冬奧會(huì)全自研的“鷹眼”攝像頭，是否能引發(fā)機(jī)器視覺(jué)的革命?

       我國(guó)在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域起步較晚，但是近幾年，政策傾斜、資本涌入、應(yīng)用增多，讓整個(gè)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)發(fā)展極快。

　　在本屆冬奧會(huì)賽場(chǎng)的速滑比賽中，運(yùn)動(dòng)員速度最高可達(dá)到15—18米/秒，約等于50公里/小時(shí)，頂尖運(yùn)動(dòng)員速度可達(dá)70公里/小時(shí)。如何保證運(yùn)動(dòng)員高速運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠被攝像機(jī)清楚的拍下，是攝像機(jī)面臨的巨大考驗(yàn)。

　　為解決這一難題，中央廣播電視總臺(tái)歷時(shí)5年，終于研發(fā)出一款名為“獵豹”的“超高速4K軌道攝像機(jī)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由陀螺儀軌道車(chē)和360米長(zhǎng)的U型軌道組成，設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是25米/秒，約等于90公里/小時(shí)，在比賽中可以實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)動(dòng)員的位置，還可根據(jù)轉(zhuǎn)播需求，實(shí)現(xiàn)加速、減速、超越等動(dòng)作，靈活捕捉比賽畫(huà)面。

　　4K，超高清

　　首先，所謂的4K攝像頭，其中的4K是指分辨率，到達(dá)4K就是超高清分辨率。而4K攝像頭，指的是在拍攝的視頻文件的原始畫(huà)質(zhì)單邊最大像素可以達(dá)到4000像素以上，4K攝像頭的分辨率一般為4096×2160，能達(dá)到這種水平的被稱(chēng)為4K攝像頭。對(duì)視頻而言，由每秒25個(gè)靜態(tài)幀構(gòu)成的，其中每一幀的原始畫(huà)質(zhì)都達(dá)到了4000+的畫(huà)質(zhì)才可以稱(chēng)之為4k。

　　更通俗的理解是，多少K，可以理解為按顯示器上面有多少格子來(lái)劃分的。同樣大的電視和顯示器，4k與1k相比，當(dāng)然格子越多，格子的面積就越小，畫(huà)質(zhì)越精細(xì)，越清晰。

　　目前階段，4K攝像頭屬于比較前沿的高清攝像頭的，畢竟8K的數(shù)字視頻，目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段。8K意味著分辨率為7680*4320，這種視頻格式，其每幀圖像的分辨率為3300萬(wàn)像素，想象一下，播放這個(gè)視頻，對(duì)GPU的加速解碼能力是多大的考驗(yàn)，因此還需要配套的顯卡等設(shè)備能夠跟上發(fā)展。

　　高清攝像機(jī)，出色的機(jī)器視覺(jué)

　　針對(duì)“獵豹”這樣一個(gè)系統(tǒng)，被一部分人稱(chēng)為高速攝像機(jī)器人，其實(shí)無(wú)論是機(jī)器人還是設(shè)備系統(tǒng)，只要涉及視覺(jué)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)攝像頭提出要求。

　　我國(guó)在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域起步較晚，但是近幾年，政策傾斜、資本涌入、應(yīng)用增多，讓整個(gè)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)發(fā)展極快。相比單一的高清攝像頭，機(jī)器視覺(jué)還同時(shí)涉及光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù)，也涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域，可以說(shuō)，機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)綜合性的技術(shù)，但機(jī)器識(shí)別技術(shù)的提高，必然也離不開(kāi)精度的提升。

　　機(jī)器視覺(jué)的分辨率，一般可分為 256個(gè)灰度級(jí)，采集系統(tǒng)具有 10bit、12bit、16bit 等不同的灰度級(jí)，相比較人類(lèi)視覺(jué)的 64個(gè)灰度級(jí)有更大的優(yōu)勢(shì)。

　　高速發(fā)展階段(2008-至今)：經(jīng)歷近十年的發(fā)展，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)進(jìn)入了高速發(fā)展階段。隨著應(yīng)用需要，目前，在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多分辨率 4Kx4K 的面陣攝像機(jī)和 12K 的線(xiàn)陣攝像機(jī)，通過(guò)光學(xué)鏡頭，可以觀(guān)測(cè)微米級(jí)的物件，也可以觀(guān)察天體一般的目標(biāo)。

　　機(jī)器視覺(jué)的革命

　　機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括光源照明、鏡頭、圖像處理和視覺(jué)處理組件等。其中，照明負(fù)責(zé)照亮要檢測(cè)的零件，使其特征突出，可以讓相機(jī)清晰地看到。鏡頭采集圖像后，將以光的形式將其傳送給傳感器。機(jī)器視覺(jué)相機(jī)將此光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，然后發(fā)送至處理器進(jìn)行分析。接下來(lái)，視覺(jué)處理包括檢查圖像和提取所需信息的算法，運(yùn)行必要的檢查并做出決定。最后，通過(guò)離散 I/O 信號(hào)或串行連接，將數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備完成通信。

　　就鏡頭來(lái)說(shuō)，它是機(jī)器視覺(jué)圖像采集的重要成像部件。分辨率、對(duì)比度、景深和像差等指標(biāo)對(duì)成像質(zhì)量有重要影響。早在2019 年，全球工業(yè)鏡頭市場(chǎng)達(dá)到 33 億元，受制于技術(shù)積累和迭代，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被施耐德、富士等國(guó)外領(lǐng)頭企業(yè)占領(lǐng)。但隨著精密機(jī)械設(shè)計(jì)、幾何光學(xué)、薄膜光學(xué)、色度學(xué)、熱力學(xué)等技術(shù)不斷進(jìn)步，制造過(guò)程和工藝不斷優(yōu)化，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)也將再進(jìn)一步。本次冬奧會(huì)上的全自研的攝像系統(tǒng)，也證明著機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域正快速發(fā)展。

　　就機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，上游硬件部分包括光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像處理器、圖像采集卡;軟件部分包括圖像處理軟件和底層算法。中游是設(shè)備制造商與系統(tǒng)集成商;機(jī)器視覺(jué)下游應(yīng)用包括半導(dǎo)體、汽車(chē)、包裝、醫(yī)藥、工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)。上游軟硬件共總成本的 80%，分別占比為 45%、35%，因此，如此高的成本占比，意味著國(guó)產(chǎn)的攝像頭技術(shù)提升，對(duì)提高我國(guó)機(jī)器視覺(jué)的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，有著重要作用。