中国的工业机器视觉

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中国的工业机器视觉

Edited by 4thInstitute

一、机器视觉按照功能可以大致区分为四大类:

识别、定位、测量、检测



1)识别(读码):机器视觉可以对图像进行处理、分析和理解,用于对一些一维码或二维码的解码、光学字符的识别与确认、颜色及形状的识别等;

2)定位(运动补偿对位):机器视觉采用先进的图像视觉检测技术,对高速运动的工业产品进行实时全面视觉定位分析,主要用于自动生产及装配;

3)测量:机器视觉可以在非接触的情况下,对产品尺寸进行高精度的测量,以确定产品外观的尺寸是否存在误差;

4)检测:机器视觉可以用于产品表面的精密检测,包括目标方向及位置检测,检测产品表面的压伤、破损、刮伤、脏污、变形等问题,及印刷表面的瑕疵检测等;

二、我国机器视觉行业销售额飞速扩张



三、机器视觉光源

从照明方式可以分为直接照明光源、散射照明光源、背光照明光源、同轴照明光源和特殊照明光源。

类别

特点

直接照明光源

沐光方式

优点是亮度大、灵活、容易适应包装要求;缺点是阴影和反光;常见的应用是检测平面和有纹理的表面;

低角度方式

优点是凸显表面结构,增强图像的拓扑结构;缺点是热点和极度阴影;常见的应用是检测平面有纹理的表面;

条形方式

通过调节光线的角度方向,可以检测到被测物体表面是否有光泽,是否有纹路,也可以检测到表面特征;

聚光方式

线性聚光方式常常配合线阵相机获得高质量的图像;

散射照明光源

低角度方式

与前述直接照明的低角度方式不同,散射方式的光源先经过内壁散射之后再均匀的照射到物体上,在提供均匀照明的同时,有效消除了边缘的反射;

扁平环状

扁平环状方式是在光源前面加了一块漫反射板,光源经过反射后再经过漫反射板,可以形成均匀漫射的顶光,避免了眩目光和阴影;

圆顶方式

最适合表面有起伏、光泽的被测物体的文字检查;

背光照明光源

光源均匀的从被检测物体的背面,可以获得高清晰的轮廓,常用于物体外形检测、尺寸检测;

同轴照明光源

LED 的高强度均匀光线通过半镜面后成为与镜头同轴的光,如所示;具有特殊涂层的半镜面可以抑制反光和消除图像中的重影,特别适合检测镜面物体上的划痕;

特殊照明光源

特殊照明光源包括平行光光学单元、显微镜专用照明系统和按照客户要求定制的光源等。


国内外光源公司




公司

地点

简介

CCS

www.ccs-inc.co.jp

日本

CCS 成立于 1993 年,是日本 JASDAQ 上市公司,是国际领先的机器视觉 LED 光源制造厂商。从其在生产现场用于进行质量控制的图像处理检查 LED 灯产品开始,已广泛发展我们的 LED 照明装置和 LED 装置产品包括用于树脂固化和曝光的紫外线照明装置,用于艺术展品和博物馆的照明以及用于医疗和农业生物技术的照明。在国内设有上海和深圳代表处,并于 2017 年设立全资子公司“CCS CHINA Inc.”

Ai

www.advancedillumination.com

美国

Ai  专注制造各种 LED 照明光源,自上世纪 90 年代就开始在机器视觉工业中开发可靠高效的 LED 光源,产品线齐全,质量可靠,在世界机器视觉领域积累了良好的声誉,主要合作伙伴包括 Cognex、Keyence、NI、Omron  等。

Moritex

http://cn.moritex.com/

日本

Moritex 集团成立于 1973 年,其总部设在日本,已有 40 多年的历史。是国际知名的光纤光源、LED 光源、光学镜头的供应商。其产品广泛应用于机器视觉和各类检测应用中。产品线非常丰富完整,产品系列包括机器视觉远心镜头(MML),抗震微距镜头,线扫镜头,CCTV 镜头,LED 照明设备,光源设备及光纤光导等产品。通过高性价比的产品及服务,已在行业内建立了良好的口碑。

奥普特

www.optmv.com

广东东莞

是国内视觉行业起步最早发展最快的机器视觉光源品牌,2009 年开始开拓海外光源市场,在工业相机、工业镜头和集成领域也有布局。光源产品包括 38 大系列、近 1000 款标准化产品,同时拥有 30000 多个定制设计案例经验,具备最快在 3 个工作日内定制光源的快速响应能力。

