給工業(yè)機(jī)器人一雙“慧眼”
http://www.ydsygx.cn在當(dāng)前以高端裝備制造為核心的智造工業(yè)4.0時(shí)代背景下，隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的深入，工業(yè)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場呈現(xiàn)不斷增長的勢頭，其中充當(dāng)工業(yè)機(jī)器人“火眼金睛”角色的機(jī)器視覺功不可沒。
智能相機(jī)、圖像軟件、視覺檢測系統(tǒng)、相機(jī)線材……在近日舉辦的第十四屆中國國際機(jī)器視覺展覽會上工業(yè)機(jī)器人 《中國科學(xué)報(bào)》記者發(fā)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人 眾多機(jī)器視覺企業(yè)借此機(jī)會機(jī)器視覺，針對實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用需求機(jī)器視覺，為用戶帶來了眾多有效的解決方案。
在當(dāng)前以高端裝備制造為核心的智造工業(yè)4.0時(shí)代背景下機(jī)器視覺，隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的深入，工業(yè)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場呈現(xiàn)不斷增長的勢頭，其中充當(dāng)工業(yè)機(jī)器人“火眼金睛”角色的機(jī)器視覺功不可沒。
隨之而來的，哪些技術(shù)有巨大發(fā)展?jié)摿Γ繖C(jī)器視覺究竟給工業(yè)機(jī)器人一雙怎樣的“慧眼”，才能夠助力工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)4.0發(fā)展道路上不斷創(chuàng)造新的篇章？以上問題也是同期舉行的中國機(jī)器視覺助力先進(jìn)制造創(chuàng)新大會上，各位專家與企業(yè)代表關(guān)心的問題。
機(jī)器視覺用途廣
機(jī)器視覺近年來一直很火，也成就了一大批企業(yè)。在展覽會現(xiàn)場的不少展臺前都可以近距離感受機(jī)器視覺帶來的沖擊。
華睿科技的工業(yè)相機(jī)從2MP（1MP=100萬像素分辨率，下同）到25MP一應(yīng)俱全，同時(shí)在今年推出了50MP CMOS（CMOS圖像傳感器為一種典型的固體成像傳感器）大面陣相機(jī)。根據(jù)物流行業(yè)需求，華睿科技還推出了三款不同的工業(yè)鏡頭系列，可滿足各種場景下的視場、景深及分辨率需求，高分辨率保證了成像清晰度。同時(shí)該公司還帶來了物流分揀的解決方案。
據(jù)參展人員介紹，華睿科技依據(jù)在機(jī)器視覺領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累，在產(chǎn)品和解決方案上不斷自主創(chuàng)新，目標(biāo)是讓視覺成為第一生產(chǎn)力。
凌云公司已同國內(nèi)多家機(jī)器人和自動(dòng)化公司協(xié)同作戰(zhàn)，向客戶提供高柔性、高精度的生產(chǎn)組裝和質(zhì)量檢測自動(dòng)化解決方案。在介紹戰(zhàn)略合作伙伴OptiTrack最近發(fā)布的無紅外LED（發(fā)光二極管）輔助的運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)Slim 13E時(shí)，凌云光技術(shù)集團(tuán)影視動(dòng)漫行業(yè)經(jīng)理李淼不遺余力，“這款攝像機(jī)將專注于大空間、多人交互的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）應(yīng)用體驗(yàn)。全新的解決方案使用了主動(dòng)式的跟蹤技術(shù)，稱為OptiTrack Active”。
這種全新的捕捉技術(shù)還具有很多優(yōu)勢：不再依靠反光，因此標(biāo)記點(diǎn)的亮度和圓度更加穩(wěn)定，能夠持續(xù)穩(wěn)定地輸出高精度的定位數(shù)據(jù)；選配短焦鏡頭，現(xiàn)實(shí)場景中即使存在掩體或交互遮擋，也能輕松捕捉，做到全局覆蓋。
據(jù)介紹，10月30日至11月3日，凌云公司作為OptiTrack中國授權(quán)代理商，將在深圳、上海、北京陸續(xù)舉辦聚焦VR行業(yè)應(yīng)用的專題研討會，全新OptiTrack Active解決方案將在中國首次亮相。
另一家機(jī)器視覺行業(yè)廠商大恒圖像研發(fā)設(shè)計(jì)出了專門針對工業(yè)級機(jī)器視覺應(yīng)用的全新一代超小型數(shù)字工業(yè)相機(jī)——水星系列千兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)。“這款相機(jī)能順利部署到空間狹小的各種工業(yè)環(huán)境中或被集成到機(jī)械手臂等自動(dòng)裝置上，完成定位、測量、缺陷檢測、目標(biāo)識別與拾取等機(jī)器視覺應(yīng)用。”中國大恒（集團(tuán)）有限公司北京圖像視覺技術(shù)分公司高級應(yīng)用工程師袁玉嬌說，“這款工業(yè)相機(jī)在去年的第十八屆中國國際博覽會上還獲得了年度最佳產(chǎn)品獎(jiǎng)。”
做好機(jī)器的“眼睛和大腦”
中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的中國機(jī)器視覺行業(yè)發(fā)展監(jiān)測分析與市場前景預(yù)測報(bào)告（2016—2020年）認(rèn)為，隨著企業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和對質(zhì)量更加嚴(yán)格的控制要求，迫切需要機(jī)器視覺來代替人工檢測。中國的工業(yè)生產(chǎn)正從依賴廉價(jià)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)向更高程度的自動(dòng)化生產(chǎn)，這帶來了對自動(dòng)化設(shè)備的大量需求。
