機(jī)器視覺技術(shù)，涉及計算機(jī)科學(xué)、人工智能、信號處理、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、光學(xué)、自動化等多個領(lǐng)域。

近年來，隨著工業(yè)智能化的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域，其作為一種現(xiàn)代化檢測手段，越來越受到重視。

機(jī)器視覺通過光學(xué)設(shè)備和傳感器獲取到目標(biāo)物體的圖像信息，然后將圖像信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信息，進(jìn)而通過計算機(jī)分析數(shù)據(jù)顯示在電子屏幕上或者通過控制單元指導(dǎo)機(jī)器完成任務(wù)。機(jī)器視覺偏重于信息技術(shù)工程化和自動化，但又構(gòu)建在計算機(jī)技術(shù)視覺效果方法論的基礎(chǔ)上，它的重點(diǎn)是感知目標(biāo)物體的位置信息、大小形態(tài)、顏色信息及存在狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息。

一、工業(yè)機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善

當(dāng)前，中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，從產(chǎn)業(yè)鏈來看，可以分為上游零部件及軟件、中游工業(yè)機(jī)器視覺裝備、和下游系統(tǒng)解決方案及應(yīng)用三大環(huán)節(jié)。上游零部件及軟件企業(yè)整體規(guī)模實(shí)力和技術(shù)水平仍有待提高，中游工業(yè)機(jī)器視覺裝備需要持續(xù)提高產(chǎn)品的綜合性能，不斷提升產(chǎn)品的智能化水平，下游主要應(yīng)用行業(yè)在半導(dǎo)體、消費(fèi)電子和汽車領(lǐng)域。

二、工業(yè)機(jī)器視覺技術(shù)產(chǎn)品加速迭代推動應(yīng)用更加深入

政策加力支持和需求持續(xù)增長為工業(yè)機(jī)器視覺創(chuàng)造良好發(fā)展環(huán)境。一方面，國家和地方政府出臺了一系列政策支持工業(yè)機(jī)器視覺的發(fā)展，如《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》部署了“加強(qiáng)自主供給，壯大產(chǎn)業(yè)體系新優(yōu)勢”等4大重點(diǎn)任務(wù)，并在“智能制造裝備創(chuàng)新發(fā)展行動”中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)研發(fā)高分辨率視覺傳感器等基礎(chǔ)零部件和裝置，體現(xiàn)了對工業(yè)機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)的重視和支持。

另一方面，中國國民經(jīng)濟(jì)延續(xù)恢復(fù)發(fā)展態(tài)勢，2022年一季度全國規(guī)上工業(yè)增加值同比增長6.5%，規(guī)上工業(yè)企業(yè)利潤增長8.5%，作為工業(yè)機(jī)器視覺重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的新能源汽車產(chǎn)量同比增長140.8%、工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增長同比增長10.2%，下游應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)增長為機(jī)器視覺的應(yīng)用帶來更大的發(fā)展空間。

工業(yè)場景對機(jī)器視覺技術(shù)的需求持續(xù)推動著工業(yè)機(jī)器視覺產(chǎn)品向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展。工業(yè)機(jī)器視覺客戶的使用需求豐富多樣，具有較大特異性，客戶均希望供應(yīng)商針對自身需求進(jìn)行一定程度的定制優(yōu)化。因此，對工業(yè)機(jī)器視覺定制化產(chǎn)品的開發(fā)速度直接決定了企業(yè)業(yè)績的增長速度。

為解決這一痛點(diǎn)，業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)大力推動產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，從非標(biāo)的產(chǎn)品中盡可能地組合出標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，再由標(biāo)準(zhǔn)化的模塊向客戶輸出解決方案，由此來提高自身產(chǎn)品和存貨的周轉(zhuǎn)率，提高企業(yè)對外供給解決方案的能力，進(jìn)而提高企業(yè)的運(yùn)營效率。

工業(yè)機(jī)器視覺的技術(shù)水平已成為直接影響多種裝備進(jìn)一步智能化發(fā)展的關(guān)鍵因素。近年來，機(jī)器人、無人機(jī)等裝備的智能化水平不斷提高、應(yīng)用場景不斷豐富，對工業(yè)機(jī)器視覺解決方案的綜合性能提出了更高、更緊迫的需求。

