淺談新一代便攜式數(shù)字顯微鏡在工業(yè)4.0的應用

工業(yè)4.0是德國政府提出的愿景，描繪了制造業(yè)的未來發(fā)展，在信息時代發(fā)展之下迎來的第四次工業(yè)革命。它是虛擬世界與現(xiàn)實制造、互聯(lián)網(wǎng)與物理世界相結(jié)合的先進制造技術(shù)CPS（Cyber Physics System)，即依托工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、實現(xiàn)大規(guī)模的高度個性化、定制化生產(chǎn)，實現(xiàn)從用戶需求、到訂單、到生產(chǎn)計劃、到物料訂購、配送、加工、質(zhì)檢、包裝、和物流的全程自動化、智能化、透明化。隨著工業(yè)4.0概念的提出，中國政府緊跟其步伐，頒布《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，推動新一代制造業(yè)-“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”在中國的落地。

在工業(yè)4.0中，有兩個至關(guān)重要的技術(shù)，一個是連接和感知，對物理世界透徹的感知并通過互聯(lián)網(wǎng)連接一切關(guān)聯(lián)的人和物，另一個就是高度的智能化。中瀛鑫最新研發(fā)的新一代工業(yè)級便攜式高清顯微鏡抓住時代契機，從工業(yè)感知的視覺入口，結(jié)合連接與智能化的技術(shù)優(yōu)勢以黑馬之勢進軍工業(yè)4.0。

便攜式高清顯微鏡的出現(xiàn)解決傳統(tǒng)工業(yè)級顯微鏡價格昂貴、體積大，難于準確對焦，移動不方便的問題；為用戶提供智能、輕便，融合完整的智能視覺分析、云存儲、大數(shù)據(jù)分析方案，具有自動聚焦、300萬高清分辨率、HDR、自動景深拓展功能以及三維重構(gòu)功能，支持WIFI無線視頻傳輸，支持手機、平板對圖像進行觀看、抓拍、錄像、分析等特點，在工業(yè)4.0時代，可應用于工業(yè)檢測、教學、醫(yī)療、刑偵、材料分析、科考研究等領(lǐng)域。下面，我們就以這款產(chǎn)品為例，淺析新一代便攜式數(shù)字顯微鏡在工業(yè)4.0的應用。

產(chǎn)品背景及技術(shù)特點

工業(yè)4.0最主要的特征就是連接與智能。連接就是依托互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、將消費者、用戶、與工廠、設(shè)備、資源無縫連接；智能就是高度智能化、依靠機器視覺、機器學習，自動形成生產(chǎn)方案、自動優(yōu)化資源配置、自動高效生產(chǎn)，自動送達。在這些過程當中，視頻感知，網(wǎng)絡(luò)視頻、與智能分析（深度學習）將起到非常重要的作用。

在視頻感知，網(wǎng)絡(luò)視頻、與智能分析方面，中瀛鑫公司自主開發(fā)了完整的IVS（智能視頻監(jiān)控）的所有核心算法，包括復雜場景下的目標自動檢測、跟蹤、分類、識別、以及行為分析，前期的圖像處理算法（3A，自動曝光、自動白平衡、自動聚焦），以及圖像去噪、圖像增強、去霧、圖像拼接等等。多年來，中瀛鑫與德國卡爾蔡司合作開發(fā)的數(shù)字化顯微鏡，尤其是工業(yè)用的顯微鏡，用于產(chǎn)品的缺陷檢測、零件的分揀，自動識別、配送等領(lǐng)域，具有非常強大的競爭優(yōu)勢。憑借多年與蔡司的合作，以及在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域累積的經(jīng)驗，中瀛鑫自主研發(fā)生產(chǎn)了新一代便攜式數(shù)字顯微鏡，與蔡司光學共同發(fā)力工業(yè)4.0。

作為工業(yè)4.0概念的產(chǎn)物，新一代便攜式數(shù)字顯微鏡旨在克服傳統(tǒng)顯微鏡的缺點，如景深淺，便攜性低，用途少，不可連接等，提高檢測質(zhì)量和效率。應用于工業(yè)4.0，其技術(shù)特點在于：

1． 自動對焦，采用先進的變焦光學元件，內(nèi)置馬達，快速對焦；

2． 大景深，可以對焦在表面形態(tài)有較大變化的目標，清晰成像；

3． 高倍率，高分辨率，高級HDR功能，消除高亮高反光干擾，清晰成像細節(jié)，擺脫炫光困擾；

圖3. 普通模式下金屬樣品成像圖

4． 便攜式設(shè)計，可全方位觀測物體；

5． 集觀測、記錄和測量于一身的系統(tǒng)；

6． 自動化三維重構(gòu)，一定范圍內(nèi)可以測量樣品的表面起伏高度，實現(xiàn)高度的可視化；

圖5.3D原貌圖

7． 支持WIFI無線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，簡化通訊；

8． 支持遠程手機，電腦錄像、觀看、存儲。

在工業(yè)檢測領(lǐng)域的應用

數(shù)字顯微鏡應用于工業(yè)領(lǐng)域，可進行研發(fā)、質(zhì)量控制、組裝、檢驗和故障分析，通過展現(xiàn)最小的細節(jié)，幫助識別、記錄，為工業(yè)進程提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實現(xiàn)產(chǎn)品表面缺陷的自動檢測。用于產(chǎn)品的缺陷檢測、零件的分揀，自動識別、配送等領(lǐng)域，具有非常強大的競爭優(yōu)勢。

