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1、高速机器视觉行业发展现状及未来趋势摘要随着人工智能和智能制造领域的不断发展，高速机器视觉技术与产品在工业智造、尖端科研、航空航天、国防军工、生物医药、交通与体育、智慧农业等诸多领域的应用需求越来越广泛，行业市场发展规模持续增长，高速机器视觉行业已成为机器视觉的重要细分领域,发展前景广阔。关键词机器视觉：高速视觉：智能制造：行业规模：发展趋势。一、发展历程全球高速机器视觉行业的发展历高速机器视觉行业的发展可由高速摄像速度（帧频）及其综合特性来描述。根据全球高速摄像机不同时期产品发展情况来看，其发展可大致分为四个阶段：第一阶段，磁记录技术发展阶段。20世纪60年代，随着磁记录技术的发展，产生了第一
2、代高速摄像机。但它的商业化是在20世纪70年代，由于当时技术水平的局限，系统满画幅只能达到120fps的摄像速度；1979年由NAC公司推出第二代高速摄像机，其摄像速度为200fps,这在技术上是一个很大的进步，因为HSV-200型高速摄像机可记录彩色图像,并且能记录很长的时间；1980年,KOdak公司推出了高密度磁带记录高速摄像机SP2000,这种革命性的设备，以2000fps或12000fps的速度把黑白图像记录在宽12.7mm的高密度磁带上，但磁带上的图像处理起来却比较麻烦；到了1986年，Kodak推出改良产品高密度磁带记录高速摄像机，具有高性能低成本的磁带传输特性。第二阶段，199
3、0年，Kodak生产的第二代高速摄像机EktaProEM以固体存储器作为存储介质，把数字图像存储在动态随机存储器(DRAM)中。DRAM技术采用独特图像获取方法进行图像处理，提高/图像质量，并可连续不断地对图像实时记录。第三阶段，第三代高速摄像机可视为第二代产品的升级，它在分辨率、帧频、彩色/黑臼图像质量方面都得到提高。第三代高速摄像机有三种代表产品包括1993年发布的KOdakEktaproHS4540.1994年发布的KodakEktapro1OOOHRC以及1995年发布的KodakEktaproHi-Speco第四阶段，四代高速摄像机功能齐全，并为用户提供了更好的机动性和稳定性。主要优
4、点在于其体积、价格、便携、抗冲击及易操作等优势。其中图像传感器基本采用CMoS传感器，相机可独立工作，事后通过网线或通用接口把图像下载至计算机；并可组成网络摄像系统；系统操作方便，功能齐全，没有光晕现象，拍摄图像清晰，抗干扰能力强，功耗低。.中国高速机器视觉行业的发展历程程相对缓慢，其发展可大致分五个阶段。第一阶段，20世纪50年代，我国部分高校、科研单位开始研发试制高速摄像机，1962年成立了专门的研究所一中国科学院西安光学精密机械研究所，于1993年研制出了国内第一台HTV-500高速电视及录像系统，其性能指标达到了国际先进水平，虽然在高速摄像机研发上取得一定成果，但没有进行产业化。第二阶
5、段，20世纪90年代，随着我国科研技术水平不断提高,需要进行高层次科学实验作相关测试研究，对高性能的高速摄像机有较高需求。国内有单位采用真空摄像管研发成功8001.ps1000fps的高速摄像机，只在某特殊试验任务中成功应用；也有使用固态成像器件PDA研发了多款数字高帧频相机，帧率达到】OOOfPs,也是用于特殊的重大试验任务上，均未民用市场化产业化。同时由于国际关系等原因，国外进口渠道也长期出现断供、解除合同等情况。第三阶段，2003年，高速摄像机作为商品开始正式进入中国市场，彼时国内工业、科研、军工等领域发展急需高速摄像机加以辅助，但是由于国内并无相关企业生产高速摄像机，因此出现国外进口的
