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冬奧會全自研的“鷹眼”攝像頭 是否能引發機器視覺的革命?
錄入時間:2022-02-16 09:29:24
       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,終于研發出一款名為“獵豹”的“超高速4K軌道攝像機系統”,該系統由陀螺儀軌道車和360米長的U型軌道組成,設計技術標準是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,還可根據轉播需求,實現加速、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個靜態幀構成的,其中每一幀的原始畫質都達到了4000+的畫質才可以稱之為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備能夠跟上發展。
  高清攝像機,出色的機器視覺
  針對“獵豹”這樣一個系統,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備系統,只要涉及視覺問題,都會對攝像頭提出要求。
  我國在機器視覺領域起步較晚,但是近幾年,政策傾斜、資本涌入、應用增多,讓整個機器視覺行業發展極快。相比單一的高清攝像頭,機器視覺還同時涉及光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術,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域,可以說,機器視覺是一個綜合性的技術,但機器識別技術的提高,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勢。
  高速發展階段(2008-至今):經歷近十年的發展,中國機器視覺進入了高速發展階段。隨著應用需要,目前,在機器視覺領域出現了許多分辨率 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換為數字圖像,然后發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,將數據發送到設備完成通信。
  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量有重要影響。早在2019 年,全球工業鏡頭市場達到 33 億元,受制于技術積累和迭代,國內市場被施耐德、富士等國外領頭企業占領。但隨著精密機械設計、幾何光學、薄膜光學、色度學、熱力學等技術不斷進步,制造過程和工藝不斷優化,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,也證明著機器視覺領域正快速發展。
  就機器視覺行業的產業鏈來說,上游硬件部分包括光源、鏡頭、工業相機、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。中游是設備制造商與系統集成商;機器視覺下游應用包括半導體、汽車、包裝、醫藥、工業機器人等行業。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,意味著國產的攝像頭技術提升,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。


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