- 摘自2014.6【智能工業特刊】“i創新”欄目
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由于全球制造中心逐步向中國轉移，機器視覺系統已成為各大半導體原廠的重點關注市場。如何為“眼盲”設備提供“視力”或“視覺”，從而提高產品質量、提高生產力并降低成本？眾多知名半導體廠商紛紛通過開發新型機器視覺系統來鞏固并促進未來工業自動化產業的良性發展。有鑒于此，本期2014年6月“智能工業”特刊“i創新”欄目主題將聚焦于“智能工業下機器視覺的未來”探討。
在人工成本急劇上升、產業結構升級的宏大背景下，中國不斷出臺新的政策支持工業機器人的發展。2014年伊始，中國工業機器人即迎來重大利好。工信部發布《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》，針對中國工業機器人的發展現狀，《意見》提出了具體目標，包括到2020年，高端產品市場占有率提高到45%以上，機器人密度（每萬名員工使用機器人臺數）達到100以上，等等。這意味著政府認為在未來6年內中國工業機器人的保有量將增長4倍。
芯片商與工業電腦系統集成商正大舉搶攻機器視覺應用商機。工業型機器人應用前景看好，連帶讓機器人內部控制元件的行情跟著看俏，包括MCU、DSP、FPGA、工控平臺等解決方案供應商亦正大舉獻計，飛思卡爾（Freescale）、萊迪思（Lattice）、美國國家儀器（National Instruments）、凌華（ADLINK ）等業界一眾知名大廠，期許能順著智能工業與自動化的潮流，推出從機器視覺、測試測量和運動控制等工業熱點設計方案，大發智能工業財。
工業型機器人需求崛起，可望帶動龐大市場商機。工業型機器人的核心能力在于機器視覺與運動控制；而目前最普遍的工業型機器人樣態即是模仿人類手臂的機器手臂，而機器視覺作為工業機器人的“眼睛”和感知器官，對圖像捕捉與處理能力要求非常高，已然成為工業的智能化的關鍵所在。
機器視覺正迎來全新的發展機會
飛思卡爾微控制器事業部亞太區市場營銷和業務拓展經理 李星宇表示，工業自動化正在邁向工業智能化。業內專家認為，人口紅利的劉易斯拐點將會在2015年出現。隨著勞動人口的下降和老齡人口的上升，許多企業將面臨勞動力成本上升的問題，因此對于工業智能化有強烈的需求。這為機器視覺帶來了全新的應用。
李星宇進一步指出表示，目前簡單勞動的機器替代趨勢已經形成，而具有機器視覺智能設備可以幫助自動化設備實現高度靈活的配置，以及適應更加復雜的作業任務，例如物流分揀，產品品質檢測、高精度加工、裝配工作等，而通過M2M的互聯，更有助于提高自動化系統內部各個單元的協作效率，從而擴大機器替代人力勞動的范圍。據國際機器人聯合會此前預測，到2014年，中國將成為全球工業機器人的最大市場，年均銷售增長率達到25%。我們注意到，汽車制造，電子裝配，倉儲物流以及建材生產等行業對于工業機器人的需求非常旺盛。
機器視覺的另一個應用是鋼鐵工業，包括焊縫的自動跟蹤，帶鋼表面缺陷的自動檢測、連鑄、軋鋼等工序中的品質控制等等?？紤]到中國龐大的鋼鐵工業規模，機器視覺技術帶來的經濟回報可達千億元的量級。這些技術同樣可以使玻璃、石化等傳統行業受益。
飛思卡爾微控制器事業部亞太區市場營銷和業務拓展經理 李星宇表示，工業自動化正在邁向工業智能化。
i.MX6——機器視覺應用的制勝利器
i.MX6非常突出的一個優勢是它提供了OpenCL支持，為什么OpenCL對于機器視覺如此關鍵？
