機(jī)器視覺主要研究用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，通過攝像機(jī)等得到圖像，然后將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像信號，再送入計(jì)算機(jī)，利用軟件從中獲取所需信息，做出正確的計(jì)算和判斷，通過數(shù)字圖像處理算法和識別算法，對客觀世界的三維景物和物體進(jìn)行形態(tài)和運(yùn)動識別，根據(jù)識別結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。從功能上來看，典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運(yùn)動控制部分，計(jì)算機(jī)視覺是研究試圖建立從圖像或者多維數(shù)據(jù)中獲取“所需信息”的人工智能識別系統(tǒng)。正廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域中。

視覺技術(shù)研究與應(yīng)用的必要性

視覺技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展極其必要。2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)極大沖擊了美國至全球的各個領(lǐng)域。美國汽車制造業(yè) “Big Three”頻臨破產(chǎn)，進(jìn)一步自動化是唯一出路。美國政府推行“Made in US” 計(jì)劃。出臺多個政策刺激鼓勵企業(yè)技術(shù)發(fā)明創(chuàng)新，視覺技術(shù)的應(yīng)用就顯得非常必要。近年在國內(nèi)，勞動力工資成本大幅提高，很多生產(chǎn)企業(yè)遷移到人力資源更低廉的國家和區(qū)域，食品、醫(yī)藥質(zhì)量事件不斷?！癕ade in China”在世界聲譽(yù)亟需提高，為提高質(zhì)量保持競爭力，各領(lǐng)域的視覺檢測及高度自動化勢在必行。視覺檢測對工業(yè)自動化的重要性與日俱增，工業(yè)自動化需求對視覺技術(shù)的推動高度集成化。

國外典型研究與應(yīng)用 對于機(jī)器視覺技術(shù)，世界各國都在研究與應(yīng)用。

1994年S.T rika等研究了一種基于機(jī)器視覺的多面體零件特征提取技術(shù)，獲得零件特征。1998年，J.Merlet等將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于部件裝配。同年， Du-Ming Tsai等將機(jī)器視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零件表面粗糙度的非接觸測量。2003年，Eladaw .iA.E將機(jī)器視覺技術(shù)用于數(shù)控銑加工中， 以獲得實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)。日本的視覺識別機(jī)器人研究，從數(shù)量或研究成果看都占據(jù)著明顯的領(lǐng)先地位.美英德韓也都在開展相關(guān)研究。國外的卡耐基-梅隆M.A.Smith等提出了一種在視頻幀中檢測文字的方法。韓國Soongsil大學(xué)的Kim基于支持向量機(jī)和Camshift算法檢測視頻幀中的文字。

相對國外，國內(nèi)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用研究起步較晚，與國外有差距，還需進(jìn)一步在深度、廣度及實(shí)踐方面作出努力。國內(nèi)的李留格等采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行輪胎胎號字符識別；李朝輝等利用形態(tài)算子提取視頻幀的高頻分量，把文本字符從復(fù)雜的視頻中分離出來；周詳?shù)壤酶倪M(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對字符進(jìn)行識別，提高了識別率和識別速度。字符識別技術(shù)是機(jī)器視覺領(lǐng)域的一個重要分支，在文字信息處理，辦公自動化、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等高技術(shù)領(lǐng)域，都有重要的使用價(jià)值和理論意義。

字符在線識別系統(tǒng)組成 為達(dá)到識別目的，識別系統(tǒng)由硬件和軟件構(gòu)成。

硬件系統(tǒng)主要有血袋編號檢測臺機(jī)械結(jié)構(gòu)、LED陣列照明系統(tǒng)、血袋編號圖像采集系統(tǒng)、攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)等。軟件部分是系統(tǒng)的核心，主要由圖像預(yù)處理、字符定位、字符傾斜校正、字符分割、字符識別等部分組成。

識別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)基于labVIEW編程、圖像處理、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)等實(shí)現(xiàn)輸血袋的文字在線識別。使用圖像灰度化技術(shù)、平滑、校正、直方圖均衡化等技術(shù)進(jìn)行圖像預(yù)處理。使用投影定位法等對字符進(jìn)行定位。使用投影法、模版匹配等進(jìn)行傾斜角度調(diào)整。使用垂直投影法對字符進(jìn)行分割。使用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來識別分割后的字符。為提高識別率，設(shè)計(jì)訓(xùn)練了三個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：字母網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、字母與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用該系統(tǒng)做過多次實(shí)驗(yàn)，測試了大量數(shù)據(jù)，整體看，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)對輸血袋文字識別程度非常高。本系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)過程的自動化程度，并為機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用于此種生產(chǎn)線，提供了成功的先例和經(jīng)驗(yàn)。但由于各種原因，也會對識別的結(jié)果有一定的影響，因此，在識別率方面，尚有一定的差距。

