广东省科学院机器视觉专家王立辉：补齐行业短板！专研高速动态感知技术

近日，广东省机器人协会举办“机器视觉与机器人”研讨会。会上，广东省科学院半导体研究所（以下简称研究所）王立辉教授称，机器视觉作为人工智能的重要组成部分，是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，深刻改变着人类生产活动方式和思维模式。“在机器视觉市场规模及需求高速增长的大背景下，研究所以（超高速）动态视觉感知技术作为切入点，探索并拓展其应用市场，力争突破机器视觉在高速移动物体捕捉领域的技术瓶颈。”

 

01 力破传统机器视觉技术瓶颈

广东省科学院半导体研究所教授王立辉表示，真实世界中大多数物体具有高动态特性，以典型的高速移动物体速度为例，人体动作约为100km/h，机动车为300km/h，而高速飞翔物体移动速度可达900-1200km/h。“传统视觉方法存在响应速度慢的技术瓶颈，无法快速、清晰地捕捉到目标物体的运动轨迹。高速动态视觉感知技术可有效解决这一问题，获得高帧率、清晰、稳定的动态细节。”

“比如拍摄时速150km/h的投球运动时，传统机器视觉技术仅能做到30fps（每秒显示帧数）、延迟33ms的拍摄要求。而高速机器视觉技术每秒可传输1000帧，且延迟时间缩至1ms，能精准拍摄到物体清晰、流畅的运动全过程。”王立辉介绍称。

 

02 新技术赋能 解决“卡脖子”难题

王立辉提到，研究所致力于用新技术实现新价值，深耕高速动态视觉技术和相关产品的研发，针对不同的应用场景需求，通过对已开展的关键技术进行系统的融合，开拓全新的技术应用领域。“我们的研究方向围绕超高速视觉展开，以高速对焦和高速追踪为着眼点，解决以高速移动物体为采集对象的‘看不见’或‘看不清’的‘卡脖子’难题，进一步拓展高速高清机器视觉和高速动态展示技术的深度应用市场。”据悉，截至目前，研究所已相继研发了高速可变焦光学、毫秒级图像追踪、超高速主动视觉、超高速信息显示等多项高速视觉新技术。

“我们的终极目标是与真实世界交互，即通过超高速机器视觉感知周围世界的高速变化，将变化信息通过高速可变光学系统和高速信息显示系统，清晰实时地反馈到真实世界。”王立辉透露。

 

03 抢占高速机器视觉应用高地

“针对人类视觉看不见的、传统机器视觉无法精准聚焦的高速移动物体，我们研发了可变焦液体透镜；针对飞行中的动态物体，传统机器视觉无法实时拍摄，我们选择用高速的视觉追踪系统，将捕捉和对焦系统打通之后，实现高速摄影和动态捕捉。”王立辉表示。

据王立辉介绍，在创新技术和产品方面，研究所推出的高速可变焦镜头，可通过高速调控液体表面曲率来控制焦平面，从而实现快速对焦；高速视觉追踪云台可取代传统机械式的云台移动方式，大幅改善高频动态性能，同步实现水平和垂直移动追踪，精准拍摄到高速移动物体清晰的运动全过程。“此外，我们还推出了全焦点三维成像技术。由于成像系统会因‘景深’现象出现局部对焦清晰、局部模糊的情况，导致机器视觉无法提取特征。而全焦点三维成像技术通过高速光学系统进行高速焦点扫描，配合高速图像处理算法，有效地解决了这一问题。”

王立辉称，目前研究所相关产品已广泛应用于高速自动对焦、全焦点摄影、高分辨率显微镜、体育科学、安防监控摄像机等机器视觉行业领域。“同时，我们也将不断探索动态物体投影、医疗辅助显示、文化传媒、VR/AR/MR技术、自动驾驶等新型显示领域的应用需求。”