機械視覚システムのアプリケーション、実装、および市場動向

#Consumer Electronics# 発行済み : 2024-08-01

機械視覚は、製造の最終検査や製造欠陥の可能性を確認するための部品の検査など、多数のアプリケーションシナリオをカバーする産業分野で広く使用されています。オートメーションでは、機械視覚がロボットの案内に重要な役割を果たしています。また、データマトリックスコードの確認、食品包装の検査、バーコードの読み取りにも使用されます。この記事は機械視覚についてのホワイトペーパーで、機械視覚システムとその市場についての包括的な概要を提供します。このシリーズの第一部として、システムのアプリケーション、市場動向、システムの実装に焦点を当てます。

システムアプリケーション

機械視覚は、カメラを使用して環境から視覚データを収集し、それをハードウェアとソフトウェアの組み合わせで処理して、さまざまなアプリケーションに適した形式に変換します。機械視覚技術は、特定の画像の側面を処理、分析、および定量化するために画像を取得するための特殊な光学部品を使用することがよくあります。

これらのアプリケーションは、製品の製造ライン上で生産されている部品の特定の特性を調べることができ、製品の品質基準を満たしているかどうかを評価し、そうでない場合、部品は破棄される可能性があります。機械視覚システムは、特殊な光学系を備えた産業用カメラ内に配置されたデジタルセンサーを使用しており、保護されています。センサーが画像をキャプチャすると、コンピュータのハードウェアとソフトウェアが画像のさまざまな属性を処理、分析、および測定して意思決定を支援します。

製造業の品質管理にとどまらず、機械視覚システムには他にも多くのアプリケーションがあります。たとえば、交通管理システムでは交通流を監視し、制御するために使用され、道路の安全性と効率を向上させます。医療分野では、機械視覚は診断プロセスをサポートし、疾患を早期に検出するための正確な画像分析を提供します。農業においては、機械視覚システムは作物の健康状態を監視し、収穫プロセスを自動化することができます。

さらに、小売業界では、機械視覚は自動チェックアウトシステムの適用を容易にし、顧客体験と運用効率を向上させます。このようにして、機械視覚システムは強力で広く適用可能であり、現代の技術の不可欠な部分となっています。

様々な視覚システム

機械視覚システムは、食品、飲料、医薬品、電子製品など、さまざまな製品を検査できます。これらのシステムは、画像認識、光学文字認識(OCR)、および物体検出など、さまざまな機械視覚技術を利用して欠陥を識別し分類します。また、物体のサイズや形状を測定したり、製品を追跡したりすることもできます。機械視覚システムは、製品の品質を向上させ、コストを削減し、製品の安全性を確保します。生産過程の早期に欠陥を特定して修正することで、機械視覚システムはリコールや返品を回避するのに役立ちます。

  1. 損傷と欠陥:機械視覚システムは、穴、空洞、エッジの損傷、パターンの欠陥、曲がったリード、シールの損傷や欠如など、さまざまな損傷や欠陥を特定できます。

  2. 文字とコード:機械視覚システムは、ドット印刷と非ドット印刷、光学文字認識(OCR)および光学文字検証(OCV)、バッチ番号、日付、およびバーコード(1次元コードと2次元コード(QRコードおよびカスタムパターン))など、文字やコードを認識し確認します。

  3. シールの完全性チェック:機械視覚システムは、製品のシールの完全性を検査します。

  4. 整列と位置決め:機械視覚システムは、製品の正しい整列と位置決めを確認し、グラフィックの位置と整列、容器に蓋が正しくマッチしているかどうかを確認します。

  5. マッチングと検証:機械視覚システムは、製品をマッチングして検証し、蓋とラベルのパターンマッチング、スプレートリガーやキャップが正しく向き合っているかどうかを確認します。

  6. 充填と向き:機械視覚システムは、製品の充填と向きを確認し、瓶が充填前に存在し、正しい向きにあることを確認します。

市場情報と動向

エキスパートマーケットリサーチの報告によれば、世界の機械視覚市場は2023年に約108億8000万米ドルに達しました。2024年から2032年にかけて年平均成長率(CAGR)7.90%で成長し、2032年には約215億1000万米ドルに達すると予想されています。

先進的な革新技術であるインダストリー4.0および産業用モノのインターネット(IIoT)の採用と実施は、機械視覚市場の成長の重要な推進力となっています。さまざまな産業にわたるデジタルトランスフォーメーションにより、データ分析、モノのインターネット(IoT)、機械学習、クラウドコンピューティング、および人工知能などの先進技術の統合が加速し、機械視覚技術の応用が促進されています。リアルタイムの意思決定を促進し、生産効率を向上させ、自動化レベルを向上させるために、産業界はますますスマートファクトリーにコンピュータ視覚デバイス、組み込みソフトウェア、高度なセンサー、およびロボットを装備することに焦点を当てており、これが機械視覚市場を後押ししています。ただし、このような先進的な機器の高い初期コストと頻繁なメンテナンスに必要な資金と人材の投資が市場の成長を妨げる可能性があります。

機械視覚アプリケーションは、低コストのハードウェア、高速で効率的なプロセッサ、そして機械視覚システムの展開と開発に必要なすべての要素を提供する包括的でスケーラブルなソフトウェアにより人気を集めています。

アジア太平洋地域では、自動車、包装、製薬、およびその他の産業用途の急速な成長により、機械視覚市場が活況を呈しています。アジア太平洋地域での継続的な産業化により、さまざまな産業分野で先進技術への投資が増加し、機械視覚市場の拡大の機会を創出しています。また、中国、インド、韓国、日本などの国々でのエレクトロニクス、半導体、自動車産業の強力な発展により、機械視覚市場の成長見通しはより楽観的になるでしょう。

