USB & GigE 카메라에 전원을 공급하는 방법: 올바른 액세서리 선택하기

저자: Gianna Riviello

USB & GigE 카메라 인터페이스의 전원 옵션 이해하기

USB(Universal Serial Bus)와 GigE(Gigabit Ethernet)라는 2가지 타입의 주요 카메라 인터페이스 중에서 무엇을 선택할지는 데이터 전송 속도, 시스템 복잡성 및 확장성, 비용, 카메라와 호스트 PC 간의 물리적 거리 등 여러 가지 핵심 요소에 따라 달라집니다. GigE 카메라는 USB 카메라에 비해 더 긴 케이블 길이와 더 빠른 전송 속도를 제공하는 반면, USB 카메라는 더 낮은 초기 비용으로 더 간단한 '플러그 앤 플레이' 기능을 지원합니다. GigE 카메라는 일반적으로 PoE(Power-over-Ethernet) 기능을 지원할 수 있는데, 이는 동일한 케이블을 사용하여 다양한 구성 옵션으로 이더넷을 통해 전원 공급 및 데이터 전송이 이루어짐을 의미합니다. 각 인터페이스의 장점과 단점에 대한 자세한 내용은 디지털 카메라 인터페이스 가이드에서 확인할 수 있습니다. GigE & USB 카메라에 전원을 적절히 공급하면 시스템이 의도한 대로 작동합니다. 아래에서는 카메라 설정 시 전원을 공급하고 카메라 설정을 최적화하기 위한 다양한 액세서리에 대해 설명합니다.

USB 카메라에 전원 공급하기

USB 카메라 설정은 간단합니다. 카메라를 PC의 USB 포트에 연결하는 USB 케이블만 있으면 됩니다(그림 1). 이 케이블은 카메라에 전원을 공급하고 데이터를 PC로 전송합니다.

대부분의 PC에는 호스트 측 연결 역할을 하는 USB Type-A 포트가 장착되어 있습니다. 카메라의 USB 커넥터 타입(주로 사양에 기재되어 있음)에 따라 어떤 케이블이 필요한지 결정됩니다. 그림 2는 일반적으로 사용되는 USB 커넥터에 대한 간략한 개요를 제공합니다.

케이블을 선택하기 전에 항상 카메라 설명서를 참조하여 커넥터 타입을 확인하십시오. 예를 들어 USB Type-C 커넥터가 장착된 카메라에는 Type-A-Type-C 케이블이 필요하고, USB Micro-B 커넥터가 장착된 카메라에는 Type-A-Micro-B 케이블이 필요합니다. USB 세대가 혼용되는 경우 가장 오래된 세대가 시스템 속도를 결정합니다. 따라서 가능하면 USB 3.1 카메라에 USB 3.1 케이블을 사용하는 것처럼 세대를 맞추는 것이 가장 좋습니다. USB 2.0/3.0/3.1은 이전 버전과 호환되지만 지원되는 속도 중에서 더 낮은 속도로 데이터가 전송됩니다.

USB는 짧은 케이블 길이뿐만 아니라 대역폭도 제약 요소로 볼 수 있습니다. 즉, USB 허브 포트를 사용하여 여러 대의 카메라를 PC에 연결할 수 있지만 모두 PC의 대역폭을 공유하게 됩니다. 아래 그림 3은 기본 설정을 보여주며 녹색으로 표시된 항목은 일반적으로 허브 포트와 함께 제공됩니다.

