在軟硬體技術(shù)的同步進(jìn)展下，現(xiàn)在機(jī)器視覺在自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域，已能取代一般的人眼辨識(shí)，而近年來智慧化成為製造業(yè)趨勢(shì)，工廠設(shè)備的數(shù)據(jù)擷取與儲(chǔ)存方式也走向數(shù)位化，在機(jī)器視覺領(lǐng)域也是如此，數(shù)位化不僅讓產(chǎn)品檢測(cè)的數(shù)據(jù)格式一致化，更可與IT系統(tǒng)整合，延伸出各種應(yīng)用，進(jìn)而提升產(chǎn)品價(jià)值。

圖1 : 近年來智慧化趨勢(shì)加快，工業(yè)相機(jī)的技術(shù)也同步提升，無論是解析度、通訊傳輸與整合性，都有大幅進(jìn)展。（source：Kickstarter）

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，工業(yè)相機(jī)扮演了設(shè)備前端眼睛的角色，其架構(gòu)與規(guī)格也隨著製造市場(chǎng)對(duì)辨識(shí)速度與彈性化的要求而快速演進(jìn)，尤其是近年來智慧化趨勢(shì)加快，機(jī)器視覺又是各類自動(dòng)化設(shè)備中智慧化腳步較快的環(huán)節(jié)，因此，各設(shè)備供應(yīng)商新品問世速度也較其他產(chǎn)品更快。

CMOS獨(dú)佔(zhàn)產(chǎn)線檢測(cè)市場(chǎng)

工業(yè)相機(jī)的重要架構(gòu)包括感光元件與通訊介面，以工業(yè)相機(jī)大廠The Imaging Source兆鎂新新產(chǎn)品為例，就可看出其發(fā)展趨勢(shì)。兆鎂新的新產(chǎn)品為搭載Sony Polarsens? 5.1百萬(wàn)全局CMOS感光元件，傳輸介面則可使用乙太網(wǎng)介面（幀速率最高可達(dá)24fps）或相對(duì)快速的USB 3.0介面（最高可達(dá)75fps）。

圖2 : CMOS的特色在於省電、體積小，加上製程成本較低，取像較為快速，適合一般工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用上高速檢測(cè)的需求。（source：AIA | Vision）

工業(yè)相機(jī)與一般數(shù)位相機(jī)一樣，在影像品質(zhì)需求下，早期均採(cǎi)用高靈敏度與低圖像雜訊的CCD，半導(dǎo)體製程的CMOS影像感測(cè)器早期的解析度較差，且有雜訊問題，因此少有廠商使用。不過，此一情況在2016年開始翻轉(zhuǎn)，半導(dǎo)體技術(shù)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)CMOS技術(shù)提升，加上生產(chǎn)成本較低，導(dǎo)入相關(guān)技術(shù)可有效降低機(jī)器視覺系統(tǒng)的整體造價(jià)，在此態(tài)勢(shì)下，CCD逐漸失去市場(chǎng)，尤其在市場(chǎng)主力Sony關(guān)閉CCD產(chǎn)線後，CMOS已獨(dú)佔(zhàn)機(jī)器視覺市場(chǎng)。

至於CCD由於抗雜訊技術(shù)較佳，動(dòng)態(tài)成像的水準(zhǔn)較高，較常用於科學(xué)研究與工業(yè)高端應(yīng)用；CMOS的特色在於省電、體積小，加上製程成本較低，取像較為快速，適合一般工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用上高速檢測(cè)的需求。

以兆鎂新的新產(chǎn)品來看，此款產(chǎn)品所採(cǎi)用的Sony Polarsens? 技術(shù)使用四向奈米線（0°, 45°, 90°, 135°）微偏振器（four-directional nanowire micro-polarizers），置於每個(gè)2x2像素陣列前（計(jì)算單位），提供多向偏振光影像，由於塑膠、玻璃、金屬及液體這類型材質(zhì)都會(huì)呈現(xiàn)固有的偏振特性，而此系列感光元件的偏振濾鏡，就可利用這項(xiàng)性質(zhì)可視化各個(gè)材質(zhì)的表面應(yīng)力及表面刮痕，同時(shí)減少不必要的眩光，強(qiáng)化邊緣檢測(cè)或增進(jìn)低對(duì)比度材質(zhì)的對(duì)比值。

USB漸成通訊傳輸主流

至於通訊傳輸，這款產(chǎn)品同時(shí)支援乙太網(wǎng)路與USB3.0兩種介面，這也是目前工業(yè)相機(jī)的主流選擇，其中USB3.0的發(fā)展?jié)摿Ω粯I(yè)界看好。USB的特色除了穩(wěn)定度外，熱插拔帶來的彈性化，更加深了此技術(shù)在機(jī)器視覺的優(yōu)勢(shì)。

從工業(yè)相機(jī)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展來看，USB已然成為此一領(lǐng)域中的主流，USB不管在成本、頻寬、使用方便性，都優(yōu)於目前是廠商的其他介面，加上近年來穩(wěn)定性問題已逐漸克服，在此態(tài)勢(shì)下，傳統(tǒng)的Camera Link、IEEE 1394等，由於頻寬、傳輸距離、整合度等因素不敷現(xiàn)有市場(chǎng)需求，已經(jīng)逐漸淡出主流市場(chǎng)。

