1969年，第一片CCD圖像傳感器在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，為工業(yè)視覺(jué)行業(yè)開(kāi)啟了數(shù)碼圖像的大門(mén)。自此生活、生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都開(kāi)始與圖像和視覺(jué)連接。

機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域也開(kāi)始發(fā)芽成長(zhǎng)：從黑白到彩色、從低分辨率到高分辨率、從靜態(tài)圖像到動(dòng)態(tài)影像。而今天我們做到讓機(jī)器理解現(xiàn)實(shí)的三維立體空間，并將立體圖像視覺(jué)呈現(xiàn)在眼前，而這也是行業(yè)內(nèi)人士所說(shuō)的第四次視覺(jué)革命。第四次視覺(jué)革命的視覺(jué)升維關(guān)鍵是3D傳感行業(yè)的迅猛發(fā)展。

機(jī)器視覺(jué)從之前的2D平面進(jìn)化到3D立體“視界”，我們常見(jiàn)常用的刷臉支付、Face ID、VR、無(wú)人便利店、智能機(jī)器人等產(chǎn)品技術(shù)，背后關(guān)鍵的科技便是3D視覺(jué)技術(shù)。而第四次的視覺(jué)革命與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，也讓實(shí)體經(jīng)濟(jì)與技術(shù)價(jià)值最大化，開(kāi)始逐步向真實(shí)的產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景、生產(chǎn)效率與產(chǎn)業(yè)可行性進(jìn)發(fā)。

如果用一句話來(lái)描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與3D機(jī)器視覺(jué)的關(guān)系，描述最貼合的是這句話：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)是基于3D機(jī)器視覺(jué)的控制和AI認(rèn)知系統(tǒng)的處理。機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用并不是什么新鮮的事物，已經(jīng)發(fā)展了三十多年的歷史，而隨著工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)的崛起，其在工業(yè)制造領(lǐng)域占據(jù)的分量也越來(lái)越重。

從單場(chǎng)景到賦能全產(chǎn)線

工業(yè)視覺(jué)的技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)中最早采用的2D視覺(jué)技術(shù)，但由于2D視覺(jué)通常只能解決平面上的問(wèn)題，對(duì)于有高度信息的物體，比如涉及到曲面、有弧度的產(chǎn)品，2D視覺(jué)難以發(fā)揮作用，由此促進(jìn)了3D視覺(jué)的興起。相較于2D視覺(jué)，3D視覺(jué)對(duì)環(huán)境光變化不敏感，精度和可靠性更高，在生產(chǎn)線中可以檢測(cè)快速移動(dòng)目標(biāo)并獲得形狀、顏色對(duì)比度、空間坐標(biāo)等信息。3D視覺(jué)可以滿足以往2D視覺(jué)難以滿足的更多工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用，對(duì)2D視覺(jué)起到補(bǔ)充作用。再加上近年來(lái)消費(fèi)電子、汽車、半導(dǎo)體等精密制造行業(yè)對(duì)于精度要求的不斷提高，高精度3D視覺(jué)技術(shù)成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。

工業(yè)3D視覺(jué)主要集中在尺寸與缺陷檢測(cè)、智能制造、自主導(dǎo)航三大類應(yīng)用。工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的使用近兩年最大的變化就是從單場(chǎng)景比如質(zhì)檢中發(fā)展到為全產(chǎn)線生產(chǎn)的賦能。

在生產(chǎn)線上，工業(yè)3D視覺(jué)的引入之前都是單一場(chǎng)景的應(yīng)用，比如最廣泛使用的質(zhì)檢。拿智能手機(jī)的生產(chǎn)流程舉例來(lái)說(shuō)，涉及到尺寸與缺陷檢測(cè)的環(huán)節(jié)主要在主板、零部件組裝、包裝出貨三大部分。那么質(zhì)檢的工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)主要也是在這三個(gè)流程中涉及。而現(xiàn)在隨著工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)的集成變化，整個(gè)產(chǎn)線的上料生產(chǎn)到封裝檢測(cè)環(huán)節(jié)都可以跨環(huán)節(jié)跨場(chǎng)景地應(yīng)用。比如生產(chǎn)線上下料以及零部件的焊接、噴涂、裝配等場(chǎng)景都可以應(yīng)用到工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)。