GigE 카메라(PoE / Non-PoE)에 전원 공급하기

GigE 카메라는 이더넷을 통해 PC에 연결됩니다. USB 케이블과 달리 이더넷 케이블은 최대 100m까지 연장할 수 있으며 보다 유연한 카메라 포지셔닝이 가능합니다. 호환성을 위해서는 카메라 커넥터에 맞는 이더넷 케이블 커넥터를 선택하는 것이 일반적입니다. 주로 사용되는 커넥터 타입은 RJ45 또는 M12 X 코드입니다. M12 커넥터가 상대적으로 견고하며 열악한 환경에서 자주 사용됩니다. 진동을 견딜 수 있는 스레드 잠금 옵션이 특징이며 먼지와 습기에 대한 보호력이 더 뛰어납니다. GigE 카메라에 널리 사용되는 케이블 타입은 Cat5e 또는 Cat6입니다. Cat5e는 전송 거리가 짧은 경우나 1Gbps 카메라에 적합합니다. 전송 거리가 더 길어야 하거나 높은 해상도 및 프레임 레이트가 요구되는 환경에서는 Cat6을 사용해야 합니다. 대부분의 GigE 카메라 설정에는 이더넷 케이블 외에 추가 액세서리가 필요합니다. 이어지는 섹션에서는 선택 가능한 옵션을 간략하게 살펴봅니다.

GigE PoE 카메라

PoE(Power-over-Ethernet)로 GigE 카메라 1개를 구동할 때 PoE 포트 인젝터는 시스템을 설정하고 동일한 케이블로 전원 공급과 데이터 전송을 한번에 해결할 수 있는 간편한 옵션입니다. 포트 인젝터에는 2개의 이더넷 포트가 있습니다. 하나는 인젝터를 카메라에 연결하기 위한 카메라 연결용 포트이고, 다른 하나는 인젝터를 PC에 연결하는 PC 연결용 포트입니다. 설정을 완료하려면 2개의 이더넷 케이블이 필요합니다. 장치에 포함되어 있지 않은 경우 포트 인젝터는 자체 전원 공급 장치가 필요합니다. 카메라에는 추가 전원이 필요하지 않은데, 공간이 제한된 어플리케이션에서 큰 이점이 될 수 있습니다. 그림 4는 일반적인 PoE 인젝터 설정을 보여줍니다. 포트 인젝터는 비용이 저렴해야 하면서 설치 공간이 협소한 단일 카메라 시스템에 가장 적합한 옵션입니다.

여러 대의 GigE 카메라 또는 다른 이더넷 장치를 실행할 때는 PoE 네트워크 스위치를 사용하여 로컬 PC 네트워크로 여러 장치를 연결할 수 있습니다. 이 설정은 멀티 카메라 오리엔테이션에서 카메라당 사용 가능한 대역폭을 극대화합니다. 각 카메라는 전원 공급 및 데이터 전송에 사용되는 특정 이더넷 케이블을 통해 스위치에 연결됩니다. PC에서 스위치로도 이더넷 케이블이 연결됩니다. PoE 포트 인젝터와 마찬가지로, 스위치 역시 포함되어 있지 않다면 자체 외부 전원 공급 장치가 필요합니다. 아래 그림 5는 일반적인 설정을 보여줍니다. PoE 스위치를 사용하면 멀티 카메라 동시 연결이 가능하지만 네트워크 대역폭은 제한되어 있기 때문에 고해상도 또는 높은 프레임 레이트의 카메라가 많이 연결된 경우 프레임 레이트에 영향을 미칠 수 있다는 점을 염두에 두십시오.

NIC(Network Interface Card)는 PC의 PCIe(Peripheral Component Interconnect Express) 슬롯에 연결하여 PC의 네트워크 성능을 향상시킵니다. 네트워크 스위치와 마찬가지로, NIC 역시 포함되어 있지 않다면 별도의 전원 공급 장치가 필요합니다. 이더넷 케이블은 여러 GigE 카메라를 NIC에 연결하면서 카메라에 전원을 공급하고 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 한 번에 최대 4대의 카메라를 PCIe 카드에 연결할 수 있습니다. 그림 6은 일반적인 NIC 설정을 보여줍니다. NIC를 설치하려면 PC를 물리적으로 열어서 PCIe 슬롯을 찾아야 하므로 구매하기 전에 PC에 여유 공간이 있는지를 파악하는 것이 중요합니다.

