機(jī)器視覺(jué)（Machine Vision）作為光電技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)特定領(lǐng)域，目前已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)備受矚目的行業(yè)。隨著工業(yè)4.0浪潮襲來(lái)，機(jī)器視覺(jué)會(huì)擺脫最初“輔助工具”的地位成為生產(chǎn)系統(tǒng)的“眼睛”與“大腦”。

一、機(jī)器視覺(jué)概念及其產(chǎn)生背景

   機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，它涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理、光學(xué)、機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域，其目的就是給機(jī)器或者自動(dòng)生產(chǎn)線添加一套視覺(jué)系統(tǒng)。機(jī)器視覺(jué)是采用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量與判斷，通過(guò)計(jì)算機(jī)攝取圖像來(lái)模擬人的視覺(jué)功能，實(shí)現(xiàn)人眼視覺(jué)的延伸。通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品即（工業(yè)相機(jī)）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，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(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)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)。

   在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)已經(jīng)開(kāi)始慢慢取代人工視覺(jué)。特別是隨著工業(yè)4.0的進(jìn)一步推廣，這一趨勢(shì)愈加明顯。越來(lái)越多的從業(yè)者投入到芯片技術(shù)、圖像算法和圖形處理等技術(shù)中，機(jī)器視覺(jué)呈現(xiàn)階躍式狀態(tài)，與此同時(shí)也助推了機(jī)器視覺(jué)更高速、良性的發(fā)展方向。機(jī)器視覺(jué)作為近20多年的新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展大大提高了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的靈活性和智能性水平。特別是近幾年中國(guó)的視覺(jué)類產(chǎn)品以及專門從事視覺(jué)產(chǎn)品、設(shè)備銷售和研發(fā)的公司更是如雨后春筍般，公眾對(duì)視覺(jué)的接受度和依賴度越來(lái)越高。

二、機(jī)器視覺(jué)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

   機(jī)器視覺(jué)的概念起始于20世紀(jì)60年代，最先的應(yīng)用來(lái)自"機(jī)器人"的研制。最早基于視覺(jué)的機(jī)器系統(tǒng)，先由視覺(jué)系統(tǒng)采集圖像并進(jìn)行處理，然后通過(guò)計(jì)算估計(jì)目標(biāo)的位置來(lái)控制機(jī)器運(yùn)動(dòng)。1979年提出了視覺(jué)伺服（Visual Servo）概念，即可以將視覺(jué)信息用于連續(xù)反饋，提高視覺(jué)定位或追蹤的精度。在國(guó)外，機(jī)器視覺(jué)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%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。從全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，國(guó)際機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)正處于產(chǎn)業(yè)成熟期，未來(lái)3～5年歐美日機(jī)器視覺(jué)技術(shù)仍將有不斷創(chuàng)新，國(guó)際機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模有望繼續(xù)增長(zhǎng)。

   縱觀中國(guó)的機(jī)器視覺(jué)行業(yè)，始終是伴隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。中國(guó)的機(jī)器視覺(jué)起步相對(duì)較晚，從20世紀(jì)90年代末開(kāi)始起步，直到2009年以后才正式進(jìn)入高速發(fā)展期。其間經(jīng)歷了啟蒙階段、發(fā)展階段、快速發(fā)展階段、逐步成熟階段。究其主要原因?yàn)�，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)本身屬于新興的領(lǐng)域，加之機(jī)器視覺(jué)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。

   目前國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)大多為國(guó)外品牌，國(guó)內(nèi)大多機(jī)器視覺(jué)公司基本上是靠代理國(guó)外各種機(jī)器視覺(jué)品牌起家。近年來(lái)，隨著各大高校及企業(yè)紛紛投入研發(fā)，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)專利數(shù)量逐年增加，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)公司規(guī)模逐漸做大，技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，機(jī)器視覺(jué)的功能及應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展逐漸完善和推廣。其中特別是CCD工業(yè)攝像機(jī)、智能相機(jī)、ARMFPGA、圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展。據(jù)悉，中國(guó)目前已成為繼美國(guó)、日本之后全球第三大機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。2015年，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到61.2億元，預(yù)計(jì)在2016-2020年間中國(guó)制造在機(jī)器視覺(jué)上維持20%的增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)到2020年前后，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)152億元，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)成熟期�！�

