本文介紹了機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)范疇的開(kāi)展歷程，經(jīng)過(guò)其與人類視覺(jué)比照，凸顯出機(jī)器視覺(jué)的優(yōu)勢(shì)。但不可否認(rèn)的是，機(jī)器要做到徹底代替人眼，仍有瓶頸需求打破。此外，經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)鏈情況進(jìn)行剖析，對(duì)職業(yè)進(jìn)行整理，有助于關(guān)注該范疇的人士對(duì)機(jī)器視覺(jué)的未來(lái)趨勢(shì)作出預(yù)判。

機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)檢測(cè)中的運(yùn)用歷史與開(kāi)展

機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)上運(yùn)用范疇寬廣，中心功用包含：丈量、檢測(cè)、辨認(rèn)、定位等。工業(yè)鏈能夠分為上游部件級(jí)商場(chǎng)、中游體系集成/整機(jī)配備商場(chǎng)和下流運(yùn)用商場(chǎng)。機(jī)器視覺(jué)上游有光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖畫(huà)采集卡、圖畫(huà)處理軟件等軟硬件提供商，中游有集成和整機(jī)設(shè)備提供商，職業(yè)下流運(yùn)用較廣，首要下流商場(chǎng)包含電子制作職業(yè)、轎車、印刷包裝、煙草、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、紡織和交通等范疇。

機(jī)器視覺(jué)全球商場(chǎng)首要散布在北美、歐洲、日本、我國(guó)等地區(qū)，依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，2014年，全球機(jī)器視覺(jué)體系及部件商場(chǎng)規(guī)模是36.7億美元，2015年全球機(jī)器視覺(jué)體系及部件商場(chǎng)規(guī)模是42億美元，2016年全球機(jī)器視覺(jué)體系及部件商場(chǎng)規(guī)模是62億美元，2002-2016年商場(chǎng)年均復(fù)合增長(zhǎng)率為12%左右。而機(jī)器視覺(jué)體系集成，依據(jù)北美商場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)算，大約是視覺(jué)體系及部件商場(chǎng)的6倍。

我國(guó)機(jī)器視覺(jué)起步于80年代的技能引進(jìn)，跟著98年半導(dǎo)體工廠的整線引進(jìn)，也帶入機(jī)器視覺(jué)體系，06年曾經(jīng)國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品首要會(huì)集在外資制作企業(yè)，規(guī)模都較小，06年開(kāi)端，工業(yè)機(jī)器視覺(jué)運(yùn)用的客戶群開(kāi)端擴(kuò)大到印刷、食物等檢測(cè)范疇，2011年商場(chǎng)開(kāi)端高速增長(zhǎng)，跟著人工本錢的添加和制作業(yè)的晉級(jí)需求，加上計(jì)算機(jī)視覺(jué)技能的快速開(kāi)展，越來(lái)越多機(jī)器視覺(jué)方案滲透到各范疇，到2016年我國(guó)機(jī)器視覺(jué)商場(chǎng)規(guī)模已達(dá)近70億元。

機(jī)器視覺(jué)中，缺點(diǎn)檢測(cè)功用，是機(jī)器視覺(jué)運(yùn)用得最多的功用之一，首要檢測(cè)產(chǎn)品外表的各種信息。在現(xiàn)代工業(yè)主動(dòng)化出產(chǎn)中，連續(xù)大批量出產(chǎn)中每個(gè)制程都有必定的次品率，單獨(dú)看盡管比率很小，但相乘后卻成為企業(yè)難以進(jìn)步良率的瓶頸，并且在經(jīng)過(guò)完好制程后再除掉次品本錢會(huì)高許多(例如，假如錫膏印刷工序存在定位誤差，且該問(wèn)題直到芯片貼裝后的在線測(cè)試才被發(fā)現(xiàn)，那么返修的本錢將會(huì)是本來(lái)錢的100倍以上)，因而及時(shí)檢測(cè)及次品除掉對(duì)質(zhì)量操控和本錢操控是十分重要的，也是制作業(yè)進(jìn)一步晉級(jí)的重要基石。

