3D 로봇 비전을 위한 조명 솔루션
Coherent VCSEL 기반 조명 모듈은 자율 로봇용 3D 비전 시스템에서 직면한 고유한 문제를 해결합니다.
2024년 12월 2일, Coherent
3D 감지 기술의 기본 원리를 소개하면서 기계가 깊이를 인식할 수 있는 핵심 개념과 기술에 대해 논의했습니다. 이 후속 작업에서는 3D 감지의 특정 응용 분야인 로봇 비전에 대해 살펴보고 조명 솔루션이 이 분야에서 어떻게 발전을 주도하고 있는지 알아봅니다.
기계의 부상
가정용 로봇은 더 이상 미래지향적인 개념이 아닙니다. 로봇 진공 청소기, 바닥 대걸레, 창문 청소기 및 잔디 깎는 기계와 같은 장치는 일상적인 편의 시설이 되었습니다. 시간이 지남에 따라 더 스마트하고 정교하게 성장했습니다. 예를 들어 초기 로봇 진공청소기는 종종 무작위 경로를 따르지만 최신 모델은 고급 센서를 사용하여 실내를 매핑합니다. 장애물을 탐색하고 모든 영역을 체계적으로 덮어 더 효율적으로 청소합니다.
이제 인공 지능(AI)과 머신 러닝의 급속한 발전 덕분에 훨씬 더 유능한 로봇 세대가 부상하고 있습니다. 이러한 로봇은 더 이상 간단한 작업으로 제한되지 않으며 세탁물 접기, 식사 준비, 저녁 식사 테이블 설정과 같은 복잡한 책임을 맡기 시작했습니다. 이러한 발전을 가능하게 하는 주요 기술 중 하나는 개선된 3D 비전입니다.
로봇 비전: 새로운 능력의 열쇠
로봇이 더 능숙하고 다재다능해지기 위해서는 더 나은 비전 시스템이 필수적입니다. 비전 센서를 사용하면 로봇이 복잡한 환경을 탐색하고 물체를 인식 및 조작하며 사람과 안전하게 상호 작용할 수 있습니다. 예를 들어, 주방에서 도움을 주는 로봇은 충돌을 피하고, 물품을 정확하게 잡고, 인간이 하는 것처럼 3D 공간에서 작동하기 위해 깊이를 인식할 수 있어야 합니다. 인간이 세상을 이해하기 위해 스테레오 비전에 의존하는 것처럼 로봇은 작업을 효과적으로 수행할 수 있는 동일한 기능이 필요합니다.
3D 비전은 로봇이 집을 통해 이동하든, 물체를 집거나, 인간 및 애완동물과 상호 작용하는 등 3차원 세계에서 작동해야 하기 때문에 매우 중요합니다. 환경의 깊이를 인식할 수 없다면, 그 유용성은 매우 기본적인 상호 작용으로 제한됩니다.
3D 로봇 비전에 대한 접근 방식
로봇 공학에서 3D 비전을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 인간의 깊이 인식을 모방하기 위해 두 대의 카메라를 사용하는 스테레오 비전은 한 가지 방법입니다. 그러나 스테레오 비전 시스템은 계산 집약적일 수 있으며 종종 관찰되는 물체의 조명 조건과 질감에 의해 제한됩니다.
이러한 이유로 많은 로봇 비전 시스템은 구조화된 빛 및 비행 시간(ToF) 감지와 같은 보다 효율적인 기술에 의존합니다. 이 두 가지 방법 모두 일반적으로 적외선 스펙트럼에서 활성 조명을 사용하여 더 적은 환경 제약으로 더 안정적으로 깊이 정보를 캡처합니다. 이러한 기술에 대한 자세한 논의는 블로그 3D 감지에 자세히 설명되어 있습니다.
