冷たく生気に欠けた機械が、複雑で生彩を放つ世界を「見られる」理由

私たちは、身の回りの情報の80％近くを視覚から得ています。 人間は、長い間、自分たちが住む複雑な世界を認識し理解するために、自分の目を頼りにしてきました。そして、時間の経過とともに観察からヒントを得て、それを発明や創造に生かす達人となったのです。数多くの研究者は、冷たく生気に欠けた機械に周囲を認識できる「目」を与えようとする試みに、数十年にわたり取り組んできました。 そこで生まれたのがマシンビジョンという概念です。

無限の可能性に満ちた新しい視覚の扉を開く

1956年、ダートマス大学に数人の科学者が集まり、当時としてはほとんど信じがたく想像できないテーマについて議論しました。議題の中心は、機械が人間の学習活動や他の知的活動を模倣できるか否かでした。 誰もが知っているように、人類の多くの偉大な発明は、非現実的な幻想を出発点としています。 この発明も例外ではありませんでした。彼らの優れた議論が、将来のマシンビジョン開発へとつながったのです。

1969年には、ベル研究所の数人の科学者が、光子を電気パルスに変換する「電荷結合素子（CCD）」と呼ばれる半導体素子を開発しました。この半導体素子は、高品質のデジタル画像捕捉技術へつながる道を開きました。 画像をデジタル信号に直接変換し、コンピューターに保管し、画像をさらに処理および解析できるため、機械に「目を埋め込む」ことができるようになりました。CCDの発明は、マシンビジョン技術の発射台、つまり胎動期だといえるでしょう。

その後すぐに、DALSA、Kodak、E2V、その他の次世代イメージング企業が、雨後のキノコのように次々と生まれ、マシンビジョン業界の成長を牽引しました。2016年は、AlphaGoが人間のトップ棋士である李世ドルを破り、深層残差学習および残差ネットワーク（ResNets）がビジョン分野の標準アルゴリズムとなるなど、画期的な出来事が相次ぎ、人工知能の新時代が到来しました。水門が開かれたのです。AIを搭載したマシンビジョンは、スマート製造で普及が進み、多くの新たな機会が生まれました。

機械による「第三の目」の獲得

マシンビジョンは、白黒からカラー、低解像度から高解像度、静止画から動画へと進み、現在、「二次元から三次元」の革命期に入りつつあります。 従来、マシンビジョンシステムは、画像捕捉およびデータ処理技術の限界により、二次元技術を中心に開発されてきたため、当然、三次元の場面を完全に再現することは困難でした。対照的に、三次元視覚認識技術は、空間における各点要素の三次元座標情報を収集するため、端末では、膨大な量の正確な三次元情報を取得し、アルゴリズムによるリカバリを通して三次元画像を取得できます。この技術は、複雑な外部環境や照明の影響を容易に受けることなく、機械の「目を開く」ことができるため、あらゆる計算デバイスは、三次元の世界をより良く理解できるようになります。

現在、ToF（Time of Flight）方式は、高品質のソリューションの1つとして業界で認められています。 ToFセンサーには、小型の赤外線レーザーが搭載されています。このシステムは、放射光と反射光の時間差または位相差に基づいて距離を計算し、奥行き情報を従来のカメラ撮影と組み合わせることで、距離を色分けして三次元の地形図を表示します。ToFセンサーはレーザーの特性上、長距離でも正確で高速である上、コスト効率性に優れています。結果として、湿度、気圧、および温度に関係なく、近くでも遠くでも、あらゆる形状と大きさの物体を検出できるため、屋内外での使用に適しています。

三次元視覚認識技術は、基礎部品、コアアルゴリズム、その他の技術の急速な発展により、徐々に消費者分野へも拡大しつつあります。 2014年、Googleは、iToF技術を土台として動作追跡、奥行き認識、エリアモデリング、その他の機能をユーザーへ提供するタブレットと、SDKで構成される「ProjectTango」を発表しました。 HuaweiおよびMeizuは、三次元視覚センサーを搭載したスマートフォンを市場に投入しました。 また、画像測距により障害物を感知できる両眼ビジョンシステムを搭載したDJIの新世代製品は、今では誰の手からも届く範囲にあります。 人工知能の時代にあって、マシンビジョンは進化と改良を続けているのです。この機械的な「目」は、人類の「第三の目」と十分なりうる認識革命の前触れだといえるでしょう。

フランスの市場調査および戦略コンサルティング会社、Yole Développementが発表したマシンビジョンに関するグローバルレポートによると、世界の三次元視覚認識市場は、2019年から2025年にかけて約20%の複合成長率で拡大し、2025年までに150億米ドルに達する見込みです。マシンビジョン技術は、数10年の浮き沈みを経てた今、開花し始めています。 三次元視覚認識技術は、さまざまなアプリケーションのニーズに対応するために、さらに多様性と包括性を高めつつあり、小型化、高性能化、低コスト化、および低消費電力化をもたらしています。
このような発展と今後の発展により、私たちの「第三の目」は、開かれつつあります。 未来は明るいのです。

まとめ

AIビジョンに見られるように、一般的に業界では「スマート」技術の発展を革命と捉えています。マシンビジョンは、すべてが認識および接続されるスマート時代にあって、業界の進化に必要な基本的な能力であり、将来において絶対不可欠なものとなっています。同様のレポートによると、マシンビジョンは、あらゆるスマートアプリケーションの40％以上、また防犯などの垂直分野では60％以上を占めています。AI、IoT、クラウドコンピューティング、およびスマートセンサー技術の波に揉まれる中、マシンビジョンは人類の「第3の目」となり、「すべてがつながり、すべてがスマートな」未来世界を垣間見せてくれるかもしれません。