中國機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢

李樹杰

（內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

中國機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢

李樹杰

（內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

機(jī)器視覺自起步發(fā)展到現(xiàn)在，已有將近20年的發(fā)展歷史.應(yīng)該說機(jī)器視覺作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能特點(diǎn)是隨著工業(yè)自動化的發(fā)展而逐漸完善和發(fā)展的.目前全球整個視覺市場總量大概在70～80億美元，是按照每年8.8%的增長速度增長的.而在中國，這個數(shù)字目前看來似乎有些龐大，但是隨著加工制造業(yè)的發(fā)展，中國對于機(jī)器視覺的需求將成上升趨勢.

機(jī)器視覺；應(yīng)用系統(tǒng)；上升趨勢

機(jī)器視覺，簡言之，就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷.機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作.

一個完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下：

（1）工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運(yùn)動至接近攝像系統(tǒng)的視野中心，向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖.

（2）圖像采集部分按照事先設(shè)定的程序和延時，分別向攝像機(jī)和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖.

（3）攝像機(jī)停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機(jī)在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描.

（4）攝像機(jī)開始新的一幀掃描之前打開曝光機(jī)構(gòu)，曝光時間可以事先設(shè)定.

（5）另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應(yīng)該與攝像機(jī)的曝光時間匹配.

（6）攝像機(jī)曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出.

（7）圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機(jī)數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù).

（8）圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中.

（9）處理器對圖像進(jìn)行處理、分析、識別，獲得測量結(jié)果或邏輯控制值.

（10）處理結(jié)果控制流水線的動作、進(jìn)行定位、糾正運(yùn)動的誤差等.

從上述的工作流程可以看出，機(jī)器視覺是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng).因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運(yùn)動物體，系統(tǒng)與運(yùn)動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴(yán)格的要求.

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度.在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度.而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù).

正是由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域.在中國，這種應(yīng)用也在逐漸被認(rèn)知，且?guī)碜钪苯拥姆磻?yīng)就是國內(nèi)對于機(jī)器視覺的需求將越來越多.

1 機(jī)器視覺在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

在國外，機(jī)器視覺的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%左右都集中在半導(dǎo)體行業(yè).具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等.SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動化生產(chǎn)線設(shè)備.電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具.機(jī)器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位.除此之外，機(jī)器視覺還用于其他各個領(lǐng)域.

而在中國，以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白，即便是有，也只是低端方面的應(yīng)用.目前在我國隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn)，國內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用.其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領(lǐng)域.這些應(yīng)用大多集中在如藥品檢測分裝、印刷色彩檢測等.真正高端的應(yīng)用還很少，因此，以上相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用空間還比較大.當(dāng)然、其他領(lǐng)域如指紋檢測等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間.

在機(jī)器視覺賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的.制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對機(jī)器視覺需求的提升；也決定了機(jī)器視覺將由過去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)，判斷動作，逐漸朝著開放性的方向發(fā)展，這一趨勢也預(yù)示著機(jī)器視覺將與自動化更進(jìn)一步的融合.

需求決定產(chǎn)品，只有滿足需求的產(chǎn)品才有生存的空間，這是不變的規(guī)律.機(jī)器視覺也是如此.

未來，中國機(jī)器視覺發(fā)展主要表現(xiàn)為以下一些特性：

2 隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對機(jī)器視覺的需求將呈上升趨勢

機(jī)器視覺發(fā)展空間較大的部分在半導(dǎo)體和電子行業(yè)，而據(jù)我國相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球集成電路產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇跡象明顯；與此同時，全球經(jīng)濟(jì)衰退使我國集成電路產(chǎn)業(yè)獲取了市場優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、人才回流等優(yōu)勢；國家加大對集成電路產(chǎn)業(yè)這一戰(zhàn)略領(lǐng)域的規(guī)劃力度，“信息化帶動工業(yè)化”，走“新興工業(yè)化道路”為集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇，特別是高端產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品市場空間巨大，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、國家戰(zhàn)略領(lǐng)域、3C應(yīng)用領(lǐng)域、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)類應(yīng)用領(lǐng)域成為集成電路產(chǎn)業(yè)未來幾年的重點(diǎn)投資領(lǐng)域.

此外，中國已成為全球集成電路的一個重要需求市場.據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2002年我國集成電路市場需求規(guī)模為1135.5億元人民幣，占世界市場規(guī)模的9.76%.2002年中國集成電路市場總銷量為283.2億塊，總銷售額為1135.5億元，同比增長26.2%.中國已成為近年來世界半導(dǎo)體投資的熱點(diǎn).在全國許多地區(qū)，特別是長江三角洲地區(qū)，都有新的IC制造線和封裝測試線投資興建，IC設(shè)計(jì)公司的數(shù)量每年成倍增長.在產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)下，上海、北京、天津和深圳等地出現(xiàn)投資IC的好勢頭：天津Motorola投資15億美元，月投2.5萬片的8英寸芯片生產(chǎn)線和上海中芯國際投資14億美元，月投8英寸芯片硅片4.2萬片的項(xiàng)目已經(jīng)投入運(yùn)行.另外，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會最新調(diào)研數(shù)據(jù)表明，2000年6月到2002年8月兩年間，中國IC產(chǎn)業(yè)的投資總額約300億元，相當(dāng)于過去40年的投資總和.全國IC設(shè)計(jì)單位數(shù)量兩年之間翻兩番，已激增到389家，收入過億元的達(dá)7～8家；專業(yè)測試公司已有10家左右，我國的IC測試業(yè)已初具雛形.

