高娟娟 渠中豪 宋亞青

摘? 要：機器視覺是一項綜合技術(shù)，它在人工智能的發(fā)展歷程中扮演著越來越重要的地位。從上世紀中葉開始就有了對機器視覺的研究，一直發(fā)展到今天，機器視覺已經(jīng)在各行各業(yè)得到了應(yīng)用，并且在未來幾年內(nèi)會向更加智能、更加人性化的方向發(fā)展，為人類社會的發(fā)展提供更大的便利。

關(guān)鍵詞：機器視覺;人工智能;智能化;人性化;技術(shù)應(yīng)用? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TP391.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2020）07-021-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2020.07.001

本文著錄格式：高娟娟，渠中豪，宋亞青.機器視覺技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國傳媒科技，2020（7）：21-22.

導(dǎo)語

在人工智能高速發(fā)展的今天，越來越多的場景需要機器來識別，機器視覺也成為人工智能的一個重要分支。機器視覺是一種復(fù)雜的技術(shù)，它將圖像處理、機械、光學(xué)、傳感器、虛擬、計算機軟硬件等多個專業(yè)技術(shù)融合到一起發(fā)展成為一項綜合的技術(shù)。目前機器視覺技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到果蔬采摘、零件檢測、藥品檢測、航天高溫風洞系統(tǒng)、天氣預(yù)測、偵查追蹤、智能交通、安防監(jiān)控等各個行業(yè)，已經(jīng)成為當今社會發(fā)展不可或缺的一項重要技術(shù)。

1.機器視覺在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1國外研究現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用

1.1.1國外機器視覺研究現(xiàn)狀

上世紀60年代，Roberts將視覺環(huán)境限制于對物體形狀及空間位置關(guān)系描述的“積木世界”，而正式的視覺系統(tǒng)出現(xiàn)于上世紀70年代。到了上世紀80年代，David Marr教授視覺理論的出現(xiàn)促進了有關(guān)機器視覺技術(shù)新理論、新方法的研究，進而推動了新興工業(yè)的發(fā)展。進入上世紀90年代，隨著CCD電荷耦合元件、COMS圖像傳感器以及數(shù)字接口技術(shù)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了小型化、輕量化和低功耗的工業(yè)視覺設(shè)備，帶動了整個智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。[1]

1.1.2國外的技術(shù)應(yīng)用情況

作為人工智能重要的一部分技術(shù)，機器視覺將是促進社會各行業(yè)進入智能時代的關(guān)鍵技術(shù)，因此它也被稱為“工業(yè)之眼”。早在1960年就有人提出“機器視覺”的概念，一直發(fā)展到今天，很多國家已經(jīng)將這項技術(shù)熟練的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中。全世界機器視覺專利的分布主要集中在美國、歐洲、日本等發(fā)達國家，其中歐美在這一領(lǐng)域的研究及應(yīng)用在全世界遙遙領(lǐng)先于其他地區(qū)的國家。行業(yè)內(nèi)知名的從事機器視覺的企業(yè)主要包括康耐視、基恩士、EuclidLabs公司等。

英國的羅孚汽車公司將機器視覺技術(shù)成功應(yīng)用于車身輪廓尺寸檢測，該項檢測技術(shù)的進度達到了100%。該系統(tǒng)擁有多個測量單元來檢測車身外殼的數(shù)百個檢測點，即使在斷網(wǎng)的情況下也可以進行檢測，并且在幾十秒內(nèi)就可以檢測完畢。

結(jié)構(gòu)光方案先驅(qū)PrimeSense的三維結(jié)構(gòu)光方案曾應(yīng)用于微軟Kinect一代，而Kinect系列是發(fā)展較早且最具代表性的主打三維視覺的體感游戲設(shè)備。PrimeSense的三維視覺模組被蘋果公司縮小后應(yīng)用在面部識別上，利用環(huán)境光傳感器、距離感應(yīng)器等多種配置搭建成了三維臉部模型，并且通過算法來識別面部微小的變化，包括戴帽子、眼鏡、長胡子等，都可以準確識別并解鎖，使三維視覺的識別更加智能化。

