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機器視覺引導CTA計畫第一架天文望遠鏡原型

發佈於 2019年1月8日

圖一: 藝術家筆下的CTA 大型天文望遠鏡台。繪者:池下章裕, Mero-TSK雜誌國際版

2018年10月10日,契倫柯夫天文望遠計畫(Cherenkov Telescope Array, CTA)在其北半球天文基地台正式啟動第一架大型天文望遠鏡 (LST-1),地點位於加那利群島(Canary Island)。兩個月後,於2018年12月19日,便從基地台接收到第一批天文影像。新一代望遠鏡可作為未來在南北半球佈署地陣列陣列望遠鏡之原型。預計屆時將有超過100架望遠鏡架設於這些佈署地,共同組成CTA天文臺。東京大學為CTA計畫的主要成員及供應機構,提供建構望遠鏡時所需的材料及相關技術,而The Imaging Source 兆鎂新 作為東京大學的合作夥伴,也一同參與了CTA 計畫,所提供的相機則安裝於望遠鏡中機動鏡面控制(Active Mirror Control) 系統中,此系統主要用於控制整體鏡面角度。

于此計畫中,大量望遠鏡將提供前所未有的靈敏度(當前系統的10倍)、高效能γ射線探測和成像的準確性。以上一代探測望遠鏡(切倫科夫成像空氣望遠鏡,簡稱IACT)為雛形而設計,LST-1 大致的架構及運作為一23公尺長的反射體,由198面六角形反射鏡所覆蓋組成,對準距離反射鏡面28公尺的主相機,由主相機負責擷取影像及相關天文資料。為了保持最佳精度,每一面反射鏡都必須隨時校準,對準主相機及組成主相機結構之265個光電倍增管,以保持精確的角度。

圖二: LST-1架設階段: 六角形反射鏡,由圖可見安裝CMOS相機的切角。攝者:T.Inada (ICRR, 東京大學)

透過機器視覺的引導來校準反射鏡至精確角度

此計畫在反射鏡重新定位時,必須於20秒內校準至所需的角度。而天氣條件和反射體的重量(約50噸)會導致碟形天線和用來記錄影像的主相機支撐結構發生變形,進而影響198面反射鏡對準望遠鏡主相機。為因應上述影響校準之條件,在調整反射鏡過程中(如,聚焦),創造高效且可靠的系統即變得十分關鍵。望遠鏡設計執行之初,研究人員考慮了許多方式來建構,其中包括鐳射掃描系統和陀螺儀系統。然而,由於價格和性能問題,最後都沒辦法證明這些方法是可行。

因此,東京大學的科學家們被賦予任務,找尋一套實行性高且具絕佳性價之解決方案。他們便轉向機器視覺,並為該計畫選擇了The Imaging Source兆美新 的GigE黑白相機。搭配此計畫的GigE相機配備1.2 MP全域快門感光組件,CMOS相機精巧且堅固的設計讓它們可以輕鬆的整合於IP67外殼中,以此保護相機內部的元件免於受到外在環境影響。整合於外殼中的CMOS相機則安裝在每面反射鏡的切角中(圖2和右下方)。每面鏡子的參考點由光軸參考鐳射(OARL)先行定位,其光波長在近紅外區域。每面反射鏡的CMOS鏡頭則測量OARL光點在主相機目標上的位置,來辨別目前對準光軸的反射鏡方向。

Mirror segment back 每台相機透過GigE介面與單板機連接。當望遠鏡移動到新目標時,反射鏡會根據事先設定之尋找表(Look-up Tables)進行調整,尋找表內儲存每面反射鏡的正確位置。但是,由於尋找表為事先設定的,並沒有事先排除因天氣和望遠鏡自身的重量的影響而產生結構變化等因素。因此,必須根據由CMOS相機捕捉測量OARL位置,傳輸至後端連接單版機,計算好確切需對準位置資訊後,將其發送回每張反射鏡鏡子背面的致動器(圖像右),便可將每面鏡子調整至所需的角度。

