冬奧會全自研的“鷹眼”攝像頭，是否能引發(fā)機器視覺的革命?

       我國在機器視覺領(lǐng)域起步較晚，但是近幾年，政策傾斜、資本涌入、應(yīng)用增多，讓整個機器視覺行業(yè)發(fā)展極快。

　　在本屆冬奧會賽場的速滑比賽中，運動員速度最高可達到15—18米/秒，約等于50公里/小時，頂尖運動員速度可達70公里/小時。如何保證運動員高速運動時能夠被攝像機清楚的拍下，是攝像機面臨的巨大考驗。

　　為解決這一難題，中央廣播電視總臺歷時5年，終于研發(fā)出一款名為“獵豹”的“超高速4K軌道攝像機系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由陀螺儀軌道車和360米長的U型軌道組成，設(shè)計技術(shù)標準是25米/秒，約等于90公里/小時，在比賽中可以實時跟蹤運動員的位置，還可根據(jù)轉(zhuǎn)播需求，實現(xiàn)加速、減速、超越等動作，靈活捕捉比賽畫面。

　　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質(zhì)單邊最大像素可以達到4000像素以上，4K攝像頭的分辨率一般為4096×2160，能達到這種水平的被稱為4K攝像頭。對視頻而言，由每秒25個靜態(tài)幀構(gòu)成的，其中每一幀的原始畫質(zhì)都達到了4000+的畫質(zhì)才可以稱之為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劃分的。同樣大的電視和顯示器，4k與1k相比，當然格子越多，格子的面積就越小，畫質(zhì)越精細，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，目前還處于實驗室階段。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3300萬像素，想象一下，播放這個視頻，對GPU的加速解碼能力是多大的考驗，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，出色的機器視覺

　　針對“獵豹”這樣一個系統(tǒng)，被一部分人稱為高速攝像機器人，其實無論是機器人還是設(shè)備系統(tǒng)，只要涉及視覺問題，都會對攝像頭提出要求。

　　我國在機器視覺領(lǐng)域起步較晚，但是近幾年，政策傾斜、資本涌入、應(yīng)用增多，讓整個機器視覺行業(yè)發(fā)展極快。相比單一的高清攝像頭，機器視覺還同時涉及光學(xué)、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，也涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域，可以說，機器視覺是一個綜合性的技術(shù)，但機器識別技術(shù)的提高，必然也離不開精度的提升。

　　機器視覺的分辨率，一般可分為 256個灰度級，采集系統(tǒng)具有 10bit、12bit、16bit 等不同的灰度級，相比較人類視覺的 64個灰度級有更大的優(yōu)勢。

　　高速發(fā)展階段(2008-至今)：經(jīng)歷近十年的發(fā)展，中國機器視覺進入了高速發(fā)展階段。隨著應(yīng)用需要，目前，在機器視覺領(lǐng)域出現(xiàn)了許多分辨率 4Kx4K 的面陣攝像機和 12K 的線陣攝像機，通過光學(xué)鏡頭，可以觀測微米級的物件，也可以觀察天體一般的目標。

　　機器視覺的革命

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

　　就鏡頭來說，它是機器視覺圖像采集的重要成像部件。分辨率、對比度、景深和像差等指標對成像質(zhì)量有重要影響。早在2019 年，全球工業(yè)鏡頭市場達到 33 億元，受制于技術(shù)積累和迭代，國內(nèi)市場被施耐德、富士等國外領(lǐng)頭企業(yè)占領(lǐng)。但隨著精密機械設(shè)計、幾何光學(xué)、薄膜光學(xué)、色度學(xué)、熱力學(xué)等技術(shù)不斷進步，制造過程和工藝不斷優(yōu)化，中國機器視覺也將再進一步。本次冬奧會上的全自研的攝像系統(tǒng)，也證明著機器視覺領(lǐng)域正快速發(fā)展。

　　就機器視覺行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈來說，上游硬件部分包括光源、鏡頭、工業(yè)相機、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;機器視覺下游應(yīng)用包括半導(dǎo)體、汽車、包裝、醫(yī)藥、工業(yè)機器人等行業(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，意味著國產(chǎn)的攝像頭技術(shù)提升，對提高我國機器視覺的競爭力和市場占有率來說，有著重要作用。