在檢測(cè)職業(yè)，與人類視覺(jué)比較，機(jī)器視覺(jué)優(yōu)勢(shì)明顯

1、精確度高：人類視覺(jué)是64灰度級(jí)，且對(duì)細(xì)小目標(biāo)分辨力弱；機(jī)器視覺(jué)可顯著進(jìn)步灰度級(jí)，一起可觀測(cè)微米級(jí)的目標(biāo)；

2、速度快：人類是無(wú)法看清快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的，機(jī)器快門時(shí)間則可達(dá)微秒級(jí)別；

3、穩(wěn)定性高：機(jī)器視覺(jué)解決了人類一個(gè)十分嚴(yán)重的問(wèn)題，不穩(wěn)定，人工目檢是勞作十分單調(diào)和辛苦的職業(yè)，不管你規(guī)劃怎樣的獎(jiǎng)懲制度，都會(huì)產(chǎn)生比較高的漏檢率。但是機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備則沒(méi)有疲憊問(wèn)題，沒(méi)有情緒動(dòng)搖，只要是你在算法中寫(xiě)好的東西，每一次都會(huì)認(rèn)真執(zhí)行。在質(zhì)控中大大提升作用可控性。

4、信息的集成與留存：機(jī)器視覺(jué)獲得的信息量是全面且可追溯的，相關(guān)信息能夠很方便的集成和留存。

機(jī)器視覺(jué)技能近年開(kāi)展迅速

1、圖畫(huà)采集技能開(kāi)展迅猛

CCD、CMOS等固件越來(lái)越老練，圖畫(huà)敏感器件尺度不斷縮小，像元數(shù)量和數(shù)據(jù)率不斷進(jìn)步，分辨率和幀率的提升速度能夠說(shuō)一日千里，產(chǎn)品系列也越來(lái)越豐厚，在增益、快門和信噪比等參數(shù)上不斷優(yōu)化，經(jīng)過(guò)中心測(cè)試目標(biāo)(MTF、畸變、信噪比、光源亮度、均勻性、色溫、體系成像才能歸納評(píng)估等)來(lái)對(duì)光源、鏡頭和相機(jī)進(jìn)行歸納挑選，使得許多曾經(jīng)成像上的難點(diǎn)問(wèn)題得以不斷打破。

2、圖畫(huà)處理和形式辨認(rèn)開(kāi)展迅速

圖畫(huà)處理上，跟著圖畫(huà)高精度的邊際信息的提取，許多本來(lái)混合在背景噪聲中難以直接檢測(cè)的低比照度瑕疵開(kāi)端得到分辨。

形式辨認(rèn)上，本身能夠看作一個(gè)標(biāo)記過(guò)程，在必定量度或觀測(cè)的根底上，把待識(shí)形式劃分到各自的形式中去。圖畫(huà)辨認(rèn)中運(yùn)用得較多的首要是決議計(jì)劃理論和結(jié)構(gòu)方法。決議計(jì)劃理論方法的根底是決議計(jì)劃函數(shù)，運(yùn)用它對(duì)形式向量進(jìn)行分類辨認(rèn)，是以定時(shí)描繪(如計(jì)算紋路)為根底的；結(jié)構(gòu)方法的中心是將物體分解成了形式或形式基元，而不同的物體結(jié)構(gòu)有不同的基元串(或稱字符串)，經(jīng)過(guò)對(duì)不知道物體運(yùn)用給定的形式基元求出編碼鴻溝，得到字符串，再依據(jù)字符串判別它的屬類。在特征生成上，許多新算法不斷出現(xiàn)，包含基于小波、小波包、分形的特征，以及獨(dú)二分量剖析；還有關(guān)子支持向量機(jī)，變形模板匹配，線性以及非線性分類器的規(guī)劃等都在不斷延展。