沃德普

www.wordop.cn

广东东莞

沃德普自动化 2014 年成立,总部东莞,2017 年在苏州设立办事处,是机器视觉光源及光源控制器的生产制造商。沃德普可生产的机器视觉光源包括环形光源、条形光源、背光源、同轴光源、圆顶光源、线形光源、紫外/红外光源、无影光源、光源配件、条形组合光源、光纤冷光源、点光源和 AOI 光源,光源控制器产品包括数字控制器、模拟控制器和增量模块。

康视达

www.cstmv.com

广东东莞

东莞康视达自动化科技有限公司(CST),成立于 2007 年 2 月,是国内著名的机器视觉成像解决方案提供商,主要产品有环形光源、条形光源、面光源,线光源,紫外光源,平行光源,UV 光源,等视觉光源。具备近万种光源的研发设计及制造经历,累积有着万余种案例的机器视觉成像数据库。

纬朗光电

www.vision-light.com.cn

上海

纬朗光电成立于 2007 年  1 月份,迄今为止已经经历了近 13 年的发展,是国内非常早的第一批专业机器视觉行业的公司,专注于 LED 视觉光源集研发、制造生产、销售于一体的视觉企业,具有根据客户需求特殊定做生产 LED 照明的能力。


四、工业相机

中国工业相机市场规模高速扩张



国外知名企业拥有世界领先的核心技术以及市场地位,中国企业近年也逐步出现一批国产品牌。具有代表性的外国品牌有德国 Basler、加拿大 DALSA、瑞士 Baumer、美国 Cognex、日本 Sony 等。

而我国对工业相机的研究开发起步较晚,近年出现华睿科技、大恒图像、海康机器人、大华股份、云从科技、维视图像等国产企业。

目前我国工业相机行业主要布局于中低端市场,逐步实现进口替代;而在高分辨率、高速的高端工业相机领域仍以进口品牌为主。根据中国海关总署数据,2018年我国工业相机进口数量为 8159 台,进口金额为 4483 万美元,同比增长 8.3%。

国内外工业相机公司




公司

地点

简介

Basler

www.baslerweb.com

德国

Balser 全球领先的高品质工业相机制造商,产品包括 Basler 工业相机、Basler 网络相机、Basler 面阵相机、Basler 线阵相机和配件,可应用于工厂自动化、交通系统、零售以及医疗和生命科学。Basler在相机设计和相机生产领域拥有十分丰富的经验,提供 Basler 面阵相机、Basler 线阵相机和 Basler网络相机。

Cognex

www.cognex.cn

美国

Cognex 成立于 1981 年,是制造自动化领域提供视觉系统、视觉软件、视觉传感器和表面检测系统,是全球领先的提供商,其生产的工业智能相机在全球市占率排名第一。康耐视产品包括广泛应用于全世界的工厂、仓库及配送中心的条码读码器、机器视觉传感器和机器视觉系统,能够在产品生产和配送过程中引导、测量、检测、识别产品并确保其质量。

Keyence

www.keyence.com.cn

日本

Keyence 是传感器和测量仪器的主要供应商,在不断开发制造更新、更可靠的产品,以满足各制造行业的需求,其工业镜头市占率居全球前列。

DALSA

www.teledynedalsa.com

加拿大

DALSA 是世界上一流的高性能数字成像设备和半导体产品制造商,凭借其高端 CCD 和  CMOS 芯片研发生产能力,可以为用户提供线阵、面阵、TDI 等各种类型的工业数字相机。

华睿科技

www.irayple.com

浙江绍兴

华睿科技是一家专注于机器视觉产品研发、生产与销售的专业性公司,是全球领先的以视频为核心的智慧物联解决方案提供商和运营服务商——大华股份旗下机器视觉子公司,产品涵盖全系列工业相机、镜头、视觉传感器、智能工业相机、视觉控制器、算法软件等,已广泛应用于 SMT、物流、铁路、安检、3C、半导体等相关行业。

大恒图像

www.daheng-imaging.com

北京

大恒图像成立于 1991 年,作为中科院下属上市公司大恒科技的全资子公司,是国内较早从事图像处理和机器视觉行业的公司之一。拥有超过二十年的图像采集硬件研发和生产经验,旗下的CCD/CMOS 工业数字相机产品线覆盖多种接口及分辨率。

