工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)器視覺(jué)的正確打開(kāi)方式

機(jī)器視覺(jué)的崛起源于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)日益增長(zhǎng)的技術(shù)需求，技術(shù)探索始于20世紀(jì)60年代中期美國(guó)學(xué)者L.R.羅伯茲關(guān)于理解多面體組成的積木世界的研究，早期的發(fā)展主要集中于北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)地區(qū)。全球制造業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移后，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了奮起直追的歷史契機(jī)。近十年來(lái)，從相機(jī)、采集卡、光源、鏡頭到圖像處理軟件，數(shù)十家機(jī)器視覺(jué)核心器件的國(guó)內(nèi)研發(fā)制造廠商陸續(xù)涌現(xiàn)，中國(guó)正成為世界機(jī)器視覺(jué)發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，但本土廠商的整體市場(chǎng)地位仍然落后于外資廠商。

我們基于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的技術(shù)原理分析了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)，主要包括：1）精確性、客觀性和可靠性；2）環(huán)境適應(yīng)性和工作持續(xù)性；3）經(jīng)濟(jì)性和高效性；4）靈活性和重復(fù)性。上述特點(diǎn)揭示了機(jī)器視覺(jué)與智能制造的高速協(xié)同發(fā)展的內(nèi)在原因。

GGII研究所數(shù)據(jù)顯示，2015年中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模61.2億元，同比增速為28.57%，增速位居全球首位，國(guó)外調(diào)研機(jī)構(gòu)Markets and Markets預(yù)計(jì)到2020年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到125億美元，我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到152億元。雖然市場(chǎng)空間廣闊，但在機(jī)器視覺(jué)底層核心零部件生產(chǎn)目前主要還是以國(guó)外品牌為主，外資廠商仍然占據(jù)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。建議關(guān)注：1）精測(cè)電子：打造“光。機(jī)一電”一體化智能檢測(cè)解決方案；2）永創(chuàng)智能：加快完成向智能化包裝設(shè)備制造轉(zhuǎn)型；3）勁拓股份：拓展進(jìn)入智能裝備系統(tǒng)和先進(jìn)制造系統(tǒng)領(lǐng)域。

目前，工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中比重最大的領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與智能制造如影隨形，在智能制造及工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)主要應(yīng)用于三大方向：檢 測(cè)與測(cè)量、引導(dǎo)與定位、識(shí)別與分析。除此以外，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還在安防和智能交通、醫(yī)療、無(wú)人機(jī)與無(wú)人駕駛、倉(cāng)儲(chǔ)物流、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域取得了一定的發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。

機(jī)器視覺(jué)成為科學(xué)前沿，主要受三方面因素促進(jìn)：

首先，工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上人眼在精準(zhǔn)度、效率方面已不能滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)升級(jí)的要求，對(duì)于不可觀測(cè)物體、高精度產(chǎn)品，只能依靠機(jī)器視覺(jué)。人工成本上升、用工荒等原因也在倒逼機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展。其次，人工智能、無(wú)人駕駛等消費(fèi)需求端對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)要求更加苛刻，算法更加冗長(zhǎng)多變，運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上的已有技術(shù)不能滿(mǎn)足。這個(gè)因素也是當(dāng)今機(jī)器視覺(jué)的最大推力。最后，工業(yè)4.0、智能制造等政策環(huán)境將機(jī)器視覺(jué)注入國(guó)家戰(zhàn)略的核心部分。

機(jī)器視覺(jué)的市場(chǎng)規(guī)模及應(yīng)用場(chǎng)景

機(jī)器視覺(jué)增長(zhǎng)迅速，我國(guó)增速最大。2015年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模約42億美元，增長(zhǎng)10.5%。美國(guó)占比50%，日本緊隨其后。我國(guó)起步較晚，但發(fā)展 迅速，2015年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)3.5億美元，增速為全球首位，約22.2%。2016-2020年中國(guó)制造將促使機(jī)器視覺(jué)維持20%的增長(zhǎng)率，遠(yuǎn)高于全球的 8.4%平均水平。半導(dǎo)體、電子制造占機(jī)器視覺(jué)比重46.4%，汽車(chē)、制藥占比10.9%、9.7%。

1、工業(yè)生產(chǎn)

一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)，包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。

縱觀目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用到的視覺(jué)技術(shù)大致可分為兩類(lèi)：質(zhì)量控制和輔助生產(chǎn)。其中質(zhì)量控制就是代替人工對(duì)產(chǎn)品的尺寸、外觀等進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別出不良品，此類(lèi)設(shè)備在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)已有廣泛使用。輔助生產(chǎn)指的是利用視覺(jué)技術(shù)給機(jī)器人提供動(dòng)作執(zhí)行依據(jù)，目前廣泛應(yīng)用的是基于單目視覺(jué)的二維定位技術(shù)。

