機(jī)器視覺得以迅速發(fā)展的原因，機(jī)器視覺的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

人類感知外界信息的80%是通過眼睛獲得的，圖像包含的信息量是巨大的。同樣，機(jī)器視覺，被稱作機(jī)器人的“眼睛”，為機(jī)器設(shè)備感知外界提供便利，使機(jī)器具有像人一樣的視覺功能。在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，機(jī)器視覺因?yàn)榭梢钥焖佾@取大量信息且易于自動(dòng)處理和設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成等優(yōu)點(diǎn)，常被廣泛地用于裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、產(chǎn)品識(shí)別、產(chǎn)品尺寸測量等方面。

機(jī)器視覺得以迅速發(fā)展的原因

近些年，工業(yè)機(jī)器人市場呈爆炸式增長勢頭，配備機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人在替代或者協(xié)助人類工作時(shí)，呈現(xiàn)更“智能化”的特點(diǎn)，“智能制造”升級(jí)轉(zhuǎn)型大趨勢也把工業(yè)機(jī)器人與機(jī)器視覺更緊密結(jié)合起來。

目前機(jī)器視覺在中國的發(fā)展已有十余個(gè)年頭。過去十年是機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)在中國市場發(fā)展最快的十年，經(jīng)過一定時(shí)期的普及與推廣，機(jī)器視覺已逐漸為廣大客戶所熟知，而且應(yīng)用范圍，也逐漸開始擴(kuò)大，大規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域由起初的電子、制藥等行業(yè)，逐步擴(kuò)展到包裝、印刷、汽車、運(yùn)輸、醫(yī)療等各大領(lǐng)域。

機(jī)器視覺在實(shí)際應(yīng)用中可提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)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(jī)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(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(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)。使用機(jī)器視覺五個(gè)主要原因：

重復(fù)性——機(jī)器可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會(huì)感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時(shí)都會(huì)有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品時(shí)完全相同的。

精確性——由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機(jī)器仍然會(huì)更加精確，因?yàn)樗木饶軌蜻_(dá)到千分之一英寸。

速度——機(jī)器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，比如說生產(chǎn)線上，機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率。

客觀性——人眼檢測還有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會(huì)隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非?？捎^可靠。

成本——由于機(jī)器比人快，一臺(tái)自動(dòng)檢測機(jī)器能夠承擔(dān)好幾個(gè)人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、不會(huì)生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。

機(jī)器視覺的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

鏡頭

鏡頭相當(dāng)于人類眼球的存在，它在機(jī)器視覺系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)光束調(diào)制，并完成信號(hào)傳遞。據(jù)了解，目前為止市面上大多數(shù)的鏡頭都能夠滿足機(jī)器視覺應(yīng)用的需求，但是更專業(yè)的機(jī)器視覺系統(tǒng)可能需要定制的鏡頭和涂層。幸運(yùn)的是，許多具有內(nèi)部生產(chǎn)能力的鏡頭制造商，已經(jīng)準(zhǔn)備好定制鏡頭來滿足這些應(yīng)用需求。當(dāng)然，這些定制鏡頭會(huì)比較昂貴，因此它們通常僅用于那些對(duì)成本不敏感的特定成像系統(tǒng)中(例如軍事應(yīng)用)，或是大批量消費(fèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)線中。

光源

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中,獲得一張高質(zhì)量的可處理的圖像是至關(guān)重要。圖像質(zhì)量好，特征明顯很重要，而一個(gè)合適的光源可以使需要尋找的特征非常明顯，除了是攝像頭能夠拍攝到部件外，好的光源應(yīng)該能夠產(chǎn)生最大的對(duì)比度、亮度足夠且對(duì)部件的位置變化不敏感。光源選擇好了，剩下來的工作就容易多了。具體的光源選取方法還在于試驗(yàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺系統(tǒng)中的核心部件，對(duì)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。在選擇一款工業(yè)數(shù)字相機(jī)時(shí)，物體成像的速度必須充分考慮好。比如針對(duì)沒有移動(dòng)、靜止或緩慢移動(dòng)、快速移動(dòng)等不同模式下物體，對(duì)象的移動(dòng)速度不同，在選取工業(yè)相機(jī)時(shí)，就需要考慮除了在曝光時(shí)間當(dāng)中處于工業(yè)相機(jī)當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)對(duì)象數(shù)量，還需要考慮物體上能用一個(gè)像素表征的最小特征，也就是對(duì)象分辨率，在采集運(yùn)動(dòng)物體的圖像的拇指規(guī)則就是曝光必須發(fā)生在采集物體移動(dòng)量小于一個(gè)像素的時(shí)間內(nèi)。

圖像采集卡

雖然圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網(wǎng)采集卡。這些采集卡中有的內(nèi)置多路開關(guān)，可以連接多個(gè)攝像機(jī)，同時(shí)抓拍多路信息。

機(jī)器視覺軟件

機(jī)器視覺軟件是機(jī)器視覺系統(tǒng)中自動(dòng)化處理的關(guān)鍵部件，根據(jù)具體應(yīng)用需求，對(duì)軟件包進(jìn)行二次開發(fā)，可自動(dòng)完成對(duì)圖像采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。通過前期傳送給專用的圖像處理軟件，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);機(jī)器視覺軟件再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。

