マシンビジョンとは？

マシンビジョンは、コンピューターが見る能力です。 XNUMX 台以上のビデオ カメラ、アナログからデジタルへの変換を使用し、 デジタル信号処理。 結果として得られるデータはコンピューターまたはロボット コントローラーに送られます。 マシンビジョンの複雑さは次のとおりです。 音声認識.

マシンビジョンは、この用語と混同されることがあります。 コンピュータビジョン。 このテクノロジーは人工知能と統合されることがよくあります (AI)、機械学習、 深い学習 画像処理を高速化します。

マシンビジョンはどのように機能するのでしょうか?

マシン ビジョンでは、カメラを使用して周囲の環境から視覚情報をキャプチャします。 次に、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせて画像を処理し、さまざまなアプリケーションで使用できる情報を準備します。 マシン ビジョン テクノロジでは、多くの場合、画像を取得するために特殊な光学系が使用されます。 このアプローチにより、画像の特定の特性を処理、分析、測定できます。

たとえば、製造システムの一部としてマシン ビジョン アプリケーションを使用すると、組立ラインで製造される部品の特定の特性を分析できます。 部品が製品品質基準を満たしているかどうかを判断し、満たしていない場合はその部品を廃棄することができます。

製造現場では、マシン ビジョン システムには通常、次のアイテムが必要です。

• 照明。 照明はオブジェクトやシーンを照らし、その特徴を可視化します。
• レンズ これにより画像がキャプチャされ、 センサー 光としてカメラに映ります。
• キャプチャーボード、フレームグラバー、またはセンサー。 これらのデバイスは連携してカメラからの画像を処理し、ピクセルとしてデジタル形式に変換します。 イメージセンサーは、次のいずれかを使用して光を電気信号に変換します。 相補型金属酸化膜半導体 テクノロジーか 電荷結合デバイス.
• プロセッサー。 プロセッサは、デジタル画像を処理して必要な情報を抽出するソフトウェアと関連アルゴリズムを実行します。
• 通信。 これらのシステムにより、マシン ビジョン カメラと処理システムが、通常は個別のシステムを使用して、より大きなシステムの他の要素と通信できるようになります。 入出力 信号またはシリアル接続。

マシンビジョンの製造には XNUMX 種類のカメラが使用されます。

1. エリアスキャン。 これらのカメラは、長方形のセンサーを使用して単一フレームで写真を撮影します。 センサーのピクセル数は画像の幅と高さに対応します。 エリア スキャン カメラは、幅と高さが同じサイズのオブジェクトをスキャンするために使用されます。
2. ラインスキャン。 これらのカメラはピクセルごとに画像を構築します。 動いているアイテムや不規則なサイズのアイテムの画像を撮影するのに適しています。 写真を撮るとき、センサーは物体の上を直線運動で通過します。 ライン スキャン カメラは、エリア スキャン カメラのように特定の解像度に制限されません。

カメラのレンズの光学品質は異なります。 ビジョン システムにおける XNUMX つの重要な仕様は、レンズの感度と解像度であり、次の特性があります。

• 感度 薄暗い光の中で物を見る、または目に見えないところで弱い衝撃を検出する機械の能力です。 波長.
• 解像度 機械がオブジェクトをどの程度区別できるかということです。

一般に、解像度が高くなるほど、視野はより制限されます。 感度と解像度は相互依存しています。 他の要素が一定の場合、感度を上げると分解能が低下し、分解能を上げると感度が低下します。

人間の目は、390 ～ 770 ナノメートルの範囲の電磁波長に敏感です。 ビデオ カメラは、それよりもはるかに広い波長範囲を感知することができます。 一部のマシン ビジョン システムは次のように機能します。 赤外線、紫外線またはX線の波長。

双眼鏡とも呼ばれます ステレオ, マシン ビジョンには、高度なプロセッサを搭載したコンピューターが必要です。 さらに、高解像度のカメラ、大量の RAM 奥行き認識には AI プログラミングが必要です。

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マシンビジョンの種類

マシン ビジョン システムは、特定のアプリケーションの特定のニーズや要件に基づいて、さまざまな次元で動作できます。

一般的なマシン ビジョン システムには次のような種類があります。

• 2D ビジョン システム。 これらは、パターン認識タスクに優れた最も広く使用されているシステムです。
• 3D ビジョン システム。 多次元で動作し、 3D ビジョン システムは、測定および検査目的の精度を向上させます。
• スマートカメラベースのビジョンシステム。 これらのシステムは、統合されたカメラとソフトウェアを使用して、さまざまな検査関連タスクを実行します。
• コンパクトなビジョンシステム。 これらのシステムは自己完結型になるように設計されており、既存の機器や製造プロセスにシームレスに統合できます。
• PC ベースのビジョン システム。 これらのシステムは、コンピューター処理と画像分析を使用することで、より複雑な外観検査タスクの実行を可能にします。
• マルチスペクトルイメージング。 従来の 2D イメージングの代替として、この方法では複数の波長でイメージをキャプチャします。
• ハイパースペクトルイメージング。 マルチスペクトル イメージングと同様に、ハイパースペクトル イメージングは​​非常に多くの波長で画像をキャプチャし、スペクトル データの詳細な分析を容易にします。
• 可変倍率レンズ。 調整可能な倍率レベルを備えたこれらのレンズは、検査作業をより柔軟に実行できます。

