1. 이벤트 카메라의 주요 상용 모델

이벤트 카메라가 상용화되면서 다양한 제조사에서 다양한 모델이 출시되었다. 각 모델은 이벤트 기반 데이터 처리를 효과적으로 지원하기 위해 최적화된 하드웨어 설계를 가지고 있으며, 다양한 응용 분야에 맞는 특징을 가지고 있다. 대표적인 상용 이벤트 카메라 모델을 소개하면 다음과 같다.

Prophesee Metavision

프랑스 기반의 Prophesee에서 개발한 Metavision 시리즈는 상용 이벤트 카메라 시장에서 가장 잘 알려진 제품 중 하나이다. Metavision 센서는 초당 최대 수백만 개의 이벤트를 감지할 수 있는 높은 시간적 해상도를 자랑하며, 그 성능을 바탕으로 자동차, 산업 자동화, 보안 및 감시 등 다양한 응용 분야에서 사용된다. Prophesee의 Metavision 센서는 아래와 같은 특징을 가지고 있다.

• 픽셀 해상도: 다양한 해상도의 센서가 있으며, 보통 VGA(640x480) 이상의 해상도를 제공한다.
• 시간적 해상도: 각 픽셀은 나노초 단위의 시간 해상도를 지원하여 매우 빠른 움직임도 감지할 수 있다.
• 소비 전력: 전력 소비가 낮아 에너지 효율적인 시스템 설계가 가능하며, 휴대용 기기나 IoT 장치에 적합한다.

이벤트 카메라에서 중요한 성능 지표는 시간적 해상도와 전력 소비이다. Prophesee의 Metavision 시리즈는 이러한 성능을 모두 갖춘 대표적인 모델이다.

iniVation DVS (Dynamic Vision Sensor)

iniVation에서 개발한 DVS 시리즈는 다양한 연구와 상업적 프로젝트에서 폭넓게 사용되고 있다. DVS 카메라는 소형 폼팩터와 높은 성능을 바탕으로 특히 로봇 비전 및 드론과 같은 실시간 응용 분야에서 인기를 끌고 있다. iniVation DVS의 주요 특징은 다음과 같다.

• 이벤트 생성 속도: 초당 수백만 개의 이벤트를 처리할 수 있어 빠르게 변화하는 장면에서도 정확한 정보 수집이 가능한다.
• 저전력 설계: DVS 카메라는 매우 낮은 전력으로 동작하므로 배터리 기반 시스템에서 유용하게 사용된다.
• 고속 동작 인식: 빠르게 움직이는 객체나 환경에서 이벤트를 실시간으로 분석하고 반응할 수 있는 능력을 가지고 있다.

DVS 카메라는 그 크기가 작고 전력 효율성이 높아 다양한 휴대용 장치에 사용되며, 드론, 로봇, AR/VR 응용 분야에서 특히 많이 사용된다.

2. 각 제조사의 기술적 차이점

상용 이벤트 카메라 간에는 픽셀 구조, 전력 소비, 데이터 처리 속도 등의 기술적 차이가 존재한다. 이런 차이점은 이벤트 카메라를 사용할 응용 분야에 따라 중요하게 고려되어야 한다.

픽셀 구조

이벤트 카메라는 각각의 픽셀이 독립적으로 동작하며, 이는 전통적인 카메라와의 큰 차이점이다. Prophesee의 Metavision은 픽셀당 별도의 메모리와 회로를 가지고 있어 더 정교한 이벤트 처리가 가능하지만, 그에 따른 전력 소비가 상대적으로 높을 수 있다. 반면, iniVation의 DVS는 단순화된 픽셀 구조를 사용하여 전력 소비를 줄이면서도 빠른 응답 속도를 유지한다.

픽셀 구조와 관련된 성능을 식으로 표현하면, 이벤트 발생률 $\lambda$는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, - $\Delta I$는 밝기의 변화량, - $\Delta t$는 시간 간격이다.

이 공식은 각 픽셀이 독립적으로 이벤트를 발생시키는 과정을 나타내며, 시간적 해상도가 높을수록 $\Delta t$가 작아지고 $\lambda$ 값이 증가하게 된다.

전력 소비

이벤트 카메라의 전력 소비는 그 사용처에 매우 중요한 요소이다. Prophesee의 Metavision 센서는 상대적으로 높은 전력을 소비하지만, 더 정밀한 데이터를 제공하여 산업 자동화와 같이 정밀한 처리가 필요한 곳에서 많이 사용된다. 반면, iniVation의 DVS는 저전력으로 설계되어 휴대용 장치나 배터리 기반 시스템에서 적합한다.

전력 소비량은 센서의 해상도, 이벤트 발생률에 따라 다르며, 이를 단순하게 모델링하면 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서, - $P$는 전력 소비량, - $N$은 센서의 픽셀 수, - $\lambda$는 이벤트 발생률, - $k$는 전력 소비 계수이다.

