在三維機器視覺感覺領域中，2D視覺技術由于存在底層邏輯上的桎梏，過于依賴資料驅動，準确性及可靠性有限，較難應對多樣複雜的場景應用。市場已逐漸形成共識，3D視覺技術的構築邏輯更貼近三維結構邏輯，擁有更高的适用性。
市場上主流的三維立體機器視覺成像技術，主要有通過光脈沖傳感時間來測量物體深度值的技術，比如TOF（Time of Flight）；通過分析掃描光束的反射光譜來獲得成像的技術，比如掃描3D和雷射雷達；通過結構光與雷射等輔助光手段的技術，比如結構光+單目、結構光+雙目、雷射+單目，這些技術手段主動使物體産生額外的光影、明暗、折射等資訊，以輔助二維圖像比對算法計算三維資料；還有通過多個視點的同名點視差擷取圖像三維資訊、以重構物體結構與深度資訊的多目立體視覺技術，比如雙目視覺、多目視覺。
不同技術在精度、可靠性、能耗、成像速度、被測物的複雜度和尺寸大小、場景複雜度等方面，均顯示出各自不同的優勢與局限，并适用于不同場景。比如單目+結構光/雷射技術，因其成像輸出穩定、精度高、內建便捷性佳，被市場采納為主流的機械臂視覺方案。近年普及的雙目+結構光技術，具備雙目視覺的分辨率高、實時性佳等優點，同時通過結構光解決了雙目視覺的算法歧義困難。是以，雙目+結構光技術在工業檢測、測量等場景中呈現出較好的精度與可靠性。
清影視覺設立于2016年，自主研發基于平行光軸四目立體視覺技術的三維矩陣相機及系列産品應用方案。目前清影視覺在三維矩陣整機生産設計、三維成像算法、三維點雲顯示/識别/運算平台等環節均擁有系列核心技術，形成了完整的軟硬一體化方案，并已實作算法晶片化。
四目立體視覺矩陣相機采用不主動發光的純被動式三維成像技術，擁有自己的優勢場景。結構光/雷射方案由于受功率限制、應用距離有限，其平面測量分辨率與圖像傳感器相比存在較大差距，其所産生的三維點雲資料丢失了圖像傳感器所擅長的灰階值資料。同時，結構光/雷射方案對于透明物體、紅熱物體、大曲率物體、皮毛等特定物體較難成像。此外，由于易受陽光幹擾，結構光/雷射方案更适合在戶内場景使用。“我們的市場獲客最開始都是由于其他技術方案做不了，客戶才找到我們做。”清影視覺創始人曹亮向36氪介紹。
四目視覺技術較傳統雙目增加多一副“雙目”，擁有較強的通用性，在室外陽光幹擾、遠距離、大視野等場景有着顯著的優勢，隻要圖像清晰，即可實作三維成像。清影視覺采用平行光軸四相機矩陣結構，使得不同視點采集的圖像形成了垂直限制、平行限制、對角限制的幾何關系限制。四目視覺技術利用多重幾何限制的圖像傳感器像素所對應的固有幾何結構關系，消除了雙目算法常見的歧義，并使得算法快速、簡便、低耗，而且多數場景下，不需要采用結構光進行輔助。
清影視覺供圖：鍛件測量
在工業矩陣相機整機研發方面，清影視覺根據應用場景的測量精度、測量視場範圍、測量距離等要求，配置矩陣相機的具體參數，包括鏡頭、圖像傳感器、基線尺寸等，并結合已經定型的矩陣相機圖像采集電路闆和FPGA三維運算電路，形成具體的滿足應用需求的相機布置技術方案。同時，研發團隊配套開發三維矩陣相機軟體，包括圖像采集軟體、圖像預處理軟體、三維成像軟體、二維圖像和三維點雲資料顯示軟體、以及後期三維點雲資料結合二維圖像的特征尺寸提取和物體識别等涉及具體應用需求的開發平台軟體等。在矩陣相機出廠前，清影視覺還需要對相機進行标定，并将标定結果形成配置檔案，變成該相機的出生證明。
清影視覺的三維成像算法，采用幾何結構流程化的即時三維卷積精确比對方法。圖像經過采集、增強、校畸等圖像預處理後，相關資料通過嵌入式FGPA三維運算電路闆進行運算，形成三維點雲資料。随後，三維識别平台針對雲資料開展進一步識别運算，比如說電線自動識别、鍛件邊緣自動識别、不同截面的尺寸提取、中心線的偏移或者彎曲度測量等等，整體過程的運算在幾秒内完成。
由于四目視覺的算法便捷性和通用性，來自平面四相機矩陣結構的硬體思路和流程化三維比對思路創新，是以清影視覺在硬體、三維運算算法、三維資料格式、應用系統等各環節均布局了階梯式的國内外發明專利。曹亮認為，想要算法最優、最便捷，就需要這樣的平面四相機矩陣結構，矩陣的硬體結構本身跟圖像傳感器同構，“如果繞開矩陣結構，斜向比對算法就會更加複雜、耗能，即使開發出來，以後內建晶片時也可能存在劣勢。”
“我們會繼續往嵌入式晶片化方向改良，四個圖像在四個FPGA内分布計算，然後直接在三維運算FPGA内完成三維成像，進一步提高運算速度，使三維成像運算內建化、小型化。”曹亮表示，“清影視覺方案的成本比雷達方案顯著低，在同距離下，性能也更好，日後在無人駕駛場景也同樣會有廣泛的應用前景。相對于雙目+結構光方案，在弱紋理場景中，清影視覺的技術方案也可以便捷加上結構光輔助使用。四目方案擁有更強的幾何結構邏輯，整體成本也就較雙目視覺多一副‘雙目’，成本增加非常少。”
由于技術和算法具備通用性，清影視覺的四目視覺技術在各種戶外巡檢、測量，以及高溫或柔性工業制造中有較好的應用前景，但客戶的應用場景仍然在硬體上以及應用算法上存在許多的定制化需求。為平衡開發投入，清影視覺仍然在持續根據市場應用需求選擇訂單，優先選擇可高複用的需求，以沉澱出後續可高複用的硬體母機和一體化方案。
曹亮承認清影視覺的市場開拓節奏略有滞後：“前兩年曾與雙目+結構光方案競争場景，市場教育和開拓成本較高，另外在選擇可推廣複用的應用訂單方面也做了一些探索，在産品化方面繞了一些路。”
随着加強優勢場景的市場拓展，清影視覺目前在四目視覺優勢場景，已逐漸積累了若幹标杆性案例。比如無人機三維測量系統，與大疆無人機實作高度融合，完成了操控一體、資料共享、電源共享的産品化開發。無人機系統應用于南方電網的電網導地線覆冰厚度自動測量系統，可自動識别和測量電線覆冰的厚度尺寸，具備較好的耐候性，并擁有高于雷射雷達的測量精度。與武漢重工、北京建工合作的大型紅熱鍛件三維動态測量系統、裝配式建築構件三維測量系統，也展現了四目視覺在外形和尺寸變化劇烈的大型紅熱工件、以及大型建築構件上的測量和識别優勢。
清影視覺供圖：無人機方案
“目前即将落地的重點項目是與林業設計研究院合作的便捷式三維立體相機，直接手持做林業樣地的采集和測量。無人機測量、鍛件動态測量、建築構件測量、便捷式三維測量相機，将是接下來重點推廣和開發的四種應用産品。”曹亮補充。
清影視覺2021年獲得了江蘇敏一智能制造基金1000多萬元的Pre-A輪融資，年内預計追加A輪融資，資金用途主要為産品量産生産、研發投入與市場開拓。
責任編輯：王與桐