영상을 PC에서 처리하기 위해서는 영상 신호를 PC가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환한 후 PC가 다룰 수 있는 메모리 영역으로 전송하는 장치가 필요하다. 이러한 기능을 수행하는 장치를 프레임 그래버(frame grabber), 이미지 그래버(image grabber), 또는 비전 보드(vision board)라고 부른다. myVision USB는 USB 포트를 통해 외부 카메라의 영상을 PC에 전달하는 장치로 다음과 같은 주요 기능을 가지고 있다.

● USB 포트로 간단히 연결하여 실시간 영상 획득

● 640x480 크기의 영상을 초당 30프레임씩 실시간 획득

● 3대의 카메라로부터 영상 입력 가능(RCA 2채널, S-video 1채널)

● 다양한 영상 크기 및 컬러 포맷 지원

● 동영상 저장 및 동영상을 영상 입력 소스로 활용 가능

● 멀티 버퍼링으로 연속 영상 처리 가능

● USB 포트를 통한 무전원 동작(USB 버스 전원 사용)

● MVU 라이브러리와 다양한 예제를 통한 편리한 프로그래밍

● 가로 55mm, 세로 54mm, 높이 24mm의 초소형 이미지 그래버

● 카메라 제어 기능 포함(DX 버전)

● 스테레오 영상 처리 기능 (DX 버전)

☞ 1999년도에 출시된 PCI용 이미지 그래버는 myVision이라는 상품명을 가지고 있다. 본 매뉴얼에서 소개하는 제품은 myVision의 기능을 승계한 제품으로 USB 인터페이스를 가지고 있으며, 제품명이 myVision USB로 지정되었다.

설계 철학 및 myVision USB 사용 시 장점

1999년 PCI용 이미지 그래버 myVision을 제작한 후 많은 사용자로부터 여러 가지 제품 개선에 대한 의견을 받았었는데, 그 중 가장 많은 요청 사항이 노트북에서도 영상 처리를 할 수 있는 이미지 그래버가 있었으면 하는 것이었다. 노트북에서 영상 처리를 하기 위해서는 충분한 대역폭을 보장하는 외부 입출력 인터페이스가 있어야 하는데, 이를 만족하는 인터페이스는 IEEE 1394 firewire와 USB 2.0 high speed 정도가 후보에 오를 수 있다. 이 중 IEEE 1394 인터페이스는 노트북 제조 메이커에 따라 지원하지 않는 경우가 있기 때문에 가장 보편적으로 많이 사용하는 USB 인터페이스를 지원하는 이미지 그래버를 제작하였다. 설계 당시 가능하면 크기를 줄여서 이동 로봇이나 기타 영상 처리 시스템을 구성할 때 공간상 제약이 생기지 않는 것을 첫째 원칙으로 하였으며, 기존 myVision과의 동등한 성능 및 카메라의 제어 기능을 추가하는 것을 목표로 하였다.

그 결과 가로 55mm, 세로 54mm, 높이 24mm의 크기를 가지는 myVision USB 이미지 그래버가 제작되었으며, USB 케이블을 통해 동작 전원을 공급 받으므로, 단순히 USB 포트에 myVision USB를 연결하는 것만으로 노트북을 영상 처리 시스템으로 활용할 수 있게 되었다.

이제, 영상 처리 시스템을 구축하기 위해 부피가 큰 데스크 탑 PC와 모니터 대신 간단한 노트북과 myVision USB 이미지 그래버를 이용하여 보다 작고 편리한 시스템을 구성할 수 있게 되었다.

영상 입력

myVision USB 이미지 그래버는 물리적으로 3개의 입력 채널을 가지고 있으며, 각각의 입력 채널에 카메라를 연결한 후, 선택적으로 영상을 받아들일 수 있다. 연결이 가능한 카메라는 출력 신호가 NTSC/PAL 신호 및 S-video 신호인 영상 장치는 무엇이든지 가능하다. CCTV 카메라, 캠코더, 비디오 재생 장치, TV 신호 등이 이에 해당한다. 영상 입력 단자는 비디오 전송에 많이 사용되는 RCA 단자 2개와 캠코더 또는 고성능 CCTV 카메라가 지원하는 S-video 단자를 준비하고 있어 선택적으로 사용이 가능하다.

