機器視覺運算與分析應用
- DIGITIMES企劃
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隨著光學攝錄影技術、影像處理？辨識技術的突飛猛進，機器視覺系統不僅應用在PC、行動裝置與遊戲機的人臉辨識、手勢控制的應用，在工業自動化部分也廣泛的取代人眼的品質檢測，以自動光學檢測機台為生產線產品的快速精準定位、品質瑕疵檢測等工作；隨著雲端運算？行動運算技術日漸成熟，假以時日機器視覺也將應用在協助駕駛者的汽車自動駕駛系統，甚至是無人駕駛系統等明日應用...
機器視覺(Machine Vision)系統，是指用電腦硬體？軟體技術來實現人類對三維世界的識別。其組成一般由主控端電腦(Host Computer)、影像擷取卡(Image Capture Card)與影像處理器(Image Processor)、影像攝影機(如CCTV攝影機、顯微鏡頭)、照明光源(例如Halogen鹵素燈、LED光源、紅外線光源、高週波螢光燈源、閃光燈源、X光燈源或其他特殊光源)、影像顯示器，若是工業檢測應用的機器視覺系統，還會追加由PLC、PC-Base控制器、伺服運動(Server Motion)機台等組成的機構及控制系統。軟體技術上則使用到到圖像處理、數位信號轉換處理、人工智慧與模式識別等演算法則。
機器視覺的應用，從PC？3C？遊戲機的人臉辨識、手勢控制，物流倉儲業、智慧醫療上的條碼讀取器(Barcode Reader)，以及目前蔚為應用主流的工業自動化用途。特別是自動光學檢測(Automatic Optical Inspection；AOI)機台設備，可以部署於生產線上，協助生產人員檢測出像PCB、BGA、LCD與晶圓各種產品的缺陷，協助快速判斷並選擇物料，測量尺寸，進行校準與精準定位等等，是目前自動化生產線上近80%的主要應用，也是從工業3.0邁向工業4.0第一道關卡所在。
近年來無論是半導體、液晶面板或光通訊產業，以及食品加工？包裝業、紡織皮革工業、金屬鋼鐵業、汽車工業、建築材料等，都需要應用工業自動化以提升品管檢驗品質。
特別是Wafer矽晶圓、IC與被動元件、PCB電路板、LCD液晶面板、BGA錫球陣列、太陽能光電轉換元件，已經被要求做到百分之百的全檢；善用機器視覺？AOI設備，可以部署於生產線的節點中間，以非接觸式方式檢查半成品與成品，並藉由影像處理技術來檢出異物或圖案異常等瑕疵，進行必要的篩選，不僅不影響產能，還能提高整體生產效率。自然因此AOI設備成為這些產業中比重甚高的自動化必要投資。
條碼判讀在物流倉儲、醫療與品管上的應用
當工廠自動化、物流倉儲需要做生產管理與產品追溯時，可在產品上運用一維或二維條碼來進行產品的追溯與管理。但是當前電子產品製程的組裝精度要求日益提高、材質多樣化，再加上各種條碼的品質不一、讀取方向與可讀取的角度限制、直接刻碼製程逐漸成為主流，導致電子產品的ID讀取越來越不容易。
像美商Cognex以在機器視覺領域研發多年經驗，提供全系列的低至高階的影像讀碼器產品，搭配PC的平台，以及其2D(平面)與3D(立體)的視覺應用範圍，提供定位(Guidance)、表面檢驗(Inspection)、尺寸量測(Gauging)，尤其支援惡劣環境(刮傷、對比過低、照明不均、模糊、雜點背景)下各式電子零件上面的條碼ID讀取(Identification)等功能。
同時也提供Cognex Designer整合式開發環境(IDE)，支援多相機、3D輪廓環境、拖放圖形化的人機介面、豐富的I/O支援、資料庫？審核線索？方法管理等特色，靈活地整合協力廠商硬體運動平台，亦可在現場配置合適、可改寫的解決方案以因應生產需求。
機器視覺設備土洋爭霸 業者籌聯盟並結合產官學深耕