契倫柯夫輻射及γ射線研究

來自深空的γ射線暴(GRBs)由宇宙中最劇烈的相互作用而產生,於1960年首次被防衛衛星意外發現。γ射線是電磁波譜上最高的能量波,比可見光的能量大約高10兆倍,為電離輻射,具有生物危害性。幸運的是,對於地球上的生命來說,大氣層在γ射線進入地表前便會被阻隔或摧毀,這也是為什麼第一批γ射線探測器並不是架設於地球上,而是位於外太空的衛星天文臺上。

進入地球大氣層後,γ射線會產生次原子粒子級聯,這些帶電粒子則放射出輻射,產生契倫柯夫藍光 (Cherenkov light, 由發現此藍光的契倫柯夫博士來命名)。在1980年代早期,惠普爾天文臺的科學家開發了一種地面望遠鏡系統,透過探測分析契倫柯夫藍光來偵測及追蹤γ射線的來源。

圖三: 藝術家所繪,透過捕捉契倫柯夫輻射藍光來追蹤γ射線。由CTA天文展望台提供。

如同透用x射線可以呈現骨骼光照圖,γ射線可以提供天體物理學家珍貴的訊息,研究宇宙中一些最激烈作用的環境,並觀察宇宙天體,如黑洞和超新星。 這些新資料將有助於物理學界中最根本的發現,尤其是暗物質的性質和特性。

CTA 天文臺未來展望

除了大型望遠鏡外(LST)外,整體CTA 計畫還需要另外兩種望遠鏡尺寸才能完全覆蓋總能量範圍,分別為中型望遠鏡 (MST) 和小型望遠鏡 (SST) 。 預計於2021年至2025年之間,將會完整架設足夠數量的線上運作望遠鏡,進行大規模的資料獲取,而大大提升準確性和靈敏度。

此篇文章中所提供的技術細節皆根據已發表的研究文章,撰者為林田將明、手嶋政廣及其他共同作者,發表于Proceedings of Science期刊,標題為 The Optical System for the Large Size Telescope of the Cherenkov Telescope Array如欲瞭解更多CTA相關細節及其在研究成果上的目標及發展,請至 www.cta-observatory.org/

ITE 2018: 日本橫濱

發佈於 2018年12月17日

於12月5日至7日期間, The Imaging Source 兆鎂新 與日本代理商Argo聯袂於橫濱參加國際圖像科技暨設備技術展。此展為全日本最大的科技展之一,展會主軸涵蓋機器人視覺、3D成像、醫學、智能交通以及深度學習。出席現場的產品工程師、系統設計師以及專業研究人員對於 The Imaging Source 兆鎂新 自動對焦4200萬畫素工業相機特別感興趣。當搭配高解析度鏡頭時,4200萬畫素相機以實惠價格提供超高品質視覺解決方案,呈現極佳性價比。除了展示包含USB 3.1及新式ix Industrial®乙太網介面等上百台機款外, The Imaging Source 兆鎂新 最新推出之終端用戶軟體也作為後端操控介面示範,搭配多款相機同時展出。

位於日本橫濱<strong>ITE</strong>展 展出之最新軟體及硬體解決方案

非常感謝Argo舉辦了一場精采的展覽

VISION 2018

發佈於 2018年11月20日

Ice sculpture VISION 2018 於世界最大的機器視覺展會"VISION 2018"現場, The Imaging Source兆鎂新 造型吸睛的冰雕雖是展位上令人印象深刻的藝術裝置,然而也僅是精彩豐富展會的冰山一角。在今年的展會上, The Imaging Source兆鎂新 展示其最新的高端相機,配備Sony Pregius 8.9MP12.3MP全局快門感光元件,並採用USB 3.1介面或最新式的ix Industrial®乙太網介面。Ix Industrial®介面為更小、更堅固且有主動鎖定功能,可為RJ45的替代方案,並具有高抗衝擊和抗振性 - 更適合各類的工業環境。