マシンビジョンシステムはどのように使用されますか?

マシン ビジョン アプリケーションは、次のようなさまざまなタスクを実行するためにさまざまな業界で使用されています。

• 電子部品の分析。 マシンビジョンは、はんだペーストの検査や部品の配置などの作業のため、回路基板の構築に使用されます。
• 光学式文字認識 (OCR)。 OCR コンピュータが画像から印刷または手書きのテキストを抽出できるようにします。
• 手書きと署名の認識。 これらの機能を使用すると、コンピュータは手書きや署名の画像内のパターンを検出できます。
• オブジェクト認識。 自動車業界では、 自己駆動車 つかいます 物体認識 カメラで撮影した画像から道路上の障害物を識別します。 マシン ビジョン システムは、薬瓶のラベルの適切な配置など、オブジェクトの位置も決定します。
• パターン認識。 医用イメージング 分析ではパターン認識を使用し、磁気共鳴画像法、血液スキャン、脳スキャンなどの技術に基づいて診断を行います。
• 材料検査。 材料検査システムのマシンビジョン機能により、 品質管理。 マシンビジョンは、さまざまな材料や製品の欠陥、欠陥、汚染物質を検査します。 たとえば、これらのシステムは、錠剤や錠剤の製造中に問題がないか検査できます。
• 通貨検査。 マシンビジョンは通貨を分析して偽札を検出するために使用されます。
• アイテムのカウント。 この機能は、パケット内の錠剤やケース内のボトルなどのアイテムを集計するために使用されます。
• バーコード追跡。 この一般的なアプリケーションは、マシン ビジョン システムの機能を使用して読み取りと追跡を行います。 バーコード リアルタイム。
• ロボット工学。 ロボットのガイドにカメラを使用することは、マシン ビジョンの急速に成長している分野です。 2D カメラと 3D カメラはどちらも、個々のコンポーネントまたはバルクコンポーネントを効果的に処理するようにロボットに指示する上で重要です。 これらのアプリケーションは、高い 投資収益率 肉体労働の必要性を減らすことによって。

マシンビジョンの利点

マシン ビジョンの一般的な利点は次のとおりです。

• 人的ミスを排除します。 人間の目は優れていますが、間違いを免れないわけではありません。 マシン ビジョンは、その精度、一貫性、速度により、定量的な測定に優れています。 たとえば、ビジョン システムを生産ラインに統合すると、XNUMX 分間に数百、さらには数千の部品を迅速に検査できます。 高解像度カメラを使用することで、マシン ビジョン システムは人間の目では気付かないような微細な物体の詳細を検出して検査できます。 さらに、マシンビジョンはオペレーターの疲労や個人差の影響を排除し、一貫した信頼性の高い検査を保証します。
• ダウンタイムを削減します。 ビジョン システムは、テスト システムと製造部品の間の物理的な接触を排除することで、部品の損傷を防ぎます。 摩耗や損傷により機械コンポーネントが損傷を受けるため、修理にかかる時間とコストも削減されます。 機械は手入れの必要性が少なくなるため、より迅速に動作し、企業は一貫して簡単に生産期限を達成できるようになります。
• コストを削減します。 マシンビジョンシステムは製造速度を向上させ、装置の操作に必要な労力を軽減します。 また、スクラップ率を最小限に抑えることができるため、材料の無駄が減り、最終的にオーバーヘッドが削減されます。
• 職場の安全性を向上させます。 マシンビジョンとの組み合わせ AI が職場の安全性を向上させる 製造プロセス中の人間の介入の必要性を最小限に抑えることによって。 大型で強力な機械を操作する場合、従業員が怪我をする可能性は低くなり、危険な部品や材料との接触も制限されます。
• 欠陥を検出します。 マシンビジョンは、表面のへこみや傷などの製品の凹凸を検出できます。 検出境界を慎重に設定することで、許容できる欠陥と許容できない欠陥を区別します。
• 正確に測定します。 マシン ビジョン システムは、直径、半径、距離、深さなど、画像上の特定の点を特定して測定できます。 たとえば、これはエンジンのシリンダーボアの内径やコンテナの液体充填レベルを決定するのに役立ちます。 この情報は 2D カメラまたは 3D カメラで収集できます。
• 印刷の欠陥を特定します。 マシンビジョンシステムは、間違った色合い、印刷の傷、文字の欠落などの印刷の異常を簡単に識別できます。 システムはマスターまたは 黄金のイメージ、これは、生成されたすべてのコンポーネントの参照として機能します。 マスター イメージからの逸脱はすぐに特定され、修正のためにフラグが付けられるため、正確で高品質のプリントが保証されます。

