我國(guó)機(jī)器視覺(jué)光源專利特點(diǎn)分析

李鳳嬌，葉亞楠

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢，430000）

我國(guó)機(jī)器視覺(jué)光源專利特點(diǎn)分析

李鳳嬌，葉亞楠

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢，430000）

機(jī)器視覺(jué)是人工智能獲取信息的重要方式，光源對(duì)機(jī)器視覺(jué)效果有重要影響。本文詳細(xì)地分析了中文專利庫(kù)中機(jī)器視覺(jué)光源專利申請(qǐng)量趨勢(shì)，專利申請(qǐng)區(qū)域、申請(qǐng)人身份的分布規(guī)律，并且介紹了機(jī)器視覺(jué)光源專利申請(qǐng)的主要技術(shù)分支。從中可以看出機(jī)器視覺(jué)光源領(lǐng)域近幾年處于行業(yè)爆發(fā)期，同時(shí)未來(lái)仍有大的發(fā)展空間。

機(jī)器視覺(jué)；光源；專利

0 引言

機(jī)器視覺(jué)是通過(guò)光學(xué)裝置和非接觸的傳感器自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地獲取物體圖像，并通過(guò)圖像處理獲得有用信息[1]。一般地機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、圖像采集傳感器、圖像采集卡以及圖像處理系統(tǒng)。近些年隨著高分辨率、高集成度圖像傳感器產(chǎn)業(yè)的成熟，低價(jià)格的獲取高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的圖像傳感器成為容易之事，加上計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，信息處理設(shè)備的微型化、便攜化，通過(guò)直接的“拍照”快速獲取信息的方式正逐漸深入到各行各業(yè)，尤其是批量作業(yè)、危險(xiǎn)辦公環(huán)境。光源是機(jī)器視覺(jué)獲取圖像的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)光源的改進(jìn)與設(shè)計(jì)可以高效的提取分離出目標(biāo)信息，極大地提高圖像處理和識(shí)別的效率，提高系統(tǒng)的測(cè)量精度和可靠性[2-3]；反之，光源的錯(cuò)誤使用則會(huì)造成圖像處理復(fù)雜度提高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率低下。因此，光源照明設(shè)計(jì)是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。

專利是保護(hù)人們創(chuàng)新成果的重要方式，也是社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新氛圍、鼓勵(lì)創(chuàng)新的重要利器。在專利產(chǎn)業(yè)日漸成熟的今天，除單個(gè)專利的創(chuàng)新能夠使國(guó)家獲益之外，建立在大量專利數(shù)據(jù)之上的分析更是能夠給國(guó)家或企業(yè)提供某個(gè)行業(yè)的成熟度、發(fā)展周期等信息，從而有利于國(guó)家或企業(yè)的戰(zhàn)略布局。

本文通過(guò)在中文專利數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)“機(jī)器視覺(jué)光源”這一細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行檢索分析，從中可以看出該領(lǐng)域近幾年處于行業(yè)的爆發(fā)期，未來(lái)仍有大的發(fā)展空間。具體分析的內(nèi)容為專利申請(qǐng)數(shù)量、專利申請(qǐng)區(qū)域、專利申請(qǐng)人的變化趨勢(shì)或者分布以及專利申請(qǐng)的主要技術(shù)分支。

1 機(jī)器視覺(jué)光源領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)狀況

機(jī)器視覺(jué)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，逐步從理論走向應(yīng)用的[4]。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在配套照明系統(tǒng)提供的照明下，通過(guò)專門(mén)光路，將目標(biāo)信息傳遞到圖像傳感器，由圖像處理系統(tǒng)根據(jù)圖像亮度、顏色等信息進(jìn)一步獲得目標(biāo)的特征。由于圖像傳感器、圖像處理系統(tǒng)的相似性，不同的應(yīng)用場(chǎng)合，差異最大的是照明系統(tǒng)。

在CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)中，以“機(jī)器”，“視覺(jué)”，“照明、光源”等關(guān)鍵詞進(jìn)行組合，結(jié)合分類號(hào)“G01N21/88、G01B11/00”進(jìn)行初步檢索，并對(duì)于2017年3月20日前公開(kāi)的專利申請(qǐng)進(jìn)行篩選，人工刪除明顯不屬于“機(jī)器視覺(jué)”領(lǐng)域的專利之后，共得到1144件相關(guān)中國(guó)專利申請(qǐng)。