而對(duì)于時(shí)下流行的柔性制造的需求，柔性制造下生產(chǎn)環(huán)境更為復(fù)雜，對(duì)于智能化作業(yè)的需求更高。在柔性生產(chǎn)模式下，工業(yè)機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備需要按照生產(chǎn)需求來(lái)靈活變化以生產(chǎn)多種型號(hào)產(chǎn)品，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)，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人或自動(dòng)化設(shè)備根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)的引入讓柔性生產(chǎn)的模式更加絲滑。只有跳出傳統(tǒng)自動(dòng)化小集合的解決方案，實(shí)現(xiàn)真正的全兼容智能作業(yè)才能解決這個(gè)使用需求，這是柔性生產(chǎn)對(duì)智能化視覺(jué)系統(tǒng)的典型需求。

比如在智慧物流中，3D視覺(jué)算法帶來(lái)的柔性提升，通過(guò)“AI+3D視覺(jué)”能實(shí)現(xiàn)對(duì)海量SKU的貨品的精準(zhǔn)識(shí)別并進(jìn)行分揀，特別是視覺(jué)識(shí)別和機(jī)器人軌跡規(guī)劃、抓取、移動(dòng)等控制的交互，可以突破智慧物流增長(zhǎng)的瓶頸，極大拓寬客戶覆蓋的邊界。

當(dāng)然在工業(yè)制造領(lǐng)域也并沒(méi)有完全淘汰掉2D視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。3D視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)也會(huì)作為2D技術(shù)的補(bǔ)充，這種混合的解決方案也會(huì)用在元器件的測(cè)量中，例如檢查手機(jī)上的 SIM 卡卡槽、電池模組、攝像頭模組的尺寸大小和位置安裝等，廠商大多會(huì)提供2D/3D混合的解決方案。

無(wú)論是單一場(chǎng)景的應(yīng)用還是跨環(huán)節(jié)或者是多技術(shù)方案的混合，3D機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)制造領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。不過(guò)在高精度檢測(cè)領(lǐng)域所需的核心零部件研發(fā)方面，與國(guó)外相比技術(shù)的差距還是較大，短時(shí)間內(nèi)難以超越。

“模糊”工業(yè)3D視覺(jué)視野的障礙

實(shí)際上國(guó)內(nèi)外在工業(yè)級(jí)3D視覺(jué)技術(shù)的起步時(shí)間基本都是在2014年前后開(kāi)始興起。隨著國(guó)內(nèi)不斷的遷入并升級(jí)改造產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)內(nèi)研發(fā)商逐漸加大了對(duì)3D視覺(jué)技術(shù)的投入。但是涉及到工業(yè)領(lǐng)域的落地，由于行業(yè)種類繁多，技術(shù)壁壘和場(chǎng)景不同，大部分廠商基本都是從某個(gè)垂直領(lǐng)域切入。3D視覺(jué)相關(guān)的硬件技術(shù)能力有限，而不斷崛起的AI算法實(shí)力可以滿足部分的高精度檢測(cè)需求，在一定程度上彌補(bǔ)了硬件的不足，但工業(yè)3D視覺(jué)的發(fā)展之路上需要解決的問(wèn)題不少。

1．技術(shù)與產(chǎn)品需要持續(xù)升級(jí)。工業(yè)3D 機(jī)器視覺(jué)成像技術(shù)不斷發(fā)展，但在底層的視覺(jué)硬件設(shè)備中繞不開(kāi)的卡脖子技術(shù)就是芯片和光學(xué)鏡頭，這部分仍然是國(guó)外廠商的主場(chǎng)。而集成的3D機(jī)器視覺(jué)目前依然沒(méi)有具備抗環(huán)境光干擾能力強(qiáng)、測(cè)距精度高、分辨高和成本低等優(yōu)點(diǎn)于一身的 3D 傳感器。目前 3D 視覺(jué)的應(yīng)用還是依據(jù)具體的使用場(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)行算法定制開(kāi)發(fā)。這種成本高、周期久的應(yīng)用模式嚴(yán)重限制了 3D 視覺(jué)在實(shí)際場(chǎng)景中的使用。

