人机一体化智能系统新视界机器视觉发展的“前世今生”

  作为人类视觉在机器上的延伸，机器视觉凭借其分辨率比较高、速度快、范围宽、适应能力强、精度高、可量化及可持续工作等优势，将图像处理应用于工业自动化领域，成为人机一体化智能系统繁荣发展的推动力。

  20世纪50年代，Gilson 提出“光流”概念，机器视觉就此萌蘖。统计模式识别运用计算机分析识别二维图像，集中研究光学字符识别（OCR）、工件表面图片分析等技术，为机器视觉提供了理论实践基础。随后，机器视觉的研究转向三维场景，研究范围继续扩展和复杂化。

  1977年，美国麻省理工教授David Marr提出将视觉分为目标与策略、表示与算法、硬件的实现三个层次，机器视觉迎来了第一次理论框架的升级。机器视觉发展至今七十余年，各种理论创新、概念升级和实践应用不断涌现，不断推动着工业智能化、产业数字化的演进。

  根据美国制造工程师协会（SME）机器视觉分会和美国工业协会（RIA）自动化视觉分会定义，机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器，自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。机器视觉被称为自动化系统的“灵魂之窗”，随着、物联网等新兴技术的融合发展，在人机一体化智能系统的浪潮下，机器视觉不停地改进革新升级、蓬勃发展。

  随着全球智能制造浪潮的推进，自动化、智能化慢慢的变成了现代工厂的发展的新趋势，“机器换人”也慢慢的变成为热议的话题。作为人类视觉在机器上的延伸，机器视觉凭借其分辨率比较高、速度快、范围宽、适应能力强、精度高、可量化及可持续工作等优势，将图像处理应用于工业自动化领域，成为人机一体化智能系统繁荣发展的推动力。

  如定义所言，机器视觉可以非接触地对目标物体进行外观检测，判断其有否表面缺陷，并获取物体坐标、角度、图像像素等信息，从而判断物体所在位置，分析计算状态参数。此外，还可以识别颜色、数字、条码等物理特征。我们将这些功能大致上可以分为四大类：检测、定位、测量、识别。

  机器视觉是“人眼”的替代和延展，如同人类视觉一样，它也拥有一套完整的视觉系统。典型的机器视觉系统一般来说包括光源及光源控制器、镜头、相机、视觉控制管理系统等。其中，光源及光源控制器、镜头、相机等硬件部分负责图像捕捉功能，视觉控制管理系统则负责对成像结果做处理分析、输出分析结果至智能设备的其他执行机构。

  机器视觉性能优势显著，技术持续创新，未来机器视觉将朝向深度学习、3D视觉等方向持续不断的发展和精进。

  深度学习是机器学习最重要的分支，典型深度学习算法包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）、生成对抗网络（GANs）、深度强化学习（RL）等。深度学习利用人类知识和计算机算法共同构建整体架构，通过对数据来进行清洗、标签、归一化、去噪、降维等预处理，配合计算机大规模运算能力，调节内部参数，对数据来进行训练，从而自动提取目标数据。深度学习具有学习能力强、覆盖范围广、适应能力强、可移植性好等优势。

  3D视觉技术分为3D重构技术和3D数据分析算法两部分，具体包括双目视觉技术、结构光技术、TOF（飞行时间）相机技术、线激光扫描技术和光谱共聚焦技术。较之2D机器视觉技术，3D技术在x、y、z、旋转、俯仰、横摆等六个自由度上还原目标物体三维信息，为工业控制提供更精确灵活的特征分析与数据处理。

  后疫情时代，全球数字化进程加速，工业智能化、数字化不断转变发展方式与经济转型，机器视觉与工业应用紧密结合，在人工智能、物联网、5G等新兴技术的融合创新中，不断深入应用落地。

  机器视觉发展初期，市场大多分布在在欧美和日本。近年来，亚太地区发展迅速，欧美市场占有率稳中有降。从总的来看，欧美仍然是机器视觉最大的市场。据Markets and Markets多个方面数据显示，2019年，欧洲成为全世界机器视觉市场占有率最大的地区，占比高达36．4％。

  数据显示，2019年全球机器视觉市场规模突破百亿美元，高达102亿美元。受疫情极度影响，2020年机器视觉产业受到冲击，市场下行。抛开2020年疫情等坏因影响，预计到2025年全球机器视觉市场规模将突破130亿美元，2026年将接近140亿美元。

  机器视觉市场发展前途广阔，产业链上中下游都蕴藏着巨大的发展的潜在能力。上游包括光源、工业镜头、工业相机、图像采集卡等核心零部件，以及图像处理和算法平台等软件；中游分为装备制造商和系统集成商，涵盖引导、测量、检测、识别等仪器装备；下游应用包括消费电子、工业、、汽车制造、食品包装、医疗设施等领域。

  与全球机器视觉相比，中国机器视觉的发展晚了将近五十年。1999年，中国开始发展机器视觉产业，直到2004年，国内机器视觉才迈入产业发展初期。机器视觉产业链上下游高端市场均被欧美国际巨头占据，其中，康耐视和基恩士垄断了全球近50％的市场占有率。近年，国家政策全面支持下，中国的机器视觉产业迎来发展的良机。

  据中国机器视觉产业联盟统计数据表明，2019年中国机器视觉销售额高达103亿元，增速超20％。根据前瞻产业研究院整理多个方面数据显示，预计到2026年我国机器视觉市场规模将突破300亿元。

  鉴于机器视觉上游的中高端市场被欧美及日本品牌占据，国产厂商积极寻求中低端市场突破口，逐渐从光源组件向镜头、相机领域渗透。在人工智能、物联网、5G的推动下，国内机器视觉厂商深入拓展细致划分领域，加强自身行业竞争力，逐步扩大市场占有率，共同推进机器视觉国产化替代进程。