國內(nèi)外機(jī)器視覺行業(yè)現(xiàn)狀

機(jī)器視覺發(fā)展至今，早已不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品。機(jī)器視覺的軟硬件產(chǎn)品已逐漸成為生產(chǎn)制造各個(gè)階段的必要部分，這就對(duì)系統(tǒng)的集成性提出了更高的要求。工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)要求能夠與測試或控制系統(tǒng)協(xié)同工作的一體化工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，而非獨(dú)立的視覺應(yīng)用。在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

國際市場上機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展相對(duì)成熟，國外機(jī)器視覺產(chǎn)品的主要廠商如日本基恩士、康耐視、NI等都已經(jīng)建立起相對(duì)完整的從上游零部件生產(chǎn)到下游系統(tǒng)集成的業(yè)務(wù)鏈，除此之外，邦納、達(dá)爾薩、Euresys 也是國際知名的零部件生產(chǎn)商。

在國內(nèi)市場上，機(jī)器視覺行業(yè)尚處于成長階段，00年代初開始起步，目前在關(guān)鍵零部件上多為進(jìn)口，近幾年才涌現(xiàn)出了一批集軟件開發(fā)與系統(tǒng)集成于一身的整機(jī)廠商。目前國內(nèi)的零部件廠商有奧普特（OPT）、沃德普、維視圖像、凌云光子等，從事軟件開發(fā)的企業(yè)主要是大恒圖像和凌云光子，而整機(jī)的生產(chǎn)則主要集中在大恒圖像。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年，全球機(jī)器視覺系統(tǒng)及部件市場規(guī)模達(dá)到51.8億美元。國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)市場規(guī)模也一路上漲，在2017年達(dá)到42億；從長遠(yuǎn)的潛在市場規(guī)模來看，當(dāng)前只有5%的潛在用戶使用了機(jī)器視覺，也就是還有95%的潛在用戶需要但還沒有用上機(jī)器視覺，全部潛力發(fā)揮出來后，全球的機(jī)器視覺市場可達(dá)到1200億美元。

據(jù)調(diào)查，中國的國際機(jī)器視覺品牌近200家，中國自己的機(jī)器視覺企業(yè)208家，而機(jī)器視覺產(chǎn)品代理商超過300家，專業(yè)的機(jī)器視覺系統(tǒng)集成商超過70家。

機(jī)器視覺企業(yè)四大升級(jí)要素

面對(duì)如此龐大的市場，國內(nèi)機(jī)器視覺遇到的挑戰(zhàn)并不小，而行業(yè)技術(shù)的升級(jí)更顯得尤為必要了。為順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢，國內(nèi)的機(jī)器視覺技術(shù)就需要通過以下四大要素來升級(jí)。

一、系統(tǒng)操作簡單方便

技術(shù)參數(shù)簡單化、處理技術(shù)方便化，是系統(tǒng)操作最為關(guān)鍵也是核心的要素。機(jī)器視覺技術(shù)雖然屬于高科技技術(shù)，在運(yùn)作過程中，還需要依靠不斷調(diào)整各種參數(shù)來達(dá)到最好的效果。但是目前來說，操作人員大都技術(shù)水平有限。因此，系統(tǒng)簡化是大多數(shù)客戶的較價(jià)格與質(zhì)量之后的基本需求，而系統(tǒng)簡化主要包括的是檢測操作的簡化與圖像處理的簡化。

二、系統(tǒng)長期可維護(hù)性

一個(gè)好的系統(tǒng)不僅要考慮使用性還應(yīng)考慮其在長期運(yùn)做中的可維護(hù)性，機(jī)器視覺技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性足以使系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，更好的發(fā)揮功能優(yōu)勢，提供有力的技術(shù)支持。

三、檢測技術(shù)穩(wěn)定可靠

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于被測物體的多樣化以及機(jī)械的誤差影響，使得整個(gè)檢測過程很難是維持在平穩(wěn)的狀態(tài)。因此，這就需要機(jī)器視覺技術(shù)有很高的穩(wěn)定性，從光源照明、圖像采集到圖像存儲(chǔ)與處理都要有可以在任何環(huán)境下持續(xù)運(yùn)作的適應(yīng)能力，同時(shí)，還要盡量能采集到突出檢測對(duì)象的圖像，這樣才能給出最為穩(wěn)定、準(zhǔn)確、清晰的檢測結(jié)果，才能為生產(chǎn)或質(zhì)檢工作提供技術(shù)支持。

四、系統(tǒng)性價(jià)比值高

在保障質(zhì)量的基礎(chǔ)上，客戶最為關(guān)心的莫過于價(jià)格問題。機(jī)器視覺技術(shù)不斷升級(jí)本是件對(duì)客戶有益的事，但如果只是一味的使用昂貴的部件，就會(huì)造成價(jià)格的大幅提升，對(duì)于大部分的用戶來說，無疑增添了負(fù)擔(dān)。性能好、價(jià)格低的系統(tǒng)才是能滿足最基本需求的，因此性價(jià)比是衡量一個(gè)系統(tǒng)的重要標(biāo)志，也是客戶選擇產(chǎn)品最重要的指標(biāo)之一。

中國是世界的制造工廠，目前全球幾乎所有的知名企業(yè)都把生產(chǎn)工廠放在中國，機(jī)器人作業(yè)代替人員操作已成為市場優(yōu)勝劣汰的必然選擇。機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)在中國有著非常廣闊而光明的前景，也使中國機(jī)器視覺市場成為全球機(jī)器視覺企業(yè)的競爭焦點(diǎn)，因此我們要抓住時(shí)機(jī)，不斷引進(jìn)提升各項(xiàng)高新技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)的快速發(fā)展。