マシンビジョンの最新動向：AIの活用は今後も広がり続ける３（品証品管ニュース）

2025 . 07 . 18 品証・品管ニュース

Cameras and Image Sensing

Cameras continue to expand the available offerings. One trend is toward ever higher resolution image sensors with more pixels. 100 megapixel cameras are readily available with cameras up to 250 megapixels also available. As the image resolution of cameras exceeds 20 megapixels, the camera cost rises rapidly.

Fortunately, the trend toward smaller pixels has slowed, for the moment. Smaller pixels challenged optical design for lenses and delivered poorer signal-to-noise performance. A threshold on pixel size around 2.35µm seems to be the lower limit at present. Perhaps there will be technical breakthroughs that address the optical challenges and the poorer signal-to-noise of the smaller pixels. If those challenges are met, then the trend to smaller pixels is again inevitable. One would expect image sensor cost to decrease with smaller pixels leading to less expensive cameras. But the cost of the technical advances (e.g., in optics design and fabrication) may offset any camera cost savings.

Another camera trend is SWIR (short wave infrared) cameras becoming more available and less expensive. While SWIR cameras have existed for some time, Sony’s introduction of the IMX990 and IMX991 image sensors launched a new generation of SWIR cameras that are less expensive than previous SWIR cameras. These sensors are based on indium phosphide (InP) and indium-gallium-arsenide (InGaAs) semiconductors rather than silicon like most common image sensors. They have a spectral response range from 400nm down to 1,700nm; much wider than silicon’s 200nm to 1,000nm range.

The lowering cost of cameras imaging into the SWIR range are enabling new applications where the formerly unexplored SWIR wavelengths reveal useful information such as the oft-cited bruising on fruit or imaging through colored plastic that is opaque in visible light.

Three-dimensional imaging is still growing with classical techniques of structured lighting, laser profilometry, and stereo being the dominant methodologies. Some novel techniques such as time-of-flight (TOF) imaging are in limited use. Their resolution limitations restrains where they will work.

Hyperspectral and multispectral imaging continue to show promise in machine vision for applications in recycling plastics and textiles, sorting food, and monitoring agricultural crop health. The expense of cameras and the large amounts of data to transmit and process are limiting their more widespread adoption.

カメラとイメージセンサー

市場に出回るカメラの品揃えは充実する一方だ。傾向としては、イメージセンサーの高解像度化、多画素化がますます進んでいる。100メガピクセルのカメラは容易に入手可能で、最大250メガピクセルのカメラまで登場している。だが、画像解像度が20メガピクセルを超えると、カメラの価格は急上昇する。

幸いなことに、画素の微細化傾向は当面落ち着きを見せている。微細化、つまり画素が小さくなると、レンズの光学設計が難しくなり、S/N比（SN比（信号対ノイズ比）が低下するため、現在のところ、画素サイズの下限としては2.35µm前後がひとつの目安のようだ。今後は、光学的な課題や、画素の微細化によるS/N比の低下を解決する画期的な技術が登場するかもしれない。その結果これらの課題がクリアされれば、画素微細化の動きが再び活発化するだろう。画素が小さくなるにしたがってイメージセンサーのコストが低下し、カメラの価格が下がると考える人もいるかもしれない。しかし、光学設計や製造などにおける技術的開発コストにより、カメラの原価削減分が相殺されてしまう可能性がある。

カメラに関する別のトレンドとして、SWIR（短波赤外線）カメラの普及と低価格化がある。SWIRカメラは以前から存在していたが、ソニーがIMX990とIMX991というイメージセンサーを発表したことで、従来のSWIRカメラよりも安価な新世代のSWIRカメラが登場した。これらのセンサーでは、一般的なイメージセンサーのようなシリコン半導体ではなく、InP（インジウム・リン）半導体やInGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）半導体を使用している。こうした半導体のスペクトル応答範囲は400nm～1,700nmで、シリコン半導体の200nm～1,000nmよりはるかに広い。

SWIR帯域を撮像できるカメラが低価格化したことで、新たな用途が実現しつつある。これまで手つかずだったSWIR帯域への対応により、果物の打痕の検知、可視光が透過しない着色プラスチック越しの撮像などが可能となり、活用の幅が広がっている。

3Dイメージングについては、構造化照明、レーザープロフィロメトリー、ステレオなど従来からある方式が主流となり、まだ成長が続いている。TOF（Time of Flight）方式のような新しいイメージング技術の使用は広がっていない。解像度に限界があり、使用シーンが限られるためだ。

ハイパースペクトルカメラやマルチスペクトルカメラは、プラスチックや繊維のリサイクル、食品の選別、農作物の生育状態の監視などの用途向けのマシンビジョンカメラとして、引き続き有望である。カメラが高額であることと、大量のデータ送信・処理が必要なことが、普及を妨げている。