로봇에 장착된 카메라의 입력 영상으로부터 벽면이나 천정, 바닥의 랜드마크를 인식하고 랜드마크와 로봇간의 거리와 방위 정보를 이용하여 로봇의 위치인식을 수행하고자 한다. 본 문서는 이에 적합한 카메라를 선정하기 위한 각종 카메라에 대한 실험 내용을 정리하고 있다.
USB 화상캠 이용
조명이 있는 웹캠, CCD 웹캠 등 각종 웹캠을 두루 구매하여 테스트 해봤는데, 지금까지 웹캠 수준에서는 "Logitech HD 프로 웹캠 C910" 모델이 로봇에 부착하기에는 제일 적합해 보인다. 이유로는 먼저 CMOS 이미지 센서 소자가 다른 웹캠에 비해 크고 물리적으로 렌즈를 움직여 초점 거리 조절을 하기 때문에 입력 이미지의 품질이 우수하고 카메라의 다양한 특성들을 조절할 수 있다.
하지만, 일반 RGB 카메라로 인식한 영상에는 각종 필요없는 환경정보가 랜드마크와 같이 입력되기 때문에 필요없는 정보들을 걸러내면서 랜드마크 인식에 필요한 영상처리리 알고리즘을 만들기가 까다로우며 처리시간도 오래 걸려 문제가 된다.
NTSC 출력 카메라 모듈 + 프레임 그래버 이용
디바이스마트에서 판매하는 Color 와 B/W CCD 카메라 모듈과 위드로봇의 MyVision USB를 결합하여 사용해 보았다. (B/W 모델: NT-208, Color 모델: NT-390)
칼라 모델에서는 IR Cut Filter가 CCD 센서 바로 윗면에 갈색을 띄는 유리형태로 붙어있다. 이걸 깨고 IR 투과 필터(가시광선 컷 필터)를 장착하여 사용하면 된다. 하지만 B/W 카메라에는 IR Cut Filter가 없기 때문에 렌즈 앞에 IR 투과 필터를 장착하고 렌즈 주변에 적외선 LED를 설치하면 된다. (디바이스 마트 판매 모델: KID05BW85 ß 방사각이 좁아 LED를 여러 방향으로 붙여야 한다)
이 카메라들의 영상의 응답속도는 매우 빠르고 좋다. 하지만 한가지 치명적인 문제점이 있다.
상기 그림에서 보듯이 NTSC 출력이 interlace 방식이라 카메라가 움직이는 환경에서는 영상이 흐려진다. 랜드마크 부분을 확대해 보면 다음과 같다. 여기서 보면 랜드마크가 두 줄로 보이지만 랜드마크를 반사지(도로의 표지판 등을 만드는 재질로 빛을 비추면 빛을 비춘 방향으로 반사하는 성질을 가진 시트지)로 만들었기 때문에 밝게 보이는 것을 확인할 수 있다.
PAL 방식으로 출력하는 카메라를 찾아서 테스트를 더 진행해볼 필요가 있겠다.
감시 카메라 이용
USB 2.0 대역폭으로는 고해상도 영상을 30fps로 전송하기 어렵다. 그래서 Gigabit Ethernet을 이용한 카메라들을 찾게 되었고, 보안감시 분야에 사용되되며 네트워크 전송기능을 가지는 것들 중 휴바이론과 삼성테크윈 카메라를 테스트 하였다.
이러한 카메라들은 주야간 감시를 수행하며 야간 감시를 위해 적외선 LED와 IR에 민감한 이미지 센서를 채택하고 있다. 주간에는 IR Cut Filter를 사용하여 칼라 이미지를 받아들이고 야간에는 IR Cut Filter를 제거하여 흑백 이미지를 받아들인다.
다음 그림은 휴바이론 SK-N190XAI/R1 모델에서 입력받은 흑백 영상이다.
여기에 삼성테크노글라스에서 구매한 적외선 투과 필터를 장착하면 다음과 같이 보인다. 반사지로 만든 마커만 유일하게 드러나는 것을 확인할 수 있다.
하지만 로봇에 사용하기 위해서는 한 가지 치명적인 문제점이 있다. 카메라에서 입력받은 영상을 카메라 내부 처리를 거쳐 네트워크로 넘겨받는데 시간 지연이 0.3sec 정도 생긴다. 개인적인 판단으로는 카메라 내부에서 다양한 처리(모션감지, 화질 개선, 압축)를 하기 때문으로 보인다.
전용 Network Camera 이용
Point Grey사
Point Grey사의 USB 2.0용으로 Firefly MV 모델이 있고, Gigabit 이더넷 용으로 GigE Flea3 모델이 있다. Firefly MV 모델 중 FFMV-03M2 / FMVU-03T2 은 흑백 카메라로 적외선 영역에서 센서 응답성이 우수하다. 그리고 GigE Fiea3 모델 중 Sony ICX445AL 이미지 센서를 사용하는 FL3-GE-13S2C/M 모델도 사용을 고려해볼 만하다.
Sony ICX445AL의 응답 특성:
Allied 사
Allied사의 Gigabit Ethernet camera 중 저렴한 모델인 GC750을 살펴보면 이미지 센서로 Micron/Aptina MT9V022를 사용하고 있다.
Micron/Aptina MT9V022의 응답 특성:
이 센서도 850nm 적외선 영역에서 응답 특성이 우수하다.