 자동차 내부의 영상을 캡처하지 못할 수 있습니다. Teledyne FLIR는 5MPixel Sony IMX250MZR 흑백 편광 센서를 기반으로 한 2대의 카메라(GigE 1대, USB 1대)와 5MPixel Sony IMX250MYR RGB 편광 센서를 기반으로 한 1대의 카메라(USB3)를 제공합니다.
그림 2: 편광 카메라는 눈부심이나 반사가 발생할 수 있는 까다로운 상황에서도 차량 내부의 영상을 캡처할 수 있습니다.
하드웨어 전문가 찾기
ITS 업계의 일부 통합업체 및 OEM은 하드웨어가 아니라 소프트웨어에 대한 전문 지식을 더 많이 보유하고 있을 수 있습니다. 하드웨어를 선택하여 테스트 및 최적화하는 것은 어려운 일이지만 숙련된 카메라 벤더가 프로젝트에 대한 기술 상담을 제공하고 카메라 선택 및 설치를 지원할 수 있습니다. 또한 벤더는 렌즈, 케이블, 하우징 및 소프트웨어 개발을 포함하여 회사가 제공하지 않는 액세서리 및 서비스를 취급할 때 신뢰할 수 있는 추천 파트너를 소개해야 합니다.
OEM 및 통합업체는 설계 및 개발 단계에서의 지원뿐만 아니라 시스템 설치 및 소프트웨어 조언에 대한 지원도 필요로 합니다. 사용자는 시스템 엔지니어와 지원팀, 그리고 빈번한 체크인 통화의 조합을 통해 이러한 서비스를 제공하는 카메라 회사를 찾아야 합니다. 최종 사용자는 하드웨어 제공업체를 선택하기 전에 시스템 지원에 대해, 그리고 제공업체가 고객 관계를 어떻게 처리하는지에 대해서도 질문해야 합니다.
균형 잡기: SWaP-C 및 성능
연구 및 개발 분야뿐만 아니라 군사 분야에서도 널리 사용되는 용어인 SWaP-C는 “크기, 무게, 출력 및 비용”을 의미합니다. 모든 유형의 응용 분야에는 최적의 SWaP-C를 갖춘 장치, 시스템 및 프로그램이 필요합니다. ITS 응용 분야도 다르지 않습니다. 최근 몇 년 동안, 보드 레벨의 저가형 ITS 카메라의 인기가 높아졌습니다. 그러나 소형 패키지로 나오는 카메라는 충분하지 않습니다. 이러한 카메라는 SWaP-C와 성능 간에 균형을 이루어야 합니다. Teledyne FLIR가 이러한 균형을 이루는 한 가지 방법은 모든 보드 레벨 카메라가 케이스 포함 형태의 카메라와 기능 세트 측면에서 동일하도록 보장하는 것입니다.
그림 3: 컴팩트한 디자인에도 불구하고, Teledyne FLIR 보드 레벨 카메라는 케이스 포함 제품과 동일한 기능 세트를 제공합니다.
한 가지 ITS 추세는 고속도로에서 여러 차선을 모니터링하기 위해 고해상도 카메라를 배치하는 것입니다. 과거에 저해상도 영상 센서와 함께 보드 레벨 카메라를 사용한 통합업체의 경우, 예를 들어 1.3MPixel 카메라를 8.9MPixel 또는 12MPixel 카메라로 업그레이드할 수 있습니다. 그러나 새 카메라의 폼 팩터가 이전 모델과 같지 않은 경우 통합업체는 카메라를 재설계하고 재인증해야 합니다. Teledyne FLIR는 다양한 해상도에서 동일한 폼 팩터를 가진 보드 레벨 카메라를 제공하므로 통합업체가 시스템을 훨씬 더 쉽게 업그레이드할 수 있습니다.
임베디드로의 전환
머신 비전 시장과 마찬가지로, ITS의 경우에도 저전력 소형 폼 팩터 설계에서 에지 컴퓨팅 기능을 갖춘 임베디드 시스템으로의 전환이 이루어져 왔습니다. ITS에서 임베디드 시스템을 고려할 때 처음 떠오르는 응용 분야는 차량 내 배치이지만, 임베디드 시스템은 거의 모든 ITS 또는 스마트 시티 응용 분야에 적합할 수 있습니다.
통합업체는 가장 널리 사용되는 임베디드 하드웨어 옵션 중 일부를 평가하여 적합한 제품을 선택해야 합니다. 예를 들어, 카메라가 NVIDIA의 Jetson TX2 또는 Xavier 내장 모듈과 호환됩니까? 많은 ITS 응용 분야에는 정교한 알고리즘이 포함되며 이를 처리할 수 있는 시스템이 필요합니다.
이를 위해 Teledyne FLIR는 TX2용 Quartet™ 캐리어 보드를 출시했습니다. 특히 ITS 응용 분야에 맞게 맞춤화되어, 고객은 허브나 컨버터가 없어도 4개의 보드 레벨 USB3 카메라를 TX2에 직접 연결할 수 있습니다. PoC 보드의 각 커넥터에는 자체 버스가 있으므로 다른 연결과 대역폭을 공유할 필요가 없습니다. 예를 들어, 통합업체는 Quartet을 사용하여 전체 컨텍스트를 위한 고해상도 컬러 카메라, ANPR/ALPR용 흑백 카메라 및 편광 카메라를 동시에 배치함으로써 단일 연결 시스템으로 앞유리 안을 볼 수 있습니다.