海康机器人

www.hikrobotics.com

浙江杭州

海康机器人是海康威视的子公司,是面向全球的移动机器人、机器视觉产品提供商。机器视觉业务线聚焦工业视觉传感应用,专注底层算法软件和硬件技术,为客户提供卓越的机器视觉产品和算法平台,可广泛应用于 3C、电子半导体、物流等工业自动化各领域,实现定位引导、测量、缺陷检测、读码、OCR 识别等应用。


五、工业相机镜头

根据TSR2017 市场调研数据,全球光学镜头模组在手机、视频监控、车载镜头领域的合并收益为 57.31 亿美元,预计到 2021 年可达73.67 亿美元。

工业镜头市场前期国外巨头垄断,近年国产厂商迅速发展。由于光学镜头行业集成了精密机械设计、几何光学、色度学、薄膜光学、热力学等多种学科技术,并且制作工艺和工序复杂,具有较高的技术门槛。海外品牌厂商布局光学镜头较早,经过多年的业务拓展和技术升级,在全球范围中德系徕卡、Schneider、Zeiss 和日系CBC、Kowa、尼康等光学巨头占据市场。我国起步较稳,2008 年之前国内光学镜头市场基本被日本、德国品牌垄断。近年我国工业镜头厂商快速增长,主要从中低端市场切入,凭借高性价比优势对于外资品牌具有一定竞争力。国内厂商如东正光学、葛藤光、普密斯逐步崛起。其中东正光学的远心镜头畸变率小于 0.02%,倍率期权,微距镜头产品也能将畸变控制在 0.1%的水平下。

国内外镜头公司




公司

地点

简介

Schneider

https://schneiderkreuznach.com/

德国

Schneider 是有着近百年历史的德国老牌光学厂商,施耐德电气总部位于法国吕埃。一直是高品质工业用镜头、摄影镜头、滤镜、电影投影镜头和光学配件的国际市场领军者之一。在工业领域被广泛应用于科学研究、机器人、机器视觉、工业检测和邮件分选等。

Zeiss

www.zeiss.com.cn

德国

Zeiss 早在 1890 年生产相机镜头之前便在 1846 年生产制造显微镜头,是全球视光学和光电子工业领域知名的跨国公司。蔡司集团专注于开发、生产和销售测量技术、显微镜、医疗技术、眼镜片、摄影和电影镜头、双筒望远镜和半导体制造设备等。

Navitar

https://navitar.com/

美国

Navitar 公司于  1972 年成立于美国纽约,总部位于纽约州罗切斯特,是领先的优质光学系统制造商和供应商,为机器视觉和生物医学诊断行业提供全面的定制光学解决方案。

Computar

https://computar.com/

日本

Computar 是日本  CBC 株式会社拥有的镜头品牌。日本 CBC 株式会社成立于 1925 年,总部在日本东京。Computar 工业镜头,图像质量好,成像畸变小,图像的对比度小,适用于对图像质量要求较高的图像采集及工业自动化检测等行业应用领域。

Pentax

www.pentax.com.cn

日本

日本  Pentax 宾得公司属于日本理光公司,是世界第二大镜头生产厂,也是历史悠久的光学,照相机厂家。其专门为机械视觉行业开发的工业镜头,基本都是由 CCTV 镜头转化而来的 FA 镜头。

东正光学

www.dzoptics.com

广东深圳

东正光学技术有限公司(DZO 东正光学)成立于 2013 年,总部设在中国深圳,公司专业从事工业镜头的研发和生产。产品包括各类特种镜头,包括高清线扫描大靶面工业镜头(兼容面阵及线性)、远心镜头和微距镜头、斜像镜头、自聚焦镜头、VR 镜头等等。产品被广泛应用于智能检测、PCB 检测、OLED 检测、LCD 检测、汽车、机器人、印刷、物流仓储、军工、科研、钢铁、玻璃制造等。

长步道

www.chiopt.com

广东广州

广州长步道光电科技有限公司成立于 2010 年,是一家专注于中高端光学镜头,集自主研发设计、生产制造、营销以及持续服务于一体的国家高新技术企业。产品包括工业镜头,远心镜头,定焦 FA 镜头,线扫描镜头,大靶面镜头,安防监控镜头,车载镜头,红外镜头,无人机镜头等。产品应用范围涉及包装、现代物流、交通、安防监控、印刷、电子、纺织、汽车制造、烟草、半导体、医疗制药等


