進(jìn)入2022年，智能制造成為政府“兩會(huì)”中的熱門詞匯。

　　一方面，國(guó)家發(fā)改委、工業(yè)部、科技部等八部門發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》的通知，提出國(guó)家級(jí)的頂層設(shè)計(jì);另一方面，各地方政府，如北上廣深等一線城市，都已經(jīng)出臺(tái)相應(yīng)政策細(xì)則，為推進(jìn)智能制造提供制度保障。

　　而在實(shí)現(xiàn)智能制造、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)作為不可或缺的技術(shù)，承擔(dān)起讓機(jī)械“看得懂、看得細(xì)、抓得牢、送得快”的橋梁作用。

　　換句話說(shuō)，要讓機(jī)器代替人力，首先要給機(jī)器裝上“雙眼”，使之能夠“看得見(jiàn)”，然后才能像人一樣工作，這就是機(jī)器視覺(jué)。

　　作為人工智能的一個(gè)分支，機(jī)器視覺(jué)具備人所不能擁有的優(yōu)勢(shì)：精度高、可適用于危險(xiǎn)工作環(huán)境，并且識(shí)別效率高，可無(wú)間斷工作等等。實(shí)際上，機(jī)器視覺(jué)并非新事物，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在外觀檢測(cè)與識(shí)別、貨物分揀等工業(yè)流程之中。

　　目前的機(jī)器視覺(jué)仍以2D為主，即通過(guò)攝像頭拍到物體平面的照片，然后通過(guò)圖像分析或比對(duì)來(lái)識(shí)別物體，其局限在于只能觀測(cè)到物體平面的特征，成像精度容易受照明條件影響，因而適合一些對(duì)技術(shù)要求不高的中低端制造業(yè)。

　　在一些高端制造領(lǐng)域，例如生物科技、精密半導(dǎo)體等對(duì)測(cè)量精度要求極高的產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)的2D解決方案已經(jīng)不能滿足需求，3D視覺(jué)正逐漸崛起，成為市場(chǎng)新寵。

　　1、3D機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于各行各業(yè)

　　目前，機(jī)器視覺(jué)在制造業(yè)質(zhì)量控制領(lǐng)域是至關(guān)重要的技術(shù)，尤其在汽車制造行業(yè)有大量的應(yīng)用案例，包括汽車零部件尺寸、外觀、形狀缺陷檢測(cè)，以及視覺(jué)引導(dǎo)定位等。還有，在食品行業(yè)和電子行業(yè)和醫(yī)療行業(yè)需要使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

　　(1)汽車制造的應(yīng)用

　　在汽車制造業(yè)中，機(jī)器視覺(jué)使用非接觸式測(cè)量技術(shù)逐漸發(fā)展為在線測(cè)量系統(tǒng)，例如固定在線測(cè)量站和機(jī)器人柔性在線測(cè)量站，它們可以嚴(yán)格監(jiān)控車身尺寸波動(dòng)并提供數(shù)據(jù)支持。 除了傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量和激光在線測(cè)量之外，藍(lán)光掃描測(cè)量，表面缺陷測(cè)量和其他視覺(jué)測(cè)量方法還可以執(zhí)行更精確的測(cè)量，并提供對(duì)車身基本特征尺寸，車身的高精度監(jiān)控 組裝效果和缺陷。

　　(2)食品加工行業(yè)的應(yīng)用

　　在食品加工業(yè)里一直在使用二維機(jī)器視覺(jué)技術(shù)利用高線速來(lái)進(jìn)行對(duì)水果蔬菜的分類。但對(duì)于食品的表面特征，如食品的體積、高度等，用二維技術(shù)很難獲取這些信息。為了精確測(cè)量食品的體積，企業(yè)把三維激光檢查系統(tǒng)和二維視覺(jué)檢查系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)使食品加工達(dá)到最優(yōu)化，滿足對(duì)包裝食品越來(lái)越嚴(yán)厲的視覺(jué)要求。這種系統(tǒng)使用底面格列式的電荷耦合器(CCD)來(lái)捕捉反射的激光線。圖像處理算法是根據(jù)食品的激光位移采用三角網(wǎng)法來(lái)確定Z坐標(biāo)軸上的信息，也就是高度，然后與激光檢查系統(tǒng)得到的X，Y坐標(biāo)軸上的信息結(jié)合在一起算出食品的形狀和體積。