機(jī)器視覺技術(shù)在應(yīng)用中存在問題

雖然機(jī)器視覺技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域，但由于其自身或配套技術(shù)上仍有不完善的地方，要廣泛的應(yīng)用還有一定限制。而圖像處理算法的效率高低是計(jì)算機(jī)視覺成功應(yīng)用的關(guān)鍵，盡管國內(nèi)外都提出一些新的算法， 但是大部分仍處于實(shí)驗(yàn)階段。特別是有復(fù)雜背景的工業(yè)現(xiàn)場，對視覺識別技術(shù)的識別率和精度降低。 機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用前景極為廣闊，目前應(yīng)用于生產(chǎn)生活各領(lǐng)域，但我國發(fā)展滯后，在工業(yè)檢測中離實(shí)用化、商業(yè)化還有差距，因此亟待提高我國機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展速度和水平，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的智能化、現(xiàn)代化，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

鋼鐵制造廠運(yùn)用機(jī)器視覺優(yōu)化效率及質(zhì)量

鋼鐵制造過程中，辨識及追溯其產(chǎn)品是一項(xiàng)困難的任務(wù)。要快速且精準(zhǔn)地查詢、追溯、檢索品項(xiàng)，幾乎每個產(chǎn)業(yè)都將條形碼辨識看作一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，使得庫存及庫存控制系統(tǒng)有重大的進(jìn)步。當(dāng)一家日本鋼鐵制造商尋求方法提升辨識及追蹤自家產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，The Imaging Source 映美精相機(jī)的機(jī)器視覺產(chǎn)品為他們提供了解決方案。

機(jī)器視覺與條形碼追溯：使用機(jī)器視覺進(jìn)行條形碼辨識，能很容易地追蹤及檢視大型鋼鐵。 挑戰(zhàn)：建立一套穩(wěn)健的條形碼辨識系統(tǒng) 線性（一維）條形碼提供可靠的追蹤及追溯功能已長達(dá)幾十年。即使掃描條形碼為非常簡單且高度自動化的動作，但如果我們可精確地控制條形碼在產(chǎn)品上的位置及方向，一維條形碼仍為最穩(wěn)健的掃描方式。然而，許多鋼鐵制品通常巨大笨重，增加掃描定位困難，許多鋼鐵工廠不得不選擇以人工的方式追蹤制品，例如快速噴漆、粉筆做記、人為辨別及手抄數(shù)據(jù)紀(jì)錄等方式。而吵雜、繁忙、光線不足的工作環(huán)境、易耗損的卷標(biāo)（記號）及其他人為因素（如工作疲乏等），皆可能導(dǎo)致產(chǎn)線出錯，造成更多時(shí)間及金錢損失。

解決方案：變焦相機(jī)擷取條形碼影像及可視化信息 鋼鐵工廠工程師選擇The Imaging Source映美精相機(jī)的GigE 彩色變焦相機(jī)，搭配條形碼辨識軟件IC Barcode。變焦相機(jī)搭載全局及卷簾快門感光組件，提供130~500MP像素分辨率，包含電動變焦、聚焦及光圈控制，通過以太網(wǎng)絡(luò)供電GigE接口驅(qū)動。安裝于輸送帶上的相機(jī)，即便與物體的距離改變或沒有定位于最佳位置，光學(xué)變焦功使其不僅能擷取條形碼影像，還可以實(shí)時(shí)獲得其他可視化信息，檢查產(chǎn)品是否有瑕疵，把控產(chǎn)品質(zhì)量。