1.1 專利申請(qǐng)量的趨勢(shì)分析

利申請(qǐng)量隨時(shí)間的變化能夠表明某項(xiàng)技術(shù)的社會(huì)關(guān)注度和技術(shù)在社會(huì)中的滲透程度。圖1中示出了中文專利庫(kù)中“機(jī)器視覺(jué)光源”的專利申請(qǐng)量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。分析發(fā)現(xiàn)，2000年之前，機(jī)器視覺(jué)光源專利申請(qǐng)僅有極少量，且申請(qǐng)人大多為國(guó)外的企業(yè)；2000年之后，隨著數(shù)字圖像傳感器的發(fā)展和信息技術(shù)的成熟，人們逐漸認(rèn)識(shí)到在線圖像檢測(cè)系統(tǒng)的巨大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，專利申請(qǐng)量也隨之大幅度增加，進(jìn)入了快速的成長(zhǎng)期。2009年之后年均申請(qǐng)量超過(guò)60件，并且持續(xù)上升。從上述趨勢(shì)可以看出，機(jī)器視覺(jué)光源技術(shù)目前還處于技術(shù)發(fā)展期，遠(yuǎn)未飽和。另外，“機(jī)器視覺(jué)光源”專利中針對(duì)光源發(fā)光體本身的創(chuàng)新較少，發(fā)明點(diǎn)主要集中在特定使用場(chǎng)合下光源結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，因此，從2010年之后專利申請(qǐng)量的暴增上也能夠看出“機(jī)器視覺(jué)”對(duì)其它行業(yè)的滲透領(lǐng)域越來(lái)越廣。

1.2 專利申請(qǐng)區(qū)域分析

現(xiàn)在是社會(huì)化大分工的時(shí)代，不同產(chǎn)業(yè)由于配套產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)系往往集中在特定的區(qū)域。通過(guò)對(duì)某一行業(yè)的專利申請(qǐng)區(qū)域進(jìn)行分析，能夠表明該技術(shù)的區(qū)域發(fā)展規(guī)律、產(chǎn)業(yè)成熟度。圖2按省份對(duì)“機(jī)器視覺(jué)光源”領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)進(jìn)行了分析，把其它國(guó)家申請(qǐng)人統(tǒng)一標(biāo)記為“國(guó)外”。在機(jī)器視覺(jué)光源領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)量排名前5位的國(guó)內(nèi)省市分別是江蘇、廣東、北京、上海、浙江，其申請(qǐng)量占據(jù)總申請(qǐng)量的一半以上。一個(gè)明顯有趣的規(guī)律是這些省份都屬于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展第一梯隊(duì)。這樣的趨勢(shì)說(shuō)明“機(jī)器視覺(jué)光源”有相對(duì)高的技術(shù)壁壘。另外一個(gè)非常值得注意的是國(guó)外申請(qǐng)人比例高達(dá)21%，一方面是由于該領(lǐng)域國(guó)外發(fā)展較早，另一方面也可以看出國(guó)外申請(qǐng)人對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的重視程度和較強(qiáng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)。

圖1 機(jī)器視覺(jué)光源專利申請(qǐng)量與年份關(guān)系

圖2 機(jī)器視覺(jué)光源領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量區(qū)域分布圖

在國(guó)內(nèi)，科研創(chuàng)新有兩大主體：一是高校和科研院所；二是廣大的企業(yè)。這兩個(gè)不同的創(chuàng)新主體在產(chǎn)業(yè)發(fā)展不同階段具有明顯不同的行為。圖3對(duì)國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)區(qū)域構(gòu)成做了進(jìn)一步分析，把專利分類為企業(yè)申請(qǐng)和科研院所申請(qǐng)。從中能夠看出很多有意思的現(xiàn)象。第一：國(guó)外申請(qǐng)人在我國(guó)的專利申請(qǐng)95%以上都是企業(yè)，這一方面說(shuō)明國(guó)外企業(yè)對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的重視，另一方面也說(shuō)明知識(shí)產(chǎn)權(quán)已經(jīng)成為西方企業(yè)固化優(yōu)勢(shì)的重要利器。第二：我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)總量排名靠前的省份，其企業(yè)和科研院所都有較高的專利申請(qǐng)量，這說(shuō)明這些地區(qū)研究院所和企業(yè)已經(jīng)成長(zhǎng)為兩支技術(shù)創(chuàng)新的重要力量。第三：對(duì)于廣大內(nèi)地省份，一個(gè)明顯的特征是科研院所在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量明顯多于企業(yè)，這里面最有代表性質(zhì)的是中部省份“湖北省”。從內(nèi)地省份與一線城市不同省份的專利申請(qǐng)人對(duì)比中能夠看出：內(nèi)地省份在“機(jī)器視覺(jué)光源”領(lǐng)域有待進(jìn)一步發(fā)展，充分利用科研院所的人才和創(chuàng)新成果對(duì)內(nèi)地省份發(fā)展機(jī)器視覺(jué)光源將大有裨益。

