探索机器视觉的无限可能

　　在北京交通大学家属区一幢不起眼的小楼里，正孕育着连通现在与未来的创新科技。2016年，北京清影机器视觉技术有限公司就诞生在这里。

　　何谓机器视觉？在人们欢呼着奔向工业4.0的年代，大家对智能制造、机器视觉这类词汇似乎已耳熟能详。在智能制造过程中，人们利用计算机和摄像头来模拟人的视觉功能，把客观事物的图像信息提取、处理并理解，最终用于实际检测、测量和控制。我们看到了一些数字孪生、工业仿真、三维可视化、三维图形数据可视化等高新技术为企业降本增效的例子，而这些，都离不开机器视觉这一技术。那么，这已经是机器视觉技术的应用极限了吗？或者说，在此之外，是否还有其他的创新技术在萌芽、在绽放？

　　以“实例”证明“实力”

　　大型锻件加工制造是重大装备制造的关键技术之一。锻件尺寸数据、设备运行数据的高速采集是锻造过程控制的关键。开展对大型红热锻件尺寸测量的研究，对指导生产工艺、提升大型锻件的材料利用率、解决我国大型锻件制造精准度的瓶颈等问题具有重要意义。但是,对大型红热锻件进行在线测量，一直是一个难题。很难想象员工在高温这种恶劣环境下，手持大型机械量具去完成测量任务，不仅效率低，并且测量误差大。

　　北京清影采用了远距离非接触式三维图像自动测量技术，无需辅助光源，一举解决了大型红热锻件在线测量的难题。

　　北京清影机器视觉技术有限公司创始人兼总经理曹亮介绍说：“我们采用纯光学平面四相机结构三维相机，结合红外滤镜，在获得三维数据的同时，获得表面纹理数据，根据锻件不同温度情况下图像亮度的变化，自动调整曝光参数，使图像在锻造过程中，始终保持图像清晰度，且根据曝光参数的变化，通过标定，获得温度参考值，并过像素上的亮度和颜色，形成伪彩温度场的分布图。”

　　之后，通过各类智能算法，自动完成锻件轮廓的自动提取，自动完成各截图轮廓高度尺寸的提取和显示。最终的测量分辨率达到了：1mm；测量精度为：±5mm；测量温度为：±50℃；测量速度为：1.5 s/帧。实现了动态尺寸测量、动态温度测量、锻件尺寸自动分析。

　　北京清影机器视觉的这一技术，解决了大型红热物体在线测量的难题，极大地提高了作业效率；节省人工、原材料、作业时间，并且可以成为制造业三维数字孪生的数据采集终端设备，助力实现锻造过程的全自动化和智能化。

　　这一项目的成功应用，很快就吸引了各大型重工企业的关注，后续具体的落地项目也在持续推进中。

　　创新技术，源于与众不同

　　在北京清影的办公室里，曹亮向我们展示了清影独有的“通用式三维即时成像技术”：一部排成矩阵式四个镜头的照相机+运算平台，联接一台电脑，对着办公室连续采集，屏幕上就出现了每秒五帧三维立体点云轮廓图，即使拍摄范围内有动态人物，也丝毫没有影响。

　　现有的三维机器视觉系统，经常要受到场景、被视物体位置距离、光照条件、物体温度等客观条件的限制，从而影响到成像效果，需要针对应用进行光源布置，编制复杂应用程序。曹亮认为，真正的机器视觉，其应用应该简单、快速、方便，在任何场景下（everything）由非专业人员操作（everyone）对任何物体（everything），都可以实现满意的机器视觉三维感知效果。此外，还应算法简单，数据易用。

　　清影的平行光轴四相机矩阵结构，这一独特的产品设计，灵感来自于人眼本身。曹亮说：“人眼能依靠双目就获得三维图像，那么机器能否像人眼一样所见即所得呢？双眼可以解决垂直方向的对应关系，但水平方向并不能保证匹配关系⸺而四相机矩阵结构就能够解决这一问题。”