6、高速摄像机垄断了国内市场的局面。第四阶段，2011年，由吕盼粮等人创立的君达高科正式成立，公司开始研发国产高速摄像机，这也标志着国产高速摄像机产业化进程正式迈出第一步。第五阶段，2013年，国产化“千眼狼”品牌成功研发第一款全国产高清高速摄像机。2014年后，我国高速摄像机行业开始快速发展，国产高速摄像机产品不断丰富，同时性能不断提高。2021年,“眼狼”品牌通过H主知识产权“君达超眼”高速机器视觉感知技术，完成了百万帧高速摄像机、大容量高速摄影机、小型化高速摄影机的研发，在图像采集速率、极限存储和极限尺寸方面，积极赶超国际主流品牌，达到了国际一流的水平，并针对部分进口产品实现了国产化替代。目
7、前，国产自主高速机器视觉系统已经出口到俄罗斯、马来西亚、沙特、新加坡、韩国、巴基斯坦等国家。二、自主高速机器视觉产品同进口产品对比仍然以高速机器视觉经典核心产品高速摄像机作为代表性为例。高速摄像机作为一种商品进入中国市场主要是在2003年，当时国内工业化的发展急需高速摄像机加以辅助，于是便出现了国外进口的高速摄像机一直垄断着国内这方面的市场。这一局面随着2011年“千眼狼”品牌的出现而被打破，标志着我国有了自己研发的H主高速摄像机，这是国内高速摄像机发展史上的一个重要里程碑。.国内外产生厂家及品牌目前，中国国内高速机器视觉以高速摄像机为代表的市场中的产品主要以国际龙头企业的进口产品为主。由于高
8、速机器视觉行业具有较高的技术壁垒，大多数国内企业选择通过与PhantomPhotron等国际高速摄像机龙头建立合作关系，成为其承销商从而进入行业。国内具有F1.主研发能力的企业有中科视界、深视智能等公司，而长期以来进行自研自产自销的国产高速摄像机企业目前仅有.中科视界一家企业。品牌名称归属地产品系列TMX系列、超高速系列、T系列、VE0、MPhantom美国iroC/N、机器视觉系列、4K和媒体制作系列IntegratedDcsignToo1.s美国CCM系列、XSM系列、OSI1.系列Fhotron日本NOVA系列、列,SA系列、mini系列、偏光系NAC日本ACS系列、MX系列、Q系列、H
9、X系列PCO德国PCO.dimaximaxcs4cs1.XPCO.dimaxCS3、PCO.diXCamera英国i-SPEED3系列、i-SPEED5系列、i-SPEED7系列Specia1.isedImaging英国SIM系列、Cerberus%Kirana、SIR3、SI1.3、1.OMA,T-Cam等AOS瑞士非高G级系列、高G级系列、国防系列、机载系列、特殊应用系列中科视界深视智能中国中国X系列、G系列、V系列、5KF/5F高清高速系列、6F实时传输系列、超清P1.V相机、SCMOS相机、DIC应变测量系统、PIV流场测量系统、运动分析测量系统、轨道检测系统、3D激光轮廓测量仪等SH
10、3系列、SH6系列1.国内外高速机器视觉产品对比（1）高速像机型号种类国外的高速像机型号种类覆赧更全，涉及到的波长有可见光、近红外、中波红外等，这些波段都对应有高速像机型号；还有高速偏振高速摄像机、高速光谱成像系统等。但国内H主品牌仅涉及可见光波段范围，其他类别高速摄像机还未见报道。口本photonic1.attice的一款Crysta高速偏振像机，它是将偏振相机和高速相机结合为一体，用于双折射测量、膜厚分析和表面粗糙度检测的二维分析，是理解材料和流体的双折射、延迟、应力和冲击断裂机制等现象的有力工具。该2D偏振相机基于100万像素Q1.OS图像传感器，像素尺寸20m,由直接附着到传感器上的光
11、子晶体组成像素化偏振器阵列。四个光子晶体为一组，每个具有不同的偏振方向,分别为0、4590和135图1为CrySta高速偏振像机分焦平面和拍摄效果图（源自北京海思易科技有限公司产品介绍）。图1CrySta高速偏振像机分焦平面和拍摄效果图（北京海思易科技有限公司）德国的CUbertQ285实时高速成像光谱仪，Q285采用革命性的画幅式高光谱成像技术，融合了高光谱数据的精确性和快照成像的高速性，能够在1/1000秒内得到整个高光谱立方体，可用于高光谱手段监测快速运动目标等。（2）高分辨率高帧目前，高分辨率高帧频的高速摄像机国内外差距越来越小。如FSTCMNovaR5-4K高速摄像机Max分辨率40
