IDS工业相机镜头以 3D 之名，围攻「智能制造」，AI 视觉独角兽们的新战场|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

以 3D 之名，围攻「智能制造」，AI 视觉独角兽们的新战场

进入2022年，智能制造成为政府“两会”中的热门词汇。

一方面，国家发改委、工业部、科技部等八部门发布了关于印发《“十四五”智能制造发展规划》的通知，提出国家级的顶层设计；另一方面，各地方政府，如北上广深等一线城市，都已经出台相应政策细则，为推进智能制造提供制度保障。

而在实现智能制造、推动产业升级过程中，机器视觉作为不可或缺的技术，承担起让机械“看得懂、看得细、抓得牢、送得快”的桥梁作用。

换句话说，要让机器代替人力，首先要给机器装上“双眼”，使之能够“看得见”，然后才能像人一样工作，这就是机器视觉。

作为人工智能的一个分支，机器视觉具备人所不能拥有的优势：精度高、可适用于危险工作环境，并且识别效率高，可无间断工作等等。实际上，机器视觉并非新事物，已经被广泛应用在外观检测与识别、货物分拣等工业流程之中。

目前的机器视觉仍以2D为主，即通过摄像头拍到物体平面的照片，然后通过图像分析或比对来识别物体，其局限在于只能观测到物体平面的特征，成像精度容易受照明条件影响，因而适合一些对技术要求不高的中低端制造业。

在一些高端制造领域，例如生物科技、精密半导体等对测量精度要求极高的产业，传统的2D解决方案已经不能满足需求，3D视觉正逐渐崛起，成为市场新宠。

从2D到3D：不止一个维度的区别

3D视觉，即通过3D摄像头采集物体的三维坐标信息，通过算法实现三维立体成像。

与2D视觉系统相比，3D视觉的优势在于，多一维度的信息数据（主要是空间坐标），能满足对体积、形状、距离等信息测量的需要。并且，3D视觉不容易受照明条件的影响，其成像精度远高于2D视觉，同时，其快速处理信息的能力也非2D视觉系统可比。

举个简单的例子：在涉及曲面、有弧度的物体测量时，2D视觉只能拍出平面图，很难反映出物体的真实情况；3D视觉拍出的是立体图，能呈现出物体的曲面、弧度、深度等真实信息，对机器或者人而言更具参考价值。

随着制造业的智能化升级，市场对于3D视觉的需求也在不断提升。根据美国市场研究机构Grand View Research的报告，到2027年，全球3D机器视觉市场规模预计将达到34.6亿美元，预测期内，市场的复合年增长率预计为14.7%，是一个潜在的蓝海市场。

掘金志了解到，当前3D视觉在智能制造中的应用已从单个场景发展到整个生产线的赋能，涉及定位、引导、生产、分拣、装配等多个环节。

以智能手机生产流程为例：在2D视觉时代，应用场景最为广泛的是质检，即尺寸与缺陷检测，涉及主板、零部件及包装三大部分。3D视觉可以直接覆盖这些流程，在检测精度、速率上更胜一筹，并且将应用拓展到上料、生产、检测、封装等场景，实现对原有产线的智能化改造，在上下料、分拣、搬运等环节需根据产品种类的不同实时规划并完成作业任务。

这实际上为厂商的柔性生产提供了便利。在C2M商业模式的带动下，企业需要根据用户实时订单来决定生产规模，以往的机械化生产属于批量生产，柔性很弱，3D视觉提高了工业机器人及自动化设备的智能化水平，使其具备按照实际生产需求来灵活变化生产各种产品。

例如，冬奥期间大火特火的冰墩墩，出现了一“墩”难求的情况。那么厂商需要实时调整生产策略，灵活配置生产原料、生产数量及质检部署，多生产“冰墩墩”，少生产“雪容融”，整个生产环节，都可以利用3D视觉来减少人力成本、提高生产效率。