例如，石化巡檢機(jī)器人在化工廠區(qū)巡邏的過程中，需要對復(fù)雜管線的“跑冒滴漏”等問題進(jìn)行精準(zhǔn)識別，而識別的及時性和精準(zhǔn)性直接決定了石化巡檢機(jī)器人的實(shí)用性和該類型機(jī)器人的市場前景。

又例如，在煤矸石處理產(chǎn)線上，機(jī)器人不僅要對煤矸石的位置、大小進(jìn)行識別，還需要對重量不一、形狀各異的煤矸石找出最合適的夾取位置、判斷機(jī)械爪施加夾取力的大小，這樣才能真正有效的代替人工作業(yè)。

三、機(jī)器視覺在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代科技的主要代表技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人以其方便精確，省時省力，而被廣泛應(yīng)用于家電、電子、服裝、汽車、食品、等行業(yè)。隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，高標(biāo)準(zhǔn)、高效率已經(jīng)成為眾多企業(yè)追求的目標(biāo)，在這種發(fā)展背景下，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。

其中讓筆者印象深刻的就是京東自動化機(jī)器人倉庫，碩大的倉庫里面成千上萬的機(jī)器人不停地在貨架之間來回運(yùn)動，將物品分類、投放、運(yùn)輸。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中機(jī)器視覺具有如下功能。

（1）定位和控制。現(xiàn)代工廠生產(chǎn)要求機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠快速，準(zhǔn)確地找到目標(biāo)物并確認(rèn)其位置。然后使用機(jī)器視覺進(jìn)行定位，并引導(dǎo)機(jī)械手臂去準(zhǔn)確地抓取。

（2）識別。主要利用機(jī)器視覺獲取圖像，然后對圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識別各種狀態(tài)的目標(biāo)和對象，用于跟蹤和收集數(shù)據(jù)。一般的機(jī)器識別系統(tǒng)借助照相機(jī)完成。

（3）檢測。檢測生產(chǎn)線上產(chǎn)品的質(zhì)量，這也是取代人工最多的環(huán)節(jié)。在工業(yè)領(lǐng)域，主要檢查包括尺寸大小檢測，瓶子外觀缺陷檢測，瓶口缺陷檢測，殘次品檢測等。

（4）高精度檢查。在工業(yè)生產(chǎn)中，一些精密的電子設(shè)備零件需要較高的精度，例如計算機(jī)、手機(jī)上高度集成的電子電路板，有些可達(dá)到精度0.01mm甚至μm級，人眼無法識別這些小的元器件，因此必須使用機(jī)器來完成。

（5）分揀與搬運(yùn)。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不可避免都會有一些分揀的工作，而傳統(tǒng)利用人力進(jìn)行分揀工作的方式存在較大局限，但視覺機(jī)器人的應(yīng)用可以極大地提高工業(yè)生產(chǎn)的效率及工作精確度，進(jìn)而解放了人們的雙手。

機(jī)器視覺系技術(shù)在機(jī)器人的應(yīng)用中起到一個核心內(nèi)容的作用。機(jī)器視覺中最關(guān)鍵的一項(xiàng)就是：怎樣讓機(jī)器人對運(yùn)動目標(biāo)物進(jìn)行準(zhǔn)確識別。視覺系統(tǒng)技術(shù)可以解決這一難題，加入視覺系統(tǒng)技術(shù)，可以使機(jī)器人對目標(biāo)物進(jìn)行實(shí)時的運(yùn)動跟蹤與檢測，進(jìn)而準(zhǔn)確的確定目標(biāo)物的位置與方向，確保機(jī)器人對其的準(zhǔn)確定位。

機(jī)器人視覺系統(tǒng)的工作主要分為4個部分：相機(jī)定位、圖像分析與處理、目標(biāo)物狀態(tài)識別及機(jī)器人的動作操控。先利用相機(jī)定位對目標(biāo)物建立運(yùn)動坐標(biāo)系，獲取物體坐標(biāo)；然后將獲取的目標(biāo)物分圖像進(jìn)行分析和處理；狀態(tài)識別以圖像分析為基礎(chǔ)，對目標(biāo)物的狀態(tài)進(jìn)行分析和處理，從而根據(jù)圖像處理與分析的結(jié)果操控機(jī)器人的動作行為。