意大利EuclidLabs公司開發(fā)的機器人三維視覺系統(tǒng)和離線編程系統(tǒng)中的三維視覺系統(tǒng)主要用于上下料的機器人隨機抓取、折彎鈑金定位、碼垛拆垛、三維位置識別和檢測等，具有智能化、精度高、調(diào)試方便等特點，在國際處于領(lǐng)先水平;日本基恩士公司研發(fā)的AI+圖像傳感器可自動設(shè)定并有意識的應(yīng)對光線變化，在齒輪齒數(shù)、金屬部件加工是否合格、瓶蓋是否鎖緊、識別標簽品種等都實現(xiàn)了穩(wěn)定檢測。美國康耐視公司開發(fā)出了一種名為康耐視DataMan 7500的產(chǎn)品，利用該產(chǎn)品醫(yī)院可以先設(shè)置外殼器械包工具清單，然后正確的在外殼器械包內(nèi)加載相應(yīng)的器械。通過電化的方式，在每件器械中都采用了一個2D Data Matrix條形碼。在器械包組裝的時候，通過對此條形碼掃描可以確保組裝的準確性，并且通過該條形碼還可以實現(xiàn)對器械的位置追蹤。DataMan7500是可移動的，可以一次性在多種器械上方移動該設(shè)備，非常省時，并且器械的掃描準確度達到100%。

1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用

1.2.1國內(nèi)機器視覺研究現(xiàn)狀

目前在國內(nèi)，機器視覺的發(fā)展仍處于成長期。金光、楊培義研究出基于機器視覺的HXD型機車受電弓滑板缺陷檢測方法，該方法對HXD型機車受電弓滑板缺陷檢測是建立在對缺陷圖像的特征分析基礎(chǔ)上，利用自適應(yīng)的圖像分析技術(shù)，對HXD型機車受電弓滑板缺陷進行定位，采用機器視覺分析方法，進行HXD型機車受電弓滑板缺陷成像，結(jié)合紅外成像和超聲成像方法，進行HXD型機車受電弓滑板缺陷的視覺圖像分析，檢測效果良好。[2]白克設(shè)計出一種基于PLC和機器視覺的采摘機器人智能控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對水果的自動采摘，大大提高農(nóng)民種植效益。[3]朱書德等人提出了一種基于機器視覺的膠囊缺陷檢測裝置，通過供料排序裝置、傳送觸發(fā)裝置、光源供給裝置、圖像采集裝置可以實現(xiàn)膠囊表面360度全面采集，并將采集的圖像傳送給計算機圖像處理單元分析得出結(jié)果，通過串口控制踢廢機構(gòu)，實現(xiàn)不合格膠囊的分揀，提高了設(shè)備的處理能力。[4]

1.2.2國內(nèi)技術(shù)應(yīng)用情況

機器視覺在我國的起步相對比較晚，在工業(yè)領(lǐng)域被真正的廣泛應(yīng)用也就十幾年的時間?，F(xiàn)在行業(yè)處于快速發(fā)展期，發(fā)展空間很大。具體體現(xiàn)為行業(yè)的市場容量增長快、應(yīng)用鄰域也在擴大、從業(yè)的企業(yè)數(shù)量也不斷增多。機器視覺自主創(chuàng)新能力也在逐漸提高，在2010年機器視覺技術(shù)水平到了快速發(fā)展階段，在全球技術(shù)發(fā)展中，成為最活躍的地區(qū)之一。2017年，有1004項專利是機器視覺領(lǐng)域。

深圳辰視智能科技有限公司在機器人運動、視覺檢測、三維建模等方面有深入的研究，基于這些技術(shù)開發(fā)出二維、三維等引導(dǎo)和檢測系統(tǒng)。這些智能化的產(chǎn)品以低成本、高效率、模組化的方式為相關(guān)廠商提供了解決方案。

?？低曆邪l(fā)的星光級全景網(wǎng)絡(luò)高清智能球機，它的全景畫面由8個傳感器拼接而成，可實現(xiàn)360度的全景監(jiān)控;鏡頭內(nèi)建、可自動對焦機芯，并且將云臺、護罩、解碼器整合的設(shè)計，用戶可以在全景實時監(jiān)控的同時迅速對某一點進行定位放大。另外全景球機還運用了前沿的分析和跟蹤技術(shù)，對非法入侵或可疑行為發(fā)出警報或者自動跟蹤，從而實現(xiàn)了更智能、更安全的安保作用。

商湯科技在視覺感知、人工智能算法方面有較深的研究和應(yīng)用，該公司的SenseDrive高級輔助駕駛系統(tǒng)就是基于以上技術(shù)開發(fā)，在汽車行駛過程中可以實現(xiàn)各種預(yù)警功能，給駕駛員提示和輔助決策，進而提高車內(nèi)人員的安全系數(shù)。