事實上，機器視覺系統需要進行大量并行的數據運算，包括圖像校正、圖像灰度化及二值化、圖像分割與裁剪，邊緣檢測等等。目前許多機器視覺算法基于開源的OpenCV來實現OpenCV（Open Source Computer Vision Library）是一個致力于實時處理計算機視覺運算的開源庫，至今已有超過250萬的用戶。雖然OpenCV的目標是能夠實時的處理計算機視覺問題，但是大多數計算機視覺的算法太過復雜，無法在CPU上實時執行。而計算機視覺的大多數算法具有天生的并行性，因此非常適合在GPU和APU上執行并獲得極大的加速。
OpenCL正是為滿足這樣的需求而定義的。OpenCL（Open Computing Language）是一個在異構平臺如CPU和GPU上高效執行程序的開源計算框架，使得GPU可以分擔CPU的計算負荷。它使應用程序能夠在GPU上執行，使GPU可以不僅執行圖形程序，而且可以執行通用計算程序（GPGPU）。利用OpenCL加速，可以GPU強大的并行處理能力和可編程流水線處理圖形算法，在性能上大大超越了傳統的CPU。
為機器視覺的安全保駕護航
李星宇強調，在機器視覺應用領域，客戶最具價值的資產就是其軟件算法，如何防止算法被竊取顯得至關重要。在物聯網時代，當機器視覺被應用在工廠產線、安保領域、或者是各類機器人上時，一旦其受到網絡攻擊，控制權被奪取的話，產生的后果將是災難性的。這就要求機器視覺必須是部署在可靠的硬件執行環境中。
i.MX6提供非常完善的安全特性來保證用戶的知識產權和設備運行可靠性。其中包括：
1. 可信執行環境；
2.高可靠性啟動（HAB）；
3.硬件加密引擎（CAAM）以及隨機數生成器（RNG）；
4. 安全存儲區（Secure RAM）。
FPGA+工業物聯網=高效的工業系統
機器視覺已開始在智能工廠的產線上發揮重要功能，成為智能制造中不可或缺的要角。機器手臂可取代人工進行焊接、涂裝及裝配等流程，達到更經濟、快速和準確完成標準的常規作業；而隨著機器手臂日益受到重視，在機器手臂馬達控制中擔當重任的MCU和低功耗靈活與高處理能力的FPGA等關鍵器件，亦可望跟著受惠。
萊迪思半導體通訊及工業部門高級總監Jim Tavacoli表示，機器視覺將結合工業控制系統分析數據，從而實現更為高效的工業系統。
萊迪思半導體通訊及工業部門高級總監Jim Tavacoli表示，隨著百萬像素相機和多個圖像傳感器的廣泛應用，市場將產生以下三種需求：1） 新的圖像傳感器接口；2） 以低功耗實施圖像信號處理；3） 小尺寸封裝。FPGA架構尤其適合接口和圖像信號處理，而萊迪思專注于外形小巧的低功耗芯片產品，在服務于新興工業市場方面處于有利地位。
工業物聯網也離不開機器視覺。工業物聯網是一個有著巨大增長潛力的市場，用戶需要收集傳感器數據，有時還要將這些數據與來自機器視覺的圖像傳感器數據結合在一起，以實現更好的智能化功能。物聯網的興起帶來了龐大的傳感器需求，這意味著隨時隨地使用更多連接，同時也提出了多樣化的傳感器接口需求。
Tavacoli指出，機器視覺將繼續利用針對移動應用開發的技術，通過工業控制系統提供詳盡分析，連接到云系統進行分享和大數據處理，從而實現更為高效的工業系統。
Tavacoli進一步強調，安全、高能效、可遠程升級的工業系統將需要長達10年時間進行開發和部署。這一目標要通過幾代系統才能實現，它們可為當前工業系統提供持續演進的增強功能。
值得指出的是，當前工業系統供應商在連接性、外形尺寸和功耗方面都面臨著日益嚴峻的挑戰?；蛟S，萊迪思可以運用其在智能手機、平板電腦和可穿戴設備領域積累的FPGA專業經驗并將其應用到工業領域中，進一步推動機器視覺乃至智能工業的發展。
工商網監
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