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三維視覺(jué)數(shù)字化行業(yè)基本情況分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 思看科技    2023-06-18

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)作為與工業(yè)應(yīng)用結(jié)合最為緊密的人工智能技術(shù)之一，通過(guò)對(duì)圖像的智能分析，使工業(yè)裝備具有了基本的識(shí)別和分析能力。工業(yè)機(jī)器視覺(jué)是軟硬件一體化的集成系統(tǒng)，其目的是代替人眼對(duì)被測(cè)物進(jìn)行觀察和判斷。

從組成上，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包括光源、鏡頭、相機(jī)等，軟件主要包括標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像處理算法或基于深度學(xué)習(xí)的圖像處理算法。系統(tǒng)工作時(shí)首先依靠硬件系統(tǒng)將外界圖像捕捉并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，然后依靠軟件算法對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行處理。機(jī)器視覺(jué)在識(shí)別的精確度、速度、抗干擾性、可靠性、工作效率、工作環(huán)境要求、數(shù)據(jù)價(jià)值方面都優(yōu)于人工視覺(jué)。

機(jī)器視覺(jué)是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵、核心技術(shù)之一，長(zhǎng)期以來(lái)一直受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)和支持，市場(chǎng)近年來(lái)呈現(xiàn)持續(xù)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。2021 年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》明確提出到 2025 年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)大部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，智能制造裝備和工業(yè)軟件技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力顯著提升，研發(fā)數(shù)字化非接觸精密測(cè)量、在線無(wú)損檢測(cè)、激光跟蹤測(cè)量等智能檢測(cè)裝備等。

2022 年，科技部發(fā)布《關(guān)于支持建設(shè)新一代人工智能示范應(yīng)用場(chǎng)景的通知》提出充分發(fā)揮人工智能賦能經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的作用，圍繞構(gòu)建全鏈條、全過(guò)程的人工智能行業(yè)應(yīng)用生態(tài)，支持一批基礎(chǔ)較好的人工智能應(yīng)用場(chǎng)景。據(jù) Marketsand Markets 研究數(shù)據(jù)，全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)收入規(guī)模 2022 年約 880 億元人民幣，高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）預(yù)計(jì)到 2025 年該全球市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 1,200 億元人民幣。

目前，受限于軟硬件等各方面的限制，二維（2D）機(jī)器視覺(jué)發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)更為成熟。隨著工業(yè)智能化水平的不斷提升，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的需求從簡(jiǎn)單的有無(wú)檢測(cè)、瑕疵檢測(cè)升級(jí)為三維（3D）尺寸檢測(cè)、復(fù)雜曲面檢測(cè)。三維機(jī)器視覺(jué)具有可以識(shí)別空間坐標(biāo)信息和空間 3D 位置關(guān)系，因此在精準(zhǔn)測(cè)量和自動(dòng)化等方面都有較大優(yōu)勢(shì)。近些年來(lái)，3D 機(jī)器視覺(jué)在智能制造、高端裝備、自動(dòng)化設(shè)備等先進(jìn)制造業(yè)中已逐步展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

二維視覺(jué)系統(tǒng)的原理是拍攝平面照片，通過(guò)圖像分析或?qū)Ρ茸R(shí)別對(duì)象，可以看到對(duì)象的平面特征，可以用于缺陷檢測(cè)、離散對(duì)象分析模式對(duì)齊、條形碼和光學(xué)字符識(shí)別以及基于邊緣檢測(cè)的各種二維幾何分析。由于二維視覺(jué)無(wú)法獲取對(duì)象的空間坐標(biāo)信息，因此不支持與形狀相關(guān)的測(cè)量，例如對(duì)象的平面度、表面角度、體積或區(qū)分相同顏色的對(duì)象的特征，或區(qū)分接觸側(cè)對(duì)象的位置，以及二維視覺(jué)測(cè)量對(duì)象的對(duì)比度，這意味著特別依賴于光線和顏色/灰度的變化，測(cè)量精度容易受到變量照明條件的影響。

三維視覺(jué)系統(tǒng)則是使用專業(yè)機(jī)器設(shè)備采集視野空間內(nèi)每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字化模型。三維視覺(jué)系統(tǒng)在生產(chǎn)檢測(cè)過(guò)程中，可更為全面獲取被測(cè)物體的詳細(xì)三維數(shù)據(jù)，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜高端制造領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。

從二維機(jī)器視覺(jué)轉(zhuǎn)向三維機(jī)器視覺(jué)是以航空航天、汽車制造及工程機(jī)械為代表的高端先進(jìn)制造業(yè)未來(lái)的必然趨勢(shì)。三維數(shù)字化是構(gòu)建三維機(jī)器視覺(jué)的重要基礎(chǔ)，運(yùn)用三維工具（軟件或儀器），通過(guò)傳統(tǒng)接觸式傳感技術(shù)或現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)中實(shí)物的三維數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集并轉(zhuǎn)化成三維數(shù)字化模型，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器對(duì)三維空間目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、測(cè)量、跟蹤、描述、記錄存儲(chǔ)和理解等功能。

三維視覺(jué)數(shù)字化通過(guò)光學(xué)原理，通常在不用接觸物體的情況下，以多種方式掃描物體后，識(shí)別收集視野內(nèi)空間每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，使計(jì)算機(jī)得到空間的三維數(shù)據(jù)，并將實(shí)物三維信息轉(zhuǎn)換成為三維數(shù)字化模型。目前，三維視覺(jué)數(shù)字化相關(guān)產(chǎn)品已可廣泛應(yīng)用于工業(yè)級(jí)高精度制造領(lǐng)域及專業(yè)級(jí)高效率的復(fù)雜場(chǎng)景中，并仍在快速拓展更廣的應(yīng)用場(chǎng)景與領(lǐng)域。

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