아래 그림에서 좌측의 빨간색 RCA 단자가 0번 채널, 노란색 단자가 1번, 2번 채널에 해당하며, 가장 좌측에 있는 입력 단자가 S-video 신호를 입력 받는 3번 채널이다. 즉, 외부적으론 3개의 영상 입력 단자가 존재하며, 소프트웨어적으로는 4개의 영상 입력 단자가 존재한다.

☞ 노란색 단자가 1번, 2번 채널로 중복 할당되어 있는 이유는 기존의 PCI용 myVision 이미지 그래버의 프로그램과 호환성을 유지하기 위해서이다. myVision 경우 총 4개의 채널이 있었으며,  BNC 단자가 1번 채널, 두 개의 RCA 단자가 각각 2,3번 채널, 그리고 S-video 단자가 4번 채널이었다. myVision USB를 설계할 때 컴팩트한 크기를 가지도록 하는 것이 설계 목표 중에 하나였기 때문에 BNC 입력 단자는 제거되었다. 

☞ myVision USB는 NTSC카메라와 PAL 카메라를 구별하지 않고 바로 연결해서 사용할 수 있게 되어 있다.

일부 CCTV 카메라의 경우 BNC 출력만 지원하는 경우가 있다. 이 경우에는BNC 단자를 RCA 커넥터로 변환하는 젠더(BNC2RCA 젠더)를 사용하여 myVision USB의 RCA 단자를 BNC 단자로 변경한 후 BNC용 케이블로 연결하면 myVision USB와 카메라를 연결할 수 있다.  BNC2RCA 젠더는 myVision USB 구입 시 포함되어 있다.

지원 컬러 포맷 및 영상 크기

myVision USB는 NTSC 신호를 640x480 크기의 YUV 신호로 바꾸어 전달한다. myVision USB와 같이 제공되는 MVU 라이브러리를 이용하면, 영상 크기 및 컬러 포맷을 다양하게 변환할 수 있다. myVision USB가 지원하는 영상 포맷을 정리하면 다음과 같다.

Format	DWORD	Pixel Data [31:0]
		Byte Lane 3 [31:24]	Byte Lane 2 [23:16]	Byte Lane 1 [15:8]	Byte Lane 0 [7:0]
RGB32	dw0	alpha	R	G	B
RGB24	dw0	B1	R0	G0	B0
	dw1	G2	B2	R1	G1
	dw2	R3	G3	B3	R2
RGB15	dw0	0, R1[7:3]G1[7:3]B1[7:3]		0, R0[7:3]G0[7:3]B0[7:3]
Y8	dw0	Y3	Y2	Y1	Y0
YUV422	dw0	U0	Y1	V0	Y0
	dw1	U2	Y3	V2	Y2

영상 크기는 640x480, 320x240 크기를 지원한다. 영상 처리 응용 분야에 따라 개발자가 원하는 영상 크기를 선택하여 프로그래밍 할 수 있다.

☞ 컬러 변환 수식을 이용하면, YCbCr 컬러 스페이스, CIExyz 컬러 스페이스 및, CIECIELab 컬러 스페이스로도 변환이 가능하다.

영상 획득 방법

myVision USB는 프로그램의 용도에 따라 한 장의 이미지를 얻는 싱글 그랩 모드(single grab mode)와 연속적으로 영상을 취득하는 연속 그랩 모드(continuous grab mode)를 지원한다. 싱글 그랩 모드의 경우 한 장의 영상을 온전히 취득할 때까지 기다렸다가 한 프레임이 모두 변환이 되면 이 영상을 사용자에게 제공한다. 따라서 사용자는 영상 신호의 동기에 신경 쓸 필요 없이 원하는 시점에 한 장의 영상을 얻을 수 있다. 또한 연속 그랩 모드는 멀티 버퍼를 이용하여 입력되는 영상을 끊어짐 없이 사용자에게 제공한다. USB 2.0 high speed의 경우 최대 480Mbps의 전송 속도를 가지고 있으며, VGA급 영상인 640x480의 컬러 영상일 경우 1초에 147Mbits/s의 대역폭이 필요하므로, 최대 2대의 카메라로부터 영상을 실시간 취득하는 것이 가능하다.