整合式景深堆疊解決方案，為 AOI 系統帶來延伸景深效果
焦點堆疊透過在不同焦距位置擷取多張影像，並結合各影像中最清晰的區域，生成一張全對焦影像，從而延伸整體景深。當搭配液態鏡頭自動對焦時，焦點堆疊演算法可實現對具有不同表面高度的微結構進行快速、高倍率檢測，僅需 67 毫秒即可生成一張 5.1 MP 的全對焦影像。然而，開發並導入此類解決方案仍需克服相當程度的技術挑戰。
堆疊對焦：延長景深的重要技術
Focus stacking（焦點堆疊）- 也稱為景深合成或焦點合成 - 透過在不同焦點位置捕捉多張影像，並將其最清晰的區域合併成一張全焦影像。此技術在高倍率機器視覺中特別有價值，尤其應用於用於半導體與電子檢測的 AOI 系統。
這些系統通常需要拍攝具有顯著高度差的元件，例如 PCB 元件、焊點、導線及 IC 結構，其高度變化可能在單一視野內從 5 微米到數百微米不等。這些 3D 特徵通常是最重要的檢測對象，但卻也是最難在單張影像中清晰捕捉的部分。焦點堆疊透過產生延伸景深影像來解決這一挑戰，從而實現可靠且即時的檢測。
在 AOI 中實現焦點堆疊：整合式解決方案
雖然焦點堆疊提供了一種在不犧牲解析度的情況下延伸景深的理想方法，但要將其轉化為可量產的 AOI 解決方案仍存在重大工程挑戰。除了影像品質外，檢測速度也是關鍵考量，特別是對於要求快速週期時間的產線而言。對於視覺工程師而言，從硬體同步、影像擷取到演算法優化與即時處理，每個階段都必須經過精心設計與驗證，以同時滿足精度與產能需求。
比機械式 Z 軸平台更快：液態鏡頭帶來的速度與簡化
與傳統 Z 軸平台機構相比， 液態鏡頭自動對焦 在速度、耐用性及整合性方面具有明顯優勢。焦點調整可在毫秒內完成，且無任何機械移動部件，使系統更為精巧並降低磨損風險。這使得基於液態鏡頭的焦點堆疊特別適用於要求速度、可靠性與產線空間效率的高通量 AOI 系統。
無需額外 I/O 板卡或程式設計的液態鏡頭控制
要在 AOI 系統中整合液態鏡頭，製造商通常需要專用的 I/O 硬體及為鏡頭控制與相機同步而進行的軟體開發。此外，液態鏡頭製造商提供的程式語言支援有限，也可能造成與既有開發環境的相容性問題。
Basler 透過將液態鏡頭控制演算法直接嵌入相機韌體，消除了這些複雜性。此方法免除了額外的 I/O 硬體、額外的線材與客製化軟體開發需求。系統整合商可透過 Basler 的 pylon Viewer 介面，利用簡單的參數調整或滑桿控制即可輕鬆操作鏡頭。 pylon Viewer 介面使用簡單的參數調整或滑桿控制。
焦點堆疊：逐畫素且計算密集的處理過程
焦點堆疊流程包含多個計算密集的步驟：
多幀影像擷取：在不同焦點深度擷取 5–20 張影像
焦點量測：使用如 Laplacian 或梯度變異等演算法，計算各層每個畫素的清晰度分數
焦點地圖生成：建立顯示每個畫素所屬最清晰影像層的地圖
影像合成：將最清晰的區域合成並平滑銜接過渡區域
即時堆疊：每堆疊 67 毫秒，CPU 負載為零
景深堆疊演算法通常需數週甚至數月優化，以確保在 PC 上穩定運行。然而，對超過 10 張影像進行畫素層級處理，仍會大量耗用 CPU 資源與時間。
透過 Basler 的 FPGA 實現，可從 10 張影像中（5.1 MP、212 fps）產生一張全對焦影像，僅需 67 毫秒，滿足即時 AOI 生產需求。
相比之下，在 CPU 上執行同樣流程，每張影像需超過一秒，速度遠遠無法應用於線上製程。
產品亮點：FPGA 作為輔助處理器，搭配 VA 加速開發
Basler 的解決方案利用 FPGA 作為協同處理器，並實現在可程式化的擷取卡上。 影像預處理 架構能在進行即時、畫素級的影像前處理時，依然保持主機 CPU 的極低負載。
透過VisualApplets（我們的圖形化 FPGA 程式設計工具），我們支援 AOI 系統製造商快速製作原型並部署焦點堆疊演算法，無需 HDL 編碼。
此架構可提供：
即時逐畫素處理效能
極低 CPU 負載
與 Basler 相機及液態鏡頭控制的無縫整合
透過模組化、可重複使用的 IP 模組縮短開發週期
焦點堆疊演算法採用被動式 Z 軸對焦，不僅更具彈性，也能有效降低成本。在一項高精度需求的專案中，我們憑藉 VisualApplets 僅花一週就完成可行概念設計。若應用需要更高精度，我們可進一步以更先進的處理技術擴展演算法，提供最佳解決方案。
透過整合式解決方案加速 AOI 系統開發
AOI 系統開發商常面臨緊迫的時程，同時需要管理多元硬體與複雜的整合工作。Basler 的焦點堆疊視覺解決方案模組專為減輕這些負擔而設計，簡化整個 AOI 系統整合的影像工作流程。
透過將鏡頭控制與焦點堆疊演算法直接整合至視覺硬體 FPGA，我們的解決方案能降低開發工作量，加快上市時程，並確保可靠的在線性能。
主要優勢：
降低 CPU 負載 ，即使是焦點堆疊這類計算密集型任務，也能在專用 FPGA 硬體上完全執行。
簡化整合，減少 I/O 線材、免外部控制模組、免進行高強度影像演算法開發。
加速開發週期、減少系統瓶頸，實現更快上市時程。