   機(jī)器視覺(jué)發(fā)展歷程

   20世紀(jì)50年代：主要集中在二維圖像的簡(jiǎn)單分析和識(shí)別上，如字符識(shí)別，工件表面、顯微圖片和航空?qǐng)D片的分析和解釋等。

   20世紀(jì)60年代：MIT(Massachusetts Institute of Technology)的Roberts通過(guò)計(jì)算機(jī)程序從數(shù)字圖像中提取出諸如立方體、楔形體、棱柱體等多面體的三維結(jié)構(gòu)，并對(duì)物體形狀及物體的空間關(guān)系進(jìn)行描述。他的研究工作開(kāi)創(chuàng)了以理解三維場(chǎng)景為目的的三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究。

   20世紀(jì)70年代：首次提出較為完整的視覺(jué)理論，已經(jīng)出現(xiàn)了一些視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)。70年代中期，MIT人工智能（Artificial Intelligence）實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)設(shè)"機(jī)器視覺(jué)"課程。1973年MITAI Lab吸引了國(guó)際上許多知名學(xué)者參與視覺(jué)理論、算法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，D. Marr教授就是其中的一位。他于1977年提出了視覺(jué)計(jì)算理論（Vision Computational Theory），該理論在80年代成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的一個(gè)十分重要的理論框架。

   80年代中期：計(jì)算機(jī)視覺(jué)獲得蓬勃發(fā)展，新概念、新方法、新理論不斷涌現(xiàn)。

   90年代中期：隨著微處理器、半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，以及勞動(dòng)力成本上升和高質(zhì)量產(chǎn)品的需求，國(guó)外機(jī)器視覺(jué)于20世紀(jì)90年代進(jìn)入高速發(fā)展期，廣泛運(yùn)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

   目前，機(jī)器視覺(jué)已形成幾個(gè)重要研究分支：1）目標(biāo)制導(dǎo)的圖像處理；2）圖像處理和分析的并行算法；3）從二維圖像提取三維信息；4）序列圖像分析和運(yùn)動(dòng)參量求值；5）視覺(jué)知識(shí)的表示；6）視覺(jué)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)等。

三、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)  

   在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)相對(duì)于人眼識(shí)別體現(xiàn)了較大優(yōu)勢(shì)。機(jī)器視覺(jué)具有自動(dòng)化、客觀、非接觸和高精度等特點(diǎn)。特別是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)的精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性與安全性，在重復(fù)和機(jī)械性的工作中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

   精確性——由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品，機(jī)器仍然會(huì)更加精確，因?yàn)樗�的精度能夠達(dá)到千分之一英寸。特別是檢測(cè)生產(chǎn)線上高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，機(jī)器視覺(jué)更具優(yōu)勢(shì)。

   重復(fù)性——機(jī)器可以以相同的方法一次一次的完成檢測(cè)工作而不會(huì)感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)都會(huì)有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品時(shí)完全相同的。

   客觀性——人眼檢測(cè)還有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來(lái)的主觀性，檢測(cè)結(jié)果會(huì)隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒(méi)有喜怒哀樂(lè)，檢測(cè)的結(jié)果自然非�？捎^可靠。

   效率高——機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，實(shí)現(xiàn)更為快速的產(chǎn)品檢測(cè)，同時(shí)也易于加工過(guò)程中的信息集成，尤其是在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

   成本低——由于機(jī)器比人快，一臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器能夠承擔(dān)多人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率從而降低生產(chǎn)成本。