　　这一发现，可以说是灵光一闪，也可以说是长期积累的水到渠成。

　　在曹亮带领下，研发团队终于将设想变为现实，一种区别于任何现有三维成像方法的“通用式三维即时成像技术”诞生了。它采用平行光轴四相机矩阵结构，以三维运算芯片为核心的通用式三维运算平台，纯光学被动式三维成像技术，开辟了机器视觉的崭新赛道。

　　“当我们看世界时，人眼具有了三维、高速、高精度、被动式、嵌入式、低功耗，这六大特点，那么机器视觉也以此为目标。”在攻克了一个个研发难题之后，清影的机器视觉技术最终实现了：任意场景下⸺相对于机器学习需预设场景和被测物；算法通用⸺相对于二维机器视觉需个性化算法；被动式⸺激光雷达、TOF是主动式成像；实时快速⸺摄影测量需要事后处理；数据易用⸺相对于激光扫描、结构光三维需三维建模、运算复杂。

　　目前公司的专有技术，已获得中国发明专利授权多项，以及美国、欧盟、日本、韩国的发明专利授权。公司的技术不仅在行业内引发关注，也受到了资本市场的青睐。不久前，北京清影获得了敏一智能制造基金的天使轮投资。

　　让机器“认识”世界

　　工业4.0离不开智能制造，智能制造离不开机器视觉。三维机器视觉系统无疑能够提高生产的灵活性和自动化程度。在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合，机器视觉是替代人工视觉的绝佳选择。同时，在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。

　　仅仅如此吗？曹亮认为，“通用式三维即时成像技术”作为一种具有高度通用性、灵活怀的视觉感知和技术，提供了一种全新用户体验，极大提升了工业领域人工智能的成长空间。

　　其应用于自动驾驶汽车，可作为主要视觉装置部分替代景深相机和激光雷达；其与智能手机相结合，可以成为便携式三维成像终端，供刑侦、建筑、机械等方面专业人士使用；其应用于军事领域，可实现对复杂战场环境的快速侦测和感知；其应用于AR、VR以及3D打印领域，可作为前端视觉成像设备；将其配置给各种类型的机器人作为视觉感知终端，能够通过提供完整的视觉信息，从而极大地提升无人系统的智能化程度。

　　那么，清影的“通用式三维即时成像技术”对于工业4.0来说，意义又是什么呢？

　　“它可以实现产品和过程的三维数字化，通过完备的三维时空数据，让机器更好的理解世界。”曹亮说，“我们所说的数字仿真，是将生产过程通过数字模拟出来；而我们现在的整个机器视觉技术，是将工艺、设备结合，形成数据闭环，一方面实现制造过程的智能化；同时记录生产过程，并且能够通过数据再现生产过程，形成完整的数据档案。”

　　充满憧憬的广阔未来

　　随着智能制造的愈演愈烈，各行业领域对于机器视觉的需求也将迎来井喷式的发展。数据表明，中国正在成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一，预计到2026年我国机器视觉市场规模将突破300亿元。其广泛的应用范围，有望创造出千亿级的市场机遇。

　　随着机器视觉行业作为一个新兴的行业正逐步发展成熟，北京清影也迎来了事业的上升阶段，在谈到公司的未来发展时，曹亮表示：“我们按照两步走的战略。一方面，我们正与几家公司合作，尽快推出便携式三维立体机器视觉设备⸺这将是一款标准化的设备，它方便易用、低成本、无需维护，应用范围广泛。另一方面，我们也积极地寻找与系统集成商的合作，将清影推向更广阔的市场不能仅靠我们自身，我们愿与成熟的系统集成商、代理商、终端应用企业进行合作，开发机器视觉的深度应用。”

　　机器视觉技术的应用，终将从高端装备制造行业走向一般工业领域；再从工业领域走向各行各业。我们期待北京清影的机器视觉技术不久的将来，在工业领域乃至各个行业遍地开花、绽放光彩！打造未来的无限可能！