機械視覚技術は、1950年代にその起源を持ち、驚異的な進歩を遂げてきました。その発展はカメラセンサーの進化と密接に関連しています。初期のCCDは高品質でしたが、速度と解像度が低かったのです。CMOSセンサーの登場は、機械視覚技術に革命をもたらしました。

業界は、パフォーマンスの向上とコスト削減において新たな挑戦に直面しており、CMOSカメラセンサーの使用はこの目標を達成するための主要な技術としての地位を確立しています。最も注目すべき進歩は、高品質の低コストなカメラ、プロセッサ、アルゴリズムの進化です。ソフトウェアの柔軟性と処理能力の向上により、システムはより迅速かつ効率的になり、製品品質を向上させながら開発コストを削減します。

さらに、コストの削減は、センサーとカメラ技術の進歩によって達成されました。これにより、技術がより利用しやすくなり、企業は自社のオペレーションに技術を簡単に統合できるようになりました。

最終的には、AIと深層学習技術の進歩が、特に物体の分類やパターン認識の分野での機械視覚システムの能力を強化しました。これらの技術を利用することにより、企業はカスタムアルゴリズムを迅速に作成し、特定のニーズに合わせて調整することができます。

システムの実装

機械視覚システムの実装には、さまざまなコンポーネントの調整が必要です。これらのコンポーネントには、カメラ、画像処理装置、照明モジュール、センサー、ディスプレイ、ネットワーク機器、組み込みシステムが含まれます。

カメラ: カメラは機械視覚システムの基本的なコンポーネントです。カメラは視覚データをキャプチャし、処理のために画像プロセッサに転送します。カメラにはさまざまな種類があり、アプリケーションに応じて選択されます。これにはエリアスキャンカメラ、ラインスキャンカメラ、3Dカメラなどがあります。選択するカメラの種類は、アプリケーションの要件と動作環境に応じて異なります。

画像プロセッサ: 画像プロセッサはカメラから受信したデータを処理し、画像の特定の属性を抽出する責任を持ちます。これには、解像度、サイズ、形状、色などが含まれます。画像プロセッサは通常、高速で効率的な処理が可能な専用チップとして設計されています。

照明モジュール: 照明モジュールは、画像の質を向上させるために使用されます。適切な照明は、カメラがより明確で詳細な画像をキャプチャするのに役立ちます。照明モジュールにはLED、レーザー、蛍光灯など、さまざまな光源があります。選択する照明の種類は、アプリケーションの要件に応じて異なります。

センサー: センサーはカメラや照明モジュールを補完し、画像のキャプチャに必要な環境情報を提供します。たとえば、距離センサーはカメラと被写体の間の距離を測定し、温度センサーはシステムが適切に動作するために必要な温度条件を監視します。

ディスプレイ: ディスプレイは、画像データを表示し、ユーザーがシステムを監視および制御できるようにするために使用されます。ディスプレイの選択は、アプリケーションの要件に依存します。解像度、リフレッシュレート、コントラスト、サイズなどの要因を考慮することで、最適な画像の質と明瞭さを確保します。適切なディスプレイモジュールは、機械視覚システム全体の使いやすさと性能を向上させ、ユーザーにより効率的で信頼性の高いビジュアル体験を提供します。

ネットワーク機器: 機械視覚システムは、データ伝送、リモート監視、システム統合のためにネットワーク機器に依存しています。機械視覚システムのネットワーク機器には、ネットワークケーブル、スイッチ、ルーター、ワイヤレスアクセスポイントが含まれ、ネットワークインフラストラクチャを形成します。このインフラストラクチャは、カメラ、センサー、処理装置、ディスプレイを接続し、シームレスなデータ交換とリアルタイムのコラボレーションを可能にします。

組み込みシステム: 組み込みシステムは、コンパクトで特殊なコンピューティングデバイスであり、機械視覚において重要な役割を果たします。これらは、マイクロコントローラー、プロセッサ、メモリ、インターフェースなどのさまざまなコンポーネントを統合し、特定のタスクを効率的に実行します。組み込みシステムは、視覚データをリアルタイムで処理および分析するために設計されており、視覚情報の取得、解釈、および応答を支援します。

機械視覚では、組み込みシステムが視覚データの取得および処理の基盤として機能します。これらは画像センサーを制御し、画像処理アルゴリズムを実行し、システムのさまざまなコンポーネント間の通信を可能にします。組み込みシステムは、高速な処理速度と低消費電力を提供し、リソースが制約された環境に最適です。

まとめ

機械視覚は、さまざまな産業分野で欠かせない技術となっています。製品の品質検査から交通管理までのアプリケーションにより、製造効率が向上し、コストが削減され、製品の安全性が確保されています。AIと深層学習の継続的な進歩により、機械視覚システムの能力がさらに向上し、より複雑な視覚タスクを処理できるようになっています。

機械視覚市場は、デジタルトランスフォーメーションの進展とインダストリー4.0やIIoTの採用によって、大幅な成長を遂げています。この成長は特にアジア太平洋地域で顕著であり、急速な産業化と先進技術への投資が新たな機械視覚の機会を生み出しています。

機械視覚システムの実装には、カメラ、画像処理装置、照明モジュール、センサー、ディスプレイ、ネットワーク機器、組み込みシステムなど、さまざまなコンポーネントが含まれます。各コンポーネントは視覚データをキャプチャ、処理、および分析し、意思決定と自動化をサポートする重要な役割を果たします。

技術の進歩に伴い、機械視覚はますます洗練され、適応性が高まり、複雑な視覚タスクに対処できるようになることが期待されています。この継続的なイノベーションは、さまざまな分野での機械視覚の開発と応用を促進し、産業界や社会全体に自動化と洞察をもたらし続けるでしょう。

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