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以 3D 之名,圍攻「智能制造」,AI 視覺(jué)獨(dú)角獸們的新戰(zhàn)場(chǎng)

人工智能 機(jī)器學(xué)習(xí) 新聞
而在實(shí)現(xiàn)智能制造、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程中,機(jī)器視覺(jué)作為不可或缺的技術(shù),承擔(dān)起讓機(jī)械“看得懂、看得細(xì)、抓得牢、送得快”的橋梁作用。

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進(jìn)入2022年,智能制造成為政府“兩會(huì)”中的熱門詞匯。

一方面,國(guó)家發(fā)改委、工業(yè)部、科技部等八部門發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》的通知,提出國(guó)家級(jí)的頂層設(shè)計(jì);另一方面,各地方政府,如北上廣深等一線城市,都已經(jīng)出臺(tái)相應(yīng)政策細(xì)則,為推進(jìn)智能制造提供制度保障。

而在實(shí)現(xiàn)智能制造、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程中,機(jī)器視覺(jué)作為不可或缺的技術(shù),承擔(dān)起讓機(jī)械“看得懂、看得細(xì)、抓得牢、送得快”的橋梁作用。

換句話說(shuō),要讓機(jī)器代替人力,首先要給機(jī)器裝上“雙眼”,使之能夠“看得見(jiàn)”,然后才能像人一樣工作,這就是機(jī)器視覺(jué)。

作為人工智能的一個(gè)分支,機(jī)器視覺(jué)具備人所不能擁有的優(yōu)勢(shì):精度高、可適用于危險(xiǎn)工作環(huán)境,并且識(shí)別效率高,可無(wú)間斷工作等等。實(shí)際上,機(jī)器視覺(jué)并非新事物,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在外觀檢測(cè)與識(shí)別、貨物分揀等工業(yè)流程之中。

目前的機(jī)器視覺(jué)仍以2D為主,即通過(guò)攝像頭拍到物體平面的照片,然后通過(guò)圖像分析或比對(duì)來(lái)識(shí)別物體,其局限在于只能觀測(cè)到物體平面的特征,成像精度容易受照明條件影響,因而適合一些對(duì)技術(shù)要求不高的中低端制造業(yè)。

在一些高端制造領(lǐng)域,例如生物科技、精密半導(dǎo)體等對(duì)測(cè)量精度要求極高的產(chǎn)業(yè),傳統(tǒng)的2D解決方案已經(jīng)不能滿足需求,3D視覺(jué)正逐漸崛起,成為市場(chǎng)新寵。

從2D到3D:不止一個(gè)維度的區(qū)別

3D視覺(jué),即通過(guò)3D攝像頭采集物體的三維坐標(biāo)信息,通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)三維立體成像。

與2D視覺(jué)系統(tǒng)相比,3D視覺(jué)的優(yōu)勢(shì)在于,多一維度的信息數(shù)據(jù)(主要是空間坐標(biāo)),能滿足對(duì)體積、形狀、距離等信息測(cè)量的需要。并且,3D視覺(jué)不容易受照明條件的影響,其成像精度遠(yuǎn)高于2D視覺(jué),同時(shí),其快速處理信息的能力也非2D視覺(jué)系統(tǒng)可比。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子:在涉及曲面、有弧度的物體測(cè)量時(shí),2D視覺(jué)只能拍出平面圖,很難反映出物體的真實(shí)情況;3D視覺(jué)拍出的是立體圖,能呈現(xiàn)出物體的曲面、弧度、深度等真實(shí)信息,對(duì)機(jī)器或者人而言更具參考價(jià)值。

隨著制造業(yè)的智能化升級(jí),市場(chǎng)對(duì)于3D視覺(jué)的需求也在不斷提升。根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Grand View Research的報(bào)告,到2027年,全球3D機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到34.6億美元,預(yù)測(cè)期內(nèi),市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為14.7%,是一個(gè)潛在的藍(lán)海市場(chǎng)。

掘金志了解到,當(dāng)前3D視覺(jué)在智能制造中的應(yīng)用已從單個(gè)場(chǎng)景發(fā)展到整個(gè)生產(chǎn)線的賦能,涉及定位、引導(dǎo)、生產(chǎn)、分揀、裝配等多個(gè)環(huán)節(jié)。

以智能手機(jī)生產(chǎn)流程為例:在2D視覺(jué)時(shí)代,應(yīng)用場(chǎng)景最為廣泛的是質(zhì)檢,即尺寸與缺陷檢測(cè),涉及主板、零部件及包裝三大部分。3D視覺(jué)可以直接覆蓋這些流程,在檢測(cè)精度、速率上更勝一籌,并且將應(yīng)用拓展到上料、生產(chǎn)、檢測(cè)、封裝等場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)對(duì)原有產(chǎn)線的智能化改造,在上下料、分揀、搬運(yùn)等環(huán)節(jié)需根據(jù)產(chǎn)品種類的不同實(shí)時(shí)規(guī)劃并完成作業(yè)任務(wù)。