VISION展會中的主要熱門趨勢包括嵌入式視覺和深度學習,同時皆於 The Imaging Source的展位中演示呈現。經由立體估算(採用IC 3DDFK 33GP1300相機組合)和基於深度學習的物件檢測(HALCON),The Imaging Source 的演示結合了實時人體檢測和距離資訊提取,進而估算平均距離。

處理各類任務的合適相機:於<strong>VISION 2018.</strong>展示最新相機和鏡頭系列。

VISION展會的參觀人數不斷地逐年創新紀錄,顯示了機器視覺市場的持續增長:超過11,000名參觀者蒞臨了今年展會 - 相較於上一屆2016年展會增加了14%。

HALCON 18.11 Steady - HALCON 13之後繼版本

發佈於 2018年10月30日

HALCON 18.11 再過幾天,最新版本的HALCON - HALCON 18.11 - 即將發表上市。 全新版本將於VISION 2018展覽中正式亮相,除此之外,此版本亦含括了全新人工智慧技術,特別是在深度學習和卷積神經網絡(CNNs 細胞神經網絡)領域。

HALCON 18.11將提供2個版本: Steady以及Progress。 其中,Progress版本為六個月週期性的訂閱模式;而HALCON 13的後繼版本 - Steady版本則提供一般正規購買方式。 兩個版本的詳細差異比較,請於軟體說明部分查取:

特別優惠 - 第一年享20%的折扣

為慶祝HALCON 18.11發表,我們將於2018年11月30日至12月17日進行升級活動。

在此波活動中,顧客將可享有HALCON 18.11 Steady版本軟體開發套件(SDK)全產品8折優惠,以及訂閱全新HALCON Progress版本享有第一年八折優惠。 若您同時購買一套HALCON 18.11 Steady SDK或升級SDK並訂閱一套全新HALCON Progress,甚至可享有全新HALCON Progress第一年五折的優惠。

欲獲得特惠價格,請與我們的預售工程師聯繫 ,我们將根據您的特定需求提供報價。

新功能預覽

在新HALCON 18.11版本中,現在已可對於使用深度學習訓練的物件或錯誤類進行畫素精度性地分段。 HALCON 18.11版本亦包括深度學習的物件追蹤功能,以便在圖像中訓練物件或錯誤類的定位。

新的數據架構"詞典"提供了多元的方式以便管理複雜的數據。 舉例來說,此功能可將不同的複雜數據、圖像、區域及參數分組為單個字典,有助於容易地建構程式。

Argo Corp. 將參加2018國際圖像科技暨設備技術展

發佈於 2018年10月29日

於12月5日至7日期間, The Imaging Source兆鎂新 的日本代理商Argo Corp.將參加2018國際圖像科技暨設備技術展(Pacifico Yokohama:D廳,37號展位),現場將展示 The Imaging Source兆鎂新 最新發表產品: 全新高端相機配備Sony Pregius8.8 百萬像素12.3百萬像素全局快門感光元件,其搭載USB 3.1(gen. 1)介面或新式ix Industrial®乙太網介面的機款。 ix Industrial®乙太網介面為更小、更堅固且有主動鎖定功能,可為RJ45的替代方案,並具有高抗衝擊和抗振性。此外,展位上將以"新一代物流" 為主題,演示IC 3D、最新變焦和自動對焦相機系列。

Argo和 The Imaging Source兆鎂新 邀請您蒞臨展位現場,並與團隊討論您的需求。

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關於 The Imaging Source

自1990年成立以來, The Imaging Source 兆鎂新 成為全球製造工業相機、影像擷取卡及視訊轉換器的領導者之一, 產品系列已廣泛地應用於工業自動化、品質檢測、物流、醫學、科學研究及保全等領域。

我們全方位的產品系列包括了 USB 3.1USB 3.0USB 2.0GigEIEEE1394bIEEE 1394a 等多元介面的工業相機以及相關機器視覺產品, 皆以創新、高品質及持續滿足高性能應用需求而著名。

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