マシンビジョンにおける進歩は産業用オートメーションを突き動かす力となっています。マシンビジョンは、欠陥を検知する人間のような能力を機械に与え、ロボットをガイドし、作業者の安全を確保し、工場の運用を最適化します。また、機械には信頼できる一貫性と正確性があり、ほとんどダウンタイムなしで運用できます。
マシンビジョンとは？
マシンビジョンとは、産業環境で、画像データやビデオデータなどの視覚入力に基づき、環境を視認して意思決定を行う機械の機能です。これは、産業環境において画像ベースのセンシングと処理を行う専用ハードウェアとソフトウェアを組み合わせて行われます。マシンビジョンは通常 PC ベースのシステムかスマートカメラでデプロイされます。これは工場環境での安全性の維持にも使用できます。
マシンビジョンは近年における産業用オートメーションの中心的推進力となっています。視覚データのパターンを収集してインテリジェントに応答することにより、工場とプラントにおける製造過程の自動化を支援します。未来のスマート工場は、マシンビジョンと分析を活用することで、製品から従業員、製造過程まで、工場運用に関する総合的なビューを提供し、これが最終的により良いビジネス判断を可能にします。例えば、リモート監視や分析など、エッジにあるアプリケーションが予測メンテナンスにインサイトをもたらし、これにより機械のアップタイムを改善する一方でメンテナンス・コストを削減します。
画像センサーや視覚プロセッサーの進歩、さらに幅広いタイプのハードウェアやソフトウェア・アプリケーションの登場によって、計算性能や消費電力に関する選択肢が広がり、特定の産業分野エンドユーザーのニーズを満たすソリューションを実現します。
人工知能の 1 種であるディープラーニングで強化することにより、マシンビジョン・システムは人間の目より正確に視覚タスクを実施できるようになりました。最新のマシンビジョン・テクノロジーは、例えば暗い環境や曲面上での文字認識など、今までは機械による処理が不可能だった課題を解決します。これらは、欠陥検知において高解像度画像を処理し、高速生産ラインに対応することもできます。
マシンビジョンとコンピューター・ビジョンの比較
通常マシンビジョンは、産業用アプリケーションでの視覚処理テクノロジーの使用を指します。コンピューター・ビジョンは、小売、輸送、そしてデジタル・サーベイランスで視覚を可能にする基本的テクノロジーを指すより広い意味がある用語です。
マシンビジョン・システムは専用の視覚アルゴリズムを搭載し、暗い環境、激しい振動、高速移動する製品、または高温環境など、過酷な産業環境下でデータの高速解釈を行います。産業用マシンビジョンは、非常に高い正確さとリアルタイムな応答が必要になることもあります。
マシンビジョン・システム
マシンビジョンには 2 つの主なフォームファクターがあります。
- 簡単な推論タスクが可能な、視覚アルゴリズムを搭載したスマートカメラ
- 視覚制御システム 、産業用 PC、またはアクセラレーターをオプションで備えた視覚サーバーなど、PC をベースとしたシステムと視覚分析ソフトウェア
最新のスマートカメラは、マシンビジョン・アプリケーションの軽量で基礎的な演算ノードとなります。PC ベースのシステムに匹敵する処理速度があり、柔軟かつ簡単な設定とセットアップを提供します。
PC ベースの視覚システムは、オペレーティング・システムがインストールされた PC と1 台または複数のカメラで構成されます。PC のフレームグラバーまたはイーサネット・カードがカメラとインターフェイス接続して画像をインポートします。PC のソフトウェア・アプリケーションが画像を分析して、データに基づいた判断や決定を行い、この決定データ (品質の合格、不合格情報など) を別のシステムに送ります。
未来のスマート工場はマシンビジョンと分析を活用することで、工場運用に関する総合的なビューを提供します。
マシンビジョンのアプリケーション
マシンビジョンには、産業分野でコスト削減と効率向上を支援する次のような多数のアプリケーションがあります。
| アプリケーション | |
|---|---|
| 品質保証と検査 | システムは設計と品質基準への適合性を検査し、製品ラインの商品が合格か不合格かを検知するだけではなく、欠陥とその箇所を特定します。 |
| 位置調整とガイド | マシンビジョン・システムは生産ラインでの商品の位置調整を自動化し、次の製造過程のための適正位置に整えます。 |
| 測定 | マシンビジョンは物体の輪郭を使用して、物体の位置を割り出し、識別し、計測します。 |
| 識別 | マシンビジョンは従来型のアルゴリズムとディープラーニング・アルゴリズムを活用し、生産ラインで製品のバーコードと文字を識別します。ディープラーニングの追加により、マシンビジョンは過酷な環境下にあっても非標準文字や数字まで識別できるようになります。 |
製造業におけるマシンビジョン
マシンビジョンは、製造業企業のビジネス価値を向上する多数のユースケースで使用されています。例えば、品質保証のための視覚アプリケーションでは、工場フロアでニアリアルタイムの画像処理を実現し、製造業者の生産ラインにおける機械的異常を事前に検知します。これにより品質保証プロセスが一元化され、ダウンタイムと欠陥を最小化して、生産ラインのスピードを加速します。
マシンビジョンのソフトウェアとハードウェア
高速な製造処理をサポートするためには、カメラベースのセンサーには正確さ、スピード、信頼性が求められます。専用アルゴリズムを備えたスマートカメラが、欠陥検知、視覚位置特定、パターンマッチング、測定、および光学式文字認識 (OCR) などのアプリケーションを可能にします。
マシンビジョン・システムは、PC およびサーバー級コンピューティング用途のインテル® Core™ プロセッサー・ファミリーおよびインテル® Xeon® プロセッサー・ファミリーを搭載することができ、またエッジでのディープラーニング・アクセラレーション用途ではインテル® Movidius™ ビジョン・プロセシング・ユニット (VPU) を搭載することができます。インテル® FPGA などのアクセラレーターは、これらのシステムのパフォーマンスをさらに高めることができます。
インテル® ディストリビューションの OpenVINO™ ツールキットは、ディープラーニングを備えたマシンビジョン・アプリケーションの開発を加速します。畳み込みニューラル・ネットワーク (CNN) をベースとしたこのツールキットは、インテル® ハードウェアとアクセラレーターへのコードのデプロイを一元化すると同時に、対象ハードウェアでのパフォーマンスを最適化します。
インテルの産業用エッジインサイトは、モジュール形式の検証済みソフトウェアで、エッジベースのデバイス、データ、そして資産を総合してより迅速にインサイトを提供します。内蔵されたビデオ取り込み機能で、マシンビジョンの学習プロセスを支援します。インテル® ディストリビューションの OpenVINO™ ツールキットでは、ディープラーニングとニューラル・ネットワークを利用してマシンビジョン・システムの機能を拡張できます。