這實(shí)際上為廠商的柔性生產(chǎn)提供了便利。在C2M商業(yè)模式的帶動(dòng)下,企業(yè)需要根據(jù)用戶實(shí)時(shí)訂單來(lái)決定生產(chǎn)規(guī)模,以往的機(jī)械化生產(chǎn)屬于批量生產(chǎn),柔性很弱,3D視覺(jué)提高了工業(yè)機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備的智能化水平,使其具備按照實(shí)際生產(chǎn)需求來(lái)靈活變化生產(chǎn)各種產(chǎn)品。

例如,冬奧期間大火特火的冰墩墩,出現(xiàn)了一“墩”難求的情況。那么廠商需要實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略,靈活配置生產(chǎn)原料、生產(chǎn)數(shù)量及質(zhì)檢部署,多生產(chǎn)“冰墩墩”,少生產(chǎn)“雪容融”,整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),都可以利用3D視覺(jué)來(lái)減少人力成本、提高生產(chǎn)效率。

因此,3D視覺(jué)與2D視覺(jué)并不簡(jiǎn)單的是1個(gè)維度的信息差異,多一維度信息帶來(lái)的對(duì)生產(chǎn)模式及效率、商業(yè)模式的改變,才是其核心要義。

不過(guò),上述例子都是理想狀態(tài)下的預(yù)設(shè)?,F(xiàn)實(shí)情況是,3D視覺(jué)雖然具備諸多優(yōu)勢(shì),但要實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用,還有許多難題要解決。

3D視覺(jué)之難:場(chǎng)景、成本

和消費(fèi)類電子不同,3D視覺(jué)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用,由于場(chǎng)景碎片化,顯得更為復(fù)雜。

熵智科技創(chuàng)始人趙青在接受雷峰網(wǎng)采訪時(shí)曾表示,3D視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用落地面臨兩大難點(diǎn):

  • 3D視覺(jué)技術(shù)對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景要有強(qiáng)適應(yīng)能力;
  • 3D視覺(jué)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)的銜接。

首先,制造業(yè)的生產(chǎn)場(chǎng)景非常復(fù)雜,3D視覺(jué)在實(shí)驗(yàn)室中的效果,可能在實(shí)際場(chǎng)景中無(wú)法體現(xiàn),這就要求3D視覺(jué)對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景具備強(qiáng)適應(yīng)能力。例如,在反光、暗黑、覆膜和遠(yuǎn)距離等條件下是否依然可以準(zhǔn)確感知、識(shí)別出物體。

其次,3D視覺(jué)在感知到物體的三維信息后,需要與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行銜接來(lái)完成任務(wù)。這又涉及避碰檢測(cè)、手眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、節(jié)拍優(yōu)化和力控等技術(shù)。

但機(jī)器本身很難像人一樣,大腦發(fā)出指令就能完成動(dòng)作;機(jī)器需要對(duì)輸入的信息進(jìn)行解讀,并且將指令傳送到各個(gè)部分,進(jìn)而執(zhí)行命令。其中一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò),就會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗。

最后,技術(shù)本身很難通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各場(chǎng)景的適配,甚至在同一場(chǎng)景上,對(duì)技術(shù)的要求都各不相同。比如,在產(chǎn)品的缺陷檢測(cè)上,廠商的標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的,對(duì)于缺陷的定義也各不相同,很難做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的缺陷檢測(cè)工藝。

除了場(chǎng)景化難題之外,3D視覺(jué)所依賴的傳感器(主要為攝像頭)也還無(wú)法實(shí)現(xiàn)在保證抗環(huán)境光干擾能力強(qiáng)、測(cè)距精度高、分辨高的同時(shí),降低成本,提高性價(jià)比。

因此,目前 3D 視覺(jué)的應(yīng)用主要依據(jù)使用場(chǎng)景和預(yù)算來(lái)選擇相機(jī),然后根據(jù)相機(jī)成像結(jié)果來(lái)進(jìn)行定制化的算法開(kāi)發(fā)。這種成本高、周期久的開(kāi)發(fā)模式嚴(yán)重限制了 3D 視覺(jué)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用。

國(guó)產(chǎn)3D視覺(jué)技術(shù)之路:困難重重

根據(jù)中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)以中小企為主,銷售額在1億元以下的企業(yè)占據(jù)83.5%,而基恩士的銷售額早已突破百億(2020年為321.61億元),相比較而言,國(guó)內(nèi)過(guò)億營(yíng)收的企業(yè)為奧普特(2020年為6.42億元,僅為基恩士的2%)。

