科學研究 - 從影像感應展看人工智慧帶動工業成像新方案

影像感應展Image Sensing Show

2019年6月12日至14日，由先進傳播媒介有限公司主辦、日本影像協會協辦的日本橫濱第34屆影像感應展「Image Sensing Show 2019」(以下簡稱ISS)在橫濱太平洋（Pacifico Yokohama）會展中心D館展開。今年的ISS根據主題劃分爲國際機器視覺標準展位、特別展示區、精密工程博覽區、系統整合區等區域。ISS匯聚了來自全球各地衆多展商的光學設備和機器視覺前緣產品。其中包括工業鏡頭，工業光源，以及工業視覺系統等產品。

會展現場彙集了客戶、製造商以及營業人員

展會規模雖然不大，但卻匯聚了很多世界知名的生產商。在相機制造商方面，有iDS、SICK等專注於二維和三維成像的生產商。光學系整合商方面，有ITANZI、LINX等具有多年光學系整合經驗的公司。鏡頭生成商方面也雲集了從多老牌公司，如Edmund光學，OPT光學，UTron等。許多軟體公司也集合了新的光學設備以及人工智慧演算法，提出了一些新領域的工業解決方案。

iDS推出的最新防水攝影頭

LINX公司的手眼並用瑕疵檢測方案

爲了解決某些光學難題，如精細材料識別的情況下能達到精確和較高的準確率，光學成像裏認爲高光譜相機的材料具有非常大的優勢。普通的RGB相機只能提取紅綠藍波段光譜的資訊，導致了很多不同材料在成像上表現出相近的顏色特徵而無法普通照片裏被區分出來。透過更多頻率波段資訊的提取，高光譜相機能極大地提取不同材料在不同頻率圖譜波段下的光學資訊，從而提高了不同材料分辨的準確度。由於製造成本逐步下降，這種原來用於研究和軍事用途的攝影機也慢慢開始商用化。

高光譜攝影頭慢慢開始商用化

工業成像仍然是光學成像展的重點。由於精度和穩定性的要求，工業成像時無論鏡頭，光源還是後期的影像處理演算法都有有比較高的要求。光源方面，除了往年的可見光頻帶和近紅外光頻帶的成像手段以外，近年來紫外光（UV）源的研究和應用也慢慢多起來。紫外光由於其對人體有傷害，存在安全隱患的問題。但是在一些特殊領域，如螢光物質成像等，紫外光具有其他光源無法代替的作用。因此紫外光的安全使用，成爲了一些光學製造商的賣點。此外，特殊物質和材料的觀察也出現了一些新的方案，如透明熟料瓶裏的液體的觀察等，也出現了透過近紅外光波段檢測液體的手段。由於液體近紅外光的吸收比比較高，反射率比較少，透過在近紅外光下觀察，就能識別出透明容器裏是否裝有液體之類的物質。

隨着成本的下降，雷射的應用也開始越來越普遍。雷射由於其能量集中，波段集中的特點，在大範圍，遠距離場景的三維成像中發揮很好的作用。無人車的LiDAR感測器，最新隊形變換起來的Time-Of-Flight（TOF）感測器，測距感測器，以及一些高級的工業三維成像感測器的光源都是以雷射爲主。與此同時，由於雷射能量集中，發光度比較高，直接照射人眼的話有一定的機率造成人眼的傷害。特別是在非可見光段，這種安全隱患更加突出。由於這種雷射的非可見性，人們容易忽視掉雷射存在的危險區域而可能導致不小心進入危險範圍被雷射射傷的問題。因此，在頻率圖譜波段上研究二類甚至是一類安全雷射的製造，同時保持雷射高能量性的課題成爲近年來雷射生產商的隊形變換重點之一。

基於高能雷射的感測器解決方案

成像晶片領域方面，在生產商進行傳統的CCD和CMOS成像硬體的改進的同時，出現了一些新的趨勢。新成像手段更多地集中在高速成像設備，以及和人工智慧深度學習相結合的以演算法和資料改進成像手段的軟硬結合的設備的研究上。由於晶片技術和工藝製造的改進，感光單元的體積越來越小，感光效率越來越高。使得高畫質成像，高畫素度成像也有所隊形變換。行程設備的成像晶片也是近年來的重點關注領域之一。

基於深度學習的工業成像軟體方案

軟硬結合的影像處理晶片技術

由於成像手段的雜異化，成像資料改進，結合近期深度學習演算法在應用方面的展開，傳統的工業視覺技術和應用也有所提升。以前比較困難的檢測任務，如精細瑕疵檢測，高速精確二維碼掃描，還有精確的三維物體檢測，現在都開始慢慢有了解決方案。成像技術越來越和生產緊密結合。圖形處理單位（GPU）的使用以及嵌入式計算方案的普及也使得高性能計算成爲可能。