因此，3D视觉与2D视觉并不简单的是1个维度的信息差异，多一维度信息带来的对生产模式及效率、商业模式的改变，才是其核心要义。

不过，上述例子都是理想状态下的预设。现实情况是，3D视觉虽然具备诸多优势，但要实现广泛应用，还有许多难题要解决。

3D视觉之难：场景、成本

和消费类电子不同，3D视觉在智能制造领域的应用，由于场景碎片化，显得更为复杂。

熵智科技创始人赵青在接受雷峰网采访时曾表示，3D视觉技术的应用落地面临两大难点：

3D视觉技术对于应用场景要有强适应能力；

3D视觉技术和运动规划技术的衔接。

首先，制造业的生产场景非常复杂，3D视觉在实验室中的效果，可能在实际场景中无法体现，这就要求3D视觉对于应用场景具备强适应能力。例如，在反光、暗黑、覆膜和远距离等条件下是否依然可以准确感知、识别出物体。

其次，3D视觉在感知到物体的三维信息后，需要与运动规划技术进行衔接来完成任务。这又涉及避碰检测、手眼坐标转换、节拍优化和力控等技术。

但机器本身很难像人一样，大脑发出指令就能完成动作；机器需要对输入的信息进行解读，并且将指令传送到各个部分，进而执行命令。其中一个环节出错，就会导致任务失败。

最后，技术本身很难通过标准化来实现对各场景的适配，甚至在同一场景上，对技术的要求都各不相同。比如，在产品的缺陷检测上，厂商的标准是不一样的，对于缺陷的定义也各不相同，很难做一个标准化的缺陷检测工艺。

除了场景化难题之外，3D视觉所依赖的传感器（主要为摄像头）也还无法实现在保证抗环境光干扰能力强、测距精度高、分辨高的同时，降低成本，提高性价比。

因此，目前 3D 视觉的应用主要依据使用场景和预算来选择相机，然后根据相机成像结果来进行定制化的算法开发。这种成本高、周期久的开发模式严重限制了 3D 视觉在实际场景中的应用。

国产3D视觉技术之路：困难重重

根据中国机器视觉产业联盟的统计，国内机器视觉行业以中小企为主，销售额在1亿元以下的企业占据83.5%，而基恩士的销售额早已突破百亿（2020年为321.61亿元），相比较而言，国内过亿营收的企业为奥普特（2020年为6.42亿元，仅为基恩士的2%）。

可以说，在以2D视觉为主的机器视觉领域，全球市场已经形成基恩士和康耐视垄断的局面，而3D视觉技术的出现，被视为改变当前格局的技术推力。

作为新技术，3D视觉所面临的场景化难点，是所有企业都必须解决的问题。目前无论是国外的基恩士、康耐视，还是国内的安防巨头，如海康威视；亦或者诸多AI视觉公司、机器视觉公司，在3D视觉技术领域，都处于同一起跑线上。

不过，相较于国外巨头，国内企业先天性存在三个不足。

对场景的理解。

不论是基恩士，还是康耐视，都已经成立数十年，且占据着机器视觉的绝大部分市场；多年的积累使其在探索3D视觉的应用时更具优势，许多场景难点都可以基于以往经验做试探，减少不必要开支。

国内企业成立时间较短，对场景的理解需要一步步探索，甚至多走弯路，为此付出高昂的时间、资金成本。

缺乏硬件能力。

机器视觉的主要逻辑是，对收集到的图像信息进行分析处理，智能设备根据处理的信息做出相应判断。这一过程中，镜片以及镜头的质量对获取图像信息的准确性起到非常关键的作用。

国内多数公司以软件算法切入，集中在应用层，缺少相应的硬件能力。国内3D视觉的核心相机大部分为外购，包括IDS、康耐视、基恩士、佳能等，而在镜头方面，高端市场仍为徕卡、施耐德、尼康、富士等国外品牌所垄断。

稳定的客户群体。

对于客户而言，随意更换合作伙伴，很容易增加试错成本。即便是新技术，客户也往往愿意选择已经有过合作的技术供应商。显然，国外巨头具备绝对优势，而国内企业要发展，只能一步一步“升级打怪”，以技术和产品获取用户信任，逐渐建立起属于自己的客户群。

