智能技术

引言随着我国工业持续发展，工业主导地位不断提高，我国的工业生产结构产业结构从劳动密集型逐渐转向技术、知识密集型，产业发展的动能也逐渐从要素驱动转向效率驱动和创新驱动。与此同时，随着5G网络时代的到来，人民的生产生活将愈来愈智能化。为建设现代化强国，提高工业生产的作业效率和经济效益，实现国家经济增长再创新的高度。我国工业生产的智能化水平仍然是工业领域的一个重要的研究点，未来工业智能化的发展尤为重要。近年来，随着工业智能化的迅速发展，具有便捷性、精确性、迅速性、智能化等优点的机器视觉技术被广泛应用于工业生产各领域，其作为一种现代化检测手段，越来越受到人们的重视。机器视觉技术涉及计算机科学、人工智能、信号处理、图像处理、机器学习、光学、自动化等多个领域。机器视觉通过光学设备和传感器获取到目标物体的图像信息，然后将图像信息转化成数字化信息，进而通过计算机分析数据显示在电子屏幕上或者通过控制单元指导机器完成任务。机器视觉偏重于信息技术工程化和自动化，但又构建在计算机技术视觉效果方法论的基础上，它的重点是感知目标物体的位置信息、大小形态、颜色信息及存在状态等数据信息。本文主要通过论述机器视觉技术在工业生产智能化中的应用，分析机器视觉的优点及现如今存在的问题，并针对问题提出解决性的方法，进而剖析机器视觉技术在工业智能化生产上的发展趋势及方向，期望能为现代化的智能工业生产的发展提供借鉴。1 机器视觉的研究与发展机器视觉的概念始于20世纪50年代，最先应用于“机器人”的研制。通过机器视觉传感器采集图像信息并处理，进而通过计算估计下一步的位置来控制机器人运动。20世纪50年代：机器视觉的研究主要集中在二维图像的简单分析和识别上，像字符，工件、图片的分析和处理等，多用于航天、工业的制造与研究。20世纪60年代：利用计算机程序从数字图像中提取出诸如立方体、楔形体、棱柱体等多面体的三维结构，提出基于机器视觉的多面体零件特征提取技术，进而为识别三维物体和三维计算机视觉研究打下坚实的基础。20世纪70年代：这个时期才有人首次提出较为完整的机器视觉理论，也陆续出现了一些视觉应用系统．简单的视觉应用系统小部分的代替人工生产，让工业生产逐步向自动化方向发展。20世纪80年代：机器视觉技术在这个时期获得蓬勃发展，随着一些新概念、新方法、新理论的不断涌现。机器视觉技术也不断和其他技术相结合，产生新的生产方式应用于工业生产中，机器视觉也逐渐被人们熟知和应用，使其工业生产中掀起新的生产浪潮。20世纪90年代：机器视觉技术开始应用于零部件的装配。同时，这一时期有人提出将机器视觉和神经网络技术相结合，实现了对机械零件表面粗糙度的非接触测量。这一技术的实现让众多机械零件表面的检测得到了应用，代替了人工检测，提高了工业生产效率，让众多工人的双手和双眼从工厂生产中解放出来。21世纪：现如今，机器视觉的发展已相对成熟，很多企业借助机器视觉的优点将其大量应用于工业生产中。现如今的时代是智能化的时代，现代工厂的生产也不断追求自动化以及机械化，倡导将传统的人工生产解放出来，越来越多的产业已经在工业生产智能化方面做的相当出色。机器视觉技术作为工业智能化生产中的关键技术，也不断的被人们改进。由此可见，机器视觉技术一步步地发展到现阶段，已经相对成熟，并且在各个领域都大规模是使用，尤其在工业领域发挥了至关重要的作用。但是国内的机器视觉技术相对起步较晚，相比国外还有一定的差距，还需要在技术、算法等方面努力跟进。2 机器视觉在工业机器人中的应用工业机器人是现代科技的主要代表技术，工业机器人以其方便精确，省时省力，而被广泛应用于家电、电子、服装、汽车、食品、等行业。随着现代科技的高速发展，高标准、高效率已经成为众多企业追求的目标，在这种发展背景下，工业机器人应运而生。其中让笔者印象深刻的就是京东自动化机器人仓库，硕大的仓库里面成千上万的机器人不停地在货架之间来回运动，将物品分类、投放、运输。在工业机器人领域中机器视觉具有如下功能。（1）定位和控制。