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#機器視覺(jué)#系列內容與大家正式見(jiàn)面啦!機器視覺(jué)被譽(yù)為智能制造皇冠上的明珠。凌云光深耕機器視覺(jué)行業(yè)二十余載,擁有豐富的技術(shù)積累及應用實(shí)踐經(jīng)驗,深度參與編寫(xiě)了《機器視覺(jué)發(fā)展白皮書(shū)》2021版。本欄目將以白皮書(shū)為藍本,為您講述機器視覺(jué)發(fā)展變遷、機遇挑戰、市場(chǎng)前景、行業(yè)應用。快來(lái)跟隨凌小云一起探索機器視覺(jué)的星辰大海吧!
本期主要內容:看國內外機器視覺(jué)的發(fā)展歷程及驅動(dòng)因素。

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什么是機器視覺(jué)?機器視覺(jué)借助光或電磁波的輻射,通過(guò)使用含CMOS或CCD的圖像攝取裝置來(lái)探測及解析來(lái)自目標物體的反射光而生成圖像,將該圖像傳送至處理單元進(jìn)行數據處理與分析,從而感知并判別出目標物體和環(huán)境的特征,根據判別結果來(lái)控制現場(chǎng)設備的動(dòng)作以執行實(shí)用的功能。其實(shí)用一句話(huà)總結下:機器視覺(jué)的本質(zhì)就是為機器植入“眼睛”和“大腦”。為什么這么說(shuō)呢,且聽(tīng)凌小云慢慢道來(lái)。
視覺(jué)是人類(lèi)最重要的感覺(jué)器官,占據了80%以上的人類(lèi)信息獲取。機器視覺(jué)作為替代人眼的強大技術(shù),日益取得重大突破和廣泛應用。機器視覺(jué)的發(fā)展史最早可以追溯至20世紀60年代末。縱觀(guān)全球,國外與國內機器視覺(jué)的發(fā)展步調并不一致、相差很多,國外起步更早一些。

