機(jī)器視覺，靈活實(shí)現(xiàn)價(jià)值升維

余澄微

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了機(jī)器視覺的應(yīng)用，AI算法與算力的進(jìn)步則使智能視覺再度大步向前。而今機(jī)器視覺在各行業(yè)的滲透率逐漸提升，尤其是在制造業(yè)中的高使用率更是推高了智能視覺市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率。隨著存儲(chǔ)成本降低、計(jì)算成本降低、數(shù)據(jù)傳輸效率提高，以及基于圖形圖像的識(shí)別、分析和檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)持續(xù)提升，智能視覺將更好地為產(chǎn)業(yè)發(fā)展與智慧城市建設(shè)賦能，實(shí)現(xiàn)價(jià)值升維。

智能時(shí)代的“眼睛”

美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（SME）機(jī)器視覺分會(huì)和美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RIA）自動(dòng)化視覺分會(huì)關(guān)于機(jī)器視覺的定義是：“通過光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器，自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置?！边@也是廣義上的機(jī)器視覺，基于捕獲并處理的圖像為設(shè)備執(zhí)行其功能提供操作指導(dǎo)，這也被視為一種應(yīng)用于工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域的硬件和軟件組合，集成了圖像處理、機(jī)械工程、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻、圖像增強(qiáng)和分析算法等技術(shù)，識(shí)別、測(cè)量、定位和檢測(cè)是基本功能。自上世紀(jì)60年代誕生后幾乎每隔10年左右即有一次大的跨越進(jìn)步，發(fā)展至今，現(xiàn)時(shí)的機(jī)器視覺也被稱為智能視覺，主要是指利用光電成像系統(tǒng)采集圖像信息，經(jīng)云平臺(tái)信息處理，識(shí)別分析并對(duì)目標(biāo)特征進(jìn)行判斷，被廣泛應(yīng)用諸多領(lǐng)域，如智能制造、智慧醫(yī)療、智能安防、智慧家居等。視覺和語音同為AI時(shí)代的底層基礎(chǔ)技術(shù)與主要入口，智能視覺也被譽(yù)為智能時(shí)代的“眼睛”，眾多創(chuàng)新圍繞其展開。嵌入式視覺系統(tǒng)、深度學(xué)習(xí)、3D視覺、計(jì)算成像則是機(jī)器視覺四大技術(shù)演進(jìn)方向。

從產(chǎn)業(yè)鏈的角度解讀，機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)涉及領(lǐng)域較多，其上游涵蓋半導(dǎo)體材料、光學(xué)材料、電子元件、五金結(jié)構(gòu)件等原材料和零部件，中游為光源、鏡頭、相機(jī)及圖像采集卡等硬件、圖像處理軟件等核心部件；下游包括機(jī)器引導(dǎo)設(shè)備、視覺識(shí)別設(shè)備、視覺檢測(cè)設(shè)備、視覺測(cè)量設(shè)備、解決方案供應(yīng)商等。終端應(yīng)用領(lǐng)域則包括電子、半導(dǎo)體、汽車制造、食品包裝、制藥等，其中消費(fèi)電子、汽車和半導(dǎo)體是機(jī)器視覺最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

自2013年起，我國(guó)陸續(xù)發(fā)布相關(guān)政策與規(guī)劃為機(jī)器視覺行業(yè)發(fā)展提供支持。2019年發(fā)布的《加快培育共享制造新模式新業(yè)態(tài)，促進(jìn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出支持平臺(tái)企業(yè)積極應(yīng)用人工智能技術(shù)，發(fā)展智能檢測(cè)功能，不斷提升制造全流程的智能化水平。機(jī)器視覺技術(shù)可為智能檢測(cè)提供助力，提高效率及降低人工成本，發(fā)展速率得以提升。同時(shí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智能制造機(jī)器視覺在線檢測(cè)測(cè)試方法》等文件陸續(xù)明確機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展路徑，以及與人工智能、智能制造的結(jié)合方式等。2021年，我國(guó)機(jī)器視覺相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量為1991項(xiàng)，技術(shù)研發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)。