3. 상용 이벤트 카메라의 응용 사례

자율주행 차량

Prophesee와 iniVation의 이벤트 카메라는 자율주행 차량에 적용되어 도로 환경에서 빠르게 변화하는 객체들을 감지하고 추적하는 데 유용하다. 예를 들어, 전통적인 프레임 기반 카메라로는 어려운, 빠르게 움직이는 객체에 대한 실시간 인식이 가능한다. 특히, 자율주행에서는 장애물 인식과 충돌 회피를 위해 초당 수십만 개 이상의 이벤트 데이터를 실시간으로 처리해야 하기 때문에 이벤트 카메라의 시간적 해상도가 큰 장점이 된다.

자율주행 차량에서 사용되는 이벤트 카메라의 주요 활용 영역은 다음과 같다.

• 차선 감지: 빠르게 변화하는 도로 환경에서 차선의 경계선을 실시간으로 감지한다.
• 객체 추적: 움직이는 차량, 보행자, 자전거와 같은 객체들을 빠르게 추적하여 안전한 주행을 도모한다.
• 조도 변화 적응: 다양한 조명 환경, 특히 강한 빛의 변화(예: 터널 진입 또는 태양 광선에 의한 눈부심)에서도 안정적인 감지를 제공한다.

드론 및 로봇 비전

드론과 로봇은 빠른 이동과 동작에 따라 실시간으로 주변 환경을 파악해야 한다. iniVation의 DVS와 같은 저전력 이벤트 카메라는 이러한 응용 분야에서 특히 유리한다. 드론은 비행 중에 빠른 속도로 변화하는 환경을 지속적으로 모니터링해야 하며, 이벤트 카메라는 전통적인 카메라보다 더 적은 전력으로 이 작업을 처리할 수 있다. 드론과 로봇 비전에서 이벤트 카메라의 주요 응용은 다음과 같다.

• 고속 장애물 회피: 드론이 비행 중 갑작스럽게 나타나는 장애물을 감지하고 회피한다.
• 자율 탐색 및 맵핑: 이벤트 기반 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 통해 실시간으로 지도를 생성하고, 이동 경로를 계획한다.
• AR/VR 응용: 증강현실 및 가상현실에서 이벤트 카메라는 사용자의 움직임을 빠르게 추적하여 현실적이고 자연스러운 상호작용을 제공한다.

산업 자동화 및 감시

산업 환경에서 이벤트 카메라는 생산 라인의 결함 탐지, 빠른 동작 인식, 보안 및 감시 시스템에 유용하게 사용된다. Prophesee의 Metavision과 같은 고해상도 이벤트 카메라는 특히 복잡한 환경에서 정밀한 분석을 수행할 수 있어, 산업용 로봇이나 감시 시스템에서 자주 채택된다.

산업 환경에서 이벤트 카메라의 응용 사례는 다음과 같다.

• 기계 결함 탐지: 고속으로 움직이는 기계 부품의 결함을 실시간으로 감지하고 보고한다.
• 보안 감시: 저조도 환경에서도 움직임을 정확히 감지하며, 불법 침입자와 같은 이상 상황을 빠르게 탐지한다.

4. 이벤트 카메라의 성능 평가 지표

상용 이벤트 카메라를 평가할 때, 몇 가지 중요한 성능 지표가 있다. 이를 통해 응용 분야에 적합한 카메라를 선택할 수 있다.

시간적 해상도

이벤트 카메라의 핵심 지표 중 하나는 시간적 해상도이다. 시간적 해상도가 높을수록 빠른 움직임을 더 정확하게 감지할 수 있다. 시간적 해상도는 픽셀이 이벤트를 감지할 수 있는 최소 시간 단위로, 보통 나노초 단위로 표현된다.

이를 수식으로 표현하면, 시간적 해상도 $\Delta t$는 다음과 같다.

여기서, - $f$는 카메라의 최대 이벤트 처리 빈도이다.

공간적 해상도

공간적 해상도는 이벤트 카메라의 픽셀 수로 결정되며, 해상도가 높을수록 더 세밀한 장면을 캡처할 수 있다. 일반적으로 VGA(640x480) 이상의 해상도를 지원하는 모델이 많으며, 고해상도의 카메라는 더 복잡한 장면을 분석할 수 있다.

이벤트 발생률

이벤트 카메라의 이벤트 발생률은 카메라가 초당 생성하는 이벤트의 수로 정의된다. 이 값은 카메라의 픽셀 수와 각 픽셀이 감지하는 밝기 변화에 따라 달라진다. 높은 이벤트 발생률은 복잡한 장면에서 더 많은 정보를 제공하지만, 그에 따른 데이터 처리량도 증가한다.

이벤트 발생률을 수식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, - $R$는 이벤트 발생률, - $N$은 픽셀 수, - $\lambda$는 단위 픽셀당 이벤트 발생 빈도이다.