機器視覺：為機器裝上“眼睛”和“大腦”

　　近日，一場“機器視覺的盛宴”——第十一屆中國國際機器視覺展覽會在北京舉辦，三寶興業(yè)、凌云、大恒、嘉恒、陜西維視、注視者、奧特梅爾、銓識、樂視、高識能、圖星等廠商集體亮相。觀眾不僅能在展會上親身體驗并觀看到機器視覺技術(shù)和產(chǎn)品的突飛猛進，而且還可以在同期舉行的機器視覺技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研討會上，聽到不少有關(guān)這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)信息。

　　聰明絕頂?shù)臋C器視覺應(yīng)用

　　在展覽會現(xiàn)場的不少展臺前都可以近距離感受機器視覺帶來的“沖擊波”。在上海波創(chuàng)電氣有限公司的展臺前，該公司研發(fā)的一系列專業(yè)機器視覺解決方案展示了其應(yīng)用廣度。例如，汽車工業(yè)是一個高度自動化的行業(yè)，大部分零部件都由機器來安裝完成，波創(chuàng)的機器視覺系統(tǒng)可以驗證裝備的準確性，防止漏裝和反裝;在電子行業(yè)中，機器視覺檢測系統(tǒng)可以快速檢測排線的順序是否有誤，電子元器件是否錯裝、漏裝，接插件及電池尺寸是否合規(guī)等;在食品、包裝、制藥行業(yè)，利用機器視覺檢測系統(tǒng)，可以在最嚴格的制造環(huán)境下檢測產(chǎn)品質(zhì)量、外觀、日期、條碼等。

　　在維視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司的展臺前，記者看到一款“FVR2104六軸工業(yè)視覺機器人系統(tǒng)”，可以精確地完成象棋的自動識別、定位及擺放。它不僅可以區(qū)分不同顏色的棋子，還可以識別棋子的正反面，保證棋子方向及角度正確。該公司工作人員介紹，目前，具有視覺功能的智能化機器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于晶圓檢測、吻合器缺釘檢測、離線式自動裝配作業(yè)、自動點膠涂膠、自動焊接、印制電路板(PCB)自動切割等。此外，該公司推出一系列機器視覺科研開發(fā)平臺，幫助科研人員進行相關(guān)實驗室開發(fā)與教學(xué)。

　　在北京凌云光子技術(shù)有限公司的展臺前，其自主研發(fā)的凌云光子 VisionALN平臺對位視覺組件，將視覺技術(shù)與運動控制技術(shù)相結(jié)合，無需靶標系統(tǒng)自標定，平臺數(shù)量、平臺類型、對位模式、相機數(shù)量、相機安裝方式等配置靈活，可幫助設(shè)備實現(xiàn)高精度、高速度對位，顯著提升系統(tǒng)生產(chǎn)精度和效率，成為設(shè)備在精度、穩(wěn)定性、速度方面獲得市場競爭優(yōu)勢的利器……

　　欣欣向榮的機器視覺產(chǎn)業(yè)

　　前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2013-2017年中國機器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測分析報告》顯示，2013年，我國機器視覺市場規(guī)模達到8.3億元，同比增長48.2%，其中智能相機、軟件、光源和板卡的增長幅度都達到50%，工業(yè)相機和鏡頭也保持了40%以上的增幅，皆為2007年以來的最高水平。

　　中科院長春光學(xué)精密機械與物理研究所朱明教授介紹，機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置)將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。機器視覺的應(yīng)用范圍涵蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國民經(jīng)濟的各個行業(yè)。

　　西安交通大學(xué)自動控制研究所所長韓九強表示，機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度，在一些不適合人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺;同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

　　據(jù)了解，國外機器視覺的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。而在中國，視覺技術(shù)的應(yīng)用始于上世紀90年代，起初市場大多為國外品牌所占領(lǐng)，國內(nèi)企業(yè)則基本是靠代理國外各種機器視覺品牌起家。隨著機器視覺的不斷應(yīng)用，國內(nèi)企業(yè)規(guī)模慢慢做大，技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟。目前，具有視覺功能的智能化機器人已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域。例如，在許多自動化的生產(chǎn)線上，最后一道工序就是把產(chǎn)品堆放整齊，然后打包成型。而許多行業(yè)的產(chǎn)品體積大，重量也比較大，如果采用人工進行碼垛，不僅耗費大量的人力，而且生產(chǎn)效率得不到提升。在這種情形下，重載機器人就成為解決企業(yè)碼垛問題的首選，而機器視覺作為機器人的眼睛，直接關(guān)系到機器人能否正確地抓取產(chǎn)品。

　　實現(xiàn)“本土化覆蓋”有待時日

　　《2013-2017年中國機器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測分析報告》認為，未來幾年我國機器視覺行業(yè)市場規(guī)模將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長，預(yù)計2016年將達到近38億元。

　　“在機器視覺的目標跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，要著力解決"看得清、找得出、跟得上、打得準"四個問題。”朱明教授表示，他曾參與我國無人機目標跟蹤技術(shù)的相關(guān)工作，機器視覺要進一步解決的問題還有很多。譬如，其成像技術(shù)要解決在遠距離、弱目標的情境下，即使遇到惡劣天氣，也能夠克服器件限制;目標檢測技術(shù)要進一步提高，能夠精準檢測到各種背景下的各種目標;目標識別技術(shù)要進一步提高“人工智能”和“人在回路”等。

　　“國內(nèi)在機器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面雖然取得了一些成果，但與國外先進機器視覺技術(shù)和設(shè)備相比還有較大差距。”韓九強認為，目前國內(nèi)在機器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面主要存在技術(shù)水平較低、應(yīng)用面窄、基本處于軟硬件定制的專用視覺系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用階段、開發(fā)成本高效率低等問題;在機器視覺算法研究方面，仍采用經(jīng)典的數(shù)字圖像處理算法和通用軟件編程開發(fā)，組態(tài)集成開發(fā)能力弱;在產(chǎn)品方面，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的機器視覺技術(shù)與系統(tǒng)產(chǎn)品較少，不利于批量生產(chǎn)和推廣。

　　此外，還有專家表示，在機器視覺研究中，僅僅利用理想環(huán)境下獲取的靜止或瞬時視覺信息作為輸入遠不能滿足認識復(fù)雜客觀世界的要求。如果能將機器視覺、機器聽覺、機器嗅覺、機器觸覺等有機地結(jié)合起來，將多種信息相互融合，則有可能突破單一視覺信息的局限性。這里的融合不僅包括多傳感器融合，還包括系統(tǒng)內(nèi)部各信息通道的融合、系統(tǒng)模塊的融合和各類信息處理方法的融合。

　　業(yè)界普遍認為，機器視覺的確是未來給機器裝上“眼睛”和“大腦”的聰明之舉，不過眼下，要實現(xiàn)機器視覺在各個應(yīng)用行業(yè)的“本土化覆蓋”，還有待時日?？梢灶A(yù)見的是，隨著未來機器視覺技術(shù)的發(fā)展和成熟，將在制造業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用 .