機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、電光源照明技術(shù)，光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。“這些技術(shù)在機(jī)器視覺中是并列關(guān)系。相互協(xié)調(diào)應(yīng)用才能構(gòu)成一個(gè)成功的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)。”西安交通大學(xué)教授韓九強(qiáng)表示。
機(jī)器視覺技術(shù)是圖像獲取、分析、識別、檢測等技術(shù)的綜合。在一些不適宜人工作業(yè)的工作環(huán)境或人工視覺難以滿足高精度、高質(zhì)量要求的場合，常用機(jī)器視覺來代替人工視覺。
李淼表示，機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要求能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中惡劣的環(huán)境，要有通用的工業(yè)接口，能夠由普通工作者來操作，有較高的容錯(cuò)能力和安全性，不會破壞工業(yè)產(chǎn)品，必須有較強(qiáng)的通用性和可移植性。“機(jī)器視覺就是機(jī)器的‘眼睛和大腦’。”
據(jù)介紹，機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性；具有較寬的光譜響應(yīng)范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴(kuò)展了人眼的視覺范圍；長時(shí)間穩(wěn)定工作，機(jī)器視覺可以長時(shí)間地作測量、分析和識別任務(wù)。
“對機(jī)器視覺工程師來說，不僅要具有研究數(shù)學(xué)理論和編制計(jì)算機(jī)軟件的能力，更需要光、機(jī)、電一體化的綜合能力。”基恩士公司的一位視覺部門銷售工程師表示。
解決復(fù)雜而困難的應(yīng)用
由于國內(nèi)機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度明顯加快，機(jī)器視覺行業(yè)高級分析師嚴(yán)勝輝預(yù)計(jì)，國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展期可持續(xù)到2020年前后，之后將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)成熟期。
“在機(jī)器視覺的目標(biāo)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，要著力解決‘看得清、找得出、跟得上、打得準(zhǔn)’四個(gè)問題。”中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所教授朱明曾表示，機(jī)器視覺要進(jìn)一步解決的問題還有很多。譬如，其成像技術(shù)要解決在遠(yuǎn)距離、弱目標(biāo)的情境下，即使遇到惡劣天氣，也能夠克服器件限制；目標(biāo)檢測技術(shù)要進(jìn)一步提高，能夠精準(zhǔn)檢測到各種背景下的各種目標(biāo)；目標(biāo)識別技術(shù)要進(jìn)一步提高“人工智能”和“人在回路”等。
“國內(nèi)在機(jī)器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面雖然取得了一些成果，但與國外先進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù)和設(shè)備相比還有較大差距。”韓九強(qiáng)提出，目前國內(nèi)在機(jī)器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面主要存在技術(shù)水平較低、應(yīng)用面窄、基本處于軟硬件定制的專用視覺系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用階段、開發(fā)成本高、效率低等問題；在機(jī)器視覺算法研究方面，仍采用經(jīng)典的數(shù)字圖像處理算法和通用軟件編程開發(fā)，組態(tài)集成開發(fā)能力弱；在產(chǎn)品方面，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)器視覺技術(shù)與系統(tǒng)產(chǎn)品較少，不利于批量生產(chǎn)和推廣。
這些不足和問題，不僅局限了機(jī)器視覺的應(yīng)用范圍，還讓已有的技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜而困難。北京清影機(jī)器視覺技術(shù)有限公司總經(jīng)理曹亮認(rèn)為，目前通用的“機(jī)器視覺”多數(shù)是由人工智能計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的，一種視覺對應(yīng)一種特有的軟件和系統(tǒng)，完成一種固定的視覺任務(wù)，在算法和數(shù)據(jù)層面無法實(shí)現(xiàn)各視覺系統(tǒng)在機(jī)器視覺上的統(tǒng)一。而且，對于圖像內(nèi)容的理解方面，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在的黑箱性質(zhì)，機(jī)器無法達(dá)到令人信服的對視覺的理解要求。
曹亮將目光投向了能夠讓機(jī)器具備像人眼一樣的三維、高速、被動(dòng)成像的視覺感知功能的一項(xiàng)技術(shù)，曹亮稱之為“機(jī)器眼”。關(guān)注于遠(yuǎn)距離、大場景、實(shí)時(shí)三維被動(dòng)成像技術(shù)的曹亮表示，“希望我們的一小步，能促成機(jī)器世界的一大步”。