上接本站報導：捕捉1毫秒動作的機械眼，革新智慧系統（上）
支撐高速化的基礎技術 價格和能量消耗也大幅降低
關於支撐着蘊藏各種可能性的高速視覺的基礎技術，石川教授介紹道：「重要的是智慧系統所涉及的感測、處理以及運動控制和顯示控制，全部都要實施高速化。這稱爲動態配對分組，缺少其中任何一項都無法實施1000fps」（圖6）。岸則政接着說：「如果只是提高了處理速度，但感測器的能力較差，或者機器人的控制週期時間很長，那麼作爲整個系統的速度也會變慢。如果是馬達等周邊技術造成系統速度緩慢時，就需要透過開發新的馬達來提高速度」。
■圖6上：實施高速視覺的動態配對分組。配合檢測物件物的動態變化進行高速檢測，並對其進行高速處理，高速驅動運動執行器或者是顯示裝置。下：在這個循環中，透過使各個系統具備能充分跟上物件物體行程的速度和穩定性，實施了沒有延遲的系統。
例如，追蹤動態物件的高速追蹤技術是透過驅動多個反射鏡來追蹤物件的動作的，但如果反射鏡的驅動發生偏移就會失敗。要想盡量快速、精確地驅動反射鏡，就需要改善反射鏡的尺寸等細節。
另外，爲實施在水之類的流體或者高速行程的物體上顯示影像的動態投影，必須瞬間計算出被投影平面的三維形狀及其變化，並以此爲基礎高速控制用投影機投射的影像。不僅是計算速度，傳輸資料的延遲也會導致問題。以高速作爲着重點推進研究開發，磨練所需要的基礎技術，而後確立起來的才是基於高速視覺的智慧系統。
支撐系統的基礎技術中已經有實施了產業化的技術。其中之一就是與索尼共同研究開發出來的視覺晶片。畫素單元和從所取得的影像中提取特徵量等的計算單元被收納在了不到1平方釐米的晶片中。石川信心十足地表示：「我剛開始研究時，爲實施1000fps高速影像處理，需要1平方公尺大小的系統。現在，在保證1000fps速度的同時直接將面積等比縮小至了萬分之一以下（面積比）。由此變成了能在社會中實際得以應用的技術」。
岸則政也對普及充滿信心，他表示：「價格由1000萬日元降至10萬日元，能量消耗由100瓦特降至0.3瓦特。無需氣冷和水冷卻，可用於以前無法使用的應用當中。這是巨大的進步，甚至可以說是整個世界的轉折點」。
不過，兩人並沒有滿足於此，而是瞄準於更加長遠的目標。石川教授說：「現在，系統中最慢的環節--運動控制系統的上限是整個系統的極限。如果能使運動控制系統的速度高於1毫秒，就可以進一步提高性能。希望能達到機械的極限」。
從瞭解科學到創造科學 利用影片吸引企業
專案組開發的技術有很多都製作了示範影片，在研究室的官方首頁和影片網站「YouTube」上公開。關於其理由，石川教授熱情地表示：「如果說以往的科學是爲了瞭解事物是什麼樣的‘瞭解科學’，那麼我們的目標就是創造出新價值的‘創造科學’。用於什麼用途以及創造什麼價值都取決於大家的想法。爲了讓大家思考這些，我們以一種易於理解的方式去介紹使用我們的技術可以做什麼」。
在介紹的影片中，點擊量最高的是石頭剪刀布機器人（圖7）。由於可以瞬間解析人伸出的手的形狀，並向機器人手發出指令，因此儘管是同時出拳，但機器人絕對不會輸。用這個影片希望能傳達出的資訊是，透過介紹我們究竟能以多快的速度處理影像和控制機器人，繼而讓觀衆聯想到「可用於機器人與人類一起工作的工廠設備等，得以大幅提高生產效率」等用途。影片點擊量達到500多萬次，還被美國的三大網路及英國和加拿大的電視臺報導。對此岸則政表示：「看到這些影片和展會上的示範後表示出興趣的企業在逐漸增加。正所謂百聞不如一見」。
■圖7：高速視覺回饋。左：透過瞬間捕捉和分析對方的動作，並控制機器人的出手形狀，可實施絕對不會輸的石頭剪刀布機器人。右：以30fps（右圖）拍攝時，由於手的行程，影像模糊不清，而以1000fps（左圖）拍攝時，可以清楚看到人出了「剪刀」。
但另一方面，相比海外企業，日本國内企業的反響小也是事實。爲向產業領域進一步普及，二人在新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的支援下建立了「WINDS網路（Network for World Initiative of Novel Devices and Systems）」。石川教授說：「只要看到影片和示範，高速視覺所能帶來的好處就能一目瞭然，但問題是如何讓大家知道有這些影片和示範。因此我們成立了聯盟，建立了傳播資訊和接收回饋的體制」。現在有來自182個法人的200個組織參加，大家的興趣各不相同（圖8）。二人的目標是把在研究階段僅限於特定用途的高速影像處理技術拓展到不同領域的應用當中去，以促進產業的活性化和開拓新產業。
■圖8：加入WINDS網路的會員所設想的應用領域非常廣泛。
https://www.winds-network.org/about.php
在學術領域方面，該研究在日本虛擬實境學會、計測自動控制學會、日本機器人學會、映像情報媒體學會、日本印刷學會、應用物理可用能學會、日本機械學會、電子情報通訊學會等廣泛領域的多個協會都得到高度評價，還獲得了論文獎等。石川教授笑着說：「這是我們沒有封閉在一個領域内，而是不斷走出去的結果。所接觸領域都取得了成果，這爲我們帶來了信心」。高速視覺技術的應用範圍還在逐漸向醫療和生物學等領域擴大，比如，利用高速視覺可簡化傳統因眼球的微細動作而需要蠻力照明的眼底檢查，還開發了能在顯微鏡下自動追蹤活動細胞的技術。
創造未來事實的科學 靈活暢想開拓新領域
石川教授反復表示，用來創造新價值的高速視覺平台並不是爲了解決特定課題而開發的技術。他解釋說：「學習教科書中所寫内容的基礎能力雖然很重要，但這些内容是到目前爲止的事實。今後，尋找沒有發現的問題也沒有答案的未來事實的創造科學，應該會變得更加重要。因此，研究人員需要具備靈活的想像力」，石川認爲，這是日本與歐美各國及中國等競爭中所不可或缺的條件。
岸則政也充滿信心地表示：「我相信我們擁有的高速視覺技術是世界上最高水平的技術之一。要想進一步普及，需要擺脫固有觀念的束縛，開拓以前從未想過的用途和領域。不僅要響應時代的要求，還要珍惜自己發現新事物的態度」。
岸則政與石川正俊
高速視覺技術蘊藏着巨大的可能性。這個不是爲了解決既有課題而開展的研究，因此沒有目標，能隊形變換到什麼程度取決於想法與創意。石川教授強調：「高速視覺平台正在逐漸模製，未來的時代不僅是速度，應該還需要提高解析度等。不僅要考慮現在所需，還要始終思考將來需要什麼，同時，作爲創造新價值的平台，我們希望提升到另一個新的水平」。（全文完）
日文：JSTnews 2019年11月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
