機器視覺在工廠自動化系統(tǒng)中向來扮演重要環(huán)節(jié)，當(dāng)初發(fā)展時，僅作為人類時覺的替代品，不過隨著技術(shù)的提升，機器視覺在產(chǎn)線的應(yīng)用逐漸加深，現(xiàn)在此技術(shù)的辨識速度與精度，以非人演可比，根據(jù)研究機構(gòu)指出，機器視覺未來年的複合成長率將突珀％，到2022年，全球產(chǎn)值將超過140億美元，就目前發(fā)展來來看，未來幾年的重點技術(shù)將包括機器人、3D視覺、工業(yè)感測器、影像處理技術(shù)、機器人控制軟體或演算法、類人工智慧技術(shù)等方面，而在這些技術(shù)中，3D視覺和機器人將是主要關(guān)鍵。

3D視覺在機器手臂佔有優(yōu)勢

在3D視覺部分，目前仍以2D仍是視覺感測器的主流，不過2D感測技術(shù)只侷限在X-Y平面進(jìn)行測量，無法獲取Z方向的資訊，而3D視覺技術(shù)可以全面掌握物體或環(huán)境樣貌，從底層影像處理構(gòu)建出最終的3D模型，更全面且精確呈現(xiàn)物體的位置、距離、形態(tài)等，隨著3D視覺檢測實現(xiàn)的功能越來越全面，2D檢測技術(shù)將會被3D視覺技術(shù)取代，此外在部分不適於工作業(yè)的監(jiān)測環(huán)境中，3D視覺攝影機可與機器手臂結(jié)合，由於2D工業(yè)相機缺乏深度空間判斷能力，因此3D工業(yè)相機將在此領(lǐng)域有絕對優(yōu)勢。

隨著智慧製造的持續(xù)推進(jìn)，製造業(yè)對整合3D視覺化功能的機器人需求也越來越廣泛，讓視覺系統(tǒng)取代傳統(tǒng)程式設(shè)計過程，以執(zhí)行某一特定操作的機器人將更具優(yōu)勢，具有3D視覺功能的機器人可自動識別、分析、處理，對周圍環(huán)境做出即時反應(yīng)，在此一領(lǐng)域，目前包括ABB、EPSON等多家廠商都已推出具備視覺功能的機器人產(chǎn)品，在智慧工廠發(fā)展過程中，視覺功能與機器手臂的整合已開始有初步應(yīng)用。

過去機器人生產(chǎn)設(shè)備大多僅使用固定式的機器手臂，取代產(chǎn)線定點加工站的規(guī)律性插拔件、鎖螺絲與組裝加工程序，或是透過機器視覺進(jìn)行簡單的料件檢測、分檢動作，雖然在高速化加工應(yīng)用與高精準(zhǔn)度檢測應(yīng)用已獲得相當(dāng)具體的成果，但隨著機器人整合承載運動平臺，搭配更高自由度(Degree of Freedom；DOF)的機器人設(shè)備時，原有採固定式運作的自動化應(yīng)用機器人，即便可使用實體圍籬或電子圍籬建構(gòu)安全操作區(qū)，但高自由度的機器人設(shè)備可能在顧及安全性部分，就無法搭配實體或電子圍籬使用。

而為建構(gòu)高自由度機器人設(shè)備更完整的環(huán)境空間資訊，一般會使用各種感測器整合分析運作空間，例如，整合超音波、雷射測距、機械式微動開關(guān)...等，但單一感測器可能會因為受限感測原理限制，而會有空間、角度、距離與精確度等空間感測差異，而設(shè)置過多感測器也會有成本與處理負(fù)荷問題。然而，採行高經(jīng)濟(jì)價值、高效能的機器視覺技術(shù)，反而可以有效優(yōu)化機器人設(shè)備建構(gòu)空間資訊的較佳方案。

視覺與手臂整合門檻高

機器視覺應(yīng)用於機器人的技術(shù)門檻相當(dāng)高，若是設(shè)置於固定位置類型的機器手臂、自動化加工站，機器視覺進(jìn)行的辨識與需處理的操作動作相對單純，但若是具移動能力的機器人，運動範(fàn)圍、環(huán)境障礙會因為移動位置的不同而產(chǎn)生變化，每次動作進(jìn)行前就必須完成安全工作區(qū)的感測與分析動作，若透過傳統(tǒng)感測器進(jìn)行不僅效果有限、運作效能也備受考驗，反而是機器視覺可以快速、大範(fàn)圍完成操作環(huán)境分析，進(jìn)而映射可以進(jìn)行自主運行的動作安全區(qū)，優(yōu)化機器人設(shè)備的反應(yīng)速度、同時也可用低成本達(dá)到所需的環(huán)境空間感測需求。

