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機(jī)器視覺行業(yè)定義及系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 思泰克    2023-11-23

1、機(jī)器視覺行業(yè)定義

根據(jù)美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（Society of Manufacturing Engineers,SME）機(jī)器視覺分會(huì)和美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（Robotic Industries Association,RIA）自動(dòng)化視覺分會(huì)對(duì)于機(jī)器視覺的定義，“機(jī)器視覺是通過光學(xué)的裝置與非接觸的傳感器自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)場(chǎng)景的圖像，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置。”

通俗來講，機(jī)器視覺是以機(jī)器替代人眼，但功能范圍不僅僅包括人眼對(duì)信息的接收，同時(shí)還延伸至大腦對(duì)信息的處理與判斷。本質(zhì)上，機(jī)器視覺是圖像分析技術(shù)在工廠自動(dòng)化中的應(yīng)用，通過使用光學(xué)系統(tǒng)、工業(yè)相機(jī)和圖像處理軟件等，模擬人類的視覺能力，并做出對(duì)應(yīng)的決策，最終通過指揮某種特定的控制裝置執(zhí)行上述決策。

機(jī)器視覺具有自動(dòng)化、高效率、高精度、非接觸以及信息數(shù)字化等特點(diǎn)，被譽(yù)為“制造業(yè)的眼睛”，對(duì)于促進(jìn)制造業(yè)向智能化升級(jí)發(fā)展具有重要意義。

2、機(jī)器視覺系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用情況

（1）機(jī)器視覺系統(tǒng)工作原理

具體來說，一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)系使用相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)以圖像的形式傳輸給專用的圖像處理系統(tǒng)，再將圖像的特征信息，包括顏色、亮度、像素、字符、間距等，轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字化信號(hào)，進(jìn)而通過不同算法抽取目標(biāo)的特征，如面積、位置、長(zhǎng)度、數(shù)量等，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度或其他條件輸出運(yùn)算結(jié)果，包括合格/不合格、有/無、尺寸、角度、個(gè)數(shù)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別、檢測(cè)測(cè)量、引導(dǎo)定位等功能。

（2）機(jī)器視覺技術(shù)因其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)已在工業(yè)中被廣泛引用

隨著技術(shù)的進(jìn)步及成本的下降，機(jī)器視覺因其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)中的滲透率日益提升。在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中，產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)和生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控 制不可或缺，工業(yè)中例如印刷品質(zhì)量檢測(cè)、機(jī)械零件的外觀檢測(cè)、產(chǎn)品包裝的 外觀檢測(cè)等都可運(yùn)用機(jī)器視覺設(shè)備。在傳統(tǒng)的人工密集型檢測(cè)行業(yè)，機(jī)器視覺 系統(tǒng)可以替代大量的檢測(cè)工人，將“人眼+簡(jiǎn)單工具”的檢測(cè)模式升級(jí)為高精度 快速的自動(dòng)檢測(cè)。

機(jī)器視覺技術(shù)因其具備的高分辨力、高精確度、高速度、客觀性、重復(fù)性、可靠性等眾多優(yōu)勢(shì)，逐步躋身于制造業(yè)的關(guān)鍵位置，推動(dòng)了工業(yè)發(fā)展智能化的進(jìn)程，具有較高的市場(chǎng)需求。

（3）電子及半導(dǎo)體、汽車制造為當(dāng)前機(jī)器視覺最重要的下游應(yīng)用領(lǐng)域

在工業(yè)領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)機(jī)器視覺應(yīng)用比重最大的是電子及半導(dǎo)體行業(yè)，但根據(jù)公開信息，機(jī)器視覺設(shè)備在電子行業(yè)的滲透率依舊較低，遠(yuǎn)低于境外同行業(yè)水平。

根據(jù)思瀚產(chǎn)業(yè)研究院相關(guān)數(shù)據(jù)，機(jī)器視覺技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于電子及半導(dǎo)體、汽車制造、食品包裝、制藥等領(lǐng)域，其中電子及半導(dǎo)體、汽車制造是當(dāng)前機(jī)器視覺最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，電子及半導(dǎo)體占據(jù)市場(chǎng)需求約為 46.6%，主要用于集成電路制造、半導(dǎo)體分立器件制造、PCB 制造、SMT 表面貼裝、LED 制造等高精度制造和質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域；汽車制造占據(jù)市場(chǎng)需求約為 10.2%，主要用于車身裝配檢測(cè)、PCB 印刷質(zhì)量檢測(cè)、零件尺寸的精密測(cè)量等系統(tǒng)和部件的制造流程。