為制造業(yè)打開新視域

與人眼相比，機(jī)器視覺具有效率快、精度高、永不疲勞等顯著優(yōu)點(diǎn)，不光為機(jī)器裝上“眼睛”，更讓機(jī)器擁有“大腦”，機(jī)器視覺在人工智能和深度學(xué)習(xí)算法的幫助下，可以改變制造業(yè)的效率和精度。好的機(jī)器視覺系統(tǒng)將為制造業(yè)提供更多有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的技術(shù)支持。

如今，機(jī)器視覺在制造業(yè)中的運(yùn)用已經(jīng)越來越普遍，機(jī)器視覺賦予工業(yè)機(jī)器人智慧化，助力智能制造落地加速。利用源自人工智能機(jī)器視覺技術(shù)所產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，制造業(yè)企業(yè)可獲得更多的正常運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，提高生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率并確保人員安全，顯著提升生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化程度。比如在智能手機(jī)的生產(chǎn)過程中，機(jī)器視覺技術(shù)主要應(yīng)用于部件模組、顯示觸控、成品組裝等工藝環(huán)節(jié)。在汽車制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺技術(shù)主要用于車身裝配檢測(cè)、面板印刷質(zhì)量檢測(cè)等幾乎所有系統(tǒng)和部件的制造流程；在電池特別是車載電池的電極檢測(cè)、裝配檢測(cè)、化成檢測(cè)、模塊和電池組系統(tǒng)檢測(cè)方面，均存在大量的機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用需求。在半導(dǎo)體行業(yè)，機(jī)器視覺的應(yīng)用涉及半導(dǎo)體外觀缺陷、尺寸、數(shù)量等檢測(cè)，尤其是晶圓制作中的檢測(cè)、定位、切割和封裝。

這期間部分互聯(lián)網(wǎng)巨頭的先期布局已獲成果，在我國(guó)的工業(yè)質(zhì)檢領(lǐng)域，百度智能云占據(jù)最大份額，在3C行業(yè)的固定點(diǎn)位缺陷檢測(cè)、鋼鐵行業(yè)的中厚板檢測(cè)、紡織行業(yè)的智能驗(yàn)布領(lǐng)域提供相應(yīng)的解決方案；阿里工業(yè)大腦「見遠(yuǎn)」已應(yīng)用在電池片瑕疵檢測(cè)、蠶絲瑕疵、道路裂縫檢測(cè)、垃圾分類、智能養(yǎng)殖等領(lǐng)域；騰訊以在華星光電、空客等項(xiàng)目所積累的工業(yè)視覺智能能力深入到其他制造領(lǐng)域。

根據(jù)Markets and Markets預(yù)測(cè)，2021-2025年，全球機(jī)器視覺市場(chǎng)規(guī)模保持6%的復(fù)合增速穩(wěn)健增長(zhǎng)。另有機(jī)構(gòu)表示到2028年全球工業(yè)機(jī)器視覺市場(chǎng)價(jià)值533.8億美元，預(yù)計(jì)將以9.9%的速度增長(zhǎng)。我國(guó)是機(jī)器視覺領(lǐng)域發(fā)展最為活躍的區(qū)域，蓋因我國(guó)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和技術(shù)提升的市場(chǎng)空間巨大，機(jī)器視覺行業(yè)因此受益。

此前德國(guó)和美國(guó)的機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)規(guī)模為我國(guó)的數(shù)倍，隨著我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的不斷深化，機(jī)器視覺的滲透率將會(huì)進(jìn)一步提升。中國(guó)機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CMVU）的數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)機(jī)器視覺市場(chǎng)規(guī)模已超百億，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器視覺產(chǎn)品逐漸以不輸國(guó)外品牌的質(zhì)量、更低的價(jià)格及更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)獲得更多的市場(chǎng)份額。從區(qū)域分布來看，我國(guó)機(jī)器視覺企業(yè)主要分布在廣東、江蘇、山東、浙江和上海，5個(gè)本就制造業(yè)發(fā)達(dá)的重點(diǎn)省市占比超過6成。