變焦相機(jī)安裝于生產(chǎn)線：即便不是定位在最準(zhǔn)確的位置，也能擷取條形碼影像與其他可視化信息，把控產(chǎn)品質(zhì)量。 通過相機(jī)的GigE接口，影像數(shù)據(jù)便轉(zhuǎn)換至主計(jì)算機(jī)。不同于激光掃描系統(tǒng)，圖像式條形碼辨識并不僅限于一維條形碼，該系統(tǒng)使產(chǎn)線經(jīng)理可以使用一維或二維條形碼，甚或兩者同時(shí)交替使用。例如，IC Barcode軟件高效穩(wěn)健的條形碼辨識算法，能夠迅速地偵測并辨識任何方位的一維與二維條形碼。此外，也可設(shè)定只掃描特定條形碼圖形及方位，或設(shè)定感興趣區(qū)域（ROI）來加速偵測及解碼。同時(shí)，IC Barcode將條形碼圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可用的訊息并儲存于主計(jì)算機(jī)中，供未來讀取使用。

在質(zhì)量管控上，鋼鐵制品常常出現(xiàn)各種表面瑕疵。因此，增設(shè)圖像式條形碼系統(tǒng)能夠提升質(zhì)量控制效益。The Imaging Source映美精相機(jī)的產(chǎn)品內(nèi)置光學(xué)鏡頭，可快速調(diào)整以捕獲鋼鐵制品圖像，幫助品管經(jīng)理通過機(jī)器視覺技術(shù)來檢查產(chǎn)品。該視覺系統(tǒng)有助于減少高代價(jià)錯誤，提升管控效率，提高精準(zhǔn)度及員工的安全性。

國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展如何實(shí)現(xiàn)逆風(fēng)翻盤？

我國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步晚，但增速迅猛，技術(shù)集中且升級較快。當(dāng)下，國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展的重要任務(wù)，是深耕好電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域主要市場，在此基礎(chǔ)上不斷開拓出更加智能化、數(shù)字化的細(xì)分市場。 全球機(jī)器視覺發(fā)展至今，已有三十余年歷史，我國機(jī)器視覺從90年代末發(fā)展以來，也已經(jīng)有了十余年的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。在這個過程中，圖像處理、光學(xué)成像、傳感器、處理器等技術(shù)的飛速崛起帶動了機(jī)器視覺的蓬勃發(fā)展，各種新概念、新理論的不斷涌現(xiàn)，也使得機(jī)器視覺技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)、日久彌新。 隨著生產(chǎn)逐漸從勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)移，我國對能提效增速、減少成本的機(jī)器視覺技術(shù)需求也愈發(fā)旺盛，在國際先進(jìn)機(jī)器視覺企業(yè)和國內(nèi)企業(yè)的共同作用下，如今，我國已經(jīng)成為機(jī)器視覺技術(shù)的主要集散地，同時(shí)，國內(nèi)市場也已成為全球機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要市場之一。

國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展現(xiàn)狀 一直以來，全球機(jī)器視覺市場都保持著穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢，從2015年至2017年，全球機(jī)器視覺市場規(guī)模從40多億美元擴(kuò)大到70多億美元，年均增長率維持在兩位數(shù)左右，相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，至2020年全球市場將突破百億大關(guān)，2025年將爭取達(dá)到200億。

目前，美國和日本占據(jù)著全球機(jī)器視覺市場超過一半的份額，而我國因?yàn)槠鸩捷^晚，與其差距較大。2015年我國機(jī)器視覺市場為3.5億美元，僅占全球市場份額的8%左右。 不過，隨著十三五規(guī)劃對制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的強(qiáng)調(diào)，和中國制造2025戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，我國機(jī)器視覺迎來了爆發(fā)式增長。

進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代以來，國內(nèi)機(jī)器視覺市場常年以20%以上的增速飛速發(fā)展，并將繼續(xù)維持這個全球領(lǐng)先的增速對前面國家實(shí)現(xiàn)追趕。 辰視智能在工業(yè)級機(jī)器視覺領(lǐng)域也有多年深耕，并研發(fā)出工業(yè)機(jī)器人3D視覺引導(dǎo)系統(tǒng)、二維定位以及檢測等國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)。 市場在高速增長，持續(xù)擴(kuò)大的同時(shí)，機(jī)器視覺先進(jìn)技術(shù)也在不斷向國內(nèi)市場聚集。一方面緣于國外企業(yè)帶來了先進(jìn)系統(tǒng)和技術(shù)，另一方面主要得益于國內(nèi)技術(shù)的自我發(fā)展。

