NI 画像処理/解析とは？

ナショナルインスツルメンツは、30年以上にわたり、計測・オートメーションのリーディングカンパニーとして優れたハードウェアプラットフォームや操作性の高いソフトウェアを提供してきました。マシンビジョン製品も、10年以上前からラインナップに加わっています。NI マシンビジョンプラットフォームには、PCI/PXI システム用プラグインデバイスから NI Smart Camera によるセンサ上での画像処理まで、様々なハードウェアがあります。ソフトウェアは、多彩なカメラから画像を入力できる画像入力ソフトウェア、豊富な画像処理ライブラリ、構成可能な工業用マシンビジョンアプリケーション用インタフェースなどから選択できます。

マシンビジョンを利用するメリット

多くの技術者や研究者が従来のセンサや計測ツールの代わりにマシンビジョンを使用するのは、多くの従来型ツールが持ち合わせない特有の機能をマシンビジョンが備えているためです。例えば、毎分300個の部品が送られるコンベアで、製造ラインを流れてくる部品の幅を測定する簡単な計測について考えてみましょう。従来のツールを使用した場合、正確な測定にはキャリパツールを使用する必要があります。ただし全ての部品を効果的に測定することは不可能なため、100個に1個の割合で部品をサンプリングする方法を用い、1個につき20秒かけてコンベアから取り出し、測定し、コンベアに戻すという作業を行います。しかも部品をコンベアから取り出し元に戻す際に、作業者やロボットのアームが部品を傷つけるリスクもあります。

マシンビジョンを使用すれば、全ての部品を検査できますので、ランダムにサンプリングした部品のみを検査して残りも大丈夫であることを祈る、というアプローチとは雲泥の差があります。マシンビジョンツールは非破壊・非接触方式なので、計測処理中に部品を傷つけることもなく、極めて正確な計測を行うことができます。

図1. マシンビジョンアプリケーションの例

その他のタスクには、従来のセンサでは効果的に実行できないものや、完全に不可能なものも少なくありません。ラベルの検証、ボトルに入れる錠剤の個数のカウント、弾丸の監視、パッケージに印刷された文字の読み取りや確認、1D/2D バーコードの読み取りなどのアプリケーションは、柔軟なマシンビジョンソフトウェアと計測に適した高性能なハードウェアがあれば、いずれも簡単なタスクです。そのようなタスクは従来のツールでも行えますが、マシンビジョンを使用すればはるかに簡単に実行できます。例えば、従来のツールで加圧タンクを監視して温度の変化を検出する場合、タンクのあらゆる部分に複数の熱電対を接続することになります。マシンビジョンを使用すれば、1台の赤外線カメラでタンク全体を監視でき、マシンビジョンソフトウェアで数か所だけでなくタンクの全ポイントの温度を正確に検出することが可能です。

NI 画像関連ハードウェア

NI 画像関連ハードウェアには、アプリケーションのニーズによって様々なオプションがあり、その全てを同じ柔軟なソフトウェアで構築できます。計測に画像データを追加したい技術者や研究者の多くは、高速性能や同期機能を備えた NI のプラグインフレームグラバを選んでいます。NI では、Camera Link （現時点で標準カメラインタフェースとしては最高帯域幅を提供）、IEEE 1394、GigE Vision、アナログ、およびパラレルデジタルバスに対応したプラグインボードを提供しています。それぞれのバスの詳細については、適切なカメラバスの選択（英語） を参照してください。PC バスについては、NI 画像関連ハードウェアは PCI Express、PCI、PXI をサポートしています。

図2. NI のプラグインフレームグラバ

NI マシンビジョンのその他のオプションに、NI Compact Vision System と NI Smart Camera の2種類の堅牢な工業用ソリューションがあります。NI Compact Vision System は、最大3台の IEEE 1394対応カメラを直接接続でき、オンボードプロセッサや FPGA（Field-Programmable Gate Array）による高精度タイミング、カスタムデジタル I/O インタフェースなどの特長があります。NI の IEEE 1394対応フレームグラバと同様、NI Compact Vision System も全ての DCAM 準拠マシンビジョンカメラをサポートしています。NI では、オンボードメモリとプロセッサ速度が異なる3バージョンの NI Compact Vision System をご用意しています。詳細については、NI Compact Vision System  のページを参照してください。