以紡織行業(yè)為例，可用于抽樣檢測和把控生產(chǎn)質(zhì)量問題，主要依靠其大景深和自動對焦的技術(shù)特點，可進行目標樣品的整體檢驗和細節(jié)放大檢驗，以快速檢查瑕疵并清除，結(jié)合畫面分割功能，可輕松比較不同樣本的影像。大景深顯微系統(tǒng)可以對焦在表面形態(tài)有較大變化的目標。內(nèi)置馬達快速自動對焦，成像效果好，速度快，即使在高放大倍率時，也能大幅縮短辨識和分析缺陷所需的時間。

再以電池行業(yè)為例，可用于太陽能電池電極觀測和電池外殼分析，主要依靠其自動三維重構(gòu)的技術(shù)特點。中瀛鑫工業(yè)級便攜式數(shù)字顯微鏡系統(tǒng)集觀測、記錄和測量于一體，結(jié)合自動化三維重構(gòu)，可實現(xiàn)高度的可視化。二維成像，檢測缺陷，然后快速量測并以三維影像描繪輪廓，輕松顯示表面形貌?？捎靡栽u估電池電極以及如電池外殼等復雜的表面。自動三維重構(gòu)，并使用輪廓、體積、角度等各種量測工具，進行定量分析，快速辨識和分析缺陷，把握質(zhì)量控制。

在醫(yī)療領(lǐng)域的應用

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷深入發(fā)展，顯微鏡的應用技術(shù)也日趨廣泛。中瀛鑫數(shù)字顯微鏡應用于醫(yī)療行業(yè)，自動對焦可快速成像，輕松實現(xiàn)最佳視野，300萬高清分辨率，HDR功能可清晰成像檢測細節(jié)，支持WIFI連接，可錄制視頻并傳輸至手機、電腦進行觀看、抓拍、分析，輕松分享數(shù)據(jù)以簡化通訊。不僅對醫(yī)療器械的檢驗提供了直觀化的數(shù)據(jù)，也為醫(yī)療研究的開展提供了便利。

以導管檢測為例，可用于檢測細節(jié)和重構(gòu)結(jié)構(gòu)來確定質(zhì)量。大景深可完整檢測導管上的氣囊，HDR功能可用于檢測導絲的細節(jié)，深度合成功能可克服高倍率下的景深限制，拍攝完全對焦的二維圖像并進行測量，同時自動三維重構(gòu)以了解目標物的真正結(jié)構(gòu)。

再以生物學研究為例，可用于檢測皮層、毛發(fā)等生物結(jié)構(gòu)的表面狀況。便攜式手握式設(shè)計可自由角度觀察被測物體，高倍率查看細節(jié)結(jié)合深度合成功能，數(shù)秒內(nèi)即可拍攝完全對焦的圖像?？稍趯箙^(qū)域內(nèi)完整看到包含關(guān)鍵信息的區(qū)域，以便全面分析。三維重構(gòu)功能可清晰地看到毛發(fā)表面的形狀，并生成三維結(jié)構(gòu)，可徹底對毛發(fā)進行檢查，也可直接進行測量，量化毛發(fā)上的曲線或溝。同時，可拍攝顯微鏡檢測過程，輕松分享數(shù)據(jù)促進醫(yī)療研究。

在刑偵領(lǐng)域的應用

隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，犯罪分子反偵查手段的科技含量也在不斷提高，作案手段越來越呈現(xiàn)多樣化、智能化、偽裝、偽造現(xiàn)場、毀滅證物等問題日益突出。因此，現(xiàn)場取證及證物分析成為刑偵上至關(guān)重要的一部分。便攜式電子顯微鏡應用于刑偵領(lǐng)域，其便攜式設(shè)計，可錄像保存，系統(tǒng)支持量化、分析和記錄結(jié)果的特點，為后期分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，幫助快速偵破案件。

以現(xiàn)場取證為例，傳統(tǒng)取證針對現(xiàn)場大型不可移動證物采取拍攝和記錄的方式，而中瀛鑫數(shù)字顯微鏡便攜式設(shè)計實現(xiàn)從日常實驗室到實地采集，將顯微鏡帶到現(xiàn)場進行證物錄像，多角度清晰記錄并實現(xiàn)即時傳輸，支持數(shù)據(jù)遠程共享，快速分析。系統(tǒng)支持量化、分析和記錄結(jié)果，也為后期證物分析提供準確、優(yōu)質(zhì)、正確和可重復的結(jié)果，提高了物證在刑事案件偵破中的利用價值。

結(jié)語

工業(yè)4.0的時代是一個能夠整合最好的傳感器、軟件和技術(shù)的時代，把一個全球公司在世界各地的工廠都匯集到一個網(wǎng)絡(luò)里，總部可以通過互聯(lián)網(wǎng)實時看到每個工廠運行的情況，并通過高度的可視化、自動化來實現(xiàn)提高效率、降低能耗的目的。

從推動生產(chǎn)力這一角度來看，工業(yè)4.0的出現(xiàn)，是一種跨越式的演變；而從技術(shù)創(chuàng)新層面角度來看，這將是一次真正的工業(yè)“革命”。新一代便攜式數(shù)字顯微鏡，以結(jié)合連接和感知以及智能化兩大技術(shù)為切入口，在工業(yè)4.0時代將強勢布局工業(yè)檢測、教學、醫(yī)療、刑偵、材料分析、科考研究等行業(yè)，填補市場空白。