我国机器视觉光源专利特点分析

李凤娇，叶亚楠

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉，430000）

我国机器视觉光源专利特点分析

李凤娇，叶亚楠

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉，430000）

机器视觉是人工智能获取信息的重要方式，光源对机器视觉效果有重要影响。本文详细地分析了中文专利库中机器视觉光源专利申请量趋势，专利申请区域、申请人身份的分布规律，并且介绍了机器视觉光源专利申请的主要技术分支。从中可以看出机器视觉光源领域近几年处于行业爆发期，同时未来仍有大的发展空间。

机器视觉；光源；专利

0 引言

机器视觉是通过光学装置和非接触的传感器自动地、实时地获取物体图像，并通过图像处理获得有用信息[1]。一般地机器视觉系统包括照明系统、图像采集传感器、图像采集卡以及图像处理系统。近些年随着高分辨率、高集成度图像传感器产业的成熟，低价格的获取高质量标准化的图像传感器成为容易之事，加上计算机科学技术，信息处理设备的微型化、便携化，通过直接的“拍照”快速获取信息的方式正逐渐深入到各行各业，尤其是批量作业、危险办公环境。光源是机器视觉获取图像的基础，通过对光源的改进与设计可以高效的提取分离出目标信息，极大地提高图像处理和识别的效率，提高系统的测量精度和可靠性[2-3]；反之，光源的错误使用则会造成图像处理复杂度提高，系统设计效率低下。因此，光源照明设计是决定系统成败的首要因素。

专利是保护人们创新成果的重要方式，也是社会培养创新氛围、鼓励创新的重要利器。在专利产业日渐成熟的今天，除单个专利的创新能够使国家获益之外，建立在大量专利数据之上的分析更是能够给国家或企业提供某个行业的成熟度、发展周期等信息，从而有利于国家或企业的战略布局。

本文通过在中文专利数据库中对“机器视觉光源”这一细分领域进行检索分析，从中可以看出该领域近几年处于行业的爆发期，未来仍有大的发展空间。具体分析的内容为专利申请数量、专利申请区域、专利申请人的变化趋势或者分布以及专利申请的主要技术分支。

1 机器视觉光源领域的中国专利申请状况

机器视觉是随着计算机技术、光电技术的发展进步，逐步从理论走向应用的[4]。机器视觉系统在配套照明系统提供的照明下，通过专门光路，将目标信息传递到图像传感器，由图像处理系统根据图像亮度、颜色等信息进一步获得目标的特征。由于图像传感器、图像处理系统的相似性，不同的应用场合，差异最大的是照明系统。

在CNABS数据库中，以“机器”，“视觉”，“照明、光源”等关键词进行组合，结合分类号“G01N21/88、G01B11/00”进行初步检索，并对于2017年3月20日前公开的专利申请进行筛选，人工删除明显不属于“机器视觉”领域的专利之后，共得到1144件相关中国专利申请。

1.1 专利申请量的趋势分析

利申请量随时间的变化能够表明某项技术的社会关注度和技术在社会中的渗透程度。图1中示出了中文专利库中“机器视觉光源”的专利申请量随时间的变化趋势。分析发现，2000年之前，机器视觉光源专利申请仅有极少量，且申请人大多为国外的企业；2000年之后，随着数字图像传感器的发展和信息技术的成熟，人们逐渐认识到在线图像检测系统的巨大实际应用价值，专利申请量也随之大幅度增加，进入了快速的成长期。2009年之后年均申请量超过60件，并且持续上升。从上述趋势可以看出，机器视觉光源技术目前还处于技术发展期，远未饱和。另外，“机器视觉光源”专利中针对光源发光体本身的创新较少，发明点主要集中在特定使用场合下光源结构的创新，因此，从2010年之后专利申请量的暴增上也能够看出“机器视觉”对其它行业的渗透领域越来越广。

1.2 专利申请区域分析

现在是社会化大分工的时代，不同产业由于配套产业链的关系往往集中在特定的区域。通过对某一行业的专利申请区域进行分析，能够表明该技术的区域发展规律、产业成熟度。图2按省份对“机器视觉光源”领域的国内专利申请进行了分析，把其它国家申请人统一标记为“国外”。在机器视觉光源领域的国内专利申请中，申请量排名前5位的国内省市分别是江苏、广东、北京、上海、浙江，其申请量占据总申请量的一半以上。一个明显有趣的规律是这些省份都属于我国经济发展第一梯队。这样的趋势说明“机器视觉光源”有相对高的技术壁垒。另外一个非常值得注意的是国外申请人比例高达21%，一方面是由于该领域国外发展较早，另一方面也可以看出国外申请人对中国市场的重视程度和较强的知识产权意识。