그림 4: Jetson TX2용으로 설계된 Quartet 캐리어 보드는 공간 제약이 있는 응용 분야에서 4대의 카메라에 연결할 수 있습니다.
견고하고 신뢰할 수 있는 설계
ITS 응용 분야에 배치된 카메라는 물리적 관점에서 작업을 처리할 수 있어야 합니다. 차량 내 응용 분야의 경우, 통합업체는 예를 들어 극한의 온도에서 작동하는 카메라의 성능을 고려해야 합니다. 많은 카메라가 날씨를 견디기 위해 보호 하우징에 통합되어 있지만, 카메라는 여전히 고온(섭씨 50도 초과)에서도 작동해야 합니다. Teledyne FLIR는 모든 카메라 모델이 HALT 테스트(초가속 수명 테스트)를 성공적으로 통과하도록 하여 섭씨 -30도에서 80도까지 카메라 고장이 발생하지 않도록 합니다.
또한 통합업체는 카메라를 선택할 때 충격과 진동을 고려해야 합니다. 카메라는 충격 및 진동에 대한 업계 사양을 준수하여 영상 품질과 장기적인 시스템 신뢰성을 보장해야 합니다. 카메라를 구매할 때 통합업체는 해당 제품이 어떤 유형의 테스트를 거쳤는지 조사해야 합니다. Teledyne FLIR 카메라에서 수행된 진동 테스트는 공개적으로 문서화되어 있습니다.
일반적으로 ITS 카메라는 매우 신뢰할 수 있어야 합니다. 스포츠계의 진부한 표현을 빌리자면 “최고의 능력은 가용성입니다.” 카메라는 오작동이나 파손 없이 오랫동안, 그리고 교체할 필요 없이 요구되는 작업을 수행할 수 있어야 합니다. 모든 ITS 통합업체는 이미 배치된 시스템의 카메라 전환과 관련된 비용 및 번거로움이 어떤 것인지 잘 알고 있습니다. 통합업체는 수년 동안 ITS 환경에서 성능이 입증된 고품질 카메라를 선택함으로써 불편하고 당혹스러운 상황을 방지할 수 있습니다.
타임 스탬프 및 GPS 데이터 활용
GigE Vision 카메라는 매우 긴 케이블 길이를 지원하는 등의 여러 가지 이유로 ITS 응용 분야에서 인기가 높습니다. 그 외에도 좀 덜 알려져 있는 이유로 IEEE 1588 정밀 시각 프로토콜(PTP)을 지원할 수 있는 기능이 있습니다. IEEE 1588 PTP를 지원하는 카메라는 노출 시점에 정확하게 타임 스탬프 영상을 생성합니다. 또한 이 표준은 외부 트리거링 없이 여러 대의 카메라가 내부 시간 기반 명령을 기반으로 동기화된 영상 획득을 실행할 수 있도록 하는 등의 고급 기능을 제공합니다.
그림 5: 경로 지연을 계산하고 장치 간 클럭 동기화를 고려합니다. 일차 장치는 두 신호를 종속 장치 (1) 및 (2)에 전송합니다. 그 다음 이차 장치는 신호를 다시 전송하며(3) 경로 지연을 계산 및 적용하여 클럭을 동기화합니다(4).
이 표준은 외부 하드웨어와 동기화하고 영상 스트림에 GPS 데이터를 내장하는 기능을 제공하기 때문에 중요합니다. 이것의 한 가지 예는 속도 제한을 위반하는 차량을 정확하게 탐지(레이더 없이)하는 것입니다. 두 개의 서로 다른 지점의 타임 스탬프는 차량이 속도 제한을 초과했는지 여부를 판단하는 데 도움이 될 수 있으며, 두 지점의 정확한 영상 시간은 고정밀 속도 분석을 간소화합니다.
타임 스탬프는 갠트리 기반 자동 통행료 집행에도 중요합니다. 타임 스탬프가 정확하지 않으면 전체 차량의 영상이 생성되지 않습니다. 통행료 집행을 위해서는 타임 스탬프가 동기화되어 있어야 합니다. 시스템 설계와 관련하여, 구매 전에 타임 스탬프의 필요성을 고려해야 합니다.
시스템 성공 달성
현재 시판 중인 일부 카메라는 결국 불가피하게 장애를 일으켜 고민거리의 원인이 될 것입니다. 시간, 돈, 평판 및 대중의 신뢰를 잃는 것은 말할 것도 없습니다. 카메라를 평가할 때는 영상 품질, 하드웨어 유연성, 내장된 기능, 물리적 설계 및 신뢰성, 타임 스탬프와 GPS 데이터의 중요성을 고려해야 합니다. 통합업체는 이러한 요인을 고려하여 전체 시스템의 성공을 위한 기반을 마련했습니다.
Teledyne FLIR는 다양한 ITS 프로젝트에 안정적으로 배치할 수 있고 저해상도(1.3MPixel)부터 고해상도(20MPixel 이상)까지의 필요에 따라 여러 차선을 모니터링할 수 있는 여러 가지 견고한 소형 산업용 카메라를 제공합니다. ITS 응용 분야가 당사의 기성품이나 특정 요구 사항에 맞춤화된 카메라를 통해 어떻게 변화될 수 있는지 알아보시려면 지금 바로 당사에 문의하여 주십시오.
그림 6: Teledyne FLIR의 Blackfly S와 같은 카메라는 Sony의 Pregius 및 Pregius S 라인의 최신 CMOS 영상 센서 기술을 활용합니다.