在成像傳感器誕生的驅動(dòng)下,機器視覺(jué)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)萌芽期。此時(shí)受限于半導體工藝成熟度和成本等因素制約,機器視覺(jué)只在高端的科學(xué)研究中有少量初級應用,尚未形成完整的概念。
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貝爾實(shí)驗室
1969年美國貝爾實(shí)驗室成功研制出CCD傳感器,可以直接把圖像轉換為數字信號并存儲到電腦中參與計算和分析,從而奠定了機器視覺(jué)技術(shù)誕生的基石。
在應用的驅動(dòng)下,機器視覺(jué)進(jìn)入起步期。機器視覺(jué)的概念首次在產(chǎn)業(yè)界被提及,但未形成精準的定義。在此期間誕生了首批機器視覺(jué)企業(yè),如加拿大的DALSA、美國的柯達和仙童、英國的E2V等CCD傳感器與工業(yè)相機公司,以及美國康耐視等具有代表性的軟件算法公司。
在應用的進(jìn)一步驅動(dòng)下,機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成長(cháng)波動(dòng)期。1990年半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使機器視覺(jué)定位與檢測成為替代人工的支撐技術(shù),機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展的機遇。
在美國和日本等發(fā)達國家,機器視覺(jué)技術(shù)開(kāi)始得到實(shí)際應用,但成像技術(shù)和算法算力的發(fā)展尚不成熟,不能全面滿(mǎn)足行業(yè)應用需求,無(wú)法全面推廣。由于技術(shù)門(mén)檻和系統成本過(guò)高,雖然出現一些專(zhuān)門(mén)從事機器視覺(jué)技術(shù)的新企業(yè),但規模普遍較小。
在應用和算力的共同驅動(dòng)下,機器視覺(jué)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期。在此期間,FPD平板顯示制造、PCB檢測和汽車(chē)制造等行業(yè)陸續對機器視覺(jué)技術(shù)應用表現出強烈需求。同時(shí),CPU算力提升使機器視覺(jué)系統在PC-Base條件下可以處理一般性的問(wèn)題。產(chǎn)業(yè)需求和技術(shù)進(jìn)步共同促進(jìn)了機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與繁榮。我國機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)也在這個(gè)階段加入全球陣營(yíng)。
AI算法的發(fā)展推動(dòng)機器視覺(jué)進(jìn)入發(fā)展中期。2016年是AI發(fā)展非常重要的一年, AlphaGo打敗人類(lèi)頂尖棋手李世石、深度殘差學(xué)習和殘差網(wǎng)成為視覺(jué)領(lǐng)域標準算法等標志性事件,開(kāi)啟了人工智能發(fā)展的新紀元。
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隨后,人工智能賦能的機器視覺(jué)開(kāi)始在智能制造應用中加快普及,產(chǎn)業(yè)得到了空前發(fā)展。隨著(zhù)應用的爆發(fā)式擴展,預計2020年后機器視覺(jué)將迎來(lái)高速發(fā)展期。
與國外機器視覺(jué)的發(fā)展歷程相比,我國的機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)起步較晚,1995年才開(kāi)始有初步應用。
二十余年,看國內機器視覺(jué)的“飛躍”成長(cháng)路
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在國外技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)下,我國機器視覺(jué)進(jìn)入了萌芽期,核心機構和行業(yè)開(kāi)始出現應用。此時(shí)由于算法、算力及成像技術(shù)尚不成熟,國外機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)能力處于成長(cháng)波動(dòng)期,我國一些企業(yè)作為國外代理提供機器視覺(jué)器件及技術(shù)服務(wù)。
在應用和算力的雙驅動(dòng)下,我國機器視覺(jué)進(jìn)入了起步期。此時(shí)CPU算力提升,PC-Base系統可以承接一般性難度的問(wèn)題。國內幾個(gè)代表性產(chǎn)業(yè)如人民幣印鈔質(zhì)量檢測、煙草和原棉異物剔除、郵政分揀等對機器視覺(jué)提出強烈的應用需求,我國開(kāi)始出現一些專(zhuān)業(yè)的機器視覺(jué)公司。
是我國機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展劃時(shí)代的一年。以蘋(píng)果手機加工制造為核心的3C電子制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高精度100μm時(shí)代,迫切需要用機器替代人來(lái)保障產(chǎn)品加工精度和質(zhì)量的一致性。蘋(píng)果手機加工制造的應用需求直接推動(dòng)了我國機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展初期。
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2010年后,手機產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展帶來(lái)整個(gè)3C電子制造業(yè)的變革,大大擴展了機器視覺(jué)的應用場(chǎng)景,加速促進(jìn)了機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國陸續涌現出近百家機器視覺(jué)新創(chuàng )企業(yè),很多自動(dòng)化設備公司也增設了機器視覺(jué)部門(mén),此外安防監控領(lǐng)域的一些企業(yè)也開(kāi)始研發(fā)應用機器視覺(jué)技術(shù)。
AI算法的發(fā)展使我國機器視覺(jué)進(jìn)入發(fā)展中期。從2010年開(kāi)始的近十年,我國機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直保持20%-30%的增速。到2020年我國的機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)規?;九c歐洲體量相當。
究竟是什么讓我國的機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè),可以與國外逐步縮小差距,最終迎頭趕上呢?偷偷告訴你,這四大驅動(dòng)因素,可是必不可少的!
這四大因素,正在驅動(dòng)機器視覺(jué)發(fā)展
■?人口結構變化,用工成本的不斷攀升
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展,人口紅利優(yōu)勢的急速消退,勞動(dòng)力結構也在逐步的發(fā)生變化,中國老齡化將成為不可逆轉的趨勢。勞動(dòng)力供給緊張使用工成本不斷上升。
■?機器視覺(jué)本身性能優(yōu)勢顯著(zhù)
相比人類(lèi)視覺(jué),機器視覺(jué)在精確性、速度性、適應性、客觀(guān)性、重復性、可靠性、效率性、信息集成方面優(yōu)勢明顯。從具體參數看,機器視覺(jué)檢測比人工視覺(jué)檢測優(yōu)勢明顯。隨著(zhù)深度學(xué)習、3D視覺(jué)技術(shù)、高精度成像技術(shù)和機器視覺(jué)互聯(lián)互通技術(shù)的持續發(fā)展,機器視覺(jué)的性能優(yōu)勢將進(jìn)一步加大。

■?智能制造大環(huán)境的選擇
機器視覺(jué)是生產(chǎn)過(guò)程中數據采集的首選技術(shù)之一,是實(shí)現工業(yè)自動(dòng)化和智能化的必要手段,相當于人類(lèi)視覺(jué)在機器上的延伸。為了保持我國在世界制造業(yè)中的競爭地位,我國提出了三步走實(shí)現制造強國目標的《中國制造2025》綱要。

■?政策加碼助力行業(yè)發(fā)展
作為實(shí)現智能制造的核心技術(shù)之一,機器視覺(jué)長(cháng)期以來(lái)一直受到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。近年來(lái),國家不斷發(fā)布各項政策推動(dòng)行業(yè)發(fā)展,充分支持行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)擴展。
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