但影像擷取模組每秒鐘會產(chǎn)生超過百萬像素的圖像資料，如果直接將影像送到中央處理器進(jìn)行解析與空間建模，勢必會因傳輸與儲存媒介效能等問題，影響設(shè)備成本、設(shè)置價值，常見方法為先將圖像於擷取終端進(jìn)行畫素特徵分析，將空間拍攝的影像轉(zhuǎn)換成點、角、邊線或是面等數(shù)據(jù)，從2D搭配深度影像分析轉(zhuǎn)換至具空間特徵的3D數(shù)據(jù)。當(dāng)百萬像素的圖像透過演算法處理成大量環(huán)境特徵數(shù)據(jù)後，即可搭配特徵資料庫運用演算法使機器人可快速辨識圖像或認(rèn)知物體，而此辨識系統(tǒng)則需要大量參考數(shù)據(jù)預(yù)先置入資料庫、讓系統(tǒng)快速比對，否則將影響檢測目標(biāo)或是空間辨別的準(zhǔn)確度。

前述影像繁複的傳輸與演算法處理，針對擷取影像進(jìn)行如圖像縮放、色彩空間轉(zhuǎn)換、影像翻轉(zhuǎn)、影像旋轉(zhuǎn)、色調(diào)加強、伽瑪校正(Gamma correction)、對比強化等處理，對CPU將造成極大負(fù)荷，實作通常使用嵌入式處理器、DSP、GPU等硬體影像加速方案搭配，優(yōu)化機器視覺的影像處理效能，不讓龐大的影像分析、數(shù)位資料處理成為整個自動化系統(tǒng)的應(yīng)用門檻。

整體解決方案將成趨勢

在機器視覺發(fā)展初期，臺灣廠商大多使用靠引進(jìn)國外的機器視覺產(chǎn)品，再針對客戶需求整合系統(tǒng)，後期工業(yè)電腦產(chǎn)業(yè)崛起，臺灣相關(guān)廠商開始著重機器視覺的開發(fā)，再加上市場對工業(yè)智慧相機、圖像擷取設(shè)備以及影像處理等產(chǎn)品及應(yīng)用需求的增加，無論在技術(shù)或應(yīng)用面，機器視覺都已有大幅成長。

不過近年來中國大陸的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也迅速蓬勃，相關(guān)資料統(tǒng)計，目前中國的機器視覺企業(yè)已超過102家，機器視覺產(chǎn)品代理商超過200家，專業(yè)的機器視覺系統(tǒng)整合商超過50家，從光源、工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、影像擷取卡以及處理軟體等所有機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈漸趨完整。

隨著智慧製造趨勢的加速，機器視覺產(chǎn)品將逐漸成為企業(yè)落實協(xié)作生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，但在此同時，另一個問題也隨之浮現(xiàn)，也就是當(dāng)機器視覺產(chǎn)品開始成為生產(chǎn)線的資訊收集工具時，為相容不同視覺系統(tǒng)，除了採用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)外，相關(guān)設(shè)備還必須貼合企業(yè)需求進(jìn)行二次開發(fā)，需求的轉(zhuǎn)變促使產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，因此未來的機器視覺廠商將不再是提供單一產(chǎn)品，而是逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎w解決方案系統(tǒng)整合商。 　 　

就應(yīng)域面來看，根據(jù)研究機構(gòu)的調(diào)查顯示，目前機器視覺的市場需求ｕ．３40％～50％集中在半導(dǎo)體與電子產(chǎn)業(yè)，包括PCB印刷電路板、電子封裝技術(shù)、SMT表面組裝等，主要原因在於半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需要以高精度的視覺設(shè)備和高品質(zhì)的技術(shù)為後盾，而機器視覺可完全能夠解決這些問題；此外機器視覺系統(tǒng)在品質(zhì)檢測方面的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，在產(chǎn)線中有重要地位，其應(yīng)用深度與其自動化系統(tǒng)程度呈正比，像是製藥、印刷、食品外包裝檢測等，此外在政策性因素的影響下，高階創(chuàng)新型領(lǐng)域、智慧交通等領(lǐng)域，也將是未來機器視覺應(yīng)用的重點方向。

**刊頭圖：(Source: Automation World)