據(jù)了解，從2016年以來，國內(nèi)機(jī)器視覺技術(shù)相關(guān)專利申請常年連續(xù)兩年維持在1000項(xiàng)以上，為2010年以來的最大值，這個成績相對于全球機(jī)器視覺專利的數(shù)量來說也很亮眼。 遺憾的是，雖然專利申請眾多，技術(shù)發(fā)展迅猛，但商業(yè)化落地程度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因?yàn)槿绱吮姸嗟膶＠?，基本都是大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)申請居多，企業(yè)專利相對較少，這就意味著國內(nèi)大部分機(jī)器視覺技術(shù)仍然停留在研究和試驗(yàn)階段，距離真正商業(yè)化應(yīng)用還有一定距離。 電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域?yàn)閲鴥?nèi)機(jī)器視覺增長主力 從全球應(yīng)用領(lǐng)域的演變來看，機(jī)器視覺最初在電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。不少專家認(rèn)為，國際機(jī)器視覺的崛起在一定程度上得益于電子和半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。 機(jī)器視覺具有測量、檢測、識別、定位上的強(qiáng)大功能，在電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域扮演者不可或缺的角色。一方面，在半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的產(chǎn)業(yè)鏈中，從上游加工切割，到末端印刷、貼片，都需要依賴高精度的機(jī)器視覺組件進(jìn)行引導(dǎo)和定位；另一方面，在電子制造領(lǐng)域，從小型元器件到大型硬件設(shè)備，也都對機(jī)器視覺系統(tǒng)有旺盛需求。 如今，在國家缺芯事件如火如荼的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展越來越受到國家和行業(yè)的重視。

《中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》就對大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)提供了政策支持，計(jì)劃2020年市場規(guī)模達(dá)到9000億，在這樣千億市場需求的帶動下，初步預(yù)計(jì)將給機(jī)器視覺帶來30億的規(guī)模增長。 眼下，在國際市場上，電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)成為了機(jī)器視覺增長的主力軍，占到了全行業(yè)市場需求的40-50%，而我國起步較晚，機(jī)器視覺的發(fā)展階段還未與國際步調(diào)一致。因此，從國際市場發(fā)揮樣板作用的角度來說，提高機(jī)器視覺在電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域的滲透率，牢牢把握住這個掘金行業(yè)，將成為當(dāng)前我國機(jī)器視覺發(fā)展的重要任務(wù)之一。 智慧城市、無人模式將成為未來增長帶動點(diǎn) 把握主要發(fā)展領(lǐng)域的同時(shí)，由于新的發(fā)展趨勢也在不斷繁衍，新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)在不斷革新，國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展還需要緊跟時(shí)代潮流。如今，在智能化的趨勢下，智慧城市和無人模式的出現(xiàn)有望成為機(jī)器視覺發(fā)展新的增長點(diǎn)。 不管是智慧城市建設(shè)下的智能交通管理、自動駕駛、智能安防，還是無人模式下的無人商店、無人物流，機(jī)器視覺技術(shù)都是這些新概念發(fā)展的前提，預(yù)計(jì)在未來3-5年內(nèi)，不少企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)都將積極擁抱機(jī)器視覺技術(shù)。 當(dāng)然，市場和需求的增加，同樣也對機(jī)器視覺本身提出了更高的技術(shù)要求，數(shù)字化、智能化、實(shí)時(shí)化逐漸成為企業(yè)未來發(fā)展方向，與其他技術(shù)的融合和跨領(lǐng)域合作成為機(jī)器視覺必須要踏出的一步，只有做好了這些，才能在耕耘好主要市場的情況下，開拓出更多的增長點(diǎn)。

福建遠(yuǎn)景達(dá)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司是一家集機(jī)器視覺、工業(yè)智能化于一體的高新技術(shù)企業(yè)。遠(yuǎn)景達(dá)擁有基于深度學(xué)習(xí)的三維視覺引導(dǎo)、機(jī)器人運(yùn)動控制、視覺檢測、三維建模等方面的核心技術(shù)，并研發(fā)了機(jī)器人三維視覺引導(dǎo)系統(tǒng) 、機(jī)器人二維視覺引導(dǎo)系統(tǒng)、三維檢測系統(tǒng)、產(chǎn)品外觀檢測系統(tǒng)等可根據(jù)客戶需求定制化的智能產(chǎn)品。以高效·低成本·模塊化的方式為自動化集成商、自動化設(shè)備廠商、機(jī)器人廠家提供機(jī)器視覺的相關(guān)解決方案。

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