機器視覺技術(shù)的難點與市場剖析 - 全文

　　機器視覺是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它是利用光機電一體化的手段使機器具有視覺的功能。將機器視覺引入檢測領(lǐng)域，可以在很多場合實現(xiàn)在線高精度高速測量。同時機器視覺檢測技術(shù)理論也一步步的發(fā)展壯大起來。

　　什么是機器視覺？

　　機器視覺，簡單來說就是用機器代替人眼來做測量和判斷。它主要用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機器視覺的典型機構(gòu)由五部分組成：照明、鏡頭、相機、圖像采集卡、視覺處理器。

　　由此而衍生出來的技術(shù)則是機器視覺技術(shù)，它是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。機器視覺技術(shù)最大的特點是速度快、信息量大、功能多。

　　機器視覺的發(fā)展

　　機器視覺的研究是從20世紀(jì)60年代中期美國學(xué)者L.R.羅伯茲關(guān)于理解多面體組成的積木世界研究開始的。當(dāng)時運用的預(yù)處理、邊緣檢測、輪廓線構(gòu)成、對象建模、匹配等技術(shù)，后來一直在機器視覺中應(yīng)用。70年代，機器視覺形成幾個重要研究分支：①目標(biāo)制導(dǎo)的圖像處理；②圖像處理和分析的并行算法；③從二維圖像提取三維信息；④序列圖像分析和運動參量求值；⑤視覺知識的表示；⑥視覺系統(tǒng)的知識庫等。

　　機器視覺技術(shù)設(shè)計的難點都有哪些？

　　第一：打光的穩(wěn)定性

　　工業(yè)視覺應(yīng)用一般分成四大類：定位、測量、檢測和識別，其中測量對光照的穩(wěn)定性要求最高，因為光照只要發(fā)生10-20%的變化，測量結(jié)果將可能偏差出1-2個像素，這不是軟件的問題，這是光照變化，導(dǎo)致了圖像上邊緣位置發(fā)生了變化，即使再厲害的軟件也解決不了問題，必須從系統(tǒng)設(shè)計的角度，排除環(huán)境光的干擾，同時要保證主動照明光源的發(fā)光穩(wěn)定性。當(dāng)然通過硬件相機分辨率的提升也是提高精度，抗環(huán)境干擾的一種辦法了。比如之前的相機對應(yīng)物空間尺寸是1個像素10um，而通過提升分辨率后變成 1個像素5um，精度近似可以認(rèn)為提升1倍，對環(huán)境的干擾自然增強了。

　　第二：工件位置的不一致性

　　一般做測量的項目，無論是離線檢測，還是在線檢測，只要是全自動化的檢測設(shè)備，首先做的第一步工作都是要能找到待測目標(biāo)物。每次待測目標(biāo)物出現(xiàn)在拍攝視場中時，要能精確知道待測目標(biāo)物在哪里，即使你使用一些機械夾具等，也不能特別高精度保證待測目標(biāo)物每次都出現(xiàn)在同一位置的，這就需要用到定位功能，如果定位不準(zhǔn)確，可能測量工具出現(xiàn)的位置就不準(zhǔn)確，測量結(jié)果有時會有較大偏差 。

　　第三：標(biāo)定

　　一般在高精度測量時需要做以下幾個標(biāo)定，一光學(xué)畸變標(biāo)定（如果您不是用的軟件鏡頭，一般都必須標(biāo)定），二投影畸變的標(biāo)定，也就是因為您安裝位置誤差代表的圖像畸變校正，三物像空間的標(biāo)定，也就是具體算出每個像素對應(yīng)物空間的尺寸。

　　不過目前的標(biāo)定算法都是基于平面的標(biāo)定，如果待測量的物理不是平面的，標(biāo)定就會需要作一些特種算法來處理，通常的標(biāo)定算法是解決不了的。

　　此外有些標(biāo)定，因為不方便使用標(biāo)定板，也必須設(shè)計特殊的標(biāo)定方法，因此標(biāo)定不一定能通過軟件中已有的標(biāo)定算法全部解決。

　　第四：物體的運動速度

　　如果被測量的物體不是靜止的，而是在運動狀態(tài)，那么一定要考慮運動模糊對圖像精度（模糊像素=物體運動速度*相機曝光時間），這也不是軟件能夠解決的。

　　第五：軟件的測量精度

　　在測量應(yīng)用中軟件的精度只能按照1/2—1/4個像素考慮，最好按照1/2，而不能向定位應(yīng)用一樣達(dá)到1/10-1/30個像素精度，因為測量應(yīng)用中軟件能夠從圖像上提取的特征點非常少。

