李鳳嬌，葉亞楠

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢，430000）

我國機器視覺光源專利特點分析

李鳳嬌，葉亞楠

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢，430000）

機器視覺是人工智能獲取信息的重要方式，光源對機器視覺效果有重要影響。本文詳細(xì)地分析了中文專利庫中機器視覺光源專利申請量趨勢，專利申請區(qū)域、申請人身份的分布規(guī)律，并且介紹了機器視覺光源專利申請的主要技術(shù)分支。從中可以看出機器視覺光源領(lǐng)域近幾年處于行業(yè)爆發(fā)期，同時未來仍有大的發(fā)展空間。

機器視覺；光源；專利

0 引言

機器視覺是通過光學(xué)裝置和非接觸的傳感器自動地、實時地獲取物體圖像，并通過圖像處理獲得有用信息[1]。一般地機器視覺系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、圖像采集傳感器、圖像采集卡以及圖像處理系統(tǒng)。近些年隨著高分辨率、高集成度圖像傳感器產(chǎn)業(yè)的成熟，低價格的獲取高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的圖像傳感器成為容易之事，加上計算機科學(xué)技術(shù)，信息處理設(shè)備的微型化、便攜化，通過直接的“拍照”快速獲取信息的方式正逐漸深入到各行各業(yè)，尤其是批量作業(yè)、危險辦公環(huán)境。光源是機器視覺獲取圖像的基礎(chǔ)，通過對光源的改進與設(shè)計可以高效的提取分離出目標(biāo)信息，極大地提高圖像處理和識別的效率，提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性[2-3]；反之，光源的錯誤使用則會造成圖像處理復(fù)雜度提高，系統(tǒng)設(shè)計效率低下。因此，光源照明設(shè)計是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。

專利是保護人們創(chuàng)新成果的重要方式，也是社會培養(yǎng)創(chuàng)新氛圍、鼓勵創(chuàng)新的重要利器。在專利產(chǎn)業(yè)日漸成熟的今天，除單個專利的創(chuàng)新能夠使國家獲益之外，建立在大量專利數(shù)據(jù)之上的分析更是能夠給國家或企業(yè)提供某個行業(yè)的成熟度、發(fā)展周期等信息，從而有利于國家或企業(yè)的戰(zhàn)略布局。

本文通過在中文專利數(shù)據(jù)庫中對“機器視覺光源”這一細(xì)分領(lǐng)域進行檢索分析，從中可以看出該領(lǐng)域近幾年處于行業(yè)的爆發(fā)期，未來仍有大的發(fā)展空間。具體分析的內(nèi)容為專利申請數(shù)量、專利申請區(qū)域、專利申請人的變化趨勢或者分布以及專利申請的主要技術(shù)分支。

1 機器視覺光源領(lǐng)域的中國專利申請狀況

機器視覺是隨著計算機技術(shù)、光電技術(shù)的發(fā)展進步，逐步從理論走向應(yīng)用的[4]。機器視覺系統(tǒng)在配套照明系統(tǒng)提供的照明下，通過專門光路，將目標(biāo)信息傳遞到圖像傳感器，由圖像處理系統(tǒng)根據(jù)圖像亮度、顏色等信息進一步獲得目標(biāo)的特征。由于圖像傳感器、圖像處理系統(tǒng)的相似性，不同的應(yīng)用場合，差異最大的是照明系統(tǒng)。

在CNABS數(shù)據(jù)庫中，以“機器”，“視覺”，“照明、光源”等關(guān)鍵詞進行組合，結(jié)合分類號“G01N21/88、G01B11/00”進行初步檢索，并對于2017年3月20日前公開的專利申請進行篩選，人工刪除明顯不屬于“機器視覺”領(lǐng)域的專利之后，共得到1144件相關(guān)中國專利申請。