　　(3)消費(fèi)電子行業(yè)的應(yīng)用

　　在消費(fèi)電子領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)主要用于PCB / FPCAOI檢查，組件和整機(jī)外觀檢查，組裝引導(dǎo)等應(yīng)用，并呈現(xiàn)出越來(lái)越多的新應(yīng)用場(chǎng)景?？梢哉f(shuō)，消費(fèi)電子制造業(yè)的興起帶動(dòng)了機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。

　　PCB缺陷檢測(cè)主要包括兩個(gè)部分：焊點(diǎn)缺陷檢測(cè)和組件檢測(cè)。傳統(tǒng)的人工目視檢查方法容易遺漏檢查，效率低，成本低。機(jī)器視覺(jué)PCB的優(yōu)點(diǎn)是確保操作員可以在添加PCB之前及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題。另外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，可以有效地避免維修或丟棄，操作者可以及時(shí)得到反饋，以判斷操作中的印刷工藝是否運(yùn)行良好，從而達(dá)到防止生產(chǎn)不良的目的。

　　此外，在服務(wù)領(lǐng)域，未來(lái)很多硬件產(chǎn)品都會(huì)擁有3D視覺(jué)技術(shù)，很多產(chǎn)品都會(huì)有視覺(jué)的需求，它可能是2D和3D的融合，也有可能是新的人工智能技術(shù)與新的硬件技術(shù)，相互之間把視覺(jué)技術(shù)聯(lián)合起來(lái)，讓智能硬件產(chǎn)品更加智能。在智能家居場(chǎng)景中，人臉識(shí)別、物體識(shí)別也開(kāi)始應(yīng)用，這些場(chǎng)景都是需要用到視覺(jué)技術(shù)，未來(lái)3D視覺(jué)技術(shù)很快就會(huì)被串聯(lián)起來(lái)用到各個(gè)領(lǐng)域，充當(dāng)更多硬件產(chǎn)品的眼睛。

　　2、3D視覺(jué)之難：場(chǎng)景、成本

　　和消費(fèi)類電子不同，3D視覺(jué)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用，由于場(chǎng)景碎片化，顯得更為復(fù)雜。

　　熵智科技創(chuàng)始人趙青在接受雷峰網(wǎng)采訪時(shí)曾表示，3D視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用落地面臨兩大難點(diǎn)：

　　3D視覺(jué)技術(shù)對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景要有強(qiáng)適應(yīng)能力;

　　3D視覺(jué)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)的銜接。

　　首先，制造業(yè)的生產(chǎn)場(chǎng)景非常復(fù)雜，3D視覺(jué)在實(shí)驗(yàn)室中的效果，可能在實(shí)際場(chǎng)景中無(wú)法體現(xiàn)，這就要求3D視覺(jué)對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景具備強(qiáng)適應(yīng)能力。例如，在反光、暗黑、覆膜和遠(yuǎn)距離等條件下是否依然可以準(zhǔn)確感知、識(shí)別出物體。

　　其次，3D視覺(jué)在感知到物體的三維信息后，需要與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行銜接來(lái)完成任務(wù)。這又涉及避碰檢測(cè)、手眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、節(jié)拍優(yōu)化和力控等技術(shù)。

　　但機(jī)器本身很難像人一樣，大腦發(fā)出指令就能完成動(dòng)作;機(jī)器需要對(duì)輸入的信息進(jìn)行解讀，并且將指令傳送到各個(gè)部分，進(jìn)而執(zhí)行命令。其中一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，就會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗。

　　最后，技術(shù)本身很難通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各場(chǎng)景的適配，甚至在同一場(chǎng)景上，對(duì)技術(shù)的要求都各不相同。比如，在產(chǎn)品的缺陷檢測(cè)上，廠商的標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，對(duì)于缺陷的定義也各不相同，很難做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的缺陷檢測(cè)工藝。

　　除了場(chǎng)景化難題之外，3D視覺(jué)所依賴的傳感器(主要為攝像頭)也還無(wú)法實(shí)現(xiàn)在保證抗環(huán)境光干擾能力強(qiáng)、測(cè)距精度高、分辨高的同時(shí)，降低成本，提高性價(jià)比。