可以說(shuō),在以2D視覺(jué)為主的機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域,全球市場(chǎng)已經(jīng)形成基恩士和康耐視壟斷的局面,而3D視覺(jué)技術(shù)的出現(xiàn),被視為改變當(dāng)前格局的技術(shù)推力。

作為新技術(shù),3D視覺(jué)所面臨的場(chǎng)景化難點(diǎn),是所有企業(yè)都必須解決的問(wèn)題。目前無(wú)論是國(guó)外的基恩士、康耐視,還是國(guó)內(nèi)的安防巨頭,如海康威視;亦或者諸多AI視覺(jué)公司、機(jī)器視覺(jué)公司,在3D視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域,都處于同一起跑線上。

不過(guò),相較于國(guó)外巨頭,國(guó)內(nèi)企業(yè)先天性存在三個(gè)不足。

  • 對(duì)場(chǎng)景的理解。

不論是基恩士,還是康耐視,都已經(jīng)成立數(shù)十年,且占據(jù)著機(jī)器視覺(jué)的絕大部分市場(chǎng);多年的積累使其在探索3D視覺(jué)的應(yīng)用時(shí)更具優(yōu)勢(shì),許多場(chǎng)景難點(diǎn)都可以基于以往經(jīng)驗(yàn)做試探,減少不必要開(kāi)支。

國(guó)內(nèi)企業(yè)成立時(shí)間較短,對(duì)場(chǎng)景的理解需要一步步探索,甚至多走彎路,為此付出高昂的時(shí)間、資金成本。

  • 缺乏硬件能力。

機(jī)器視覺(jué)的主要邏輯是,對(duì)收集到的圖像信息進(jìn)行分析處理,智能設(shè)備根據(jù)處理的信息做出相應(yīng)判斷。這一過(guò)程中,鏡片以及鏡頭的質(zhì)量對(duì)獲取圖像信息的準(zhǔn)確性起到非常關(guān)鍵的作用。

國(guó)內(nèi)多數(shù)公司以軟件算法切入,集中在應(yīng)用層,缺少相應(yīng)的硬件能力。國(guó)內(nèi)3D視覺(jué)的核心相機(jī)大部分為外購(gòu),包括IDS、康耐視、基恩士、佳能等,而在鏡頭方面,高端市場(chǎng)仍為徠卡、施耐德、尼康、富士等國(guó)外品牌所壟斷。

  • 穩(wěn)定的客戶群體。

對(duì)于客戶而言,隨意更換合作伙伴,很容易增加試錯(cuò)成本。即便是新技術(shù),客戶也往往愿意選擇已經(jīng)有過(guò)合作的技術(shù)供應(yīng)商。顯然,國(guó)外巨頭具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而國(guó)內(nèi)企業(yè)要發(fā)展,只能一步一步“升級(jí)打怪”,以技術(shù)和產(chǎn)品獲取用戶信任,逐漸建立起屬于自己的客戶群。

這反映出一個(gè)深刻的現(xiàn)實(shí):在新技術(shù)面前,企業(yè)都是平等的,但老牌企業(yè)仍然可以依據(jù)自身的業(yè)務(wù)生態(tài),對(duì)新(?。┢髽I(yè)實(shí)施降維打擊。

因此,國(guó)內(nèi)企業(yè)要追趕國(guó)外巨頭,除了技術(shù)突破以外,還需要建立起穩(wěn)定的生態(tài)圈,這是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱難的過(guò)程。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前,3D視覺(jué)在消費(fèi)電子上的廣泛應(yīng)用,對(duì)機(jī)器視覺(jué)公司產(chǎn)生了極強(qiáng)的刺激效應(yīng)。智能制造作為下一個(gè)藍(lán)海市場(chǎng),越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始探索以3D視覺(jué)來(lái)賦能企業(yè)生產(chǎn)的路徑。

但與消費(fèi)電子不同,智能制造很難出現(xiàn)現(xiàn)象級(jí)應(yīng)用,整個(gè)市場(chǎng)需求都是碎片化的,因而不可能復(fù)制前者的發(fā)展模式,企業(yè)必須在實(shí)際場(chǎng)景中去尋找最佳落地解決方案。

對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)而言,先天性的不足并非不可逾越的障礙,需要付出比國(guó)外巨頭更多的時(shí)間和精力,去理解場(chǎng)景、鉆研技術(shù),一步一個(gè)腳印夯實(shí)基礎(chǔ),然后追趕。這不僅需要視覺(jué)公司的努力,也需要光學(xué)、制造業(yè)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)的共同進(jìn)步。

責(zé)任編輯:張燕妮 來(lái)源: 雷鋒網(wǎng)
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