1.1 專利申請量的趨勢分析

利申請量隨時間的變化能夠表明某項技術(shù)的社會關(guān)注度和技術(shù)在社會中的滲透程度。圖1中示出了中文專利庫中“機器視覺光源”的專利申請量隨時間的變化趨勢。分析發(fā)現(xiàn)，2000年之前，機器視覺光源專利申請僅有極少量，且申請人大多為國外的企業(yè)；2000年之后，隨著數(shù)字圖像傳感器的發(fā)展和信息技術(shù)的成熟，人們逐漸認(rèn)識到在線圖像檢測系統(tǒng)的巨大實際應(yīng)用價值，專利申請量也隨之大幅度增加，進入了快速的成長期。2009年之后年均申請量超過60件，并且持續(xù)上升。從上述趨勢可以看出，機器視覺光源技術(shù)目前還處于技術(shù)發(fā)展期，遠(yuǎn)未飽和。另外，“機器視覺光源”專利中針對光源發(fā)光體本身的創(chuàng)新較少，發(fā)明點主要集中在特定使用場合下光源結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，因此，從2010年之后專利申請量的暴增上也能夠看出“機器視覺”對其它行業(yè)的滲透領(lǐng)域越來越廣。

1.2 專利申請區(qū)域分析

現(xiàn)在是社會化大分工的時代，不同產(chǎn)業(yè)由于配套產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)系往往集中在特定的區(qū)域。通過對某一行業(yè)的專利申請區(qū)域進行分析，能夠表明該技術(shù)的區(qū)域發(fā)展規(guī)律、產(chǎn)業(yè)成熟度。圖2按省份對“機器視覺光源”領(lǐng)域的國內(nèi)專利申請進行了分析，把其它國家申請人統(tǒng)一標(biāo)記為“國外”。在機器視覺光源領(lǐng)域的國內(nèi)專利申請中，申請量排名前5位的國內(nèi)省市分別是江蘇、廣東、北京、上海、浙江，其申請量占據(jù)總申請量的一半以上。一個明顯有趣的規(guī)律是這些省份都屬于我國經(jīng)濟發(fā)展第一梯隊。這樣的趨勢說明“機器視覺光源”有相對高的技術(shù)壁壘。另外一個非常值得注意的是國外申請人比例高達(dá)21%，一方面是由于該領(lǐng)域國外發(fā)展較早，另一方面也可以看出國外申請人對中國市場的重視程度和較強的知識產(chǎn)權(quán)意識。

圖1 機器視覺光源專利申請量與年份關(guān)系

圖2 機器視覺光源領(lǐng)域中國專利申請量區(qū)域分布圖

在國內(nèi)，科研創(chuàng)新有兩大主體：一是高校和科研院所；二是廣大的企業(yè)。這兩個不同的創(chuàng)新主體在產(chǎn)業(yè)發(fā)展不同階段具有明顯不同的行為。圖3對國內(nèi)專利申請區(qū)域構(gòu)成做了進一步分析，把專利分類為企業(yè)申請和科研院所申請。從中能夠看出很多有意思的現(xiàn)象。第一：國外申請人在我國的專利申請95%以上都是企業(yè)，這一方面說明國外企業(yè)對我國市場的重視，另一方面也說明知識產(chǎn)權(quán)已經(jīng)成為西方企業(yè)固化優(yōu)勢的重要利器。第二：我國在該領(lǐng)域?qū)＠暾埧偭颗琶壳暗氖》?，其企業(yè)和科研院所都有較高的專利申請量，這說明這些地區(qū)研究院所和企業(yè)已經(jīng)成長為兩支技術(shù)創(chuàng)新的重要力量。第三：對于廣大內(nèi)地省份，一個明顯的特征是科研院所在該領(lǐng)域?qū)＠暾埩棵黠@多于企業(yè)，這里面最有代表性質(zhì)的是中部省份“湖北省”。從內(nèi)地省份與一線城市不同省份的專利申請人對比中能夠看出：內(nèi)地省份在“機器視覺光源”領(lǐng)域有待進一步發(fā)展，充分利用科研院所的人才和創(chuàng)新成果對內(nèi)地省份發(fā)展機器視覺光源將大有裨益。

圖3 國內(nèi)專利申請區(qū)域構(gòu)成

2 專利申請主要技術(shù)分支分析

國內(nèi)在機器視覺光源領(lǐng)域已公開的專利申請，其發(fā)明點主要涉及光源的類型、光源的形狀和光源的布局。光源的類型主要有白熾燈、鹵素?zé)?、氙燈、紅外、熒光、X射線以及LED，以上光源因其波長分布、光強、尺寸特點，有著不同的應(yīng)用。光源形狀主要有條形光源、方形傾斜光源、環(huán)形光源和圓頂式光源等。光源布局按照不同的分類方法可以分為：明場照明、暗場照明；前向照明、背向照明。