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮?，?shì)必引起機(jī)器視覺(jué)新增長(zhǎng)。我國(guó)正處于工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展拐點(diǎn)，市場(chǎng)潛力巨大，據(jù)IFR估計(jì)，中國(guó)市場(chǎng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展占主導(dǎo)地位，2018年全球?qū)⒂腥种坏墓I(yè)機(jī)器人安裝在中國(guó)，這必會(huì)引發(fā)機(jī)器視覺(jué)的廣泛應(yīng)用。

2、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛

機(jī)器視覺(jué)是無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)人的首要解決問(wèn)題。我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)“墻內(nèi)花開(kāi)墻外香”，大多銷(xiāo)至國(guó)外，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并未大范圍開(kāi)發(fā)。隨著我國(guó)智能生產(chǎn)的逐步推進(jìn)，無(wú)人機(jī)“墻內(nèi)香”指日可待，未來(lái)市場(chǎng)前景廣闊。易觀智庫(kù)認(rèn)為智能無(wú)人機(jī)在未來(lái)幾年將保持超過(guò)50%的增長(zhǎng)率，在2018年超過(guò)100億人民幣。另外，特斯拉、分時(shí)租賃為自動(dòng)駕駛增加新人氣，機(jī)器視覺(jué)受益。

近期采用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)裝置的特斯拉model3訂單超預(yù)期，國(guó)產(chǎn)化又被高層證實(shí)，定會(huì)引起國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)將是重要受益者。

3、智能醫(yī)生

達(dá)芬奇成為明星醫(yī)師，我國(guó)滲透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，醫(yī)用機(jī)器人高復(fù)合增長(zhǎng)率，巨大市場(chǎng)待挖掘。目前美國(guó)達(dá)芬奇裝機(jī)量約2000臺(tái)，我國(guó)僅54臺(tái)，滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。據(jù)北京和睦家醫(yī)院表示，近年隨著達(dá)芬奇成本不斷下降，由首次引進(jìn)的2500萬(wàn)元下降至后來(lái)的1800萬(wàn)元，市場(chǎng)需求持續(xù)升溫，自費(fèi)患者占比已達(dá)85%。經(jīng)測(cè)算，全球醫(yī)用機(jī)器人未來(lái)三年銷(xiāo)量復(fù)合增速約為55%， 手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人在未來(lái)五年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)30%、47%?？梢钥闯?，醫(yī)用機(jī)器人具備著巨大的市場(chǎng)空間等待挖掘，機(jī)器視覺(jué)再添推力。

4、安防智能監(jiān)管

智能安防是我國(guó)智慧城市的重要組成部分，在近日發(fā)布的《工業(yè)和信息化藍(lán)皮書(shū)：世界網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展報(bào)告2015-2016》中，工信部表示智慧城市建設(shè)工作正在如火如荼地全面鋪開(kāi)，截至目前，中國(guó)的智慧城市試點(diǎn)已接近300個(gè)。機(jī)器視覺(jué)可以通過(guò)生物識(shí)別、智能事件分析、太赫茲技術(shù)三個(gè)方法實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)管，解放大量人力并大大提升效率，使大海撈針、透視眼成為可能。

5、個(gè)性化定制&虛擬試衣間

想買(mǎi)一件衣服？可能你正在去商店的路上，或者正在網(wǎng)上根據(jù)從S到XL的標(biāo)準(zhǔn)尺碼進(jìn)行挑選。這些大批量的生產(chǎn)造就了單位貨物的成本下降。

工業(yè)4.0時(shí)代的紡織品生產(chǎn)方式或許會(huì)與之不同，它將通過(guò)有效的數(shù)據(jù)處理，提供定制性的個(gè)性商品?？蛻?hù)一旦決定選擇哪個(gè)模型，圖像處理系統(tǒng)（機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)）就會(huì)對(duì)其各項(xiàng)維度進(jìn)行測(cè)量。

具體測(cè)試形式可能是，在一個(gè)小更衣室中放置四個(gè)攝像頭，拍攝身體每一邊的圖像。軟件控制測(cè)量操作，并決定隨后生產(chǎn)衣物時(shí)的剪裁方式。接下來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，直至包括運(yùn)輸環(huán)節(jié)。

未來(lái)的時(shí)裝屋將不再擺滿(mǎn)幾柜子的商品，而是通過(guò)提供大量的虛擬選擇和快速可靠的生產(chǎn)流程來(lái)為客戶(hù)服務(wù)。

總結(jié)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)如今已成功應(yīng)用到了工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中，并成為一項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)。無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛、智能醫(yī)生、智能安防等應(yīng)用領(lǐng)域不斷突破，全球互聯(lián)網(wǎng)和半導(dǎo)體巨頭紛紛布局，顯示出智能圖像處理將是下一個(gè)競(jìng)技場(chǎng)，或許意味著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)迎來(lái)黃金發(fā)展時(shí)期。機(jī)器視覺(jué)將開(kāi)啟工業(yè)4.0時(shí)代新視界。