六、图像处理软件:通过底层算法实现目标适配

机器视觉系统在行业应用中的功能主要有三大类:定位、测量及缺陷检测,而机器视觉技术在完成这一系列应用时都离不开图像处理这一重要环节。图像处理包括图像识别、图像描述、图像增强、图像复原、图像分割和图像分析等一系列具体功能,而这些功能都为机器视觉系统的应用提供了不同的辅助手段。在定位过程中,图像识别强大的搜索功能可以在最短的时间内准确将目标定位;在测量服务中,图像增强有助于更好的提取测量目标的主要特征;图像分析是直接参与测量的有利工具;在缺陷检测的环节,没有图像处理缺陷的检测将无法实现,对比更是无从谈起。

目前图像处理软件主要由外国品牌厂商主导,国内厂商多进行二次开发。美、德系的Cognex、Keyence、NI 等公司提供了主要的机器视觉图像处理软件服务,软件的底层算法基本上被垄断。国内的机器视觉图像处理软件一般是在 OpenCV等开源算法库或者 Halcon、VisionPro、NIvision等第三方商业算法库的基础上进行二次开发。独立的底层算法具有较高的技术壁垒,国内厂商仅有创科视觉、维视图像、奥普特、海康威视、众为兴、百迈科技等少数机器视觉企业完成底层算法的研究并有一定应用。

国内外图像处理软件公司




公司

软件

简介

MVTec

www.mvtec.com

Halcon

Halcon 是一套完善的标准的机器视觉算法包,拥有应用广泛的机器视觉集成开发环境。由一千多个各自独立的函数,以及底层的数据管理核心构成,应用范围几乎没有限制,涵盖医学,遥感探测,监控,到工业上的各类自动化检测。

Cognex

www.cognex.cn

VisionPro

VisionPro 是领先的计算机式视觉软件。它主要用于设置和部署视觉应用。用户可以访问功能较强的图案匹配、斑点、卡尺、线位置、图像过滤、OCR 和  OCV 视觉工具库,以及一维条码和二维码读取,以执行各种功能,如检测、识别和测量。

Intel

www.intel.cn

OpenCV

OpenCV 是  Intel 公司开发的图像处理和计算机视觉函数库,V 是一个基于 BSD 许可(开源)发行的跨平台计算机视觉和机器学习软件库,可以运行在 Linux、Windows、Android  和 MacOS 操作系统上。OpenCV 提供的视觉处理算法非常丰富,并且它部分以 C 语言编写,加上其开源的特性,处理得当,不需要添加新的外部支持也可以完整的编译链接生成执行程序。

奥普特

www.optmv.com

SciSmart

SciSmart 智能视觉软件为 OPT 自主研发、具备完整知识产权的智能软件产品。功能界面包括图像、增强、定位、测量、检测、识别、通信、控制。对于大部分工具,有风格统一的界面和默认参数,无需用户过多设置,操作非常简单。内容涵盖深度学习技术、3D 视觉处理、高速视觉检测、支持多工位并行、支持在线调试、支持自定义用户界面等。

创科视觉

www.ckvision.net

CkVisionBuilder

CKVisionBuilder 是目前机器视觉行业内最简单的视觉系统开发平台,已经集成 BLOB 分析,对象计数、几何匹配、灰度匹配、彩色匹配、字符识别、条码识别、测圆、找圆、卡尺测量、外经内经测量、颜色识别、图像基本运算(二值化、比例变换、开运算、闭运算、膨胀、腐蚀、滤波、边缘检测)、几何运算、图像合并、图像旋转、轮廓提取等功能。

维视图像

www.xamv.com

MVIPS

MVIPS 机器视觉图像处理软件是一款高性能的机器视觉图像处理软件,包括 OCR&OCV 字符识别、尺寸测量、颜色检查、区域对比四大功能模块,测量、检测、识别速度快,可靠性高。兼容 Microvision全系列相机以及支持 DirectShow 和 DCAM 驱动的图像采集设备,能直接从硬件上得到图像数据,配合视觉工具库,获得高性能的应用、处理,使用起来更加方便、快捷。

