機(jī)器視覺(jué)：為機(jī)器裝上“眼睛”和“大腦”

　　近日，一場(chǎng)“機(jī)器視覺(jué)的盛宴”——第十一屆中國(guó)國(guó)際機(jī)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(shí)、樂(lè)視、高識(shí)能、圖星等廠商集體亮相。觀眾不僅能在展會(huì)上親身體驗(yàn)并觀看到機(jī)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(jī)器視覺(jué)技術(shù)及工業(yè)應(yīng)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?shù)臋C(jī)器視覺(jué)應(yīng)用

　　在展覽會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的不少展臺(tái)前都可以近距離感受機(jī)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(tái)前，該公司研發(fā)的一系列專(zhuān)業(yè)機(jī)器視覺(jué)解決方案展示了其應(yīng)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(jī)器來(lái)安裝完成，波創(chuàng)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以驗(yàn)證裝備的準(zhǔn)確性，防止漏裝和反裝;在電子行業(yè)中，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以快速檢測(cè)排線(xiàn)的順序是否有誤，電子元器件是否錯(cuò)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(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，可以在最嚴(yán)格的制造環(huán)境下檢測(cè)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(tái)前，記者看到一款“FVR2104六軸工業(yè)視覺(jué)機(jī)器人系統(tǒng)”，可以精確地完成象棋的自動(dòng)識(shí)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(shí)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(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于晶圓檢測(cè)、吻合器缺釘檢測(cè)、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(jī)器視覺(jué)科研開(kāi)發(fā)平臺(tái)，幫助科研人員進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(tái)前，其自主研發(fā)的凌云光子 VisionALN平臺(tái)對(duì)位視覺(jué)組件，將視覺(jué)技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，無(wú)需靶標(biāo)系統(tǒng)自標(biāo)定，平臺(tái)數(shù)量、平臺(tái)類(lèi)型、對(duì)位模式、相機(jī)數(shù)量、相機(jī)安裝方式等配置靈活，可幫助設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度、高速度對(duì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的利器……

　　欣欣向榮的機(jī)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(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》顯示，2013年，我國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到8.3億元，同比增長(zhǎng)48.2%，其中智能相機(jī)、軟件、光源和板卡的增長(zhǎng)幅度都達(dá)到50%，工業(yè)相機(jī)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(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所朱明教授介紹，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品(即圖像攝取裝置)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)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(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。機(jī)器視覺(jué)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。

　　西安交通大學(xué)自動(dòng)控制研究所所長(zhǎng)韓九強(qiáng)表示，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)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(xiǎn)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(jī)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(jī)器視覺(jué)檢測(cè)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(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

　　據(jù)了解，國(guó)外機(jī)器視覺(jué)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(guó)，視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用始于上世紀(jì)90年代，起初市場(chǎng)大多為國(guó)外品牌所占領(lǐng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)則基本是靠代理國(guó)外各種機(jī)器視覺(jué)品牌起家。隨著機(jī)器視覺(jué)的不斷應(yīng)用，國(guó)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(jué)功能的智能化機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)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(fèi)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(jī)器人就成為解決企業(yè)碼垛問(wèn)題的首選，而機(jī)器視覺(jué)作為機(jī)器人的眼睛，直接關(guān)系到機(jī)器人能否正確地抓取產(chǎn)品。

　　實(shí)現(xiàn)“本土化覆蓋”有待時(shí)日

　　《2013-2017年中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》認(rèn)為，未來(lái)幾年我國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2016年將達(dá)到近38億元。

　　“在機(jī)器視覺(jué)的目標(biāo)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(zhǔn)"四個(gè)問(wèn)題。”朱明教授表示，他曾參與我國(guó)無(wú)人機(jī)目標(biāo)跟蹤技術(shù)的相關(guān)工作，機(jī)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(yuǎn)距離、弱目標(biāo)的情境下，即使遇到惡劣天氣，也能夠克服器件限制;目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)要進(jìn)一步提高，能夠精準(zhǔn)檢測(cè)到各種背景下的各種目標(biāo);目標(biāo)識(shí)別技術(shù)要進(jìn)一步提高“人工智能”和“人在回路”等。

　　“國(guó)內(nèi)在機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品研發(fā)方面雖然取得了一些成果，但與國(guó)外先進(jìn)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和設(shè)備相比還有較大差距。”韓九強(qiáng)認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)在機(jī)器視覺(jué)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(zhuān)用視覺(jué)系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用階段、開(kāi)發(fā)成本高效率低等問(wèn)題;在機(jī)器視覺(jué)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(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(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器視覺(jué)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(zhuān)家表示，在機(jī)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(yuǎn)不能滿(mǎn)足認(rèn)識(shí)復(fù)雜客觀世界的要求。如果能將機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器聽(tīng)覺(jué)、機(jī)器嗅覺(jué)、機(jī)器觸覺(jué)等有機(jī)地結(jié)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(tǒng)內(nèi)部各信息通道的融合、系統(tǒng)模塊的融合和各類(lèi)信息處理方法的融合。

　　業(yè)界普遍認(rèn)為，機(jī)器視覺(jué)的確是未來(lái)給機(jī)器裝上“眼睛”和“大腦”的聰明之舉，不過(guò)眼下，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)在各個(gè)應(yīng)用行業(yè)的“本土化覆蓋”，還有待時(shí)日?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，隨著未來(lái)機(jī)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(yīng)用 .