就目前的市場(chǎng)發(fā)展來看，現(xiàn)在工業(yè)相機(jī)傳輸標(biāo)準(zhǔn)主流之爭(zhēng)，USB已然取代GigE，但是從整體產(chǎn)值來看，GigE的整體出貨量仍然持平，USB相機(jī)的市佔(zhàn)之所以能大幅提升，除了填補(bǔ)Camera Link與IEEE 1394的原有市占比例外，更大的原因在於整體機(jī)器視覺市場(chǎng)的快速興起，這部分的新興市場(chǎng)中，系統(tǒng)廠商採(cǎi)用USB工業(yè)相機(jī)的比例相當(dāng)高。

再與現(xiàn)在市場(chǎng)上常見的GigE相較，USB在工業(yè)相機(jī)於供電、熱插拔、高頻寬等方面都有更佳表現(xiàn)?，F(xiàn)行的GigE要供電給工業(yè)相機(jī)時(shí)，必須有PoE設(shè)計(jì)，然而這必然要支付更多的成本，而USB直接透過供電傳輸介面已行之有年，在設(shè)計(jì)的便利性與成本面都更有優(yōu)勢(shì)；另外，熱插拔也讓工控系統(tǒng)更便利，當(dāng)設(shè)備的介面接頭脫落時(shí)，GigE需要重啟主程式，系統(tǒng)方能重新連線，USB只需將接頭再次接回即可，在頻寬部分，過去USB 2.0的最高頻寬只有480Mbps，遠(yuǎn)不如GigE，不過USB 3.0問世後，高達(dá)5Gbps的頻寬，已超越GigE，在此態(tài)勢(shì)下，USB在機(jī)器視覺領(lǐng)域的應(yīng)用後勢(shì)相當(dāng)可期。

過去USB多應(yīng)用於消費(fèi)性產(chǎn)品端，多數(shù)工控業(yè)者對(duì)USB的穩(wěn)定性有所質(zhì)疑，不過隨著規(guī)範(fàn)漸趨嚴(yán)謹(jǐn)，且USB3.0針對(duì)工業(yè)相機(jī)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)版本USB3 Vision，也已被國(guó)際自動(dòng)成像協(xié)會(huì)（AIA）採(cǎi)用，因此穩(wěn)定性不足的問題已被解決，至於傳輸長(zhǎng)度不如GigE，目前已有廠商推出可與光纖介接的技術(shù)，延長(zhǎng)其傳輸距離。

3D視覺打造多元應(yīng)用

除了影像感測(cè)元件與傳輸介面標(biāo)準(zhǔn)外，工業(yè)相機(jī)這幾年的另一熱門技術(shù)是3D視覺。過去產(chǎn)線檢測(cè)主要是偵測(cè)物體的表面瑕疵與外觀變形，後來開始有廠商針對(duì)輪胎溝痕或機(jī)器工件等需要偵測(cè)立體形狀的產(chǎn)品，推出以3D工業(yè)相機(jī)搭配影像處理軟體的解決方案，其做法與人眼類似，透過至少兩個(gè)鏡頭定位偵測(cè)點(diǎn)在空間的位置，再以軟體運(yùn)算出受測(cè)物的結(jié)構(gòu)，完成3D影像偵測(cè)。

圖3 : 眼手協(xié)調(diào)的機(jī)器手臂除了夾取工件外，也可應(yīng)用塗膠、噴漆、焊接等工作。（source：SODA VISION）

不過，由於3D的影像處理速度偏慢，目前在產(chǎn)線檢測(cè)的應(yīng)用尚未普及，反而是與機(jī)器手臂的搭配在近期快速增加。機(jī)器手臂的傳統(tǒng)運(yùn)作方式，都是將產(chǎn)線上工件位置、手臂移動(dòng)角度、定位點(diǎn)等數(shù)據(jù)先設(shè)定完成，機(jī)器手臂在按照設(shè)定移動(dòng)，這種運(yùn)作在大量生產(chǎn)模式下效益相當(dāng)高，不過，在要求彈性製造的工業(yè)4.0體系下並不適用，因此機(jī)器視覺與機(jī)器手臂的搭配順勢(shì)而生。

眼手協(xié)調(diào)的機(jī)器手臂，先由工業(yè)相機(jī)找出工件位置與姿態(tài)，並將訊息傳給機(jī)器手臂，手臂依其訊息調(diào)整角度與方位夾取工件，而除了夾取工件外，此一搭配也可應(yīng)用塗膠、噴漆、焊接等工作，這類工作在汽車製程中占有極高的比例，因此機(jī)器視覺與機(jī)器手臂的整合，在此領(lǐng)域的應(yīng)用頗被看好。

在智慧製造趨勢(shì)下，機(jī)器視覺的技術(shù)發(fā)展速度越來越快，要提升系統(tǒng)效益，除了軟體外，身處最前端的工業(yè)相機(jī)也必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷強(qiáng)化其效能，方能打造出最適化的機(jī)器視覺架構(gòu)。