百迈技术

www.biominc.com

Vision OK

Vision PK

百迈技术长期聚焦于核心视觉技术研发,攻克视觉行业关键技术难题,建立了完全自主的底层算法技术平台。在核心技术的基础上,百迈长期积累了丰富的行业应用经验和行业缺陷大数据,能够做到可靠识别、稳定检测、精准量化和多维度缺陷信息输出。


七、工业机器视觉应用系统集成

工业视觉下游应用分布



电子及半导体行业的机器视觉应用加速扩张。中商产业研究院数据显示,从市场规模上看,2018 年国内市场规模突破 20 亿元,年增长率在 25%左右。消费类电子产品更新换代快,需求量大,拉动机器视觉市场需求增长,2019 年市场规模将近 30 亿元。根据前瞻研究院数据,电子行业贡献了机器视觉近 50%左右的需求,主要用于晶圆切割、3C 表面检测、触摸屏制造、AOI 光学检测、PCB印刷电路、电子封装、丝网印刷、SMT 表面贴装、SPI 锡膏检测、半导体对位和识别等的高精度制造和质量检测。

中国电子及半导体机器视觉市场规模增长迅速



典型的AOI机器视觉系统集成商:



八、3D机器视觉的兴起

3D视觉的技术路线:

1、双目视觉法

双目立体视觉的基本原理是从两个视点观察同一景物,以获取在不同视角下的感知图像,然后通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(视差)来获取景物的三维信息。这一过程与人类视觉感知过程是类似的。

在双目立体视觉系统中,通常采用两个摄像机作为视觉信号的采集设备,左右摄像头(人眼)获取同一场景并发送数据给图像处理器(大脑)。图像处理器通过计算两幅图像在同一像素的相关偏移获取深度值。像素的深度值经过处理后成为一帧深度图。3D深度提供了2D所无法具备的信息,这些信息能够帮助我们理解3D空间的形状、尺寸、距离以及周边的移动。

2、结构光法

根据投影光束形态的不同,结构光又可分为散斑结构光、条纹结构光等。<br/>

结构光测量中将预先确定的光图案被投射于物件上,然后透过分析图案如何失真变形而取得深度信息。结构光的优点是计算简单,测量精度较高,对于平坦的、无明显纹理和形状变化的表面区域都可进行精密的测量。其缺点是对设备和外界光线要求高,造价昂贵。目前,结构光法主要应用在条件良好的室内。

3、飞行时间法(ToF)

飞行时间(Timeof Flight,简称ToF)法,它将脉冲激光信号投射到物体表面,反射信号沿几乎相同路径反向传至接收器,利用发射和接收脉冲激光信号的时间差可实现被测量表面每个像素的距离测量。

ToF直接利用光传播特性,不需要进行灰度图像的获取与分析,因此距离的获取不受物体表面性质的影响,可快速准确地获取景物表面完整的三维信息。缺点则是需要较复杂的光电设备,价格偏贵。

4、三角测距法

三角测距法又称主动三角法,是基于光学三角原理,根据光源、物体和检测器三者之间的几何成像关系来确定空间物体各点的三维坐标。在实际测量过程中,它常用激光作为光源,用CCD相机作为检测器。三角法针对一条光束的几何偏移量进行测量,其数值与物件高度相关。这是一种基于物件扫描的单维成像方法。激光点出现于摄影机视野范围内的不同位置,具体取决于激光打在物件表面的距离范围。由于激光点、摄影机与激光发射器形成了一个三角形,因此这种方法被称为三角法。

位移与位置监控应用要求高准确度、高稳定性以及低温度变化,因此,一般采用高精度激光。三角法的缺点在于这种方法只能覆盖到一段较小的距离范围,易受环境光线影响,并且仅限制于扫描应用。同时,它需要用到复杂演算法与校正,而且受到结构性或复杂表面的影响。

国内外结构光3D视觉传感器企业




公司

地点

网站

Keyence

日本

www.keyence.com.cn

西克sick

德国

www.sick.com

Zeiss

德国

www.zeiss.com.cn

IDS

德国

https://cn.ids-imaging.com/

梅卡曼德

北京

www.mech-mind.com.cn

博明视觉

深圳

http://bomming.com/

广成创新

深圳

www.gci3d.com

华汉伟业

深圳

www.hhwytech.com

微深科技

天津

www.visentech.com





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