现代工厂生产要求机器视觉系统能够快速，准确地找到目标物并确认其位置。然后使用机器视觉进行定位，并引导机械手臂去准确地抓取。（2）识别。主要利用机器视觉获取图像，然后对图像进行处理、分析和理解，以识别各种状态的目标和对象，用于跟踪和收集数据。一般的机器识别系统借助照相机完成。（3）检测。检测生产线上产品的质量，这也是取代人工最多的环节。在工业领域，主要检查包括尺寸大小检测，瓶子外观缺陷检测，瓶口缺陷检测，残次品检测等。（4）高精度检查。在工业生产中，一些精密的电子设备零件需要较高的精度，例如计算机、手机上高度集成的电子电路板，有些可达到精度0.01mm甚至μm级，人眼无法识别这些小的元器件，因此必须使用机器来完成。（5）分拣与搬运。现代工业生产与运转过程中，不可避免都会有一些分拣的工作，而传统利用人力进行分拣工作的方式存在较大局限，但视觉机器人的应用可以极大地提高工业生产的效率及工作精确度，进而解放了人们的双手。机器视觉系技术在机器人的应用中起到一个核心内容的作用。机器视觉中最关键的一项就是：怎样让机器人对运动目标物进行准确识别。视觉系统技术可以解决这一难题，加入视觉系统技术，可以使机器人对目标物进行实时的运动跟踪与检测，进而准确的确定目标物的位置与方向，确保机器人对其的准确定位。机器人视觉系统的工作主要分为4个部分：相机定位、图像分析与处理、目标物状态识别及机器人的动作操控。先利用相机定位对目标物建立运动坐标系，获取物体坐标；然后将获取的目标物分图像进行分析和处理；状态识别以图像分析为基础，对目标物的状态进行分析和处理，从而根据图像处理与分析的结果操控机器人的动作行为。工业机器人的使用是现代工业相对于传统工业的伟大进步与发展，其解决了传统工业成本高、效率低、耗时长等缺点，将人们双手解放出来，让现代化的工业生产更加自动化、智能化。3 机器视觉在工业控制领域的应用现代化的工业生产大多倾向机械一体化，例如，薯片的生产，从土豆的清洗，到最后薯片的装袋、封口，都不需要人为参与。当然有的人要说这样生产出来的东西没有人情味，但是我想说机械一体化的生产方式或许将是未来所有工业生产的大趋所示，其优点不在赘述。那么，怎么才能控制机械化生产呢？这就要用到机器视觉技术来控制机器生产。机器视觉控制器，因其具备出色的处理能力，可在10s以内高速完成最多128个点的检测，强大的处理能力可以直接影响可运行的算法以及视觉系统做出决策的速度。为了减少图像处理的时间，一些工厂现在使用同构处理来运行视觉算法。另外，现在的一些机器视觉控制器还具有用于网络连接的专用以太网端口以及用于连接外部数据存储器的端口。通过工厂连接功能，工作人员可以实现在办公室检测产品生产，查看图像，还可以实时回放，极大的方便了工厂的生产。这种直接进行工业一体化生产的方式在慢慢的取代传统生产方式，相信在未来的工业发展中，一大部分工厂将利用机器视觉控制实现工厂一体化生产。4 机器视觉在工业质量检测中的应用在现代化工业生产过程中，目标检测多种多样，市场需求相对较大。比如，检测机械零件大小是否达标、辨别条形码或包装条码、测试商品的外表缺陷、瓶口缺陷、打印缺陷等等。这些应用均需大批量测试，并且都是高精度的测试，人眼识别在这些检测中处于劣势，如果仅仅通过人工，耗时可想而知。在啤酒瓶的生产过程中，瓶子大小以及外观是否有缺陷等这些都需要经过质量检测。一些工厂一天就会生产成千上万的啤酒瓶，如果都利用人工来处理，是让人无法胜任的。而且一般人眼一直盯着同样的物体检测，时间长了，会造成视觉疲劳，进而导致残次品率高，工作效率低下。不仅如此，一些工厂还要花费大量成本聘请人力检测，这种落后的生产方式已经不再适合现代化生产。利用机器视觉技术可以有效的解决这一问题，用机器检测代替了传统的人工，大批量检测可以快速完成，加快了工厂的产品生产速度；另外，减少了工厂的生产成本，提高了产品的生产效率。机器视觉技术的应用，使工业生产不在受限于人眼识别的缺陷，提高了工业检测的精度和效率，使工业生产更加的自动化和智能化。