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机器视觉在工业中的总体趋势!
发表时间:2020-02-17 11:15
机器视觉在目前在工业中比较热的技术趋势是:3D视觉、嵌入式视觉、深度学习,此外还有高光谱视觉、OPC UA标准等。

  3D视觉处于成长阶段。嵌入式视觉和深度学习处于创建阶段。这个观点来自德国的一位分析人士。

  这位德国分析师认为机器视觉业处于成熟阶段。回顾历史,1985—2000年是创建阶段:当时有需求了,很多公司是从应用系统开始做起。2000—2015年进入成长阶段,这时候产生了分化,有些做系统集成,专门做行业产品和应用系统;有一部分变成了部件(相机、光源、软件)研发生产商。他们通过以客户为导向的差异化产品去获得市场份额。在这个发展阶段,大家都在成长。只不过有的成长得更快一点,有的稍微慢一点。2015年后就进入成熟阶段了,此时差异化缩小了,无非就是分辨率变高一点,速度更快一点,因此价格压力就增大了。例如潘津主席2019年夏接触了一些广东会员,会员们反映竞争的压力很大。


机器视觉
 
  国际上主要有三类机器视觉公司:①一些财团把机器视觉公司买下来,组成一个项目组来做;②做自动化的公司把机器视觉作为其产品线的补充;③专业的机器视觉公司,把产品线不断丰富。当然还有一些小公司,他们也在找自己的出路,因为机器视觉尽管不是一块非常大的市场,但应用很丰富,各行各业里还有很多细分的需要用到机器视觉的地方,需要在这方面做一些研究和产品。

  3D视觉有3个主要应用领域

  1)度量。例如齿轮的测量,这是3D模型的建立,类似于过去的反向工程,或者类似三坐标测量的产品。现在很多地方可以用到一些非接触的光电测量,诸如电路板的电路测量。

  2)缺陷和完整性检测。例如接插件的高度检测。

  3)机器人应用。这部分是新涌现的,而且发展前景好。其中一个应用是跟踪,例如在一些涂胶、焊接中的应用,还有码垛、拆箱、搬移、装箱等。


机器视觉
 
  现在工业上主要应用的3D技术,按照原理可分为3类:第1类是飞行时间法(ToF)。第2种是基于三角测量原理的三维测量。第3种是光谱共焦和白光干涉。从第1类到第3类,分辨率越来越高。

  飞行时间法(ToF)有两种方式。一种通过计算脉冲,然后算时间、相位变化。第二种通过发连续波,然后进行计算。ToF用起来很简单,但精度有限。

  基于三角测量原理又分为主动和被动。被动有被动三角法、双目视觉。双目就是通过两个项来匹配,但最大的问题是要找到物体表面的反射光,即需要光源。新的主动方法可加一个头——随机的投影,投到被测物的表面,因此不用再去找物体表面的反射光,通过投影的点去匹配。还有一种基于结构光的,包括用熟悉的激光、编码的。其中激光是最早的方法,约在2010年前后出现,当时很多展会上展示这种方法,例如测轮胎尺寸、上面的刻字等。之后出现了编码结构光。

  接下来出现了光谱共焦和白光干涉。光谱共焦可测一个点、一条线,还有一个突出的特点是可以做透明物体的测量,包括玻璃的厚度等。白光干涉可以做一些特别陡的台阶、洞孔的测量。精确性高,但测量范围比以前小很多。


机器视觉
 

  可见,3D测量技术有很多种,前期推进的速度较慢。前期推广中的一个较大问题是:不像传统技术就一个框,大家的路径是差不多的。3D测量的方法有很多种,没有一种能覆盖所有的项目,需要根据不同的项目,选择不同的方法。

  例如需要根据工作距离和景深,XY方向分辨率,Z方向精度,采集条件和处理时间,被测物表面特性(诸如闪光、漫射、黑的、透明的、半透明的)等,来选择不同的型号。

  未来的发展趋势:提高速度、分辨率;软件使用更加友好、方便;新的硬件技术;新的3D方法的引入;2D与3D的互补。

  关于新的3D方法的引入和新的硬件技术,潘津主席2018年曾参加过一次德国的斯图加特展会,看到一家厂商介绍其3D项目中有定制的芯片,做出了平行光结构方法,类似于ToF,该公司对这个芯片进行了特殊处理,使得不像上文介绍的结构光,同时分辨率也能达到新水平。

  另外一个值得一提的方面是3D与2D的互补。新的3D方法,未来可能有突破的方面是把各种方法结合在一起,包括一些小公司在这方面做得好。最后一点是2D依然很重要;3D不是万能的、并非什么都能做。

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