在現實世界拓展機器學習應用的三種方法
在現實世界拓展機器學習應用的三種方法

稱為NeurIPS(神經資訊處理系統會議)的全球人工智慧領域盛會剛剛結束,出席者人數創下歷史新高,即使採取抽票制也難以容納。9,000張門票在12分鐘內售完,顯示了世界各地對AI興趣的爆炸性增長。

然而,儘管AI創新走出學術界,開始在產業界出現,大多數公司在落實AI解決方案時仍然面臨困難。在NeurIPS向AI世界發出警鐘的同時,機器人產業似乎對機器學習(ML)解決方案落地有更務實的考量。

推薦閱讀:AI機器人將會如何顛覆製造業?

我任職的公司提供機器學習軟體,使工廠和倉庫中有更多具自主性和更靈巧的機器人。為了彌補技術和產品落地中間的差距,我們和機器人公司與系統集成商密切合作,將最前端的機器學習研究產品化。

日前我飛到東京,參加全球最大規模的機器人展會「國際機器人展覽會」(IREX);在這裡,領先的機器人公司展示了將AI以及ML應用在機器人領域的各種方法。

從「自動化」到真正「自主化」,AI造就的機器人技術領域,最大成果是從原先的「自動化」(工程師藉由程式設計編寫規則,讓機器人遵守)邁向了真正的「自主學習」。

在先前的文章中,我談到AI如何造就新一代機器人2.0時代。傳統機器人主要用於大規模生產線,工程師事先編寫程式,讓機器以高精度、高速度執行相同的任務,但機器本身無法對變化或意外做出反應,因此彈性有所不足。

然而,隨著消費者對客製化產品需求的增長、和勞動力的不斷萎縮,我們需要更加自主和靈活的機器人。

也因此,有公司開始嘗試將ML應用於機器人領域,使新一代的機器人能夠處理傳統機器人無法完成的供作。在IREX中,我們看到了ML用於改善機器人的視覺、控制、以及提高真實使用案例的擴增性。

【延伸閱讀】Robotics 2.0(1)— AI重新定義機器人

機器視覺:在識別、可擴充性和自主學習方面的突破

即使是最先進的3D結構化光相機也難以識別具有透明封裝、反射或深色表面的物體,因為光線會散射或被吸收。

由於物品相互重疊,雜亂堆放的場景帶來了更多的挑戰。這就是為什麼大多數製造商都使用振動台,或零件進料器來分散物品的原因。

此外,傳統的機器視覺系統不夠靈活:你需要通過事先上傳每樣物品的3D 模型來登錄物件,以便後續進行影像及物件本身的匹配。只要過程中有任何一個小變化,都必須重新登錄物件、或是修改程式設計。

但是現在,隨著在深度學習、語義分割和場景理解等領域的進步,我們逐漸可以用一般相機來識別透明的、或是會反光的包裝。

在FANUC的展位上,「LR Mate 200iD」拾箱機器人利用深度學習演算法、以及3D視覺感應器,來示範拾取隨機放置在一個箱子裡的相同的金屬零件。FANUC表示,由於他們的系統可以即時執行3D圖像及物件比對,所以不需要預先登錄。

在FANUC展台旁邊的川崎重工(KHI),則利用來自Photoneo和Ascent兩家新創公司的ML技術,展示了類似的隨機物件揀選方案;在另外一邊,KHI則與Dexterity公司合作,展示了機器人可以同時處理、搬運各種尺寸盒子的自動處理存貨解決方案。

在另一個展覽大廳,日本機器手臂大廠DensoWave以及舊金山的ML新創公司OSARO首次展示了「物件方向辨識」(Orientation)功能,讓機器人可以從雜亂的箱子裡取出透明瓶子;不僅能夠識別最佳拾取點,而且還能識別物體方向、並將瓶口朝上放上輸送帶。

DensoWave機器人事業部總經理Yosuke Sawada評論:「OSARO新開發的『定向』功能是客戶一直在等待的技術之一。此一令人興奮的新功能,有助於識別對機器人較為困難(例如透明)的物品,並提高操作員和工廠自動系統的揀選率。」