2.成本與市場(chǎng)培育的難平衡。在3D視覺(jué)市場(chǎng)中，參與的廠商們都在進(jìn)行價(jià)格內(nèi)卷，無(wú)論是為了后期獲得融資的好看數(shù)據(jù)，還是搶占市場(chǎng)，雖然價(jià)格戰(zhàn)間接培育了市場(chǎng)，但也對(duì)市場(chǎng)秩序造成破壞，低價(jià)下的用戶體驗(yàn)無(wú)法保障。但對(duì)于潛在的種子用戶來(lái)說(shuō)，影響其自動(dòng)化改造的難度之一就是成本的考量。成本如果超過(guò)了其預(yù)算，市場(chǎng)的培育也無(wú)法施展，目前工業(yè)3D視覺(jué)的市場(chǎng)滲透率并不高。

3.市場(chǎng)與供應(yīng)鏈的不成熟、不完善。對(duì)于一些需要采購(gòu)3D視覺(jué)的產(chǎn)品的廠商來(lái)說(shuō)，前期的產(chǎn)品量需求較少，在這種情況下，工業(yè)3D視覺(jué)廠商無(wú)法通過(guò)規(guī)?；氖侄畏?jǐn)偖a(chǎn)品成本，而市場(chǎng)中有很大的一部分潛在用戶都是對(duì)價(jià)格以及供應(yīng)鏈敏感的用戶，處于早期發(fā)展階段的工業(yè)3D視覺(jué)產(chǎn)品撬動(dòng)市場(chǎng)較困難。

4.產(chǎn)線的適配與周期長(zhǎng)。千行百業(yè)的產(chǎn)線定制化需求使得設(shè)備具備非標(biāo)性，通用性差，對(duì)于工廠來(lái)說(shuō)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景、生產(chǎn)環(huán)節(jié)，甚至不同工廠之間的需求都不盡相同，制造過(guò)程中的多品種、小批量影響企業(yè)的改造難度。設(shè)備交付之后還需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試，最終與產(chǎn)線適配才可以，存在一定的周期影響著企業(yè)的自動(dòng)化改造積極性。

從選取工業(yè)3D視覺(jué)產(chǎn)品的客戶來(lái)看，用戶選取的標(biāo)準(zhǔn)與工廠自身的特點(diǎn)、預(yù)算情況而定，而這也就意味著工業(yè)3D視覺(jué)廠商必須在提供適配產(chǎn)品能力的前提下也要具有吸引力的價(jià)格，雙方的成本與預(yù)算需要磨合到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。

這些要求限制了3D視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域的廣泛落地。處于發(fā)展初期的工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)規(guī)?；虡I(yè)場(chǎng)景并不成熟，并且產(chǎn)品定制化程度高，市場(chǎng)整體呈現(xiàn)分散、碎片化的狀態(tài)，3D視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)仍然需要在這個(gè)市場(chǎng)中不斷摸滾打爬，在一個(gè)個(gè)細(xì)分場(chǎng)景中摸索與開(kāi)拓，尋找差異化，完善產(chǎn)品與提升服務(wù)市場(chǎng)的能力，以賦能未來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)。

工業(yè)3D視覺(jué)的未來(lái)“視界”

作為工業(yè)生產(chǎn)線機(jī)器設(shè)備的重要感知部分，近年來(lái)在工業(yè)4.0的升級(jí)改造背景中，工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)作為核心技術(shù)單元之一產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展迅速，目前加速在多個(gè)制造行業(yè)中滲透，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模也呈現(xiàn)加速擴(kuò)容的情形。