　　因此，目前 3D 視覺(jué)的應(yīng)用主要依據(jù)使用場(chǎng)景和預(yù)算來(lái)選擇相機(jī)，然后根據(jù)相機(jī)成像結(jié)果來(lái)進(jìn)行定制化的算法開(kāi)發(fā)。這種成本高、周期久的開(kāi)發(fā)模式嚴(yán)重限制了 3D 視覺(jué)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用。

　　3、國(guó)產(chǎn)3D視覺(jué)技術(shù)之路：困難重重

　　根據(jù)中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)以中小企為主，銷售額在1億元以下的企業(yè)占據(jù)83.5%，而基恩士的銷售額早已突破百億(2020年為321.61億元)，相比較而言，國(guó)內(nèi)過(guò)億營(yíng)收的企業(yè)為奧普特(2020年為6.42億元，僅為基恩士的2%)。

　　可以說(shuō)，在以2D視覺(jué)為主的機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，全球市場(chǎng)已經(jīng)形成基恩士和康耐視壟斷的局面，而3D視覺(jué)技術(shù)的出現(xiàn)，被視為改變當(dāng)前格局的技術(shù)推力。

　　作為新技術(shù)，3D視覺(jué)所面臨的場(chǎng)景化難點(diǎn)，是所有企業(yè)都必須解決的問(wèn)題。目前無(wú)論是國(guó)外的基恩士、康耐視，還是國(guó)內(nèi)的安防巨頭，如海康威視;亦或者諸多AI視覺(jué)公司、機(jī)器視覺(jué)公司，在3D視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，都處于同一起跑線上。

　　不過(guò)，相較于國(guó)外巨頭，國(guó)內(nèi)企業(yè)先天性存在三個(gè)不足。

　　對(duì)場(chǎng)景的理解。

　　不論是基恩士，還是康耐視，都已經(jīng)成立數(shù)十年，且占據(jù)著機(jī)器視覺(jué)的絕大部分市場(chǎng);多年的積累使其在探索3D視覺(jué)的應(yīng)用時(shí)更具優(yōu)勢(shì)，許多場(chǎng)景難點(diǎn)都可以基于以往經(jīng)驗(yàn)做試探，減少不必要開(kāi)支。

　　國(guó)內(nèi)企業(yè)成立時(shí)間較短，對(duì)場(chǎng)景的理解需要一步步探索，甚至多走彎路，為此付出高昂的時(shí)間、資金成本。

　　缺乏硬件能力。

　　機(jī)器視覺(jué)的主要邏輯是，對(duì)收集到的圖像信息進(jìn)行分析處理，智能設(shè)備根據(jù)處理的信息做出相應(yīng)判斷。這一過(guò)程中，鏡片以及鏡頭的質(zhì)量對(duì)獲取圖像信息的準(zhǔn)確性起到非常關(guān)鍵的作用。

　　國(guó)內(nèi)多數(shù)公司以軟件算法切入，集中在應(yīng)用層，缺少相應(yīng)的硬件能力。國(guó)內(nèi)3D視覺(jué)的核心相機(jī)大部分為外購(gòu)，包括IDS、康耐視、基恩士、佳能等，而在鏡頭方面，高端市場(chǎng)仍為徠卡、施耐德、尼康、富士等國(guó)外品牌所壟斷。

　　穩(wěn)定的客戶群體。

　　對(duì)于客戶而言，隨意更換合作伙伴，很容易增加試錯(cuò)成本。即便是新技術(shù)，客戶也往往愿意選擇已經(jīng)有過(guò)合作的技術(shù)供應(yīng)商。顯然，國(guó)外巨頭具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而國(guó)內(nèi)企業(yè)要發(fā)展，只能一步一步“升級(jí)打怪”，以技術(shù)和產(chǎn)品獲取用戶信任，逐漸建立起屬于自己的客戶群。

　　這反映出一個(gè)深刻的現(xiàn)實(shí)：在新技術(shù)面前，企業(yè)都是平等的，但老牌企業(yè)仍然可以依據(jù)自身的業(yè)務(wù)生態(tài)，對(duì)新(小)企業(yè)實(shí)施降維打擊。

　　因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)要追趕國(guó)外巨頭，除了技術(shù)突破以外，還需要建立起穩(wěn)定的生態(tài)圈，這是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱難的過(guò)程。