在這項展示中,使用的瓶子是完全透明的,因此很難用傳統的機器視覺感應器識別;而且,過去還沒有其他公司展示過類似的功能。

這項讓技術機器手臂不僅可用於簡單的拾取和放置,還可用於更複雜的零件裝備(kitting)、包裝(packaging)、機器裝載(machine loading)、以及裝配(assembly)等工作。

機器控制:智慧放置和品項處理

作為人類,我們從出生起就不斷練習撿拾和放置各種物品,因此可以不假思索就本能地完成這些工作。但是機器沒有這種經驗,必須重新學習這些任務。

尤其是在對產品包裝特別要求的日本市場,各項商品都需要被精心包裝,確保物件和外包裝的完整性,沒有任何缺損。

利用ML,機器現在可以更準確地判斷深度。ML模型還可以通過訓練學習,自動判定物體的方向和形狀,例如杯子是朝上或向下,或處於其他狀態。

物件建模或體素化可用於預測和重建 3D 物件。它們使機器能夠更準確地預測實際物品的大小和形狀,從而將物料放置在所需位置。

這些技術使機器能更準確預測實際物品的大小和形狀,從而將物料放置在所需位置;因此,也讓以產品品項(SKU)為基礎的處理方式得以實現:機器人可以根據物品的脆弱或易碎程度,選擇將物品輕輕放下、或是快速放置。

因此,我們可以藉由自動改變處理方式,讓系統處理量最佳化,而又不會損壞任何物品。

在展會中,也有些公司也開始在運動規劃中,嘗試使用強化學習或機器學習技術。例如日本新創Acsent展示了一段利用「強化學習」來組合兩個部件的影片;而機器手臂大廠「安川」(Yaskawa)也談到了在路徑規劃中使用機器學習的潛在好處。

但是,如果上述的機器學習改進,需要大量資料和長時間的訓練,就會造成在實際執行上的困難。在機器人和自動駕駛汽車等實際應用中,獲取訓練資料既有難度、成本也相當昂貴;這就是為什麼我對於IREX中提及的資料效率(data efficiency)問題特別關注。

適用於現實世界的可擴充性:資料效率

Yaskawa去年為開發工業機器人AI解決方案而成立的新公司「AI Cube Inc.」(AI3),在IREX的發表會中推出了為企業將機器學習模型數位化的工具「Alliom」。
根據AI Cube的說法,Alliom 提供了一個模擬環境(simulation),用於進行資料擴充(data augmentation)、並生成類似真實物件的合成資料(synthetic data)。

Yaskawa利用Alliom加快了ML模型隨機揀料的訓練過程,並希望在不久的將來,能將該解決方案擴展到各種其他應用之中。

這也表示,機器人產業已經超越了僅能引人注目的ML演算法,而開始考慮實際應用支援ML的機器人。ML解決方案不僅需要能夠成功運作,還必須能有效跨越各種使用場景、擴展用途,否則客戶很難有足夠誘因來引進這類系統。

結語

在上一篇文章中,我提到機器人公司正面臨「創新困境」:他們意識到創新的迫切需要,但仍然需要照顧他們的核心客層,也就是需要高速度、高精度工作能力的汽車業和製造業公司;然而,相對於其他市場對靈活性要求較高、也需要機器人能自主學習識別和處理各種元件,這一點是互相矛盾的。

在IREX,我們看到機器人巨頭與KHI與Photoneo、Dexterity、Ascent、DensoWave與OSARO、FANUC、以及Preferred Networks等新創公司聯合展出,顯示機器人公司正在改變並擁抱AI創新。但是,這樣的改變速度夠快嗎?

在汽車業,我們看到汽車OEM製造商在邁向自動駕駛的過渡中,與特斯拉和Waymo等新進者展開競爭;然而到目前為止,我們還沒有看到科技巨頭進入機器人產業。

但Google、DeepMind、Facebook都已經在機器人相關的ML方面,投入了可觀的研究團隊,真正進入機器人產業可能也只是時間上的問題。

未來幾年之中,觀察AI將如何顛覆機器人行業、重新洗牌,將會是很有趣的事情。科技巨頭、機器人製造商、電子汽車製造商、AI新創公司,誰將勝出?