　　在我國的發(fā)展及應(yīng)用

　　專家分析認(rèn)為，機器視覺發(fā)展早期，主要集中在歐美和日本。隨著全球制造中心向中國轉(zhuǎn)移，中國機器視覺市場正在繼北美、歐洲和日本之后，成為國際機器視覺廠商的重要目標(biāo)市場。在中國，機器視覺應(yīng)用起源于20世紀(jì)80年代的技術(shù)引進，半導(dǎo)體及電子行業(yè)是機器視覺應(yīng)用較早的行業(yè)之一，其中大都集中在如PCB印刷電路組裝、元器件制造、半導(dǎo)體及集成電路設(shè)備等，機器視覺在該行業(yè)的應(yīng)用推廣，對提高電子產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率起了舉足輕重的作用。

　　目前，中國正成為世界機器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，應(yīng)用范圍幾乎涵蓋國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，其中包括：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等領(lǐng)域。而工業(yè)領(lǐng)域是機器視覺應(yīng)用比重最大的領(lǐng)域，其重要原因是中國已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心，高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進生產(chǎn)線，使許多具有國際先進水平的機器視覺系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)驗也進入了中國。

　　下面簡單介紹幾種應(yīng)用：

　　1、食品安全監(jiān)測

　　在流水化作業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測方面，有時候需要工作人員觀察、識別、發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的錯誤和疏漏。無論人的責(zé)任心有多強，注意力有多集中，他都有可能會疲勞、疏忽、走神，造成瑕疵品流向市場。

　　2、制造業(yè)

　　制造業(yè)競爭加劇、成本壓力迫使其重視生產(chǎn)效率質(zhì)量將促進機器視覺技術(shù)的應(yīng)用。為了提高生產(chǎn)效率，降低人力成本，工業(yè)生產(chǎn)和管理中的某些人工環(huán)節(jié)正逐漸被機器代替。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。在一些不適合于人工作業(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)。

　　同時，機器視覺技術(shù)還能在超標(biāo)準(zhǔn)排放煙塵、污水等方面發(fā)揮作用。利用機器視覺，能夠及時發(fā)現(xiàn)機房及生產(chǎn)車間的的火災(zāi)、煙霧等異常情況。利用機器視覺中的面相檢測、人臉識別技術(shù)，可以幫助企業(yè)加強出入口的控制和管理，提高管理水平，降低管理成本。

　　3、太陽能、交通監(jiān)控

　　近年來新興行業(yè)的發(fā)展給機器視覺市場也帶來了新的市場空間。在太陽能領(lǐng)域，太陽能電池和模塊生產(chǎn)者使用機器視覺來檢測產(chǎn)品、識別和跟蹤產(chǎn)品以及裝配產(chǎn)品。在交通監(jiān)控領(lǐng)域，可以利用車牌識別技術(shù)、圖像分析技術(shù)，自動識別車牌，發(fā)現(xiàn)違章停車、逆行、發(fā)現(xiàn)交通肇事車輛等。此外，如地質(zhì)災(zāi)害對地震預(yù)防、山體滑坡、泥石流、火山噴發(fā)的發(fā)現(xiàn)識別、防范，水文監(jiān)測對河流水文狀況的觀測等領(lǐng)域機器視覺技術(shù)都有巨大空間有待挖掘。

　　未來的市場前景

　　傳統(tǒng)制造業(yè)面臨新的顛覆，轉(zhuǎn)型升級將給中國自動化行業(yè)帶來巨大的市場機遇。而機器視覺作為自動化界高智能化產(chǎn)品，未來具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　中國的電子制造和代工廠商過去幾年正在采購大量自動化設(shè)備取代人工，以應(yīng)對中國愈演愈烈的缺工現(xiàn)象，未來幾年這一現(xiàn)象將達(dá)到高潮。臺資工廠紛紛選擇提高自動化程度，其自動化換裝高潮將在未來2-3年內(nèi)到來，必將為機器視覺產(chǎn)品在該行業(yè)的應(yīng)用帶來新的增長點。

　　據(jù)一項權(quán)威發(fā)布的行業(yè)預(yù)測報告，中國機器視覺行業(yè)的市場規(guī)模將持續(xù)增長，在2015年將達(dá)到30億元，而在2016年將達(dá)到38億元，到2018年以前達(dá)到50億美元。全球機器視覺市場帶來的新商機已經(jīng)成為業(yè)界廠商關(guān)注的焦點。