圖3 國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)區(qū)域構(gòu)成

2 專利申請(qǐng)主要技術(shù)分支分析

國(guó)內(nèi)在機(jī)器視覺(jué)光源領(lǐng)域已公開(kāi)的專利申請(qǐng)，其發(fā)明點(diǎn)主要涉及光源的類型、光源的形狀和光源的布局。光源的類型主要有白熾燈、鹵素?zé)簟㈦療簟⒓t外、熒光、X射線以及LED，以上光源因其波長(zhǎng)分布、光強(qiáng)、尺寸特點(diǎn)，有著不同的應(yīng)用。光源形狀主要有條形光源、方形傾斜光源、環(huán)形光源和圓頂式光源等。光源布局按照不同的分類方法可以分為：明場(chǎng)照明、暗場(chǎng)照明；前向照明、背向照明。

現(xiàn)有關(guān)于“機(jī)器視覺(jué)光源”的專利申請(qǐng)中，其發(fā)明點(diǎn)主要集中在針對(duì)不同使用場(chǎng)合的光源形狀創(chuàng)新上。接下來(lái)主要介紹專利申請(qǐng)中不同的光源形狀的特點(diǎn)和應(yīng)用。條形光源可以從任意角度提供斜射照明照射檢測(cè)對(duì)象，光線被反射后形成強(qiáng)烈的明暗差，用于對(duì)尺寸的測(cè)量以及表面或者邊緣缺陷的測(cè)量，如手機(jī)屏幕、觸摸面板、汽車座椅等。方形傾斜光源可以在不同方向提供不同高度或角度的光線，主要用于傳送帶、LCD面板、金屬板等。環(huán)形光源則具有好的光束均勻性，應(yīng)用于需要不同照射角度的對(duì)象，尤其適用于圓形物體的檢測(cè)，如紡紗紗筒、草莓、軸類零件等。圓頂光源利用半球反射面使光線向四周擴(kuò)散漫射，適用于表面具有光澤或者形狀不規(guī)則具有球面、曲面等表面角度復(fù)雜的對(duì)象，如蛋殼、微滴、晶片等。

通過(guò)以上對(duì)光源形狀的特點(diǎn)和應(yīng)用分析，可以發(fā)現(xiàn)不同的形狀的光源各有其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。沒(méi)有一種能解決所有場(chǎng)合問(wèn)題的光源形式。隨著工業(yè)化和智能化的發(fā)展，可以預(yù)測(cè)，“機(jī)器視覺(jué)”應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣，針對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)相適應(yīng)的光源形狀將繼續(xù)是該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的主流。

3 總結(jié)和展望

本文通過(guò)對(duì)“機(jī)器視覺(jué)光源”領(lǐng)域國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)的詳細(xì)分析，能夠清晰的看出“機(jī)器視覺(jué)光源”近年來(lái)在國(guó)內(nèi)的快速發(fā)展；結(jié)合專利申請(qǐng)區(qū)域分析和申請(qǐng)人性質(zhì)分析，能夠看出“機(jī)器視覺(jué)光源”在一線城市有較集中的發(fā)展，并且科研院所和企業(yè)已經(jīng)成長(zhǎng)為創(chuàng)新的兩股重要力量。對(duì)于內(nèi)部省份，更多的是科研院所在該領(lǐng)域的創(chuàng)新，內(nèi)地省份運(yùn)用好科研院所的人才和創(chuàng)新對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展非常重要。一個(gè)值得警醒的事情是，國(guó)外機(jī)構(gòu)尤其是國(guó)外企業(yè)已經(jīng)在該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)布局專利，現(xiàn)在已經(jīng)有高達(dá)21%的申請(qǐng)量，我國(guó)的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)一定要重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)，加強(qiáng)創(chuàng)新。最后，提出一點(diǎn)該領(lǐng)域發(fā)展的思考和建議：（1）大量積累專利數(shù)量，增強(qiáng)該領(lǐng)域?qū)ζ渌I(lǐng)域的滲透；（2）進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，尤其是內(nèi)地省份；（3）注意本企業(yè)或組織在國(guó)外的專利布局。

[1]韓建海著.工業(yè)機(jī)器人[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015:157-168.

[2]周昌樂(lè)著.智能系統(tǒng)與技術(shù)叢書(shū)智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015: 51-55.

[3]張巧芬等.機(jī)器視覺(jué)中照明技術(shù)的研究進(jìn)展[J].照明工程學(xué)報(bào),2011,(22):31-37.

[4]王漢華，劉興亮，張小平著.智能爆炸開(kāi)啟智人新時(shí)代[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015: 82-86.

李鳳嬌，女，1987年生，碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，主要從事發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查工作。

葉亞楠（文章貢獻(xiàn)等同于第一作者），女，1988年生，碩士研究生，主要從事發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查工作。

Analysis on the Characteristics ofPatents of Machine Vision Light Source in China

Li Fengjiao，Ye Yanan
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of Patent Office, SIPO，Wuhan Hubei,430000）

The machine vision, especiallythe light sourceplayed an important role on the artificial intelligence.This paper firstly analyzed the trend of patent applications of machine vision light source in Chinese patent, the distribution of patent application areas, etc.We could know that the machine vision light industry wasstill developing in future.

machinevision; lighting; patent