最後,誰又能鞏固在AI定義機器人時代的領導地位?

(本文由Bastiane Huang授權轉載自其Medium)

責任編輯:陳建鈞

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晶睿通訊智慧監控護航淡江大橋,全天候守護台灣破記錄地標
晶睿通訊智慧監控護航淡江大橋,全天候守護台灣破記錄地標

台灣近數十年最具指標性的世紀工程

淡江大橋橫跨淡水河口,主橋跨距長達近一公里,為全球跨距最長的不對稱單塔斜張橋。數十年來,老舊的關渡大橋獨自承載著日益龐大的車流,早已讓這條交通動脈不堪重負。

為了紓解交通壅塞,淡江大橋應運而生,通車後縮短約 15 公里路程、節省約 25 分鐘車程。大橋具備快速公路規格,更同時兼容行人、自行車、大眾公車與汽機車等六大多元運具,是串聯新北市與周邊區域的關鍵交通動脈。

為確保如此龐大規模的設施能安全無虞、持續運作,全台首座橋梁專責交控中心應運而生,專責提供 24 小時全線監控。這意味著大橋需要一套高度穩定、視野開闊的智慧影像系統,能清晰涵蓋大橋的全線跨度。

非比尋常:打破常規的嚴苛監控需求

橋梁管理機關需要的不僅是單純的監視設備,而是一套能作為未來整體智慧基礎建設基石的架構;除了支援高階 AI 交通分析,更必須在各營運環節中全面保障公共安全通訊。

無懼嚴苛:全天候穩定可靠

身處毫無遮蔽的海濱出海口,監控設備必須經受極端天候與強風鹽霧考驗,並在夜間低照度環境下,依舊維持高清晰畫質。

全線涵蓋:消除視野盲區死角

監控範圍遠超傳統固定式攝影機的極限,必須確保整座大橋長距離主線均無監控斷層與盲區。

人車共榮:全向守護多元用路人

面對行人、自行車、機車、重機、自小客車及公車同時混流通行的大橋環境,交控中心需要同時掌握各類車流狀況、落實法規遵從,並將人行安全擺在第一位。

#1 晶睿通訊
PTZ 快速球,支援廣域監控。圖片由iDS智慧安防雜誌提供,經授權使用。
圖/ 晶睿通訊

以更精簡設備配置,實現廣域全天候覆蓋

晶睿通訊攜手系統整合商橙力國際,於全橋部署 40 具專業攝影機,結合 AI 影像分析,提升監控效率。

除了搭配晶睿通訊的子彈型攝影機與車牌辨識機種外,全線更以高解析度 PTZ 快速球為主幹,落實廣域全天候監控。極度耐候的機構設計,能從容應對出海口的強烈鹽霧、夏季高溫暴雨及強颱吹襲。

這項重大決策考量的絕非僅是硬體規格。對於具備國家指標意義的重大工程而言,品牌的信任度與商譽,與技術實力同等重要。

晶睿通訊深耕台灣超過 25 年,擁有實力堅強的在地支援團隊,並攜手在地扎根深厚的夥伴。新北市政府與大橋主管機關獲得的不只是一套監控系統,更是投資了一套能伴隨大橋智慧升級、長遠擴充的前瞻平台。

#0 晶睿通訊
規則管理(Rule Management): 可自訂汽車道、機車道及人車共用道等專用分區,並執行方向性的車流/人流計數。
圖/ 晶睿通訊

將監控結果轉化為高價值交通數據

本專案不僅提供全時不間斷的影像監控,更為交控中心注入強大的智慧分析層,能同時支援「即時監看告警」與「事後回溯分析」。

人車流量即時分析與告警機制:交控中心可彈性設定橋面各處的流量自訂門檻(Threshold)。一旦人車流量超標,系統便會主動通報,讓管理人員精準應變處理。

即時偵測與歷史影像事後回溯:分析區域與事件規則既可預先設定以落實常態監控,亦能事後針對特定路段及時段的歷史錄影直接套用新規則重新檢索分析,省去反覆調閱畫面的繁瑣流程。