图1 机器视觉光源专利申请量与年份关系

图2 机器视觉光源领域中国专利申请量区域分布图

在国内，科研创新有两大主体：一是高校和科研院所；二是广大的企业。这两个不同的创新主体在产业发展不同阶段具有明显不同的行为。图3对国内专利申请区域构成做了进一步分析，把专利分类为企业申请和科研院所申请。从中能够看出很多有意思的现象。第一：国外申请人在我国的专利申请95%以上都是企业，这一方面说明国外企业对我国市场的重视，另一方面也说明知识产权已经成为西方企业固化优势的重要利器。第二：我国在该领域专利申请总量排名靠前的省份，其企业和科研院所都有较高的专利申请量，这说明这些地区研究院所和企业已经成长为两支技术创新的重要力量。第三：对于广大内地省份，一个明显的特征是科研院所在该领域专利申请量明显多于企业，这里面最有代表性质的是中部省份“湖北省”。从内地省份与一线城市不同省份的专利申请人对比中能够看出：内地省份在“机器视觉光源”领域有待进一步发展，充分利用科研院所的人才和创新成果对内地省份发展机器视觉光源将大有裨益。

图3 国内专利申请区域构成

2 专利申请主要技术分支分析

国内在机器视觉光源领域已公开的专利申请，其发明点主要涉及光源的类型、光源的形状和光源的布局。光源的类型主要有白炽灯、卤素灯、氙灯、红外、荧光、X射线以及LED，以上光源因其波长分布、光强、尺寸特点，有着不同的应用。光源形状主要有条形光源、方形倾斜光源、环形光源和圆顶式光源等。光源布局按照不同的分类方法可以分为：明场照明、暗场照明；前向照明、背向照明。

现有关于“机器视觉光源”的专利申请中，其发明点主要集中在针对不同使用场合的光源形状创新上。接下来主要介绍专利申请中不同的光源形状的特点和应用。条形光源可以从任意角度提供斜射照明照射检测对象，光线被反射后形成强烈的明暗差，用于对尺寸的测量以及表面或者边缘缺陷的测量，如手机屏幕、触摸面板、汽车座椅等。方形倾斜光源可以在不同方向提供不同高度或角度的光线，主要用于传送带、LCD面板、金属板等。环形光源则具有好的光束均匀性，应用于需要不同照射角度的对象，尤其适用于圆形物体的检测，如纺纱纱筒、草莓、轴类零件等。圆顶光源利用半球反射面使光线向四周扩散漫射，适用于表面具有光泽或者形状不规则具有球面、曲面等表面角度复杂的对象，如蛋壳、微滴、晶片等。

通过以上对光源形状的特点和应用分析，可以发现不同的形状的光源各有其特点和应用场合。没有一种能解决所有场合问题的光源形式。随着工业化和智能化的发展，可以预测，“机器视觉”应用会越来越广，针对应用领域设计相适应的光源形状将继续是该领域专利申请的主流。

3 总结和展望

本文通过对“机器视觉光源”领域国内专利申请的详细分析，能够清晰的看出“机器视觉光源”近年来在国内的快速发展；结合专利申请区域分析和申请人性质分析，能够看出“机器视觉光源”在一线城市有较集中的发展，并且科研院所和企业已经成长为创新的两股重要力量。对于内部省份，更多的是科研院所在该领域的创新，内地省份运用好科研院所的人才和创新对该领域发展非常重要。一个值得警醒的事情是，国外机构尤其是国外企业已经在该领域在国内布局专利，现在已经有高达21%的申请量，我国的创新机构一定要重视知识产权，加强创新。最后，提出一点该领域发展的思考和建议：（1）大量积累专利数量，增强该领域对其它领域的渗透；（2）进一步加强产学研的结合，尤其是内地省份；（3）注意本企业或组织在国外的专利布局。

[1]韩建海著.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社，2015:157-168.

[2]周昌乐著.智能系统与技术丛书智能科学技术导论[M].北京：机械工业出版社，2015: 51-55.

[3]张巧芬等.机器视觉中照明技术的研究进展[J].照明工程学报,2011,(22):31-37.

[4]王汉华，刘兴亮，张小平著.智能爆炸开启智人新时代[M].北京：机械工业出版社，2015: 82-86.

李凤娇，女，1987年生，硕士研究生，研究实习员，主要从事发明专利实质审查工作。

叶亚楠（文章贡献等同于第一作者），女，1988年生，硕士研究生，主要从事发明专利实质审查工作。

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