現(xiàn)有關(guān)于“機器視覺光源”的專利申請中，其發(fā)明點主要集中在針對不同使用場合的光源形狀創(chuàng)新上。接下來主要介紹專利申請中不同的光源形狀的特點和應(yīng)用。條形光源可以從任意角度提供斜射照明照射檢測對象，光線被反射后形成強烈的明暗差，用于對尺寸的測量以及表面或者邊緣缺陷的測量，如手機屏幕、觸摸面板、汽車座椅等。方形傾斜光源可以在不同方向提供不同高度或角度的光線，主要用于傳送帶、LCD面板、金屬板等。環(huán)形光源則具有好的光束均勻性，應(yīng)用于需要不同照射角度的對象，尤其適用于圓形物體的檢測，如紡紗紗筒、草莓、軸類零件等。圓頂光源利用半球反射面使光線向四周擴散漫射，適用于表面具有光澤或者形狀不規(guī)則具有球面、曲面等表面角度復(fù)雜的對象，如蛋殼、微滴、晶片等。

通過以上對光源形狀的特點和應(yīng)用分析，可以發(fā)現(xiàn)不同的形狀的光源各有其特點和應(yīng)用場合。沒有一種能解決所有場合問題的光源形式。隨著工業(yè)化和智能化的發(fā)展，可以預(yù)測，“機器視覺”應(yīng)用會越來越廣，針對應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計相適應(yīng)的光源形狀將繼續(xù)是該領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹髁鳌?/p>

3 總結(jié)和展望

本文通過對“機器視覺光源”領(lǐng)域國內(nèi)專利申請的詳細(xì)分析，能夠清晰的看出“機器視覺光源”近年來在國內(nèi)的快速發(fā)展；結(jié)合專利申請區(qū)域分析和申請人性質(zhì)分析，能夠看出“機器視覺光源”在一線城市有較集中的發(fā)展，并且科研院所和企業(yè)已經(jīng)成長為創(chuàng)新的兩股重要力量。對于內(nèi)部省份，更多的是科研院所在該領(lǐng)域的創(chuàng)新，內(nèi)地省份運用好科研院所的人才和創(chuàng)新對該領(lǐng)域發(fā)展非常重要。一個值得警醒的事情是，國外機構(gòu)尤其是國外企業(yè)已經(jīng)在該領(lǐng)域在國內(nèi)布局專利，現(xiàn)在已經(jīng)有高達(dá)21%的申請量，我國的創(chuàng)新機構(gòu)一定要重視知識產(chǎn)權(quán)，加強創(chuàng)新。最后，提出一點該領(lǐng)域發(fā)展的思考和建議：（1）大量積累專利數(shù)量，增強該領(lǐng)域?qū)ζ渌I(lǐng)域的滲透；（2）進一步加強產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，尤其是內(nèi)地省份；（3）注意本企業(yè)或組織在國外的專利布局。

[1]韓建海著.工業(yè)機器人[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015:157-168.

[2]周昌樂著.智能系統(tǒng)與技術(shù)叢書智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015: 51-55.

[3]張巧芬等.機器視覺中照明技術(shù)的研究進展[J].照明工程學(xué)報,2011,(22):31-37.

[4]王漢華，劉興亮，張小平著.智能爆炸開啟智人新時代[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015: 82-86.

李鳳嬌，女，1987年生，碩士研究生，研究實習(xí)員，主要從事發(fā)明專利實質(zhì)審查工作。

葉亞楠（文章貢獻等同于第一作者），女，1988年生，碩士研究生，主要從事發(fā)明專利實質(zhì)審查工作。

Analysis on the Characteristics ofPatents of Machine Vision Light Source in China

Li Fengjiao，Ye Yanan
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of Patent Office, SIPO，Wuhan Hubei,430000）

The machine vision, especiallythe light sourceplayed an important role on the artificial intelligence.This paper firstly analyzed the trend of patent applications of machine vision light source in Chinese patent, the distribution of patent application areas, etc.We could know that the machine vision light industry wasstill developing in future.

machinevision; lighting; patent