5 机器视觉中的关键技术通俗来说，机器视觉的作用是代替了人眼来做测量和判断，机器视觉系统利用照相机和照明设备获取图像信息，然后传送给图像处理系统，图像处理系统将图片进行颜色、亮度处理，然后将图像信息转换成数字信号，最后通过计算机进行处理、分析。机器视觉中的两大关键技术：图像采集和图像分析与处理。（1）图像采集图像的获取是机器视觉技术中至关重要的一步，他是后续图像处理的保障。利用摄像头进行图像捕捉，摄像头的选择因功能而异；有时，图像的质量优劣还与光线强度有关，因此，会添加照明功能辅助图像采集。图像采集工作涉及到图像传感器的使用，一般灵敏度高、像素大、动态范围大、功耗低的图像传感器较受人们欢迎。目前市场上普遍使用的传感器是CCD，其灵敏度高、读取噪声低，因此在图像传感器占据一定的市场。日常生活中常见的图像采集有数码相机、手机、各式各样的摄像头、多媒体等，图像采集的速度、质量直接影响到后面图像的处理以及机器的控制。（2）图像分析与处理图像分析一般利用数学模型对图像的色彩、透明度、色差进行分析，进而提取出有用的图像信息。主要包括图像信息识别与读取、图像的存储、图像数据变换、图像分割、模型匹配以及解释。图像分析步骤如图1所示。图1 图像分析步骤对于分析好的图像信息，下一步就需要进行处理。一般的图像处理方法是数字处理，主要技术和方法包括去噪、增强、复原、提取特征等。图像处理所需的硬件有数字图像采集器以及图像处理计算机，主要的图像处理操作，还是要通过图像处理软件来完成。涉及的算法有傅里叶变换、正余弦变换、沃尔什变换，微分计算、滤波处理等。图像是机器获取和信息交流的主要来源。通过图像的获取、分析与处理，将外界信息转化成可供计算机分析的数字信号，进而通过分析系统传输给控制系统，发出下一条动作的指令，控制机器完成任务。6 机器视觉技术在工业应用中的发展趋势机器视觉技术的优点：可以利用机器进行非接触测量，可以利用机器实现在人无法工作和到达的区域完成对目标物的检测；机器比人眼对光更加敏感，可检测人眼看不见的红外及微弱光检测测量，解决了人眼的缺陷，扩大了人眼的视觉范围；机器不会产生疲劳，可以长时间的稳定工作，机器视觉可以进行长时间工作、分析、处理与操纵；利用了机器视觉解决方案，可以节省大量劳动力资源，有效降低企业生产成本，为现代化工业生产带来可观利益。现在科技技术发展较迅速，机器视觉技术的应用也相对成熟，但是还是存在诸多问题：当工业生产车间现场的噪声很大时，机器视觉系统往往会受到干扰，会造成设备灵敏度的降低或设备的损坏；另外工业生产现场有的处于高温，有的处于低温，这就要求机器设备要有一定的抗干扰能力和稳定性。图像的采集有时还会受光照强度的影响，当光线昏暗时，就会影响目标物图像的提取、识别及分析，进而有可能造成生产产品次品率上升，影响生产的精度及效率。如何解决这些问题并提高机器性能，进行有效的图像识别，使机器视觉技术在工业智能化生产中得到高效的利用，是当下研究的关键。（1）研发出高效率的图像处理软件和硬件。图像采集部分的快慢主要依赖于硬件的速度，高质量的硬件可有效减轻主机的负担，提高系统的对图像的分辨效率、采集效率、图像处理的速度及处理分析效率。高质量的软件也尤为重要，质量高的软件可以让机器的命令执行速度更加高速有效。（2）开发适用性强、高效、稳定、实时的智能算法。智能、高效、稳定化的智能算法可有效提高系统的分析处理速度，并且改善复杂环境下系统抗干扰能力较差的缺点，使系统有较强的即时性、鲁棒性、稳定性、抗干扰性以及环境适应性。7 结语由此可见，机器视觉技术在工业制造有着广泛的需求，在工业领域有着较大的发展空间。机器视觉技术的利用可有效的降低生产成本，节约劳动力，提高生产效率，降低产品次品率；另外，还可以实现非接触测量。机器视觉技术的优点如此之多，因此，对制造业领域智能化的发展也具有较大的影响。但是，现在的机器视觉技术还有待提高，许多技术难题还亟待解决，当下任务应着力解决机器视觉技术在工业生产上的智能化、自动化应用，以便以后全面投入工业领域生产，进而为我国的现代化强国建设做出贡献。本文作者：北京信息科技大学信息与通信工程学院 孙郑芬 吴韶波

