工業“慧”眼 機器視覺縱馬馳騁千行百業

機器視覺是感知產業不可或缺的一部分，是人工智能最大的一個應用場景，是數字基礎設施的關鍵能力和智能世界的入口。相比人類視覺，機器視覺在精確性、速度性、適應性、客觀性、重復性、可靠性、效率性、信息集成方面優勢明顯，當前已滲入到電子、汽車、電池、半導體、包裝、食品/藥品等眾多行業。

近年來我國機器視覺市場長期保持著20%的均速增長，其中2021 年中國機器視覺市場增速超過 45%。根據GGII預測，到2025年我國機器視覺市場規模將達到468.74億元，2021-2025年復合增速達到36%。

“從今往后便都是好日子”，這句電視劇中的經典臺詞，如今也同樣可以映射到機器視覺市場中。

機器視覺的發展史

機器視覺技術是計算機學科的一個重要分支，其功能以及應用范圍隨著工業自動化的發展逐漸完善和推廣。

機器視覺技術最早可以追溯到20世紀50年代開始研究的二維圖像統計模式識別，隨后60年代Roberts開始進行著三維機器視覺的研究，70年代中，MIT人工智能實驗室正式開設“機器視覺”的課程，80年代全球性的研究熱潮涌現，機器視覺相關新概念、新理論層出不窮，迎來了蓬勃發展的契機。

1990～1998年期間，市場需求不大，工業界的很多工程師對機器視覺沒有概念，企業也沒有認識到質量控制的重要性，國際機器視覺廠商還沒有進入中國市場。

1998～2002屬于概念引入期，越來越多的電子和半導體工廠，包括香港和臺灣投資的工廠，落戶廣東和上海。經過長期市場開拓和培育，不僅僅是半導體和電子行業，而且在汽車、食品、飲料、包裝等行業中，一些頂級廠商開始認識到機器視覺對提升產品品質的重要作用。

2002年至今，機器視覺進入發展期。各個行業，越來越多的客戶開始尋求視覺檢測方案；越來越多的本地公司開始在他們的業務中引入機器視覺；許多跨國公司在中國建立自己的分支機構，來管理關鍵的客戶以及向合作伙伴提供技術和商務支持。

機器視覺行業技術與產品滲透至各個產業，相關的主要法律、法規、部門規章及規范性文件融入智能制造、人工智能、數字經濟、新型基礎設施建設等國家戰略，并以視覺圖像數據、視覺光電器件、視覺成像系統、視覺類儀器儀表、視覺類檢測設備為支持引導方向，最終部署在電子、汽車、印刷電路板、鋰電池、鋼鐵、有色金屬、農機等多個工業制造業，以及文化、旅游、廣電等其它行業。

中央印發的機器視覺行業發展十四五規劃綱要明確要求到2021年機器視覺行業將增加23%，各地方出臺了地方政策，提高機器視覺行業滲透率。

機器視覺的廣泛應用

機器視覺系統是指利用機器替代人眼做出各種測量和判斷，一個完整的機器視覺系統包括：照明光源、光學鏡頭、 CCD 攝相機、圖像采集卡、圖像檢測軟件、監視器、通訊單元等。本質上是為機器植入“眼睛”和 “大腦”。其中“眼睛”指圖像采集硬件（相機、鏡頭、光源等），“大腦”指圖像處理算法和軟件。

其工作過程大致為：當傳感器探測到被檢測物體接近運動至攝像機的拍攝中心，將觸發脈沖發送給圖像采集卡；圖像采集卡根據已設定的程序和延時，將啟動脈沖分別發送給照明系統和攝像機；一個啟動脈沖送給攝像機，攝像機結束當前的拍照，重新開始一副新的拍照，或者在啟動脈沖到來前攝像機處于等待狀態，檢測到啟動脈沖后啟動，在開始新的一副拍照前攝像機打開曝光構件（曝光時間事先設定好）；另一個啟動脈沖送給光源，光源的打開時間需要與攝像機的曝光時間匹配；攝像機掃描和輸出一幅圖像；圖像采集卡接收信號并通過A/D轉換將模擬信號數字化，或者是直接接收攝像機數字化后的數字視頻數據；圖像采集卡將數字圖像存儲在計算機的內存中；計算機對圖像進行處理、分析和識別，獲得檢測結果；處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。

以往大批量工業生產過程中，主要靠人工視覺對產品進行測量、識別和分析。由于人工視覺處理時，效率低，穩定性差且精度不高，用機器視覺可以大幅度提高處理效率和自動化程度；同時，在一些不適合人工作業的危險工作環境或人眼難以滿足要求的場合，也常用機器視覺來替代人眼，如核電站監控、晶圓缺陷檢測。

由于機器視覺系統可快速獲取大量信息，且易于自動處理及信息集成，故在現代自動化生產過程中，機器視覺系統廣泛用于品質檢測與控制、自動化導航與導引、物體識別與分類、醫療影像分析、物流與倉儲管理等方面。

機器視覺應用的廣闊前景

2016~2019年，全球機器視覺市場規模不斷擴大，至2019年突破100億美元，達到了102億美元。我國機器視覺行業發展歷程雖然短暫，但發展速度較快。近年來，伴隨著我國經濟的發展、工業水平的進步，特別是3C電子行業自動化的普及和深入，我國的機器視覺行業迎來了空前的發展機遇。目前來看，機器視覺在制造領域的應用實踐不斷豐富。根據中國機器視覺產業聯盟發布的數據顯示，2020年，機器視覺在電子電氣、半導體、汽車、印刷包裝、食品加工等領域得到廣泛應用，上述幾個應用市場在全部下游應用的比重高達82.4%，其中電子電氣行業應用占比52.9%。根據國家統計局數據顯示，2021年我國第三產業增加值占GDP的比重已達56.5%，比上年同期增長7.5%。服務業中大量簡單勞動的崗位可以被服務機器人替代，而由于勞動成本的攀升，第三產業增加值不斷增長將刺激智能化需求擴張。機器視覺的出現及其技術的完善進步將逐步推動智能設備替代人類從事程序化、重復度高的簡單勞動，并通過機器的低邊際成本、低錯誤率等特征提高工作經營的效率。

另外，2021年中國進行了第七次人口普查，根據人口普查報告，60歲以下人口占81.30%，較2010年下降5.44個百分點；60歲以上人口占18.70%，較2010年增加5.44個百分點；預計2030年，中國60歲以下人口占75.2%，老齡化問題不斷加深，老年人日常生活、精神狀態以及醫療健康等需求將成為重要的社會問題。機器視覺技術為老年提供服務機器人服務以及醫療健康相關智能設備輔助方案，可以成為新的現代化解決方案，因此長期的需求旺盛和不斷創新完善的應用場景有望持續性拉動機器視覺產業發展。

未來

將機器視覺與其他傳感器數據進行融合，可以提供更全面和準確的環境感知和理解能力；隨著移動設備和嵌入式系統的普及，機器視覺將更廣泛地應用于智能手機、智能家居、無人機等設備中，為用戶提供更智能和便捷的體驗?？傊?，機器視覺在許多領域都具有廣泛的應用前景，隨著技術的不斷進步和創新，它將帶來更多智能化、自動化和高效率的解決方案。