機器視覺(jué)：為機器裝上“眼睛”和“大腦”

　　近日，一場(chǎng)“機器視覺(jué)的盛宴”——第十一屆中國國際機器視覺(jué)展覽會(huì )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(lè )視、高識能、圖星等廠(chǎng)商集體亮相。觀(guān)眾不僅能在展會(huì )上親身體驗并觀(guān)看到機器視覺(jué)技術(shù)和產(chǎn)品的突飛猛進(jìn)，而且還可以在同期舉行的機器視覺(jué)技術(shù)及工業(yè)應用研討會(huì )上，聽(tīng)到不少有關(guān)這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)信息。

　　聰明絕頂的機器視覺(jué)應用

　　在展覽會(huì )現場(chǎng)的不少展臺前都可以近距離感受機器視覺(jué)帶來(lái)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(zhuān)業(yè)機器視覺(jué)解決方案展示了其應用廣度。例如，汽車(chē)工業(yè)是一個(gè)高度自動(dòng)化的行業(yè)，大部分零部件都由機器來(lái)安裝完成，波創(chuàng )的機器視覺(jué)系統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(jué)檢測系統可以快速檢測排線(xiàn)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等;在食品、包裝、制藥行業(yè)，利用機器視覺(jué)檢測系統，可以在最嚴格的制造環(huán)境下檢測產(chǎn)品質(zhì)量、外觀(guān)、日期、條碼等。

　　在維視數字圖像技術(shù)有限公司的展臺前，記者看到一款“FVR2104六軸工業(yè)視覺(jué)機器人系統”，可以精確地完成象棋的自動(dòng)識別、定位及擺放。它不僅可以區分不同顏色的棋子，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(jué)功能的智能化機器人已經(jīng)被廣泛應用于晶圓檢測、吻合器缺釘檢測、離線(xiàn)式自動(dòng)裝配作業(yè)、自動(dòng)點(diǎn)膠涂膠、自動(dòng)焊接、印制電路板(PCB)自動(dòng)切割等。此外，該公司推出一系列機器視覺(jué)科研開(kāi)發(fā)平臺，幫助科研人員進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗室開(kāi)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(jué)組件，將視覺(jué)技術(shù)與運動(dòng)控制技術(shù)相結合，無(wú)需靶標系統自標定，平臺數量、平臺類(lèi)型、對位模式、相機數量、相機安裝方式等配置靈活，可幫助設備實(shí)現高精度、高速度對位，顯著(zhù)提升系統生產(chǎn)精度和效率，成為設備在精度、穩定性、速度方面獲得市場(chǎng)競爭優(yōu)勢的利器……

　　欣欣向榮的機器視覺(jué)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(jué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預測分析報告》顯示，2013年，我國機器視覺(jué)市場(chǎng)規模達到8.3億元，同比增長(cháng)48.2%，其中智能相機、軟件、光源和板卡的增長(cháng)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(lái)的最高水平。

　　中科院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所朱明教授介紹，機器視覺(jué)系統是指通過(guò)機器視覺(jué)產(chǎn)品(即圖像攝取裝置)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進(jìn)行各種運算來(lái)抽取目標的特征，進(jìn)而根據判別的結果來(lái)控制現場(chǎng)的設備動(dòng)作。機器視覺(jué)的應用范圍涵蓋了工業(yè)、農業(yè)、醫藥、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國民經(jīng)濟的各個(gè)行業(yè)。

　　西安交通大學(xué)自動(dòng)控制研究所所長(cháng)韓九強表示，機器視覺(jué)系統的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)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(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，常用機器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué);同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺(jué)檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機器視覺(jué)易于實(shí)現信息集成，是實(shí)現計算機集成制造的基礎技術(shù)。

　　據了解，國外機器視覺(jué)的應用普及主要體現在半導體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導體行業(yè)。而在中國，視覺(jué)技術(shù)的應用始于上世紀90年代，起初市場(chǎng)大多為國外品牌所占領(lǐng)，國內企業(yè)則基本是靠代理國外各種機器視覺(jué)品牌起家。隨著(zhù)機器視覺(jué)的不斷應用，國內企業(yè)規模慢慢做大，技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟。目前，具有視覺(jué)功能的智能化機器人已經(jīng)應用于許多領(lǐng)域。例如，在許多自動(dòng)化的生產(chǎn)線(xiàn)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(jìn)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(wèn)題的首選，而機器視覺(jué)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(shí)現“本土化覆蓋”有待時(shí)日

　　《2013-2017年中國機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預測分析報告》認為，未來(lái)幾年我國機器視覺(jué)行業(yè)市場(chǎng)規模將繼續保持穩定增長(cháng)，預計2016年將達到近38億元。

　　“在機器視覺(jué)的目標跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，要著(zhù)力解決"看得清、找得出、跟得上、打得準"四個(gè)問(wèn)題。”朱明教授表示，他曾參與我國無(wú)人機目標跟蹤技術(shù)的相關(guān)工作，機器視覺(jué)要進(jìn)一步解決的問(wèn)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(jìn)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(jìn)一步提高“人工智能”和“人在回路”等。

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

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

　　業(yè)界普遍認為，機器視覺(jué)的確是未來(lái)給機器裝上“眼睛”和“大腦”的聰明之舉，不過(guò)眼下，要實(shí)現機器視覺(jué)在各個(gè)應用行業(yè)的“本土化覆蓋”，還有待時(shí)日?？梢灶A見(jiàn)的是，隨著(zhù)未來(lái)機器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展和成熟，將在制造業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應用 .