給工業(yè)機器人一雙“慧眼”
http://www.gocycling.com.cn在當前以高端裝備制造為核心的智造工業(yè)4.0時代背景下，隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的深入，工業(yè)智能機器人產(chǎn)業(yè)市場呈現(xiàn)不斷增長的勢頭，其中充當工業(yè)機器人“火眼金睛”角色的機器視覺功不可沒。
智能相機、圖像軟件、視覺檢測系統(tǒng)、相機線材……在近日舉辦的第十四屆中國國際機器視覺展覽會上工業(yè)機器人 《中國科學報》記者發(fā)現(xiàn)工業(yè)機器人 眾多機器視覺企業(yè)借此機會機器視覺，針對實際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種應用需求機器視覺，為用戶帶來了眾多有效的解決方案。
在當前以高端裝備制造為核心的智造工業(yè)4.0時代背景下機器視覺，隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的深入，工業(yè)智能機器人產(chǎn)業(yè)市場呈現(xiàn)不斷增長的勢頭，其中充當工業(yè)機器人“火眼金睛”角色的機器視覺功不可沒。
隨之而來的，哪些技術有巨大發(fā)展?jié)摿Γ繖C器視覺究竟給工業(yè)機器人一雙怎樣的“慧眼”，才能夠助力工業(yè)機器人在工業(yè)4.0發(fā)展道路上不斷創(chuàng)造新的篇章？以上問題也是同期舉行的中國機器視覺助力先進制造創(chuàng)新大會上，各位專家與企業(yè)代表關心的問題。
機器視覺用途廣
機器視覺近年來一直很火，也成就了一大批企業(yè)。在展覽會現(xiàn)場的不少展臺前都可以近距離感受機器視覺帶來的沖擊。
華睿科技的工業(yè)相機從2MP（1MP=100萬像素分辨率，下同）到25MP一應俱全，同時在今年推出了50MP CMOS（CMOS圖像傳感器為一種典型的固體成像傳感器）大面陣相機。根據(jù)物流行業(yè)需求，華睿科技還推出了三款不同的工業(yè)鏡頭系列，可滿足各種場景下的視場、景深及分辨率需求，高分辨率保證了成像清晰度。同時該公司還帶來了物流分揀的解決方案。
據(jù)參展人員介紹，華睿科技依據(jù)在機器視覺領域深厚的技術積累，在產(chǎn)品和解決方案上不斷自主創(chuàng)新，目標是讓視覺成為第一生產(chǎn)力。
凌云公司已同國內(nèi)多家機器人和自動化公司協(xié)同作戰(zhàn)，向客戶提供高柔性、高精度的生產(chǎn)組裝和質(zhì)量檢測自動化解決方案。在介紹戰(zhàn)略合作伙伴OptiTrack最近發(fā)布的無紅外LED（發(fā)光二極管）輔助的運動捕捉攝像機Slim 13E時，凌云光技術集團影視動漫行業(yè)經(jīng)理李淼不遺余力，“這款攝像機將專注于大空間、多人交互的虛擬現(xiàn)實（VR）應用體驗。全新的解決方案使用了主動式的跟蹤技術，稱為OptiTrack Active”。
這種全新的捕捉技術還具有很多優(yōu)勢：不再依靠反光，因此標記點的亮度和圓度更加穩(wěn)定，能夠持續(xù)穩(wěn)定地輸出高精度的定位數(shù)據(jù)；選配短焦鏡頭，現(xiàn)實場景中即使存在掩體或交互遮擋，也能輕松捕捉，做到全局覆蓋。
據(jù)介紹，10月30日至11月3日，凌云公司作為OptiTrack中國授權代理商，將在深圳、上海、北京陸續(xù)舉辦聚焦VR行業(yè)應用的專題研討會，全新OptiTrack Active解決方案將在中國首次亮相。
另一家機器視覺行業(yè)廠商大恒圖像研發(fā)設計出了專門針對工業(yè)級機器視覺應用的全新一代超小型數(shù)字工業(yè)相機——水星系列千兆網(wǎng)工業(yè)相機。“這款相機能順利部署到空間狹小的各種工業(yè)環(huán)境中或被集成到機械手臂等自動裝置上，完成定位、測量、缺陷檢測、目標識別與拾取等機器視覺應用。”中國大恒（集團）有限公司北京圖像視覺技術分公司高級應用工程師袁玉嬌說，“這款工業(yè)相機在去年的第十八屆中國國際博覽會上還獲得了年度最佳產(chǎn)品獎。”
做好機器的“眼睛和大腦”