3、深度學(xué)習(xí)帶來(lái)的打破

傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)在特征提取上首要依靠人來(lái)剖析和樹(shù)立邏輯，而深度學(xué)習(xí)則經(jīng)過(guò)多層感知機(jī)模仿大腦作業(yè)，構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)來(lái)學(xué)習(xí)簡(jiǎn)略特征、樹(shù)立復(fù)雜特征、學(xué)習(xí)映射并輸出，練習(xí)過(guò)程中一切層級(jí)都會(huì)被不斷優(yōu)化。在具體的運(yùn)用上，例如主動(dòng)ROI區(qū)域切開(kāi)；標(biāo)點(diǎn)定位(經(jīng)過(guò)防真視覺(jué)可靈活檢測(cè)不知道瑕疵)；從重噪聲圖畫(huà)重檢測(cè)無(wú)法描繪或量化的瑕疵如橘皮瑕疵；分辨玻璃蓋板檢測(cè)中的真假瑕疵等。跟著越來(lái)越多的基于深度學(xué)習(xí)的機(jī)器視覺(jué)軟件推向商場(chǎng)(包含瑞士的vidi，韓國(guó)的SUALAB，香港的應(yīng)科院等)，深度學(xué)習(xí)給機(jī)器視覺(jué)的賦能會(huì)越來(lái)越明顯。

4、3d視覺(jué)的開(kāi)展

3D視覺(jué)還處于起步階段，許多運(yùn)用程序都在運(yùn)用3D外表重構(gòu)，包含導(dǎo)航、工業(yè)檢測(cè)、逆向工程、測(cè)繪、物體辨認(rèn)、丈量與分級(jí)等，但精度問(wèn)題約束了3D視覺(jué)在許多場(chǎng)景的運(yùn)用，目前工程上最先鋪開(kāi)的運(yùn)用是物流里的標(biāo)準(zhǔn)件體積丈量，相信未來(lái)這塊潛力巨大。

要全免代替人工目檢，機(jī)器視覺(jué)還有許多難點(diǎn)有待攻破：

1、光源與成像：機(jī)器視覺(jué)中優(yōu)質(zhì)的成像是第一步，因?yàn)椴煌Y料物體外表反光、折射等問(wèn)題都會(huì)影響被測(cè)物體特征的提取，因而光源與成像能夠說(shuō)是機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)要霸占的第一個(gè)難關(guān)。比方現(xiàn)在玻璃、反光外表的劃痕檢測(cè)等，許多時(shí)候問(wèn)題都卡在不同缺點(diǎn)的集成成像上。

2、重噪音中低比照度圖畫(huà)中的特征提?。涸谥卦胍舡h(huán)境下，真假瑕疵的鑒別許多時(shí)候較難，這也是許多場(chǎng)景一直存在必定誤檢率的原因，但這塊經(jīng)過(guò)成像和邊際特征提取的快速開(kāi)展，已經(jīng)在不斷獲得各種打破。

3、對(duì)非預(yù)期缺點(diǎn)的辨認(rèn)：在運(yùn)用中，往往是給定一些具體的缺點(diǎn)形式，運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)來(lái)辨認(rèn)它們到底有沒(méi)有產(chǎn)生。但經(jīng)常遇到的情況是，許多明顯的缺點(diǎn)，因?yàn)橹皼](méi)有產(chǎn)生過(guò)，或許產(chǎn)生的形式過(guò)火多樣，而被漏檢。假如換做是人，盡管在操作流程文件中沒(méi)讓他去檢測(cè)這個(gè)缺點(diǎn)，但是他會(huì)注意到，從而有較大幾率捉住它，而機(jī)器視覺(jué)在這點(diǎn)上的“才智”目前還較難打破。

機(jī)器視覺(jué)工業(yè)鏈情況

1、上游部件級(jí)商場(chǎng)

首要包含光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖畫(huà)采集卡、圖畫(huà)處理軟件等提供商，近幾年智能相機(jī)、工業(yè)相機(jī)、光源和板卡都堅(jiān)持了不低于20%的增速。依據(jù)我國(guó)機(jī)器視覺(jué)工業(yè)聯(lián)盟(CMVU)調(diào)查計(jì)算，現(xiàn)在已進(jìn)入我國(guó)的世界機(jī)器視覺(jué)品牌已近200多家(如康耐視、達(dá)爾薩、堡盟等為代表的中心部件制作商，以基恩士、歐姆龍、松下、邦納、NI等為代表的則一起涉足機(jī)器視覺(jué)中心部件和體系集成)，我國(guó)自有的機(jī)器視覺(jué)品牌也已有100多家(如?？?、華睿、盟拓光電、神州視覺(jué)、深圳燦銳、上海方誠(chéng)、上海波創(chuàng)電氣等)，機(jī)器視覺(jué)各類產(chǎn)品署理商超越300家(如深圳鴻富視覺(jué)、微視新紀(jì)元、三寶興業(yè)、凌云光、陽(yáng)光視覺(jué)等)。許多國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)的部件商場(chǎng)都是從署理國(guó)外品牌開(kāi)端，許多企業(yè)均與國(guó)外的同行有較好的協(xié)作，且這種協(xié)作具有必定的排他性，這給潛在進(jìn)入者帶來(lái)了必定的門檻，因而優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的署理商也都有不錯(cuò)的商場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和利潤(rùn)表現(xiàn)。一起，以?？?、華睿為代表的國(guó)產(chǎn)工業(yè)視覺(jué)中心部件正在快速興起。

