機(jī)器視覺(jué)的昨天、今天和明天

文:文/廣東省智能視覺(jué)工程技術(shù)研究中心柳偉2019年第三期

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)被稱為“工業(yè)之眼”,是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)精密控制、智能化和自動(dòng)化的有效途徑。作為面向工業(yè)應(yīng)用的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù),機(jī)器視覺(jué)技術(shù)最大的特點(diǎn)是“三高一低”,即實(shí)時(shí)性要求高、精度要求高,穩(wěn)定性要求高和成本要求低。

在國(guó)外,機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用普及比較廣泛,尤其在質(zhì)量檢測(cè)中占據(jù)著舉足輕重的地位。在中國(guó),機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)始于上世紀(jì)90年代,屬于新興領(lǐng)域,產(chǎn)品技術(shù)的普及相對(duì)不夠,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)公司多靠代理國(guó)外各種機(jī)器視覺(jué)品牌起家,隨著機(jī)器視覺(jué)的不斷應(yīng)用,公司規(guī)模慢慢做大,技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟。在行業(yè)應(yīng)用方面,主要有制藥、包裝、電子、汽車制造、半導(dǎo)體、紡織、煙草、交通、物流等行業(yè)。

限制機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的瓶頸是多方面的,其中最重要的可以歸結(jié)為三個(gè)方面:特征表達(dá)能力不足、認(rèn)知理論未明以及精確識(shí)別與模糊特征之間的矛盾。1.如何找到特征的有效表達(dá)?在設(shè)計(jì)普適性的特征提取算法時(shí)對(duì)計(jì)算能力和存儲(chǔ)速度的要求非常高,造成開(kāi)發(fā)成本大幅度提高。2.如何讓機(jī)器認(rèn)知這個(gè)世界?目前的共識(shí)是從分析、了解和模擬人類大腦的信息處理功能去構(gòu)建智能機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),但神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有解開(kāi)人類大腦的奧秘。3.如何實(shí)現(xiàn)模糊認(rèn)知與精準(zhǔn)識(shí)別的適配?目標(biāo)越精細(xì),越復(fù)雜,信息越大,則其模糊性和不確定性也越強(qiáng)。

綜合以上三點(diǎn),機(jī)器視覺(jué)在做的事情一方面想要借鑒人腦或人眼系統(tǒng)的靈感去處理復(fù)雜而龐大的信息流,另一方面又想摒除人腦在模式識(shí)別方面存在的精確性不足的缺陷,要實(shí)現(xiàn)這種超人工智能顯然還有很長(zhǎng)的路要走,當(dāng)前的實(shí)用技術(shù)仍然還是會(huì)限定在特定性任務(wù)場(chǎng)景,聚焦開(kāi)發(fā)特定性目標(biāo)的識(shí)別算法。

未來(lái)的機(jī)器視覺(jué)將隨著中國(guó)加工制造業(yè)的發(fā)展由初期的低端走向高端,與之相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)將朝著更集成和更智能方向發(fā)展。

一方面,機(jī)器視覺(jué)軟硬件產(chǎn)品正逐漸從單一的產(chǎn)品檢測(cè)擴(kuò)展到協(xié)作生產(chǎn)制造過(guò)程中不同階段,這就要求機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品大量采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù),產(chǎn)品接口要隨著自動(dòng)化過(guò)程的開(kāi)放而逐漸開(kāi)放,可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。自動(dòng)化企業(yè)也大力倡導(dǎo)軟硬一體化解決方案,機(jī)器視覺(jué)的廠商在未來(lái)十年內(nèi)也應(yīng)該不單純只是產(chǎn)品供應(yīng)商,而是逐漸向一體化解決方案的系統(tǒng)集成商邁進(jìn)。

另一方面,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于設(shè)備健康管理、工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。但是機(jī)器視覺(jué)任務(wù)比較復(fù)雜,最大的困難在于人的視覺(jué)機(jī)制尚不清楚。人可以用內(nèi)省法描述對(duì)某一問(wèn)題的解題過(guò)程,并用計(jì)算機(jī)加以模擬。但盡管每一個(gè)正常人都是“視覺(jué)專家”,卻不可能用內(nèi)省法來(lái)描述自己的視覺(jué)過(guò)程,因此建立智能機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是十分困難的任務(wù)。

新一輪人工智能浪潮帶來(lái)了不少性能優(yōu)良的圖像處理算法,也為機(jī)器視覺(jué)帶來(lái)了新的希望和機(jī)遇。結(jié)構(gòu)新穎、資源充足、運(yùn)算快速的硬件平臺(tái)和新型高速信號(hào)處理陣列的出現(xiàn)為機(jī)器視覺(jué)的廣泛應(yīng)用注入源源不斷的動(dòng)力,融合處理技術(shù)為工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)獲取、目標(biāo)定位、識(shí)別和測(cè)量提供新的想象空間。可以預(yù)計(jì)的是,隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展,它將在現(xiàn)代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。


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