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機器視覺是近年來工業自動化的重要科技之一，也是實現工業4.0智能製造的關鍵。根據自動化協會A3（Association for Advancing Automation）的定義：機ji器qi視shi覺jiao是shi利li用yong軟ruan件jian及ji硬ying件jian的de結jie合he，對dui於yu圖tu像xiang或huo影ying片pian進jin行xing分fen析xi處chu理li，使shi其qi能neng在zai工gong業ye設she備bei的de執zhi行xing過guo程cheng中zhong，提ti供gong引yin導dao與yu協xie助zhu。相xiang較jiao於yu人ren工gong，機ji器qi視shi覺jiao能neng以yi非fei接jie觸chu式shi、快速、高準確性的方式執行指導、識別、測量和檢查動作，能有效實現自動化轉型，因此常被稱為“工業4.0之眼“。
機器視覺從90年代在半導體、電子和汽車行業嶄露頭角，現已快速延伸到其他領域，例如監控、醫療、機器人、自動駕駛汽車和無人機等範疇。也因此機器視覺市場規模正逐漸擴大，根據Research and Markets的預測，預計到2030年將達259.2億美元。年均複合成長率為7.7%。
機器視覺組件與配置
基本的機器視覺係統組件包含：
- 照明：照明係統是用來照亮要被攝影或成像的物體或場景的，通常使用閃光燈或LED燈，來幫助捕捉清晰、明亮且細節豐富的影像。
- 相機和鏡頭：CCD相機、CMOS相機和機器視覺專用鏡頭等。這些組件用於捕捉影像，提供基礎數據供後續分析和處理使用。
- 圖像采集卡：圖像采集卡用來將相機的輸出信號轉換為數字信號，並提供與電腦的高速接口。同時可通過圖像采集卡來提高影像的質量與傳輸速度。
- 電腦：在進行圖像處理時，電腦通常借由CPU、GPU等處理器來做運算，而當需要進行深度學習的訓練和推理時，則會需要更高效能的處理器。
- 圖像處理軟件：使用圖像處理軟件來進行圖像處理，以擷取影像中的特征、進行分析和識別。
- 屏幕：將影像進行分析後得出的結果顯示在屏幕上，也可通過使用HMI觸發下一動作或機製。
- 控製係統：借由COM或DIO的訊號觸發控製機械，如PLC及馬達的運作。
機器視覺的應用
機器視覺的應用範疇非常廣泛，列舉其中四種重要的應用如下：
- 品質檢測：製造業是早期使用機器視覺來優化製造流程的產業，主要使用在自動光學檢測AOI（Automated Optical Inspection）。借由相機對物體表麵拍照或掃描，檢測物體的色差、瑕疵等問題。
- 視覺導航：使用在自主移動機器人AMR（Autonomous Mobile Robot）或無人搬運車AGV （Automated Guided Vehicle）上。機器視覺可通過相機、雷達、激光雷達等，對工作環境進行3D感知和識別，使機器人能夠自主導航並到達目標地點。
- 人臉識別：在機器視覺輔助下，從圖像或影片中偵測和識別人臉。然後比對是否為已知的人臉。這對機場和邊境管製中的身份辨識，可大幅提升偵測速度和安保管理。
- 車牌識別：在自動化車牌識別ANPR（Automatic Number Plate Recognition）中，車牌由鏡頭捕捉，然後透過光學字符識別（OCR）來識別車牌號。在智能交通基礎設施中，ANPR帶來更加效率、便利的交通管理。
- 異常檢測：利用機器視覺影像辨識技術，自動偵測監控影像中的異常情況，如入侵、竊盜、洪水或火災等自然災害檢測。當檢測到異常事件時，係統可自動發出警報通知，協助安保人員迅速做出反應。
機器視覺技術在醫學影像領域，如CT、MRI和X光中可實現病灶的自動檢測。利用深度學習等技術進行圖像識別和特征擷取分析，可以幫助醫生更快速、gaojingdudijinxingzhenduanhezhiliao。ciwai，jiqishijiaozaishoushufuzhufangmianyefahuizhezhongyaozuoyong，liyongshoushujiqirenhezhinengyiqidengshebei，yiweichuangshoushuxingshixiezhuyishengwanchengjingquededingwei、切割、止血和縫合等操作，克服傳統手術的精確度不足、手術時間長及醫生疲勞等問題。
機器視覺在自動駕駛技術中，為自駕車提供多種功能，如車道線識別、障礙物檢測、交通標誌識別以及行人和車輛檢測。借由使用高分辨率相機、雷(lei)達(da)和(he)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)等(deng)傳(chuan)感(gan)器(qi)，機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)實(shi)時(shi)捕(bu)捉(zhuo)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)數(shu)據(ju)，並(bing)進(jin)行(xing)特(te)征(zheng)提(ti)取(qu)和(he)圖(tu)像(xiang)識(shi)別(bie)等(deng)處(chu)理(li)，使(shi)自(zi)駕(jia)車(che)對(dui)環(huan)境(jing)有(you)清(qing)晰(xi)的(de)認(ren)知(zhi)。如(ru)車(che)道(dao)線(xian)識(shi)別(bie)方(fang)麵(mian)通(tong)過(guo)捕(bu)捉(zhuo)車(che)道(dao)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)並(bing)進(jin)行(xing)直(zhi)線(xian)或(huo)曲(qu)線(xian)擬(ni)合(he)處(chu)理(li)，確(que)保(bao)自(zi)駕(jia)車(che)能(neng)夠(gou)識(shi)別(bie)並(bing)沿(yan)著(zhe)正(zheng)確(que)的(de)車(che)道(dao)行(xing)駛(shi)。對(dui)於(yu)障(zhang)礙(ai)物(wu)檢(jian)測(ce)，機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)將(jiang)圖(tu)像(xiang)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，以(yi)確(que)定(ding)障(zhang)礙(ai)物(wu)的(de)形(xing)狀(zhuang)、大小和距離，幫助自駕車避免碰撞。