GGII數(shù)據(jù)顯示，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，預(yù)計(jì)到2023年我國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到208.6億元，其中3D視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到34.28億元；預(yù)計(jì)至2025年我國(guó)3D視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)100億元。

隨著智能制造、精密加工對(duì)于生產(chǎn)流程和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提出更高要求，3D視覺(jué)系統(tǒng)也向著更加廣泛的機(jī)器“視界”領(lǐng)域演進(jìn)，這些變化和要求使得3D視覺(jué)應(yīng)用被打開(kāi)，加速了3D機(jī)器視覺(jué)在制造業(yè)的廣泛落地。下一步在工業(yè)和智能化深度融合的過(guò)程中，也會(huì)有這些趨勢(shì)變化呈現(xiàn)。

1.工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)趨于高性能、多場(chǎng)景。隨著3D成像技術(shù)的不斷迭代，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的性能也會(huì)水漲船高往高性能方向發(fā)展。主要表現(xiàn)為工業(yè)相機(jī)成像分辨率不斷提高，圖像采集速度以及傳輸?shù)目煽啃圆粩嘣鰪?qiáng)，同時(shí)光源從可見(jiàn)光向非可見(jiàn)光擴(kuò)展，相機(jī)從單光譜項(xiàng)多、高光譜延伸，擴(kuò)充機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.向智能化，實(shí)時(shí)性發(fā)展。智能化主要以云計(jì)算，大數(shù)據(jù)，人工智能等新技術(shù)為依托，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)等技術(shù)提高工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)處理、分析的能力，智能化將是未來(lái)工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)的核心賣(mài)點(diǎn)之一，不斷提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量一致性。而在數(shù)字基建中作為核心發(fā)展的5G技術(shù)將與工業(yè)3D視覺(jué)技術(shù)結(jié)合，依托5G大帶寬、低時(shí)延、高可靠性的性能為工業(yè)3D視覺(jué)提供實(shí)時(shí)的計(jì)算、高數(shù)據(jù)安全性，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)中斷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3. 工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)向集成化，小型化方向發(fā)展。隨著工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)核心零部件制造工藝和光學(xué)性能的不斷提升，未來(lái)工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)逐漸往小型化，集成化方向發(fā)展，光學(xué)模組、通信模組和計(jì)算模組，會(huì)不斷集成到一個(gè)單一設(shè)備中，集成化的設(shè)備也拓寬了機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域。

第四代的視覺(jué)技術(shù)的革新才剛剛開(kāi)始，在超高精度測(cè)量等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的企業(yè)逐漸邁出了步伐，未來(lái)還有非常廣闊的上升空間。第四次視覺(jué)革命為工業(yè)生產(chǎn)線的設(shè)備賦予了一雙雙智慧立體的眼睛，隨著硬件設(shè)備技術(shù)不斷進(jìn)步，算法與軟件持續(xù)優(yōu)化，機(jī)器除了能看清立體的三維世界，也會(huì)更能看“懂”世界。

工業(yè)3D視覺(jué)廠商在升級(jí)打怪的道路上也會(huì)不斷地完善技術(shù)體系，看得更快更清晰。無(wú)論是產(chǎn)業(yè)界，還是投資界，都在這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中給予工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)視覺(jué)信息正反饋的升維，更重要的是工業(yè)3D視覺(jué)在全球競(jìng)爭(zhēng)格局里不斷迭代，蹚出了一條中國(guó)化的競(jìng)爭(zhēng)力升維。在這場(chǎng)轟轟烈烈的視覺(jué)革命中，低成本、高性能的工業(yè)3D視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)將作為未來(lái)工廠智能硬件設(shè)備的核心，支撐AIOT智能硬件的快速發(fā)展，助推工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)萬(wàn)物互聯(lián)開(kāi)啟。

本文來(lái)自微信公眾號(hào) “腦極體”（ID：unity007），作者：燕良，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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