図3. ナショナルインスツルメンツが提供する堅牢な工業用マシンビジョンソリューション、NI Compact Vision System と NI Smart Camera

もう1つの工業用マシンビジョンソリューション、新製品の NI Smart Camera は、高品質の CCD 画像センサと PowerPC プロセッサを1つの堅牢なパッケージに収めたもので、工業環境に適した設計となっています。スマートカメラは、操作性と堅牢性が重視される様々な工業用アプリケーションに適しています。ビデオチュートリアルや仕様その他の詳細については、NI Smart Camera のページを参照してください。

NI 画像処理/解析ソフトウェア

ナショナルインスツルメンツでは、3種類のマシンビジョンソフトウェア製品を提供しています。NI 画像処理/解析アプリケーションソフトウェアには、NI フレームグラバに接続された多彩なカメラや、PC や PXI システムの標準ポートに接続された IEEE 1394/GigE Vision カメラから画像を入力するためのドライバや関数コールがあります。サポートするカメラの一覧は、工業用カメラアドバイザ（英語） でご覧いただけます。NI画像入力ソフトウェアは、NI 画像関連ハードウェアと、2つのソフトウェア製品、NI Vision 開発モジュールおよび NI Vision Builder AI に付属されています。

Vision 開発モジュール は、エッジ検出、粒子解析、光学文字認識/検証、1D/2D コードの読み取り、幾何学/パターンマッチング、カラーツールなどの関数を集めた強力なマシンビジョン処理ライブラリです。このモジュールは、NI LabVIEW および LabWindows™/CVI ソフトウェア、C、C++、Microsoft Visual Basic、Microsoft .NET とともに使用することができます。そのため、プログラミング言語を変更しなくても、既存のアプリケーションにマシンビジョンを簡単に組込むことができます。また、Vision 開発モジュールの同期関数を使用すると、モーションやデータ集録などとも同期させることが可能です。

図4. LabVIEW を使用した NI Vision 開発モジュール（左）と NI Vision Builder AI

画像処理/解析アプリケーションをプログラミングせずに済ませたい場合には、メニュー方式の構成が可能なマシンビジョンインタフェースである Vision Builder AI がお勧めです。このソフトウェアは、使いやすい状態遷移図モデルに基づいているため、検査結果によって分岐やループを実装できます。40種類を超えるマシンビジョン関数を搭載し、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、プログラマブルオートメーションコントローラ（PAC）、ヒューマンマシンインタフェース（HMI）などで拡張 I/O との通信が行える Vision Builder AI は、多くの工業用アプリケーションに最適な開発環境です。本ソフトウェアのデモや技術資料、無料ダウンロードについては、NI Vision Builder AI  のページにアクセスしてください。

優れた拡張性

NI 画像関連ハードウェアプラットフォームは、PCI/PXI ベースシステムから NI Compact Vision System まで多岐にわたり、さらに NI Smart Camera のリリースによって画像センサも加わりました。Vision 開発モジュールと Vision Builder AI は、その全てのハードウェアをサポートしています。つまり、市販のマシンビジョンカメラを NI フレームグラバに接続してマシンビジョンアルゴリズムの設計と試作を行い、LabVIEW コードや Vision Builder AI でわずかな変更を加えるだけで、そのアプリケーションを NI Smart Camera に実装することができます。また、NI 画像関連ハードウェアプラットフォームは、システム条件が変わって元のプラットフォームより高い処理能力とスループットが必要になった場合にも上位拡張性が保たれます。単に NI 画像関連ハードウェアプラットフォームの別のオプションに変更するだけで、既存のコードを引き続き使用することができます。

LabWindows のマークは、Microsoft Corporation の許可のもとに使用しています。

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