선택한 카메라가 2.5GigE, 5GigE, 10GigE이거나 PoE+가 필요한 경우 해당 속도와 일치하고 PoE+ 기능을 지원하는 NIC를 선택해야 합니다. NIC는 고성능 카메라의 더 높은 대역폭 및 전력 소모를 처리하도록 특수 설계가 적용되었으며 카메라에 전원을 공급하는 가장 최적의 방법입니다.

GigE Non-PoE 카메라

GigE 카메라는 주로 PoE(Power-over-Ethernet)를 통해 전원을 공급받지만, I/O 커넥터라고도 하는 GPIO(General-Purpose Input/Output) 커넥터를 통한 전원 공급 옵션도 있습니다. PoE 기능이 없는 카메라의 경우 GPIO 포트가 주 전원 입력 역할을 합니다. 이 구성에서는 이더넷 케이블이 아닌 외부 전원 공급 장치를 통해 전원을 공급합니다. 또한, 설치 공간이 제한적이거나 발열 최소화 및 케이블 전송 손실 저감을 통한 효율적인 전력 관리가 필수적인 시스템에 적합한 구성입니다. 이 설정에서도 이더넷 케이블은 데이터 전송을 위해 필요하지만, 포트 인젝터와 같은 PoE 장치는 필요하지 않습니다(아래 그림 7 참조). 트리거 하드웨어와 같은 외부 장치를 사용하는 경우 일반적으로 GPIO 포트를 통해 연결됩니다. 만약 이러한 하드웨어를 사용한다면 GPIO 커넥터를 통한 카메라 전원 공급이 불가능할 수 있습니다. 그럴 경우, PoE 포트 인젝터를 통해 전원을 공급해야 합니다. 아니면 플라잉 리드가 있는 케이블을 채택하여 전원과 트리거 신호를 분리된 리드로 공급하는 방안을 고려해야 합니다. 각 카메라별 지원 하드웨어 옵션은 해당 제품의 '사양' 탭에서 확인하실 수 있습니다.

USB & GigE 카메라용 전원 액세서리 개요

표 1은 위에서 언급한 전원 액세서리를 간략하게 요약한 것입니다. 이미징 시스템에 사용할 수 있는 제품과 옵션 위주로 소개하고 있으며 합리적인 의사결정을 돕기 위한 기본 정보도 제공합니다.

관련 제품

USB Camera

Gigabit Ethernet Camera

USB Cables for Machine Vision Camera

Gigabit Ethernet (GigE) Accessory

Power Over Ethernet (PoE) Single Port Injector

Procet 5G 30W POE+ Injector

참고 문헌

1. Teledyne Vision Solutions. (2015, May 4). Machine Vision Interface Comparison and Evolution: Getting the most out of Integrated Imaging Solution’s USB 3.1 cameras [White paper]. Teledyne Vision Solutions. https://www.teledynevisionsolutions.com/support/support-center/whitepaper/iis/machine-vision-interface-comparison-and-evolution/
2. Edmund Optics Inc. Camera Types and Interfaces for Machine Vision Applications. In Imaging Resource Guide: Cameras, Section 10.1. Edmund Optics. https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/imaging/camera-types-and-interfaces-for-machine-vision-applications/
3. OnLogic. What is PoE (Power over Ethernet)? OnLogic Blog. https://www.onlogic.com/blog/what-is-poe-power-over-ethernet/
4. LUCID Vision Labs. (Aug 29, 2024). Powering a Machine Vision Camera [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=CKMWnZZWHbI

기타 참고 문헌

• 디지털 카메라 인터페이스
• 이미징이란?
• Imaging Electronics 101: 머신 비전 어플리케이션에 적합한 카메라 센서 이해하기
• Imaging Electronics 101: 보다 개선된 이미징 결과를 위한 디지털 카메라 설정의 기본 사항
• Imaging Electronics 101: 이미징 시스템 성능 개선을 위한 카메라 해상도