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 2016年11月23日，“2016年中国智能光谱快检高峰论坛”在广州市越秀宾馆成功举办。国内相关学会、高校、科研机构、政府、检测机构及企业的代表近百位参加。 /p p style=" text-align: center " & nbsp img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/529e9981-6c4f-4bc4-be16-5bcc46051c3c.jpg" / /p p style=" text-align: center " “2016年中国智能光谱快检高峰论坛”现场 /p p 　　“2016年中国智能光谱快检高峰论坛”还设有主题演讲环节。围绕智能光谱技术发展及其在食品安全快检中的应用，中国仪器仪表学会近红外光谱分会袁洪福理事长、韩东海副理事长，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所丁海泉副研究员，广东省食品安全学会苏彩珠专家，星创众谱公司王动民副总经理、刘振尧总经理助理分别做了精彩的演讲。 /p p style=" text-align: center " & nbsp img title=" 12.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/0fd3e67e-0555-4d34-83d8-793a2c57e4d5.jpg" / /p p style=" text-align: center " 中国仪器仪表学会近红外光谱分会 袁洪福理事长 /p p style=" text-align: center " 报告题目《光谱多元分析建模规范》 /p p 　　袁洪福教授在报告中介绍了利用近红外光谱技术成功实现活体雌雄蚕蛹的无损高速分选，攻克制约我国桑蚕产业可持续发展的技术难题等三个例子，说明了近红外光谱在我国经济发展中起到了重要作用。那么如何更好地发展近红外光谱技术、让分析结果更加准确?袁洪福教授认为，近红外光谱分析“做准”包括仪器硬件、软件和模型等方面，而各个方面都离不开标准化。 /p p 　　在近红外光谱分析过程中占据关键地位的模型，其建立、维护、转移等都需要标准化。随后，袁洪福教授介绍了GB/T 28858-2013 分子光谱多元校正定量分析通则的法理基础和要点内容。GB/T 28858-2013是国内首个多元分析方法的国家标准，对于分子光谱快检的发展和满足社会迫切需求具有重要意义。 /p p style=" text-align: center " img title=" 13.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/aaa59f85-6769-4e93-b729-32f1ab8b38bc.jpg" / /p p style=" text-align: center " 中国仪器仪表学会近红外光谱分会 韩东海副理事长 /p p style=" text-align: center " 报告题目《试论近红外光谱分析技术的细节特质》 /p p 　　韩东海教授在报告中介绍，在仪器的原理和结构方面，近红外专用仪器与分光光度计大同小异，但设计思想差异颇大，重视细节是其关键。为什么近红外技术需要非常重视细节?韩东海教授分析了三方面的原因：细节决定仪器性能与价格、细节应对物料理化多变性、细节支撑个性化解决方案。 /p p 　　随后，韩东海教授针对以上三方面的原因分别给出了详实的解释，如在细节决定仪器性能与价格方面，韩东海教授介绍到，对近红外仪器来说，被测物料对噪声的影响很大，当开发专用仪器时，应事先准确把握噪声与RPD的关系，这一点十分重要。