多元車種精準分類與行人計數:系統能精準辨識並分類統計汽車、大卡車、公車、機車與自行車等各型車輛;在行人計數方面,亦能有效區隔人行道上的「純步行路人」與「牽車/騎乘騎士」,避免數據重複誤判。

智慧交通決策應用、車牌辨識(LPR)與報表匯出:透過跨時段流量趨勢分析,可為交控號誌的時制最佳化提供精確決策依據;系統同步整合高精度車牌辨識(LPR),且後端所有數據皆支援匯出一鍵產製 CSV 報表,大幅簡化管理歸納流程。

#3 晶睿通訊
場景報告(Scene Report): 依車種進行車輛計數與分類,並可一鍵匯出 CSV 格式報表。
圖/ 晶睿通訊

全天候不間斷的清晰視野

大橋專責交控中心現已具備最關鍵的管理能力:無論晝夜氣候,全線通行廊道皆能保持清晰視野與全時監控。強大的 AI 智慧分析能為管理單位提供即時、可靠的影像與數據佐證,全面支援交通調度、車道使用規範落實,以及違規事件的研判與舉發。

大幅精簡設備數量

若想以傳統固定式攝影機涵蓋相同監控範圍,所需的設備數量將大幅增加;相較之下,PTZ 解決方案不僅更具成本效益,也是大型基礎建設兼顧實用性與營運效率的最佳選擇。

此專案不僅滿足當前的監控需求,更奠定了邁向整體智慧基礎建設的架構基石。隨著未來需求逐步升級擴充,淡江大橋將成為運用 AI 智慧影像打造更安全、更高效公共工程的標竿示範。

建置效益重點

AI 智慧交通分析:支援車流量分析、門檻超標警示、車種分類辨識、行人計數與車牌辨識(LPR),並可對歷史影像進行事後回溯分析;各項數據皆能匯出產製統計報表。

即時就緒:在大橋正式通車前即已建置完備,提供不間斷的監控能力,確保自啟用首日起,監管機制即全方位到位。

全線廊道零死角覆蓋:針對全線通行路廊提供 24/7 全天候視野;即使面對毫無遮蔽、天候嚴苛的近海強風鹽霧環境,依然能提供日夜穩定可靠的監控品質。

大規模建置具高成本效益:透過高階 PTZ 攝影機實現大範圍涵蓋,所需台數遠少於傳統固定式配置;在確保頂級監控品質的同時,大幅精簡施工立桿、配線等基礎設施需求。

高度公共建設投資價值:全面滿足專案嚴苛的技術規格,並在「成本預算」、「視野涵蓋」與「整體效能」之間取得最佳平衡。

充滿前瞻性的可擴充平台:建立具前瞻性的彈性擴充平台;隨日後營運需求演進,可無縫整合子彈型攝影機強化 AI 交通分析,或加入廣播喇叭(IP Speakers)實現公共安全廣播與即時應變。

“作為近年台灣最具指標性的重大工程之一,淡江大橋需要的是能夠長久攜手前行、具備前瞻建構實力的長期合作夥伴。”這正是我們選擇晶睿通訊的關鍵原因。其解決方案完全滿足此等重大建設的核心標準:自啟用首日起,即為全橋提供全方位、多視角的無死角監控;同時提供堅實穩健的智慧運算架構,能伴隨大橋未來的智慧化願景持續演進擴充。 -張橙莉, 執行長,橙力國際

我們守護的,不只是大橋

回歸本質,衡量一座宏偉橋樑真正價值的,始終是它所承載的每一段日常旅程:是在雨夜中奔波通勤的歸人、週末漫步於人行步道的一家大小,或是當天第二十趟行經相同路線的公車運將。晶睿通訊默默守護著每一位用路人,為交控中心賦予全方位的清晰視野與智慧洞察,日夜不輟地守護這座台灣最新地標的安全。

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晶睿通訊智慧監控護航淡江大橋,全天候守護台灣破記錄地標

觀看現場專訪, 聽主管機關怎麼說
淡江大橋-智慧橋樑管理中心 x 智慧與維運的全天候智慧監控核心

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