工業(yè)機(jī)器人的使用是現(xiàn)代工業(yè)相對于傳統(tǒng)工業(yè)的偉大進(jìn)步與發(fā)展，其解決了傳統(tǒng)工業(yè)成本高、效率低、耗時長等缺點(diǎn)，將人們雙手解放出來，讓現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)更加自動化、智能化。

四、機(jī)器視覺在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)大多傾向機(jī)械一體化，例如，薯片的生產(chǎn)，從土豆的清洗，到最后薯片的裝袋、封口，都不需要人為參與。當(dāng)然有的人要說這樣生產(chǎn)出來的東西沒有人情味，但是我想說機(jī)械一體化的生產(chǎn)方式或許將是未來所有工業(yè)生產(chǎn)的大趨所示，其優(yōu)點(diǎn)不在贅述。那么，怎么才能控制機(jī)械化生產(chǎn)呢？這就要用到機(jī)器視覺技術(shù)來控制機(jī)器生產(chǎn)。

機(jī)器視覺控制器，因其具備出色的處理能力，可在10s以內(nèi)高速完成最多128個點(diǎn)的檢測，強(qiáng)大的處理能力可以直接影響可運(yùn)行的算法以及視覺系統(tǒng)做出決策的速度。為了減少圖像處理的時間，一些工廠現(xiàn)在使用同構(gòu)處理來運(yùn)行視覺算法。

另外，現(xiàn)在的一些機(jī)器視覺控制器還具有用于網(wǎng)絡(luò)連接的專用以太網(wǎng)端口以及用于連接外部數(shù)據(jù)存儲器的端口。通過工廠連接功能，工作人員可以實(shí)現(xiàn)在辦公室檢測產(chǎn)品生產(chǎn)，查看圖像，還可以實(shí)時回放，極大的方便了工廠的生產(chǎn)。

這種直接進(jìn)行工業(yè)一體化生產(chǎn)的方式在慢慢的取代傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，相信在未來的工業(yè)發(fā)展中，一大部分工廠將利用機(jī)器視覺控制實(shí)現(xiàn)工廠一體化生產(chǎn)。

五、機(jī)器視覺在工業(yè)質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，目標(biāo)檢測多種多樣，市場需求相對較大。比如，檢測機(jī)械零件大小是否達(dá)標(biāo)、辨別條形碼或包裝條碼、測試商品的外表缺陷、瓶口缺陷、打印缺陷等等。這些應(yīng)用均需大批量測試，并且都是高精度的測試，人眼識別在這些檢測中處于劣勢，如果僅僅通過人工，耗時可想而知。

在啤酒瓶的生產(chǎn)過程中，瓶子大小以及外觀是否有缺陷等這些都需要經(jīng)過質(zhì)量檢測。一些工廠一天就會生產(chǎn)成千上萬的啤酒瓶，如果都利用人工來處理，是讓人無法勝任的。

而且一般人眼一直盯著同樣的物體檢測，時間長了，會造成視覺疲勞，進(jìn)而導(dǎo)致殘次品率高，工作效率低下。不僅如此，一些工廠還要花費(fèi)大量成本聘請人力檢測，這種落后的生產(chǎn)方式已經(jīng)不再適合現(xiàn)代化生產(chǎn)。

利用機(jī)器視覺技術(shù)可以有效的解決這一問題，用機(jī)器檢測代替了傳統(tǒng)的人工，大批量檢測可以快速完成，加快了工廠的產(chǎn)品生產(chǎn)速度；另外，減少了工廠的生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

總結(jié)

機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用，使工業(yè)生產(chǎn)不在受限于人眼識別的缺陷，提高了工業(yè)檢測的精度和效率，使工業(yè)生產(chǎn)更加的自動化和智能化。

機(jī)器視覺作為人工智能分支應(yīng)用中最廣泛的方向,可以應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、交通、安全、科研等各個領(lǐng)域。基于機(jī)器視覺多場景應(yīng)用的崛起，以及其無可替代的性能優(yōu)勢凸顯,萬億級規(guī)模市場藍(lán)海已經(jīng)顯現(xiàn),行業(yè)各方加速涌入。