　　4、工業(yè)3D視覺(jué)的未來(lái)“視界”

　　作為工業(yè)生產(chǎn)線機(jī)器設(shè)備的重要感知部分，近年來(lái)在工業(yè)4.0的升級(jí)改造背景中，工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)作為核心技術(shù)單元之一產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展迅速，目前加速在多個(gè)制造行業(yè)中滲透，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模也呈現(xiàn)加速擴(kuò)容的情形。

　　GGII數(shù)據(jù)顯示，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，預(yù)計(jì)到2023年我國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到208.6億元，其中3D視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到34.28億元;預(yù)計(jì)至2025年我國(guó)3D視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)100億元。

　　工業(yè)3D視覺(jué)，為智能制造打開(kāi)新視域

　　隨著智能制造、精密加工對(duì)于生產(chǎn)流程和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提出更高要求，3D視覺(jué)系統(tǒng)也向著更加廣泛的機(jī)器“視界”領(lǐng)域演進(jìn)，這些變化和要求使得3D視覺(jué)應(yīng)用被打開(kāi)，加速了3D機(jī)器視覺(jué)在制造業(yè)的廣泛落地。下一步在工業(yè)和智能化深度融合的過(guò)程中，也會(huì)有這些趨勢(shì)變化呈現(xiàn)。

　　① 工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)趨于高性能、多場(chǎng)景。

　　隨著3D成像技術(shù)的不斷迭代，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的性能也會(huì)水漲船高往高性能方向發(fā)展。主要表現(xiàn)為工業(yè)相機(jī)成像分辨率不斷提高，圖像采集速度以及傳輸?shù)目煽啃圆粩嘣鰪?qiáng)，同時(shí)光源從可見(jiàn)光向非可見(jiàn)光擴(kuò)展，相機(jī)從單光譜項(xiàng)多、高光譜延伸，擴(kuò)充機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　② 向智能化，實(shí)時(shí)性發(fā)展。

　　智能化主要以云計(jì)算，大數(shù)據(jù)，人工智能等新技術(shù)為依托，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)等技術(shù)提高工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)處理、分析的能力，智能化將是未來(lái)工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)的核心賣點(diǎn)之一，不斷提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量一致性。而在數(shù)字基建中作為核心發(fā)展的5G技術(shù)將與工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)結(jié)合，依托5G大帶寬、低時(shí)延、高可靠性的性能為工業(yè)3D視覺(jué)提供實(shí)時(shí)的計(jì)算、高數(shù)據(jù)安全性，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)中斷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

　　③ 工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)向集成化，小型化方向發(fā)展。

　　隨著工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)核心零部件制造工藝和光學(xué)性能的不斷提升，未來(lái)工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)逐漸往小型化，集成化方向發(fā)展，光學(xué)模組、通信模組和計(jì)算模組，會(huì)不斷集成到一個(gè)單一設(shè)備中，集成化的設(shè)備也拓寬了機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　第四代的視覺(jué)技術(shù)的革新才剛剛開(kāi)始，在超高精度測(cè)量等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的企業(yè)逐漸邁出了步伐，未來(lái)還有非常廣闊的上升空間。第四次視覺(jué)革命為工業(yè)生產(chǎn)線的設(shè)備賦予了一雙雙智慧立體的眼睛，隨著硬件設(shè)備技術(shù)不斷進(jìn)步，算法與軟件持續(xù)優(yōu)化，機(jī)器除了能看清立體的三維世界，也會(huì)更能看“懂”世界。

　　工業(yè)3D視覺(jué)廠商在升級(jí)打怪的道路上也會(huì)不斷地完善技術(shù)體系，看得更快更清晰。無(wú)論是產(chǎn)業(yè)界，還是投資界，都在這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中給予工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)視覺(jué)信息正反饋的升維，更重要的是工業(yè)3D視覺(jué)在全球競(jìng)爭(zhēng)格局里不斷迭代，蹚出了一條中國(guó)化的競(jìng)爭(zhēng)力升維。

　　在這場(chǎng)轟轟烈烈的視覺(jué)革命中，低成本、高性能的工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)將作為未來(lái)工廠智能硬件設(shè)備的核心，支撐AIOT智能硬件的快速發(fā)展，助推工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)萬(wàn)物互聯(lián)開(kāi)啟。