12、962304像素，可实现全画幅下1,250帧/秒，全高清HD下5,280帧/秒，最高200,000帧/秒的拍摄速度。眼狼X1325也达到了相同指标，在一些性能上还超越了国外同类产品的性能。但在超高速产品上还有差距，目前国产化的自主超高速产品还很少。如IVVUBSi多通道超高速相机为用户提供了紧凑的多通道超高速相机，可容纳多达24个可独立编程画幅，2亿幅/秒（5纳秒曝光时间）和10亿幅/秒（1纳秒曝光时间），均具有百万像素全幅性能，并具有紫外和可见光成像功能选项。（3）高灵敏国外高速相机的灵敏度ISO可达100000黑白/彩色10000,国产像机还有差距.如UHST2系列超高速摄像机采用独特的1
13、280X800CM0S传感器，最大满幅拍摄速率为25600帧/秒，最高拍摄速率可达到100OOoO帧/秒；具有超高灵敏度（ISO-12232ST）：100000（黑白）;10000（彩色）。400ns两次曝光最小时间间隔可满足P1VPW1.IFDIC应用的需要，无图像滞后;EDR曝光控制可在1帧图像中设置2种曝光时间，有效避免眩光和爆炸过程中强光对成像的影响。高速机器视觉应用领域随着社会经济的快速发展和科技领域的不断创新，高速机器视觉技术及其产品在众多领域得到了广泛的应用。高速机器视觉产品具有高速捕捉、精准测量和多种模式选择等优点，伴随科学技术的E速发展、重大科学实验与高端装备的试验测试以及工
14、业智能制造的高端需求，高速机器视觉技术及产品的应用领域越来越宽，被广泛应用于军事、航空航天、工业生产、影视广告、体育竞技、生物医学、H然规律揭示和探寻、智能交通、大众生活等领域。国防军：高速机器视觉在国防军工领域，主要用于武器系统发射动力学分析、战斗部作用效能分析、内外弹道测量、防御工事效能、燃烧测试、弹道分析、撞击分析、点火分析、飞行状态参数分析、干扰措施实施效果分析等；以及战场态势监测、边防监测、海岸监测、无人机群监测、海岸分布式视觉检测光幕、近距离卫星监测、弹道防御效能评估等。高速摄像机是凭借着它高频率的拍摄速度以捕捉那些普通相机无法捕捉到的高速物体的移动轨迹，准确的跟踪对象运动，测量其
15、大小、距离及变化和速度，然后再以人眼所能看到的画面频率进行播放。图2为高速摄像机跟踪导弹飞行过程序列图像（源F1.英国MS公司弹道跟踪架宣传视频）。图2高速摄像机跟踪导弹S行过程（英国MS公司提供）高速机器视觉在航空航天领域的飞行器测试中发挥着关键作用。通过高速摄像机，可以准确地观察火筋、卫星等飞行器的发射过程、分离阶段以及再入大气层等高速运动的细节。这有助于分析飞行器的动力学性能、稳定性和设计缺陷，从而进行改进和优化.同时，能够记录并分析航天器卜.降、降落伞展开、着陆脚垂直落地等环节的瞬间变化，评估着陆的准确性和安全性。此外，通过将高速摄像机与其他传感器相结合，能够观察到筑天器在极端环境卜的振动、冲击和应力情况，这有助于评估航天器的结构可靠性和耐久性，为设计和改进提供数据支持。图3为飞机投放导弹序列图像（源自TEMA运动分析宣传视频）.图3飞机投放导弹图像（TEMA宣传视频）3.工业生产在工业生产领域主要用于各种跌落试验、振动分析、冲击分析、焊接，绕线，切削，压膜成型，印刷分析、瓶或测试、运转动作分析、故障诊断分析、产品研发测试、放电分析等；工业视觉定位引导、无人高速智能自动化产线、动作节拍监测、产品缺陷检测等；能源化工领域，开展气相流，粒子测速（PIV）、化学结晶过程、喷流，喷雾流体分析、燃烧过程分析、火焰分析、微通道流分析研