AIにおけるマシンビジョン

AI はマシン ビジョンで使用され、意思決定プロセスを迅速化します。 AIは、これまで収集が難しかった大量の画像やデータ情報を処理できるようになります。

AI がマシン ビジョンでどのように使用されるかの例は次のとおりです。

• AI は、ある程度のニュアンスが必要な署名や文字認識を支援します。
• 製造業では、AI は物体認識と材料検査を支援し、マシン ビジョン システムが物体や材料の形状や質感の許容可能な変動を理解できるようにします。
• In 品質保証、AI 対応システムは、XNUMX つの仕様に厳密に適合しないものを拒否するのではなく、許容可能な異常を解釈できます。

ロボット工学におけるマシンビジョン

マシンビジョンを AI やディープラーニングと組み合わせることで、ピッキング、仕分け、配置、製造ラインスキャンの実行など、生産ラインのタスクを実行するロボットの役割が拡大します。 このテクノロジーの組み合わせにより、ロボット工学の動作も可能になります。 他の環境スーパー、病院、レストランなど。

マシンビジョンがロボット工学でどのように使用されるかの例は次のとおりです。

• マシンビジョンを備えたロボットはスーパーマーケットの通路を移動し、店の棚にある製品の在庫データをキャプチャできます。 無線周波数識別 (RFID) を使用して製品をスキャンします。RFID) バーコードを読み取るテクノロジーにより、混雑した通路での障害物を回避できます。 Amazon Go の小売店では、マシンビジョンを利用したシステムを使用して在庫を監視し、支払いの準備ができた顧客をチェックアウトします。
• マシンビジョンテクノロジーにより自動化が可能となり、さまざまなアプリケーションのプロセスシーケンスをネットワーク化することが可能になります。
• また、マシン ビジョンにより、ロボットと人間の間のコラボレーションがより効率的かつ安全になります。 たとえば、スーパーマーケットでは、ロボットを専任で実行できます。 在庫管理 人間の担当者が顧客をサポートする時間を増やすことができます。 ロボットは人間よりも頻繁に、より高い精度で在庫スキャンを実行できます。 組立ラインでは、マシンビジョンを備えたロボットが、作業員を危険な状況にさらすことなく、危険物質の分析やその他の危険な作業を実行できます。
• マシンビジョン対応ロボットが収集して使用するデータは、クラウドまたはコンピュータで処理できます。 エッジ ネットワークの拡張性と詳細な拡張性を実現します。 データ分析.

マシンビジョンとコンピュータービジョンの違いは何ですか？

場合によっては、条件 マシンビジョン & コンピュータビジョン は同義で使用されます。 他の場合には区別が行われます。

マシン ビジョンは、コンピューターの視覚能力の産業応用と関連付けられることがよくあります。 用語 コンピュータビジョン 「画像をデジタル化し、そこに含まれるデータを処理し、何らかのアクションを実行するというタスクをコンピューターに課すテクノロジを説明するためによく使用されます。」

よく行われるもう XNUMX つの違いは、処理能力、つまりマシンとコンピューターの違いです。 マシン ビジョン システムは通常、処理能力が低く、次の用途に使用されます。 リーン生産方式 指定されたジョブを完了するために必要なデータを取得するために実際のタスクを高速に実行します。 品質管理、品目の検査、組立ライン内での物体の案内は、マシン ビジョンの一般的な用途です。

コンピューター ビジョン システムは、オブジェクトやシーンについて可能な限り多くのデータを収集し、それらを完全に理解することを目指します。 コンピューター ビジョンは、さまざまなタスクに適用できる一般的な転送可能な情報を収集するのに適しています。 この用語は、インターネットを含むあらゆるソースからの画像を処理するコンピューターの能力を指す場合があるため、カメラなしで実行することもできます。 コンピュータ ビジョンの一般的な用途には、自動運転車、読書などがあります。 バーコードとRFIDタグ、製品の欠陥がないか検査します。

マシン ビジョンは、製造における AI の数多くのアプリケーションの XNUMX つです。 その他を学ぶ 製造業による AI の活用方法 ビジネスプロセスを簡素化し、効率を向上させます。