近年來，隨著電子及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在相關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用也得以蓬勃發(fā)展，例如 SMT 檢測(cè)等國(guó)產(chǎn)設(shè)備的迅速興起，憑借產(chǎn)品性價(jià)比及服務(wù)的優(yōu)勢(shì)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的相關(guān)需求。未來，隨著人力成本上升、產(chǎn)品品質(zhì)要求提高、生產(chǎn)效率提升，機(jī)器視覺設(shè)備行業(yè)將進(jìn)入高速增長(zhǎng)期，具備良好的市場(chǎng)前景。

（4）機(jī)器視覺系統(tǒng)在下游領(lǐng)域中的具體應(yīng)用環(huán)節(jié)

目前，機(jī)器視覺的具體應(yīng)用主要可以分為四大類：缺陷檢測(cè)、尺寸測(cè)量、視覺定位及模式識(shí)別/計(jì)數(shù)，當(dāng)前的應(yīng)用也基本是基于這四大類功能來展開。

1）缺陷檢測(cè)

產(chǎn)品表面出現(xiàn)缺陷不僅僅影響產(chǎn)品的外觀，更可能對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、安全性能造成嚴(yán)重?fù)p害。檢測(cè)產(chǎn)品的外觀缺陷，最常見的包括表面裝配缺陷（如漏裝、混料、錯(cuò)配等）、表面印刷缺陷（如多印、漏印、重印等）以及表面形狀缺陷（如崩邊、凸起、凹坑等）。由于產(chǎn)品外觀缺陷種類繁雜，故外觀檢測(cè)功能在機(jī)器視覺中的應(yīng)用中屬于相對(duì)較難的類別，對(duì)視覺技術(shù)的要求相比較高。

2）尺寸測(cè)量

生產(chǎn)線上產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工過程均涉及大量的測(cè)量任務(wù)，例如生產(chǎn)過程控制、形變測(cè)量等。機(jī)器視覺設(shè)備將獲取的圖像像素信息標(biāo)定成常用的度量計(jì)算單位，然后在圖像中精確的計(jì)算出幾何尺寸，其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)高精度、高通量以及復(fù)雜形態(tài)的測(cè)量速度更快、精度更高，例如部分高精度的產(chǎn)品由于人眼測(cè)量的局限性只能抽檢，而應(yīng)用機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備后即可實(shí)現(xiàn)全檢，且誤檢率顯著下降。

3）視覺定位

利用視覺定位技術(shù)相當(dāng)于為機(jī)器裝上眼睛，引導(dǎo)機(jī)器正確的完成一些抓取動(dòng)作或?qū)y(cè)量信息與指定位置進(jìn)行比較。視覺定位在機(jī)器視覺應(yīng)用中是非?；A(chǔ)且核心的功能，可以在識(shí)別出物體的基礎(chǔ)上精確給出物體的坐標(biāo)和角度信息。

4）模式識(shí)別/計(jì)數(shù)

機(jī)器視覺在識(shí)別方面的應(yīng)用已非常普遍，一般指對(duì)已知規(guī)律的物品進(jìn)行分辨，比較容易的包含外形、顏色、圖案、數(shù)字、條碼等信息的識(shí)別，信息數(shù)據(jù)量更大或更抽象的識(shí)別包括人臉、指紋、虹膜識(shí)別等。

總體而言，從技術(shù)水平及應(yīng)用情況上，檢測(cè)、測(cè)量、定位、識(shí)別的難度是逐步遞減的，而基于四大基礎(chǔ)功能延伸出的多種細(xì)分功能在實(shí)現(xiàn)難度上也各有差異，目前 3D 的視覺功能是當(dāng)前機(jī)器視覺應(yīng)用技術(shù)中最先進(jìn)的應(yīng)用方向之一。公司生產(chǎn)的 3D 機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備在檢測(cè)、測(cè)量、定位及識(shí)別等功能上均有應(yīng)用。