2、中游體系集成和整機(jī)配備商場(chǎng)

國(guó)內(nèi)中游的體系集成和整機(jī)配備商有100多家，他們能夠給各職業(yè)主動(dòng)化公司提供歸納的機(jī)器視覺(jué)方案，如凌云光、微視新紀(jì)元、嘉恒、凌華、陽(yáng)光視覺(jué)、鼎信、大恒圖畫(huà)等。因?yàn)閲?guó)內(nèi)產(chǎn)品與世界仍然有不小差距，許多中游體系集成商和整機(jī)配備商又是從中心零部件的貿(mào)易做起來(lái)的，因而許多在視覺(jué)產(chǎn)品的挑選方面，仍然更為喜愛(ài)國(guó)外品牌。國(guó)內(nèi)品牌為推行自己的軟硬件產(chǎn)品，往往需求開(kāi)展自己的方案集成才能，才能更好的面臨商場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

3、下流運(yùn)用商場(chǎng)

機(jī)器視覺(jué)下流，首要是給終端用戶提供非標(biāo)主動(dòng)化歸納解決方案的公司，職業(yè)特點(diǎn)十分強(qiáng)，中心競(jìng)爭(zhēng)力是對(duì)職業(yè)和出產(chǎn)的歸納了解和多類技能整合。因?yàn)槁殬I(yè)主動(dòng)化的更迭有必定周期性，深受職業(yè)整體晉級(jí)速度、出貨量和利潤(rùn)情況影響，因而近兩年來(lái)看，拉動(dòng)機(jī)器視覺(jué)運(yùn)用遍及最首要的還是在電子制作業(yè)，其次是轎車和制藥。

（1）半導(dǎo)體和電子出產(chǎn)職業(yè)：從國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)工業(yè)上的運(yùn)用散布來(lái)看，46%都會(huì)集在電子及半導(dǎo)體制作職業(yè)，包含晶圓加工制作的分類切開(kāi)、PCB檢測(cè)(底片、內(nèi)/外層板、成品外觀終檢等)、SMT貼裝檢測(cè)、LCD全流程的AOI缺點(diǎn)檢測(cè)、各種3c組件的外表缺點(diǎn)檢測(cè)、3c產(chǎn)品外觀檢測(cè)等

（2）轎車：車身安裝檢測(cè)、零件的幾許尺度和誤差丈量、外表和內(nèi)部缺點(diǎn)檢測(cè)、空隙檢測(cè)等

（3）印刷、包裝檢測(cè)：煙草外殼印刷、食物的包裝和印刷、藥品的鋁塑板包裝和印刷等

（4）農(nóng)業(yè)：對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的分級(jí)、檢驗(yàn)和分類

（5）紡織：對(duì)異纖、云織、經(jīng)疵、緯疵等瑕疵檢測(cè)、織物外表絨毛鑒定、紗線結(jié)構(gòu)剖析等等。

機(jī)器視覺(jué)體系未來(lái)開(kāi)展趨勢(shì)

1、嵌入式解決方案開(kāi)展迅猛，智能相機(jī)性能與本錢優(yōu)勢(shì)杰出，嵌入式PC會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大

2、模塊化的通用型軟件渠道和人工智能軟件渠道將降低開(kāi)發(fā)人員技能要求和縮短開(kāi)發(fā)周期

3、3d視覺(jué)將走向更多運(yùn)用場(chǎng)景