这反映出一个深刻的现实：在新技术面前，企业都是平等的，但老牌企业仍然可以依据自身的业务生态，对新（小）企业实施降维打击。

因此，国内企业要追赶国外巨头，除了技术突破以外，还需要建立起稳定的生态圈，这是一个漫长而艰难的过程。

结语

当前，3D视觉在消费电子上的广泛应用，对机器视觉公司产生了极强的刺激效应。智能制造作为下一个蓝海市场，越来越多的企业开始探索以3D视觉来赋能企业生产的路径。

但与消费电子不同，智能制造很难出现现象级应用，整个市场需求都是碎片化的，因而不可能复制前者的发展模式，企业必须在实际场景中去寻找最佳落地解决方案。

对于国内企业而言，先天性的不足并非不可逾越的障碍，需要付出比国外巨头更多的时间和精力，去理解场景、钻研技术，一步一个脚印夯实基础，然后追赶。这不仅需要视觉公司的努力，也需要光学、制造业等多个产业的共同进步。雷峰网雷峰网

参考资料：

https://blog.csdn.net/kangjielearning/article/details/109249539

https://m.thepaper.cn/baijiahao_15594039

https://en.wikipedia.org/wiki/Machine_vision

https://36kr.com/p/773813443523845

https://www.leiphone.com/category/robot/2kHE427wIXhOtN1n.html

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1715395976735890506&wfr=spider&for=pc

https://www.leiphone.com/category/aijuejinzhi/SwQdNwJfSL8wLISo.html

IDS 推出崭新概念的视觉产品——可安装视觉应用程式的智能相机

想像一下没有了app 应用程式的智慧型手机会是什么样的情况? 那些智慧手机将会跟传统功能单一的手机没有太多的差別。工业相机制造商IDS将app应用程式的原理套用到了IDS NXT新智能相机(传感器)的工业影像处里应用上。IDS产品提供使用者最大的弹性应用: 他们可以根据需求将影像处里任务分配给可使用应用程式的工业相机以及传感器。透过这种方式不仅可以让装置具有多种变化的功能性，同时装置内部可以直接处里影像传感器提供的图像信息。用户可以在app development kit以及Halcon Embedded runtime License的基础上开发与安装个別的视觉应用程式。IDS NXT 平台率先推出搭载1.3MP CMOS 传感器搭配自动对焦液态镜头并且集成了ToF Sensor以及其他功能。

传统的视觉传感器，像是读码器，往往只能提供有限的特定功能，并且无法透过更新或是安装新的应用程式来增加新的功能。但IDS NXT 改变了这个问题: 一个让你可以可随心所欲编程的平台让相机的功用可以无限拓展。就跟使用智慧手机一样，使用者可以自行安装不同的视觉应用程式。安装了应用程式后，用户可以在很短的时间内针对所要进行的视觉任务内容作变更与调整设定。图像处理引擎随后将预处理数据传送到电脑，或是直接用来做最后的判定处里决定。这为许多应用领域提供了更多的可能性，像是在光学检测，以及医学技术中的分析仪器，针对人脸辨识或是车辆、人数统计等等。

IDS NXT vegas: 系列首款型号

IDS NXT vegas的灵活性来自於搭所搭载的1.3MP COMS传感器，配合液态镜头的自动对焦功能、LED照明以及用Time of Flight 传感器量测距离。装置运行状态以及网络设定可以透过高对比的OLED显示器来阅读，只需要轻轻的安一下显示按钮。IDS NXT 重量只有185公克，简单优雅的硬体以及软体介面设计。基板版本的相机型号选项提供OEM设备制造商一个非常方便的选择

其他重要的特点还有SOC (system on a chip) 低电耗以及内建1GB的快闪记忆体用来储存影像， system logs，用户设定以及其他视觉应用程式。IP65防护等级，防尘，防溅水，传感器具有防震、M12规格的工业GigE连接口，12-24 V DC 直流电供电、击发(trigger)、闪光 (flash)、一组数位输入/输出RS-232 接口用来直接跟PLC或是其他装置进行讯息沟通。

标準的RESTful (Representational State Transfer) web service也能提供 TCP/IP 通讯用来配置所有IDS NXT 装置的参数设定包含了应用程式。这意味着使用Windows IDS NXT Cockpit 或是 iOS 平板上的IDS NXT mobile app 可以简单的对IDS NXT 做设定。IDS NXT vegas 配有完整的HALCON embedded runtime license 以及 IDS NXT Software Development Kit。

新品发布会: IDS 推出崭新概念的视觉产品---可安装视觉应用程式的智能相机

IDS工业相机镜头以 3D 之名，围攻「智能制造」，AI 视觉独角兽们的新战场