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及工業(yè)應用研討會上，聽到不少有關這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關信息。

　　聰明絕頂?shù)臋C器視覺應用

　　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實驗室開發(fā)與教學。

　　在北京凌云光子技術有限公司的展臺前，其自主研發(fā)的凌云光子 VisionALN平臺對位視覺組件，將視覺技術與運動控制技術相結合，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)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。機器視覺的應用范圍涵蓋了工業(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技術。

　　據(jù)了解，國外機器視覺的應用普及主要體現(xiàn)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，視覺技術的應用始于上世紀90年代，起初市場大多為國外品牌所占領，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用，國內(nèi)企業(yè)規(guī)模慢慢做大，技術上已經(jīng)逐漸成熟。目前，具有視覺功能的智能化機器人已經(jīng)應用于許多領域。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，預計2016年將達到近38億元。

　　“在機器視覺的目標跟蹤技術領域，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的相關工作，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和設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)方面主要存在技術水平較低、應用面窄、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)權的機器視覺技術與系統(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)機器視覺在各個應用行業(yè)的“本土化覆蓋”，還有待時日。可以預見的是，隨著未來機器視覺技術的發(fā)展和成熟，將在制造業(yè)中得到越來越廣泛的應用 .