機(jī)器視覺是人工智能的一個分支，簡單來說，就是用機(jī)器代替人眼來做測試和判斷。運用機(jī)器視覺可以提高生產(chǎn)的靈活性和自動化程度，目前隨著核心技術(shù)的不斷完善，機(jī)器視覺下游應(yīng)用場景不斷拓展，包括消費電子、汽車、半導(dǎo)體、虛擬現(xiàn)實、智能安防、健康醫(yī)療等。

與人類視覺相比，機(jī)器視覺功能范圍不僅包括對信息的接受，同時還延伸至對信息的處理與判斷，整體包括相機(jī)、鏡頭、視覺控制器、圖像處理、傳感器、算法平臺等。一個典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉模塊、圖像數(shù)字化模塊、圖像處理模塊、決策模塊、機(jī)械控制執(zhí)行模塊以及光源系統(tǒng)等。

機(jī)器視覺在實際應(yīng)用中，還存在很多問題，比如缺陷樣本太少怎么辦，面對未知缺陷混入有沒有更好的解決方案等等。在2019年10月10日的機(jī)器視覺研討會上，機(jī)器視覺領(lǐng)域?qū)I(yè)人士就機(jī)器視覺的工作流程細(xì)節(jié)、實際項目中遇到的問題及解決方案等做了詳細(xì)分享和解讀。

機(jī)器視覺是如何工作的？

機(jī)器視覺的工作過程離不開深度學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)研究中的一個新領(lǐng)域，其動機(jī)在于建立、模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它模仿人腦的機(jī)制來解釋數(shù)據(jù)，例如圖像、聲音和文本，深度學(xué)習(xí)的概念源于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。

深度學(xué)習(xí)的工作流程大致可概括為標(biāo)注、訓(xùn)練和推理。首先，人工收集和采集圖像，標(biāo)注特征，形成數(shù)據(jù)；然后，將這些數(shù)據(jù)喂給計算機(jī)，讓計算機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，生成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評估，如果這個網(wǎng)絡(luò)的性能符合要求，就可以上線，實現(xiàn)檢測。網(wǎng)絡(luò)在上線之后，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)又可以變成新的樣本，通過加入數(shù)據(jù)，進(jìn)行迭代優(yōu)化，讓網(wǎng)絡(luò)和檢測系統(tǒng)越來越好。

在深度學(xué)習(xí)的過程中，建立一個高質(zhì)量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集非常關(guān)鍵。高質(zhì)量訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對于成功部署深度學(xué)習(xí)解決方案至關(guān)重要，邊緣情況或者標(biāo)記不當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)集會使網(wǎng)絡(luò)混亂，而標(biāo)記良好、內(nèi)部一致的數(shù)據(jù)集的效果會更佳，訓(xùn)練圖像必須在其所代表的類別中具備典型，訓(xùn)練圖像樣式必須盡量貼近系統(tǒng)部署時會遇到的圖像。

深度學(xué)習(xí)對于機(jī)器視覺的應(yīng)用大致可以分成三種，一是分類，即可以將產(chǎn)品分為合格和不合格，這是深度學(xué)習(xí)最大的一個應(yīng)用；二是定位，即幫助使用者定位物體的位置和數(shù)量；三是分割，即可以找到缺陷的輪廓，基于缺陷的輪廓和大小，對產(chǎn)品進(jìn)行更精細(xì)的判別。

相對于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)對于機(jī)器視覺的作用更顯著，研華（中國）有限公司智能設(shè)備事業(yè)部資深產(chǎn)品經(jīng)理孫鳴聰認(rèn)為，在某些方面，深度學(xué)習(xí)視覺解決方案會比傳統(tǒng)機(jī)器視覺解決方案更具優(yōu)勢，前者可以分析無規(guī)律圖像，精確度高，后者無法分析無規(guī)律圖像，精確度低。

在應(yīng)對無規(guī)律圖像方面，深度學(xué)習(xí)機(jī)器視覺解決方案，即使圖像復(fù)雜，通過深度學(xué)習(xí)算法，軟件可以自動學(xué)習(xí)瑕疵的特征，使得無規(guī)律圖像的分析變得可能；而傳統(tǒng)機(jī)器視覺解決方案，當(dāng)圖像不規(guī)則、無規(guī)律時，缺陷的特征很難通過手動設(shè)定，無法分析圖像。

