科学研究 - 从图像感应展看人工智能带动工业成像新方案

图像感应展Image Sensing Show

2019年6月12日至14日，由先进传播媒介有限公司主办、日本图像协会协办的日本横滨第34届图像感应展“Image Sensing Show 2019”(以下简称ISS)在横滨太平洋（Pacifico Yokohama）会展中心D馆展开。今年的ISS根据主题划分为国际机器视觉标准展位、特别展示区、精密工程博览区、系统集成区等区域。ISS汇聚了来自全球各地众多展商的光学设备和机器视觉前沿产品。其中包括工业镜头，工业光源，以及工业视觉系统等产品。

会展现场汇集了用户、制造商以及营业人员

展会规模虽然不大，但却汇聚了很多世界知名的生产商。在相机制造商方面，有iDS、SICK等专注于二维和三维成像的生产商。光学系统集成商方面，有ITANZI、LINX等具有多年光学系统集成经验的公司。镜头生成商方面也云集了从多老牌公司，如Edmund光学，OPT光学，UTron等。许多软件公司也集合了新的光学设备以及人工智能算法，提出了一些新领域的工业解决方案。

iDS推出的最新防水摄像头

LINX公司的手眼并用瑕疵检测方案

为了解决某些光学难题，如精细材料识别的情况下能达到精确和较高的准确率，光学成像里认为高光谱相机的材料具有非常大的优势。普通的RGB相机只能提取红绿蓝波段光谱的信息，导致了很多不同材料在成像上表现出相近的颜色特征而无法普通照片里被区分出来。通过更多频率波段信息的提取，高光谱相机能极大地提取不同材料在不同频谱波段下的光学信息，从而提高了不同材料分辨的准确度。由于制造成本逐步下降，这种原来用于研究和军事用途的摄像机也慢慢开始商用化。

高光谱摄像头慢慢开始商用化

工业成像仍然是光学成像展的重点。由于精度和稳定性的要求，工业成像时无论镜头，光源还是后期的图像处理算法都有有比较高的要求。光源方面，除了往年的可见光频段和近红外频段的成像手段以外，近年来紫外光（UV）源的研究和应用也慢慢多起来。紫外光由于其对人体有损伤，存在安全隐患的问题。但是在一些特殊领域，如荧光物质成像等，紫外光具有其他光源无法代替的作用。因此紫外光的安全使用，成为了一些光学制造商的卖点。此外，特殊物质和材料的观察也出现了一些新的方案，如透明熟料瓶里的液体的观察等，也出现了通过近红外波段检测液体的手段。由于液体近红外的吸收率比较高，反射率比较少，通过在近红外下观察，就能识别出透明容器里是否装有液体之类的物质。

随着成本的下降，激光的应用也开始越来越普遍。激光由于其能量集中，波段集中的特点，在大范围，远距离场景的三维成像中发挥很好的作用。无人车的LiDAR传感器，最新发展起来的Time-Of-Flight（TOF）传感器，测距传感器，以及一些高级的工业三维成像传感器的光源都是以激光为主。与此同时，由于激光能量集中，发光度比较高，直接照射人眼的话有一定的概率造成人眼的伤害。特别是在非可见光段，这种安全隐患更加突出。由于这种激光的非可见性，人们容易忽视掉激光存在的危险区域而可能导致不小心进入危险范围被激光射伤的问题。因此，在频谱波段上研究二类甚至是一类安全性激光的制造，同时保持激光高能量性的课题成为近年来激光生产商的发展重点之一。

基于高能激光的传感器解决方案

成像芯片领域方面，在生产商进行传统的CCD和CMOS成像硬件的改进的同时，出现了一些新的趋势。新成像手段更多地集中在高速成像设备，以及和人工智能深度学习相结合的以算法和数据改进成像手段的软硬结合的设备的研究上。由于芯片技术和工艺制造的改进，感光单元的体积越来越小，感光效率越来越高。使得高清成像，高像素度成像也有所发展。移动设备的成像芯片也是近年来的重点关注领域之一。

基于深度学习的工业成像软件方案

软硬结合的图像处理芯片技术

由于成像手段的多样化，成像数据改进，结合近期深度学习算法在应用方面的展开，传统的工业视觉技术和应用也有所提升。以前比较困难的检测任务，如精细瑕疵检测，高速精确二维码扫描，还有精确的三维物体检测，现在都开始慢慢有了解决方案。成像技术越来越和生产紧密结合。图形处理单元（GPU）的使用以及嵌入式计算方案的普及也使得高性能计算成为可能。