就以上數(shù)據(jù)顯示，中國的半導(dǎo)體和電子市場已初具規(guī)模，而如此強(qiáng)大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將需要高質(zhì)量的技術(shù)做后盾.同時他對于產(chǎn)品的高質(zhì)量、高集成度的要求將越來越高.恰巧，機(jī)器視覺將能幫助他們解決以上的問題，因此該行業(yè)將是機(jī)器視覺最好的用武之地.同時，對于機(jī)器視覺的需求將蒸蒸日上.

3 統(tǒng)一開放的標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)器視覺發(fā)展的原動力

目前國內(nèi)有近數(shù)家機(jī)器視覺產(chǎn)品廠商，與國外機(jī)器視覺產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品最大的差距并不單純是在技術(shù)上，而且還包括品牌和知識產(chǎn)權(quán)上.另一現(xiàn)狀是目前國內(nèi)的機(jī)器視覺產(chǎn)品主要以代理國外品牌為主，以此來逐漸朝著自主研發(fā)產(chǎn)品的路線靠近，起步較晚.未來，機(jī)器視覺產(chǎn)品的好壞不能夠通過單一因素來衡量，應(yīng)該逐漸按照國際化的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)判定，隨著中國自動化的逐漸開放，將帶領(lǐng)與其相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)也逐漸開放.因此，依靠封閉的技術(shù)難以促進(jìn)整個行業(yè)的發(fā)展，只有形成統(tǒng)一而開放的標(biāo)準(zhǔn)才能讓更多的廠商在相同的平臺上開發(fā)產(chǎn)品，這也是促進(jìn)中國機(jī)器視覺朝國際化水平發(fā)展的原動力.

4 基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品

從產(chǎn)品本身看，機(jī)器視覺會越來越趨于依靠PC技術(shù)，并且與數(shù)據(jù)采集等其他控制和測量的集成會更緊密.且基于嵌入式的產(chǎn)品將逐漸取代板卡式產(chǎn)品，這是一個不斷增長的趨勢.主要原因是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是其具備低功耗技術(shù)的特點(diǎn)得到人們的重視.另外，嵌入式操作系統(tǒng)絕大部分是以C語言為基礎(chǔ)的，因此使用C高級語言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項(xiàng)帶有基礎(chǔ)性的工作，使用高級語言的優(yōu)點(diǎn)是可以提高工作效率，縮短開發(fā)周期，更主要的是開發(fā)出的產(chǎn)品可靠性高、可維護(hù)性好、便于不斷完善和升級換代等.因此，嵌入式產(chǎn)品將會取代板卡式產(chǎn)品.

5 標(biāo)準(zhǔn)化、一體化解決方案也將是機(jī)器視覺的必經(jīng)之路

另外，由于機(jī)器視覺是自動化的一部分，沒有自動化就不會有機(jī)器視覺，機(jī)器視覺軟硬件產(chǎn)品正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，無論是用戶還是硬件供應(yīng)商都將機(jī)器視覺產(chǎn)品作為生產(chǎn)線上信息收集的工具，這就要求機(jī)器視覺產(chǎn)品大量采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”，直觀的說就是要隨著自動化的開放而逐漸開放，可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行二次開發(fā).當(dāng)今，自動化企業(yè)正在倡導(dǎo)軟硬一體化解決方案，機(jī)器視覺的廠商在未來5-6年內(nèi)也應(yīng)該不單純是只提供產(chǎn)品的供應(yīng)商，而是逐漸向一體化解決方案的系統(tǒng)集成商邁進(jìn).

在未來的幾年內(nèi)，隨著中國加工制造業(yè)的發(fā)展，對于機(jī)器視覺的需求也逐漸增多；隨著機(jī)器視覺產(chǎn)品的增多，技術(shù)的提高，國內(nèi)機(jī)器視覺的應(yīng)用狀況將由初期的低端轉(zhuǎn)向高端.由于機(jī)器視覺的介入，自動化將朝著更智能、更快速的方向發(fā)展.另外，由于用戶的需求是多樣化的，且要求程度也不相同.那么，個性化方案和服務(wù)在競爭中將日益重要，即用特殊定制的產(chǎn)品來代替標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品也是機(jī)器視覺未來發(fā)展的一個取向.機(jī)器視覺的應(yīng)用也將進(jìn)一步促進(jìn)自動化技術(shù)向智能化發(fā)展.

〔1〕（美）辛德（Snyder，W.E.）.機(jī)器視覺教程.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

〔2〕唐向陽,張勇,李江有,黃崗,楊松,關(guān)宏.機(jī)器視覺關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2004(02).

〔3〕胡興軍,蔡葉菁,王健.機(jī)器視覺技術(shù)在包裝印刷質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].中國包裝工業(yè)，2004(11).

TP391

A

1673-260X（2010）01-0161-02