機器視覺技術的難點與市場剖析

　　傳統制造業面臨新的顛覆，轉型升級將給中國自動化行業帶來巨大的市場機遇。而機器視覺作為自動化界高智能化產品，未來具有巨大的發展潛力。

　　制造業競爭加劇、成本壓力迫使其重視生產效率質量將促進機器視覺技術的應用。為了提高生產效率，降低人力成本，工業生產和管理中的某些人工環節正逐漸被機器代替。機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業生產過程中，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成，是實現計算機集成制造的基礎技術。

　　專家分析認為，機器視覺發展早期，主要集中在歐美和日本。隨著全球制造中心向中國轉移，中國機器視覺市場正在繼北美、歐洲和日本之后，成為國際機器視覺廠商的重要目標市場。在中國，機器視覺應用起源于20世紀80年代的技術引進，半導體及電子行業是機器視覺應用較早的行業之一，其中大都集中在如PCB印刷電路組裝、元器件制造、半導體及集成電路設備等，機器視覺在該行業的應用推廣，對提高電子產品質量和生產效率起了舉足輕重的作用。

　　機器視覺是近年來發展起來的一項新技術，它是利用光機電一體化的手段使機器具有視覺的功能。將機器視覺引入檢測領域，可以在很多場合實現在線高精度高速測量。同時機器視覺檢測技術理論也一步步的發展壯大起來。

　　什么是機器視覺？

　　機器視覺，簡單來說就是用機器代替人眼來做測量和判斷。它主要用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機器視覺的典型機構由五部分組成：照明、鏡頭、相機、圖像采集卡、視覺處理器。

　　由此而衍生出來的技術則是機器視覺技術，它是一門涉及人工智能、神經生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領域的交叉學科。機器視覺技術最大的特點是速度快、信息量大、功能多。

　　機器視覺的發展

　　機器視覺的研究是從20世紀60年代中期美國學者L.R.羅伯茲關于理解多面體組成的積木世界研究開始的。當時運用的預處理、邊緣檢測、輪廓線構成、對象建模、匹配等技術，后來一直在機器視覺中應用。70年代，機器視覺形成幾個重要研究分支：①目標制導的圖像處理；②圖像處理和分析的并行算法；③從二維圖像提取三維信息；④序列圖像分析和運動參量求值；⑤視覺知識的表示；⑥視覺系統的知識庫等。

　　機器視覺技術設計的難點都有哪些？

　　第一：打光的穩定性

　　工業視覺應用一般分成四大類：定位、測量、檢測和識別，其中測量對光照的穩定性要求最高，因為光照只要發生10-20%的變化，測量結果將可能偏差出1-2個像素，這不是軟件的問題，這是光照變化，導致了圖像上邊緣位置發生了變化，即使再厲害的軟件也解決不了問題，必須從系統設計的角度，排除環境光的干擾，同時要保證主動照明光源的發光穩定性。當然通過硬件相機分辨率的提升也是提高精度，抗環境干擾的一種辦法了。比如之前的相機對應物空間尺寸是1個像素10um，而通過提升分辨率后變成1個像素5um，精度近似可以認為提升1倍，對環境的干擾自然增強了。

　　第二：工件位置的不一致性

　　一般做測量的項目，無論是離線檢測，還是在線檢測，只要是全自動化的檢測設備，首先做的第一步工作都是要能找到待測目標物。每次待測目標物出現在拍攝視場中時，要能精確知道待測目標物在哪里，即使你使用一些機械夾具等，也不能特別高精度保證待測目標物每次都出現在同一位置的，這就需要用到定位功能，如果定位不準確，可能測量工具出現的位置就不準確，測量結果有時會有較大偏差。

　　第三：標定

　　一般在高精度測量時需要做以下幾個標定，一光學畸變標定（如果您不是用的軟件鏡頭，一般都必須標定），二投影畸變的標定，也就是因為您安裝位置誤差代表的圖像畸變校正，三物像空間的標定，也就是具體算出每個像素對應物空間的尺寸。

　　不過目前的標定算法都是基于平面的標定，如果待測量的物理不是平面的，標定就會需要作一些特種算法來處理，通常的標定算法是解決不了的。

　　此外有些標定，因為不方便使用標定板，也必須設計特殊的標定方法，因此標定不一定能通過軟件中已有的標定算法全部解決。

　　第四：物體的運動速度

　　如果被測量的物體不是靜止的，而是在運動狀態，那么一定要考慮運動模糊對圖像精度（模糊像素=物體運動速度*相機曝光時間），這也不是軟件能夠解決的。

　　第五：軟件的測量精度

　　在測量應用中軟件的精度只能按照1/2—1/4個像素考慮，最好按照1/2，而不能向定位應用一樣達到1/10-1/30個像素精度，因為測量應用中軟件能夠從圖像上提取的特征點非常少。

　　在我國的發展及應用

　　目前，中國正成為世界機器視覺發展最活躍的地區之一，應用范圍幾乎涵蓋國民經濟的各個行業，其中包括：工業、農業、醫藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等領域。而工業領域是機器視覺應用比重最大的領域，其重要原因是中國已經成為全球制造業的加工中心，高要求的零部件加工及其相應的先進生產線，使許多具有國際先進水平的機器視覺系統和應用經驗也進入了中國。

　　下面簡單介紹幾種應用：

　　1、食品安全監測

　　在流水化作業生產、產品質量檢測方面，有時候需要工作人員觀察、識別、發現生產環節中的錯誤和疏漏。無論人的責任心有多強，注意力有多集中，他都有可能會疲勞、疏忽、走神，造成瑕疵品流向市場。

　　2、制造業

　　同時，機器視覺技術還能在超標準排放煙塵、污水等方面發揮作用。利用機器視覺，能夠及時發現機房及生產車間的的火災、煙霧等異常情況。利用機器視覺中的面相檢測、人臉識別技術，可以幫助企業加強出入口的控制和管理，提高管理水平，降低管理成本。

　　3、太陽能、交通監控

　　近年來新興行業的發展給機器視覺市場也帶來了新的市場空間。在太陽能領域，太陽能電池和模塊生產者使用機器視覺來檢測產品、識別和跟蹤產品以及裝配產品。在交通監控領域，可以利用車牌識別技術、圖像分析技術，自動識別車牌，發現違章停車、逆行、發現交通肇事車輛等。此外，如地質災害對地震預防、山體滑坡、泥石流、火山噴發的發現識別、防范，水文監測對河流水文狀況的觀測等領域機器視覺技術都有巨大空間有待挖掘。

　　未來的市場前景

　　中國的電子制造和代工廠商過去幾年正在采購大量自動化設備取代人工，以應對中國愈演愈烈的缺工現象，未來幾年這一現象將達到高潮。臺資工廠紛紛選擇提高自動化程度，其自動化換裝高潮將在未來2-3年內到來，必將為機器視覺產品在該行業的應用帶來新的增長點。

　　據一項權威發布的行業預測報告，中國機器視覺行業的市場規模將持續增長，在2015年將達到30億元，而在2016年將達到38億元，到2018年以前達到50億美元。全球機器視覺市場帶來的新商機已經成為業界廠商關注的焦點。