從國內(nèi)外機器視覺的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況來看，機器視覺發(fā)展早期，主要集中在歐美和日本;直到21世紀初期，中國經(jīng)濟開始騰飛，世界的制造業(yè)慢慢轉(zhuǎn)移到中國，機器視覺也隨之在中國發(fā)展起來，并且成為全球重要的目標市場。? ? ?工業(yè)是目前機器視覺應(yīng)用占比最大的領(lǐng)域，在工業(yè)機器人視覺下游應(yīng)用中，又以消費電子制造和汽車制造為主，其次是制藥、食品與包裝、印刷等。

2.發(fā)展趨勢

從2000年開始，科學(xué)技術(shù)呈爆發(fā)式發(fā)展，對于機器視覺技術(shù)的研究涌現(xiàn)出大量的理論及實踐方法，使得該項技術(shù)越發(fā)成熟，成為人工智能不可或缺的重要支撐，并且處在一個更新?lián)Q代的階段，機器視覺未來幾年的發(fā)展方向如下：

第一是機器視覺將真實環(huán)境的特點與生物感知機理融合起來，真實環(huán)境具有開放性與復(fù)雜性、三維、動態(tài)變化等特點，而生物感知機理是基于學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的柔性、經(jīng)過層次化處理、時序的增量處理，從這樣的角度看，把機器視覺同生物感知機理融合起來就會更接近“視覺”這個詞的意義。第二是機器視覺發(fā)展為主動視覺，就是在機器視覺系統(tǒng)中加入了反饋機制，這樣是系統(tǒng)具有選擇的可能性。該技術(shù)之所以能從視覺、感知、消耗選擇一個最優(yōu)的平衡點正是因為它具備的主動選擇機制，能夠在新環(huán)境中主動探索，以此來實現(xiàn)整體智能的提升，更接近人工智能的發(fā)展方向。第三是三維視覺的發(fā)展，機器視覺將現(xiàn)實信息重構(gòu)，提供給虛擬現(xiàn)實，這個是三維重建，三維虛擬現(xiàn)實可以通過掃描周圍真實環(huán)境，將真實事物的三維數(shù)據(jù)收集起來，按比例建出虛擬的模型，為將來人工實施起來比較困難的工作提供便利。

結(jié)語

機器視覺這項技術(shù)的誕生，可以使機器像生物的眼睛一樣去識別、測控、判別事物，使機器更加智能化、工作效率更高。隨著機器視覺技術(shù)應(yīng)用的越來越廣，且技術(shù)更加成熟和完善，不僅僅在工業(yè)領(lǐng)域，還包括下游應(yīng)用例如游戲娛樂等行業(yè)都有了廣泛應(yīng)用。該項技術(shù)的主要特點是信息量大、速度快、功能多，隨著機器視覺技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，一方面機器視覺技術(shù)將逐漸被大眾接受，配備機器視覺系統(tǒng)的設(shè)備價格將會越來越低，而功能會越來越多，并且允許具有更多數(shù)據(jù)的更大圖像以更快的速度進行傳輸和處理;另一方面機器視覺設(shè)備將會向產(chǎn)品小型化方面發(fā)展，讓這項技術(shù)能在更小的空間內(nèi)裝更多的部件?？梢灶A(yù)計的是，機器視覺將在現(xiàn)代和未來應(yīng)用到人類社會發(fā)展的方方面面。

[1]王成軍，嚴晨.機器視覺技術(shù)在分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述[J].制造技術(shù)與機床，2020（05）：32-37.

[2]金光，楊培義.基于機器視覺的HXD型機車受電弓滑板缺陷的檢測研究[J].菏澤學(xué)院學(xué)報，2020，42（02）：28-33.

[3]白克.基于PLC和機器視覺的采摘機器人智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)機化研究，2021，43（02）：212-216.

[4]朱書德，李少波，王錚，楊靜，董豪，段仲靜，王軍.基于機器視覺的膠囊缺陷檢測裝置設(shè)計[J].貴州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，37（03）：42-48.

作者簡介：高娟娟（1990-），女，河北張家口人，研究生，助教，研究方向：前端開發(fā)與人工智能;渠中豪（1990-），男，河北邢臺人，研究生，助教，研究方向：人工智能;宋亞青（1991-），女，河北邢臺人，研究生，助教，研究方向：軟件開發(fā)與測試研究。