至於要進一步以機器視覺做生產線上的品管、檢測與篩選，則需要專門打造的機器視覺？AOI設備機台。設備廠商會依品管檢驗的產能與複雜度，設計出整合為一個單一機台外觀的設備(Machine Based)－常見於產能全開的生產線節點，或者由PC桌機為主體，搭配取像設備、驅動機構單元所部署的儀器(PC Based)，加上高解析度影像擷取卡與顯示器，結合獨立的照明光源、光學裝置(鏡頭)、CCD攝影機，及具備可程式邏輯控制器(PLC)的機構與驅動單元：如取用檢品的機器人手臂或輸送帶，相關動作控制的介面卡與驅動程式等所組成。
機器視覺？AOI機台技術，涵蓋了光電技術、機構(電機、機械、自動化控制)與演算法(資工、工業工程、數學)三大領域。台灣機器視覺？AOI機台設備主要廠商，有精映科技(AVVA R&D)、大元科技(Dayen Technology)、常鴻新科技(ERtek)等廠商。
PC AOI設備則有彈性化、少量多樣且具備成本效益，如研華(Advantech)、艾訊(Axiomtek)、新漢(NEXCOM)等原先在工控電腦廠商耕耘許久的廠商最適合切入的目標。
國外機器視覺？AOI設備商部分，日本有Takano、KGK、日立(Hitachi)、V Technology、太洋工業(Taiyo Industrial)，南韓則有Ajuhitek、三星(Samsung)等廠商；以色列奧寶科技(Orbotech)、Camtek等，德國則有Mikrotron等AOI設備供應商，以及美商康耐視(Cognex)等，大陸有深圳易科訊科技(ekt-Tech)、廣東力德創(LeadAOI)、神州視覺科技(Aleader)等，提供各種機器視覺？AOI檢測機台設備。
台灣機器視覺AOI設備業者的優勢，在於具備彈性的設計能力，較低成本以及貼近本地市場的在地需求，針對客戶提供客製化且開發時間短的機台設備與部署能力。但是，台灣AOI設備商產業面臨從光學鏡頭(FUJINON、MORITEX、Schneider)、高解析度CCD攝影機(DALSA、iAi、REDLAKE)、照明光源(VOLPI、PHLOX、SAKAI-G)到精準判讀元件？線路偏移與瑕疵的影像函式庫等關鍵元件？技術，均仰賴國外美、日、歐洲進口(COGNEX、eVision、MATROX)，面對國外機器視覺AOI設備廠商掌握自主關鍵技術，在競爭上處於不利的地位。
有鑑於此，自1990年開始，工研院量測技術發展中心投入多項量測儀器技術開發，並透過業界合作、技術移轉上市販售，進而推動多家合作儀器？設備廠商的上市櫃。並於2004年3月29日，聯合台灣機器視覺？AOI設備廠，成立非營利性「自動光學檢測設備聯盟(Automatic Optical Inspection Equipment Association；AOIEA)」，結合產、官、學、研及用戶，一同開發台灣主流產業－半導體、光電、寬頻通訊、電子製造、生技、微機電？奈米產業之製程檢測設備？系統技術，以加速推動台灣機器視覺？AOI設備產業的發展並提升產業整體技術水準。
Markets and Markets以及Reportlinker市調機構均指出，機器視覺系統與元件市場，從2013年將以8.2%的年複合成長率(CAGR)，到2018年市場規模達到50億美元；而整體智慧影像分析市場產值，至2020年將攀升至390億美元。
AOI聯盟會長指出，近年來國產機器視覺？AOI設備商，已在PCB、FPD建立灘頭堡，未來若能切入佔檢測設備市場60%的半導體產業，像漢民微測科技(Hermes MicroVision Inc；HMI)，正積極研發解析度2奈米的E-Beam電子束晶圓檢測方案，以布局未來1x奈米的3D立體鰭式場效電晶體(FinFET)製程技術的需要。他也鼓勵業者進一步開拓體感遊戲、人臉辨識等新興科技應用，為整體產業進一步擴大全球的應用藍海與商機。