中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的中國機器視覺行業(yè)發(fā)展監(jiān)測分析與市場前景預測報告（2016—2020年）認為，隨著企業(yè)自動化程度的不斷提高和對質(zhì)量更加嚴格的控制要求，迫切需要機器視覺來代替人工檢測。中國的工業(yè)生產(chǎn)正從依賴廉價勞動力轉(zhuǎn)向更高程度的自動化生產(chǎn)，這帶來了對自動化設備的大量需求。
機器視覺是一項綜合技術，其中包括數(shù)字圖像處理技術、機械工程技術、控制技術、電光源照明技術，光學成像技術、傳感器技術、模擬與數(shù)字視頻技術、計算機軟硬件技術、人機接口技術等。“這些技術在機器視覺中是并列關系。相互協(xié)調(diào)應用才能構成一個成功的工業(yè)機器視覺應用系統(tǒng)。”西安交通大學教授韓九強表示。
機器視覺技術是圖像獲取、分析、識別、檢測等技術的綜合。在一些不適宜人工作業(yè)的工作環(huán)境或人工視覺難以滿足高精度、高質(zhì)量要求的場合，常用機器視覺來代替人工視覺。
李淼表示，機器視覺強調(diào)實用性，要求能夠適應工業(yè)生產(chǎn)中惡劣的環(huán)境，要有通用的工業(yè)接口，能夠由普通工作者來操作，有較高的容錯能力和安全性，不會破壞工業(yè)產(chǎn)品，必須有較強的通用性和可移植性。“機器視覺就是機器的‘眼睛和大腦’。”
據(jù)介紹，機器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點有：非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性；具有較寬的光譜響應范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍；長時間穩(wěn)定工作，機器視覺可以長時間地作測量、分析和識別任務。
“對機器視覺工程師來說，不僅要具有研究數(shù)學理論和編制計算機軟件的能力，更需要光、機、電一體化的綜合能力。”基恩士公司的一位視覺部門銷售工程師表示。
解決復雜而困難的應用
由于國內(nèi)機器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度明顯加快，機器視覺行業(yè)高級分析師嚴勝輝預計，國內(nèi)機器視覺發(fā)展期可持續(xù)到2020年前后，之后將進入產(chǎn)業(yè)成熟期。
“在機器視覺的目標跟蹤技術領域，要著力解決‘看得清、找得出、跟得上、打得準’四個問題。”中科院長春光學精密機械與物理研究所教授朱明曾表示，機器視覺要進一步解決的問題還有很多。譬如，其成像技術要解決在遠距離、弱目標的情境下，即使遇到惡劣天氣，也能夠克服器件限制；目標檢測技術要進一步提高，能夠精準檢測到各種背景下的各種目標；目標識別技術要進一步提高“人工智能”和“人在回路”等。
“國內(nèi)在機器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面雖然取得了一些成果，但與國外先進機器視覺技術和設備相比還有較大差距。”韓九強提出，目前國內(nèi)在機器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面主要存在技術水平較低、應用面窄、基本處于軟硬件定制的專用視覺系統(tǒng)研發(fā)和應用階段、開發(fā)成本高、效率低等問題；在機器視覺算法研究方面，仍采用經(jīng)典的數(shù)字圖像處理算法和通用軟件編程開發(fā)，組態(tài)集成開發(fā)能力弱；在產(chǎn)品方面，擁有自主知識產(chǎn)權的機器視覺技術與系統(tǒng)產(chǎn)品較少，不利于批量生產(chǎn)和推廣。
這些不足和問題，不僅局限了機器視覺的應用范圍，還讓已有的技術應用復雜而困難。北京清影機器視覺技術有限公司總經(jīng)理曹亮認為，目前通用的“機器視覺”多數(shù)是由人工智能計算來實現(xiàn)的，一種視覺對應一種特有的軟件和系統(tǒng)，完成一種固定的視覺任務，在算法和數(shù)據(jù)層面無法實現(xiàn)各視覺系統(tǒng)在機器視覺上的統(tǒng)一。而且，對于圖像內(nèi)容的理解方面，由于神經(jīng)網(wǎng)絡存在的黑箱性質(zhì)，機器無法達到令人信服的對視覺的理解要求。
曹亮將目光投向了能夠讓機器具備像人眼一樣的三維、高速、被動成像的視覺感知功能的一項技術，曹亮稱之為“機器眼”。關注于遠距離、大場景、實時三維被動成像技術的曹亮表示，“希望我們的一小步，能促成機器世界的一大步”。