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光學元件產業新應用
聚焦3D感測與機器視覺兩大新亮點

馮欣仁 文章摘錄自第1931期

雙鏡頭已成為中高階手機標準配備,而下一決戰點將是3D感測鏡頭;此外,為了實現工業四.○將大量導入機器視覺,引爆相關供應鏈新商機。

近來市場法人紛紛對於即將問世的蘋果iPhone 8是否會搭載3D感測鏡頭展開激烈爭辯,不過,日前韓國三星發表的旗艦機Galaxy S8即利用3D感測的技術,搭載全新的虹膜辨識及臉部辨識功能;而中國智慧型手機品牌廠努力搶攻中高階手機市場,也積極導入3D感測等新應用。事實上,早在微軟Kinect體感裝置即採用3D感測技術,近年來英特爾力推RealSense感測用於筆電、無人機以及機器人相關應用;Google多年推出3D感測平台Tango,包括聯想與華碩(2357)推出具備Tango技術的智慧型手機。

然而,3D感測將帶來新的人機互動體驗,實現手勢辨識以及臉部辨識。除了手勢辨識外,3D感測對智慧型手機帶來的使用體驗還包含虛擬實境(VR)。此外,智慧型手機逐漸結合身分認證與支付系統,更強調使用者的安全性,因此對生物辨識的功能要求更趨嚴謹,虹膜辨識系統具有高安全性的優勢,可找出約二千個不同的特徵點,與指紋約一百個特徵點相比,準確性高出許多。

SL與ToF為測距技術主流

基本上,3D感測的測距技術大致可分為結構光(Structure Light;簡稱SL)、飛行時間測距(Time of Flight;簡稱ToF)與立體成像(Stereo),這三種技術各有優缺點,不過,目前以SL及ToF為主流,ToF總體性能最佳,但是SL的技術成熟度及商業化程度較高。SL是透過紅外線的光源,來發射特定圖形或矩陣,藉由攝影機捕捉反射回來的圖案並且計算距離;而ToF技術是經由紅外線光源發射後,接受端時間的落差來還原被測量對象的距離。

蘋果早在去年底推出的iPhone 7中就已經搭載ToF感測器,隨著ToF技術日趨成熟,智慧型手機廠今年將大舉導入,有機會帶動新一波的3D感測新商機。ToF技術除了可以用在智慧型手機上,也可用在許多領域,如汽車電子的先進駕駛輔助系統(ADAS)中,有關自動煞車、道路偏移警示等,都有用到ToF技術。至於無人機的室內導航、相機的加速對焦的新應用、或是雷射雷達(Lidar)及微波雷達等,也都是基於ToF開發的新市場。

由於3D感測所需鏡頭與一般鏡頭設計不同,大立光(3008)執行長林恩平指出,因功能不同,應用於3D感測功能的鏡頭須強化焦點深度,而取像功能較不重要,轉而重視焦深,由於規格與一般鏡頭不同,因此價格較高。目前3D感應鏡頭採用4P(四片塑膠片)規格,儘管塑膠片數非採用高階的6P但價格優於一般鏡頭。另外,由於3D感應接收模組運作時溫度較一般相機模組高,因此鏡頭設計須考慮因溫度造成後焦變化誤差補償,據了解,平均單價較高。

鏡頭廠搶食3D感測大餅

國內已有不少光學鏡頭廠商積極卡位3D感測商機,除了蘋果供應鏈的大立光(3008)與玉晶光(3406)之外,光燿科(3428)也已開始小量出貨給大陸智慧型手機品牌廠,隨著大陸高階智慧型手機全力導入3D感測技術及雙鏡頭,光燿科有機會在此新應用搶得先機。

光學元件及影像處理廠華晶科(3059)結盟CEVA,布局3D感測影像,在取得CEVA授權後,將CEVA成像和視覺DSP與自身擁有的ISP晶片整合,用以執行大量先進的功能,讓華晶科擁有的影像方案和雙鏡頭技術增加使用人工智慧和先進視覺演算法,增添高功效的先進影像和深度學習功能,同時提升影像品質並支援機器視覺應用,例如目標檢測和跟蹤、3D深度感測等。

此外,新鉅科(3630)及今國光(6209)因分別是微軟XBox遊戲機的Kinect及Sony可以玩VR的PS4遊戲機的鏡頭供應商,相關技術早已備妥,隨著3D感測應用日益廣泛,兩家公司可望搭上此趨勢,為未來營運增添動能。不過,目前國內光學鏡頭廠商的3D感測鏡頭占營收比重仍不高,短線上恐以題材面反應居多。

機器視覺實現工業四.○

光學元件的應用不僅止於消費性產品端,隨著工業四.○時代的來臨,光學元件的應用也將拓展至工業製造領域。生產線上常需要以人工檢測品質,但單調無聊的作業流程,常會使操作者有疲勞、注意力分散等問題,因此製造業者透過機器視覺(Machine Vision)系統廣泛取代人眼的品質檢測。

機器視覺是以機器模仿人類視覺的光學識別系統,利用攝影機和電腦來擷取、分析及解釋影像內容,進而下達某些決策。由於機器視覺比人類更能適應於一些非常地惡劣環境下的工作,如高溫、寒冷、真空、大氣壓力、太空等人類無法適應的環境中工作,故產業界對機器視覺的依賴將愈來愈重,因此,產業界在提升生產自動化上和品質管制的檢驗上,將會大量採用機器視覺。

根據市調機構The Insight Partners研究報告指出,機器視覺系統零組件、系統整合等產值,將由二○一五年的七五億美元,到二○二五年可望成長至一四四.八億美元;相關公司如Cognex、Keyene、Adept、Teledyne等,其中,Cognex是全球機器視覺領導者,所提供的產品包含視覺軟體、視覺感測器、智能相機、表面檢測系統及工業ID讀碼器等。日前中國互聯網巨頭百度,為提升在VR/AR及自動駕駛的實力,收購機器視覺公司xPerception;顯示出機器視覺的商機潛力無窮。

國內也有不少廠商涉獵機器視覺領域,如所羅門(2359)自行研發3D視覺模組,以機器手臂透過機器視覺模組,在凌亂的工作環境中辨識工件位置及擺放姿態後,能夠依其工件類型、形狀、尺寸分門別類,並導引機器人正確取物後放置物品。去年所推出全球第一台機器人自動穿鞋帶機,利用3D視覺辨識鞋帶的鞋孔,再引導機器人精準的將鞋帶穿入鞋孔中,吸引了不少國際知名品牌大廠關注,且此視覺模組還可以運用在3D列印,鞋款經由3D掃瞄後可列印出模型。

凌華(6166)為國內機器視覺辨識技術最佳廠商,宣布與德國MVTec軟體公司策略聯盟,推出新款工業級智慧相機NEON-1021-M,NEON-1021-M採用簡單易用的機器視覺軟體,使用者毋須編寫程式,即可立即開發相關應用。此外,NEON-1021-M強調優異的效能與絕佳的性價比,突破傳統智慧相機與視覺平台的限制,同時通過IP67測試並且能與外部裝置整合最大化,為一款兼具高效能與整合性的機器視覺產品,適用於3D導引視覺機器人、食品或藥品包裝檢測等機器視覺應用。