工業電腦在機器視覺中的角色
工業電腦擁有強大的運算能力、高度的連接性和穩定性，這些特性讓工業電腦在機器視覺應用中成為不可或缺的關鍵角色。在圖像數據的實時分析中，如圖像處理、tezhengtiquheshibiefenleidengcaozuo，gaoxingnengdegongyediannaonengmanzuzhexiejisuanmijixingrenwuxuqiu。ciwai，gongyediannaokelinghuodezengjianeicunyuyingpankongjian，laiyingduibuduanzengchangdeshujucunchuxuqiu。
在通訊與連接性方麵，工業電腦需與多個設備（如相機、傳感器等）進行通信與數據交換。多元化的I/O接(jie)口(kou)使(shi)工(gong)業(ye)電(dian)腦(nao)能(neng)與(yu)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)連(lian)接(jie)，實(shi)現(xian)設(she)備(bei)間(jian)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)。而(er)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)讓(rang)工(gong)業(ye)電(dian)腦(nao)將(jiang)分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)提(ti)供(gong)給(gei)控(kong)製(zhi)中(zhong)心(xin)作(zuo)為(wei)決(jue)策(ce)依(yi)據(ju)。工(gong)業(ye)電(dian)腦(nao)具(ju)有(you)卓(zhuo)越(yue)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)，其(qi)強(qiang)固(gu)的(de)優(you)勢(shi)使(shi)其(qi)能(neng)在(zai)惡(e)劣(lie)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。這(zhe)些(xie)特(te)點(dian)使(shi)工(gong)業(ye)電(dian)腦(nao)成(cheng)為(wei)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)應(ying)用(yong)中(zhong)理(li)想(xiang)的(de)運(yun)算(suan)平(ping)台(tai)。
德承嵌入式電腦機器視覺解決方案
德承提供多種不同效能、擴展的嵌入式電腦解決方案，包括GPU Computing – GOLD和Embedded Computing – DIAMOND產品線，可作為機器視覺解決方案的基礎。這些電腦適用於惡劣的工業環境，包括高衝擊和振動、極端溫度和特殊的電力保護。電腦還具有CMI/MEC/CFM模塊化擴展設計，可客製擴展不同的I/O和功能。並且通過許多國際相關認證及行業認證，提供客戶穩定可靠的運作。
- GM-1000：GM-1000是一款緊湊高性能GPU電腦。支持Intel Xeon®工作站級CPU和搭載嵌入式MXM 3.1插槽，可安裝嵌入式MXM GPU模塊，包括type A及type B尺寸。提供多達360 W的係統功耗。緊湊的體積特別適合安裝在機器手臂以及空間有限的環境中。
- GP-3000：GP-3000是一款高性能、可擴展的GPU電腦。搭配Intel Xeon®工作站級CPU和多達兩個250 W全長GPU卡，提供高達720W超大總係統功耗，充分滿足高規格的機器視覺需求。GP-3000支持GEB擴展盒設計，通過GEB連接到主機以增加GPU處理能力和額外的PCIe功能擴展。額外擴展的高階GPU可加速複雜的工業AI和機器視覺任務。
DIAMOND旗下的嵌入式電腦也提供不同體積大小、功耗、擴展方式，讓客戶能根據需求選擇合適的機器視覺解決方案。如果需要較大的擴展性，搭載Intel Xeon®工作站級CPU、可擴展的DS-1300係列提供至多二組PCI/PCIe擴展槽，可外接影像擷取卡、運動卡或GPU卡等。此外，並搭配有專利設計的｢可調式固定架｣（Patent No. I773359）可依據不同尺寸的擴展卡進行調整和鎖固。針對空間有限的機器人或無人搬運車等移動式設備，搭配Intel® Core™ CPU係列的DI-1100和DV-1000是高性能又輕便的解決方案。
實際案例
- 工業X光檢測係統：X光檢測具非破壞性、高精度和高效率等特點，適用於汽車、航天、電子等工業領域的質量檢測。歐洲X光檢測設備製造商選擇DS-1302高擴展強固型工業電腦，作為其X光自動化質量管理檢測係統的核心平台。
- 熱成像係統檢測：智能化熱成像係統使用GM-1000結合了AI和深度學習演算，用於在機場、醫院、工廠進行快速個人體溫監測、口罩偵測、人臉辨識、以及比對行程軌跡，以預防COVID-19的傳播。
- 自動化軌道檢測車：鐵路係統工程公司將GP-3000安裝於自動化軌道檢測車上，並通過機器視覺技術的成像係統進行精準的軌道缺陷判斷。並使用GP-3000的GEB擴展盒額外安裝GPU卡和其他RAID卡、控製卡。GP-3000成為此案中圖像處理和檢測的強大處理中樞。
- 工廠自主移動機器人：自主移動機器人AMR使用DS-1202為其運算控製核心，搭配GPU卡通過機器視覺與機器手臂實現在工廠物流流程(intralogistics)中自動撿料下料，智能動態偵測環境，穿梭於廠內各種障礙物，將物品搬運到目標位置。
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