但是市售通用仪器为了满足多种用途的需要，常按最高标准设计，故仪器很贵。 /p p style=" text-align: center " img title=" 14.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/248ca605-ef84-46e3-9b1e-24a10393fd18.jpg" / /p p style=" text-align: center " 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所丁海泉副研究员 /p p style=" text-align: center " 报告题目《做优秀国产智能光谱仪器——我们一直在路上》 /p p 　　陈星旦院士及其研发团队先后主持“七五”、“八五”、“十五”国家科技攻关课题，研制了近红外光谱谷物品质分析仪、饲料生产快速分析仪和粮食品质快速检测仪。近期的研制成果包括了NIR2000系列光谱仪， NBT系列光谱仪和IS-UAV成像光谱仪。 /p p 　　NIR2000系列光谱仪包括NIR2010型粮食成分光电分析仪和NIR2020型土壤养分分析仪等。NBT系列光谱仪主要应用领域为医学诊断，解决常规检验需要抽血、反馈慢、无法实时监测等问题，实现了部分血液成分的无创伤检测。下一步研究计划包括研制可穿戴式生命体征监测仪和个体型无创伤血糖检测仪。IS-UAV成像光谱仪即轻小型无人机载成像光谱仪，是陈星旦院士团队2016年的研究工作，目前已经完成了实验室模拟工作，正在开展外场实验研究。 /p p style=" text-align: center " img title=" 15.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/e112dc8c-6541-411c-a71d-87da6c8106fa.jpg" / /p p style=" text-align: center " 广东省食品安全学会 苏彩珠专家 /p p style=" text-align: center " 报告题目《智能光谱快检技术在食品安全检测领域的应用概况与存在问题》 /p p 　　苏彩珠专家报告中介绍了智能光谱快检技术在食品检测中的应用概况。如：便携拉曼光谱仪适用于农残快速检测，不过目前市场上多为国外厂家生产的通用型拉曼光谱仪器，价格昂贵，并且与国内农残检测的衔接应用也存在一些问题。 /p p 　　天津大学精密仪器和光电子学院研制的用于检测奶粉的复合光谱成像技术，10秒内即可得到结果、操作简单、准确度高，一次操作就能够依据食品安全国家标准测出奶粉主要营养成分及其含量，判断其是否达标。并且该技术可以拓展到重金属、真菌毒素、危害因子的快速检测。 /p p style=" text-align: center " img title=" 16.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/5e161c06-931d-41ad-8e3f-5fc4be435ffb.jpg" / /p p style=" text-align: center " 广东星创众谱仪器有限公司 王动民副总经理 /p p style=" text-align: center " 报告题目《互联网背景下智能快检仪器发展趋势》 /p p 　　传统智能快检技术多以实验室仪器为主，现场、在线仪器为辅，存在着投资成本高、人员素质要求高、标准化程度低的“双高一低”问题。而如今在互联网时代，供应商、合作伙伴，甚至包括用户在内，越来越多的人参与到智能快检技术价值创造活动中。 /p p 　　王动民副总经理认为，在当今的新背景下，我们应该：专注需求、发展定制化产品，融合技术解决用户难题，解决智能快检技术在商业应用中的“双高一低”问题，夯实商业应用需求、兼顾消费应用需求 致力于使终端仪器更专业、更专用、更智能、更“傻瓜” 借助专业化的网络管理平台，建立智能快检综合服务平台。王动民副总经理还介绍了快检技术在粮食、饲料行业的应用情况。 /p p style=" text-align: center " img title=" 17.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201611/insimg/28de745b-3e8e-4774-beee-dc40668585ec.jpg" / /p p style=" text-align: center " 广东星创众谱仪器有限公司 刘振尧总经理助理 /p p style=" text-align: center " 报告题目《我们是历史的创造者》 /p p 　　刘振尧总经理助理在报告中介绍了陈星旦院士的科研历程，及广东星创众谱仪器有限公司的发展概况。 /p p 　　陈星旦院士1950年湖南大学物理系毕业，1953年至中国科学院长春光学精密机械与物理研究所工作至今，1963年自主研发了国内第一台红外光谱仪，1964年创新性地研发出了光冲量计测定我国首次核试验光辐射威力，1975年开拓了中国短波光学技术领域，1999年当选为中国科学院院士。其中，陈星旦院士团队在1992~2006年间研制成功了“三代”滤光片型近红外漫反射光谱分析仪。 /p p 　　陈星旦院士2004年受聘于暨南大学理工学院(双聘)，2013年与广州市光机电技术研究所合作设立光学工程院士工作站，2014年成立院士创新创业公司——广东星创众谱仪器有限公司，其主要目的是将陈院士团队的光谱技术成果产业化。 /p

7月2日上午，在淄博市举办了山东省智能检测装备产业高质量发展推进会暨《智能检测装备通用技术要求》国家标准起草工作组启动会，标志着我国智能检测装备领域的标准化和产业化发展迈出了重要一步。此次会议不仅开启了《智能检测装备通用技术要求》国家标准的编制工作，还展示了智能检测装备标准符合性公共服务平台，并吸引了行业院士、专家学者及领军人物就智能检测装备的未来发展趋势进行深入探讨。智能检测装备作为现代制造业的重要组成部分，其技术进步对提升工业生产的自动化和智能化水平至关重要。此次会议上介绍的标准规定了智能检测装备的系统架构、分类及智能感知、智能分析、人机交互、互联集成、故障诊断、数字化交付、适应优化等方面的技术要求，适用于指导制造商、用户、科研院所等相关机构开展智能检测装备的研发、制造与检测评估。此标准将有助于规范行业发展，还将促进智能检测装备技术的快速进步和应用拓展。前不久，江苏省智能检测装备产业创新发展推进会也在无锡市召开，工业和信息化部副司长汪宏强调了智能检测装备在新型工业化进程和新质生产力形成中的核心作用。他指出，通过创新驱动加快技术突破、需求牵引深化应用推广、统筹推进完善发展生态是智能检测装备产业高质量发展的关键路径。无锡市政府表示将出台行动方案，构建智能检测装备产业发展新高地，同时注重场景需求牵引，推动智能检测装备在高端装备等领域的规模化应用。智能检测装备的发展不仅受到地方政府的重视，也得到了国家层面的支持和引导。江苏省工信厅副厅长张星提出，江苏将智能检测装备作为重点发展方向，并将其纳入“1650”产业体系的重点产业链。此外，江苏省发布的创新产品目录和产业发展报告，以及供需对接活动的启动，均显示出该省在推动智能检测装备领域创新和产业化方面的决心和举措。智能检测装备的技术进步和应用拓展，对于提高制造业的生产效率、降低生产成本、保障产品质量具有显著影响。随着相关标准的制定和技术的不断突破，预计未来智能检测装备将在更多行业领域实现广泛应用，为我国制造业的转型升级和高质量发展注入新动力。参考资料：江苏推进智能检测装备创新发展.中国化工报，2024年7月3日。《智能检测装备通用技术要求》国家标准编制工作启动.博览新闻，2024年7月3日。