在精確度方面，深度學(xué)習(xí)機(jī)器視覺解決方案，可通過深度學(xué)習(xí)算法和制造業(yè)特有的數(shù)據(jù)提高檢測的精確度；傳統(tǒng)機(jī)器視覺解決方案，如果缺陷部分和之前設(shè)定好的缺陷有輕微的出入，傳統(tǒng)視覺都無法檢測出這樣的缺陷，導(dǎo)致檢測的精確度低。

雖然深度學(xué)習(xí)在很多方面具有優(yōu)勢，不過也并不是所有任務(wù)都適用。FLIR Systems,Inc.現(xiàn)場應(yīng)用工程師王重普指出，深度學(xué)習(xí)可以為強(qiáng)主觀性或定性問題提供很方便的解決方法，主觀性問題或由多種條件復(fù)雜的相互作用而得出答案的問題是較為理想的應(yīng)用。但是，深度學(xué)習(xí)并非有益于所有任務(wù)，他認(rèn)為，許多基本的檢驗任務(wù)適合通過傳統(tǒng)機(jī)器視覺技術(shù)來完成，比如存在或缺少可清晰界定的特征、測量和對位。

實際應(yīng)用中存在哪些問題？

雖然，機(jī)器視覺在實際應(yīng)用中存在很多問題需要改進(jìn)和優(yōu)化。在研討會上，中國大恒（集團(tuán)）有限公司北京圖像視覺技術(shù)分公司資深解決方案工程師李東平分享了他們在項目中遇到的幾個問題以及解決方案，這幾個問題分別是，一、缺陷樣本太少，二、標(biāo)注工作量過大，三、混入未知缺陷。

一、缺陷樣本太少的問題，比如iWatch，因為蘋果的產(chǎn)品品控非常高、良品率高、缺陷量很少，它能提供的缺陷樣品就非常少，這樣就沒有足夠多的缺陷數(shù)據(jù)可以進(jìn)行訓(xùn)練。

二、標(biāo)注工作量大的問題，對于缺陷檢測和分割來說，標(biāo)注的時候需要把缺陷都描出來，如果對于圖像覆蓋比較大，缺陷比較多的話，工作量就比較大。

三、混入未知缺陷的問題，在生產(chǎn)過程中已經(jīng)知道了幾種缺陷，但是不知道將來會出現(xiàn)哪些缺陷，比如生產(chǎn)過程，突然混入異物、其他料，事先不知道會混入什么料，沒有進(jìn)行訓(xùn)練，機(jī)器就檢測不出來，會將不合格產(chǎn)品作為合格產(chǎn)品輸出。

面對這些問題，大恒圖像嘗試讓機(jī)器只學(xué)習(xí)好的樣本，沒有壞的樣本，因為只學(xué)習(xí)好的樣本，就不需要標(biāo)注，只需要少量好的樣本。如果給機(jī)器輸入一張不好的圖片，它就會給出缺陷的區(qū)域，因為只訓(xùn)練好的樣品，任何缺陷都可以檢測出來，而且運行過程也會很快。

對于混入未知缺陷的問題，廣東奧普特科技股份有限公司總監(jiān)賀珍真認(rèn)為，將傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)搭配使用也是一種可行方案。在他看來，傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)各具優(yōu)劣勢，外觀檢測有一種情況，可以看出對比度非常高，用傳統(tǒng)方法處理，會非常的穩(wěn)定和快速。

而深度學(xué)習(xí)對瑕疵分類則會更有優(yōu)勢，比如客戶需要分出缺陷種類，他們用傳統(tǒng)方法花了兩個月時間調(diào)好之后，如果換另外一種物料，又得重新調(diào)，這種情況便適合使用深度學(xué)習(xí)。然而對于沒有進(jìn)行訓(xùn)練的缺陷出現(xiàn)，深度學(xué)習(xí)就沒有辦法檢測出來。

如果生產(chǎn)的過程中出現(xiàn)這種情況，奧普特嘗試用傳統(tǒng)的方法和深度學(xué)習(xí)一起應(yīng)用，傳統(tǒng)的方法解決傳統(tǒng)的、快速的問題，甚至把合格品分出來，再用深度工具去做一些瑕疵的分類。

總結(jié)

隨著智能化水平不斷提高，機(jī)器視覺已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展期，中國機(jī)器視覺市場需求也將不斷增長，報告顯示，2018年中國機(jī)器視覺市場規(guī)模超過100億元，預(yù)計2019年市場規(guī)模將接近125億，面對日益擴(kuò)大的市場需求，不斷發(fā)現(xiàn)實際應(yīng)用中的問題，并優(yōu)化產(chǎn)品解決方案是企業(yè)能夠站穩(wěn)市場位置的一個重要關(guān)鍵點。