간단히 말해서 구조화된 빛은 장면에 패턴(예: 그리드 또는 점)을 투사하고 표면에 충돌할 때 패턴이 어떻게 변형되는지 측정하여 작동합니다. 작은 물체 식별 또는 미세한 세부 사항과 같은 단거리 고정정밀도 작업에 이상적입니다. 반면에 빛이 표면에서 반사되는 데 걸리는 시간을 측정하는 ToF 기술은 더 다재다능합니다. 구조화된 빛과 동일한 수준의 세부 정보를 제공하지 않을 수 있지만 단거리와 장거리 모두에서 작동할 수 있으므로 로봇 비전에 특히 적합합니다.
To F 조명 옵션
ToF 시스템은 일반적으로 투광 조명과 점 투영의 두 가지 조명 유형으로 작동합니다. 홍수 조명은 전체 장면을 캡처하는 조밀하고 균일한 포인트 클라우드를 제공합니다. 그러나 때때로 신호 대 잡음비가 낮고 다중 경로 효과에 더 취약할 수 있으며, 센서에 도달하기 전에 여러 표면에서 빛이 반사됩니다. 이렇게 하면 장거리에서 정확도가 제한될 수 있습니다.
반면에 도트 프로젝터는 스페셔 포인트 클라우드를 생성하지만 다중 경로 간섭의 영향을 줄임으로써 더 나은 신호 대 잡음 성능과 더 높은 정밀도를 제공합니다. 도트 프로젝터는 또한 더 긴 범위의 기능을 갖는 경향이 있어 더 넓은 공간이나 복잡한 환경 탐색에 더 효과적입니다.
로봇에 대한 다양한 사용이 상당히 광범위합니다. 특정 응용 분야에 따라 로봇 개발자는 투광 조명과 점 프로젝터 중에서 선택하거나 경우에 따라 두 가지를 결합할 수 있습니다. 예를 들어, 투광 조명을 사용하여 넓은 시야를 감지하고 확장된 범위 감지가 필요한 경우 점 프로젝터로 이를 보완합니다.
또한 자율 로봇은 재충전 세션 사이에 장기간 작동해야 할 수 있기 때문에 전력 소비가 종종 중요하다는 점에 주목해야 합니다. 이 경우 일반적으로 낮은 전력 소비로 인해 홍수 조명기보다 도트 프로젝터가 선호될 수 있습니다.
Coherent 조명 솔루션
각 로봇 응용 분야에는 다양한 수준의 주변광, 다양한 시야각, 광범위한 거리에서 효과적으로 작동해야 하는 필요성과 같은 고유한 과제가 있습니다. 이러한 이유로 Coherent는 로봇 비전 응용 분야에 이상적인 다양한 기성품 조명 모듈을 제공합니다. 여기에는 원활한 통합과 최적의 성능을 위해 설계된 홍수 일루미네이터와 도트 프로젝터가 모두 포함됩니다.
홍수 조명기는 4.5W~11W의 다양한 출력 수준으로 제공되며 60° x 45°~140° x 110°의 다양한 시야 옵션을 제공합니다. 배터리로 작동하는 장치에서도 안정적인 성능을 보장하여 효율성이 뛰어납니다.
당사의 도트 프로젝터는 67° x 53° 및 1,100도에서 130° x 110°도 및 3,000도까지 다양한 구성으로 사용할 수 있어 다재다능합니다. 작은 스폿 크기, 고대비 및 우수한 눈 안전을 제공하여 다양한 로봇 응용 분야에 적합합니다.
투광 조명기와 점 프로젝터를 포함한 모든 조명 모듈은 표면 장착 기술(SMT) 패키지로 제공됩니다. 이 소형 폼 팩터를 사용하면 쉽게 통합할 수 있으며 주요 ToF 센서 제조업체의 참조 설계와 완벽하게 호환됩니다.
결론
Coherent의 기성 SMT 플러드 및 도트 프로젝터 모듈을 사용하면 로봇 비전 시스템의 비행 시간 카메라용 맞춤형 조명 솔루션을 설계하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다. 차세대 가정용 로봇을 개발하든 스마트 홈 자동화, 보안 또는 모바일 장치의 고급 응용 분야에서 작업하든, 슈나이더 일렉트릭의 솔루션은 성공에 필요한 유연성과 성능을 제공합니다.
