2019年中國機器視覺行業(yè)發(fā)展歷程、機器視覺主要應(yīng)用范圍及未來發(fā)展空間分析[圖]

機器視覺李玲玲 2019-08-30 06:16 來源：智研咨詢

一、機器視覺在智能制造中的地位向“必選”邁進(jìn)

機器視覺（MachineVision）指的是通過光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動的接收和處理真實物體的圖像，以獲得所需信息或控制機器人運動的裝置，通俗的說就是應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的視覺應(yīng)用。

機器視覺概念在20世紀(jì)50年代提出，20世紀(jì)80年代開始逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，到2000年后進(jìn)入快速發(fā)展期。經(jīng)歷了近20年的高速增長，我們認(rèn)為機器視覺仍然是一個有較強成長動力的行業(yè)，主要驅(qū)動因素來自兩個方面，一是對機器代人過程的不斷進(jìn)行、二是技術(shù)進(jìn)步使得更多需求得以釋放，前者的底層邏輯主要是人口紅利的消失以及人生理能力的局限性，后者的底層邏輯主要是生產(chǎn)過程向更高效、更精確、更優(yōu)質(zhì)的進(jìn)化。且隨著時間推移，上述驅(qū)動因素的作用力不斷增長，使得機器視覺在智能制造中的地位從“可選”逐步向“必選”邁進(jìn)。

全球機器視覺發(fā)展歷程

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

1、對經(jīng)濟性和質(zhì)效的追求是推動機器視覺代人的基礎(chǔ)動力：從經(jīng)濟性來看，市場上大多數(shù)機器視覺系統(tǒng)單價在3-5萬元水平（主要取決于系統(tǒng)的復(fù)雜程度，簡單的1-3萬元，高參數(shù)或者3D系統(tǒng)可達(dá)20-30萬元）。在發(fā)達(dá)國家，一個典型的10000萬美元機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用可以替代3個年工資在20000萬美元左右的工人，投入回收期非常短，且后續(xù)維護費用較低，具備明顯的經(jīng)濟性。

隨著人工成本上漲、人口紅利逐步消失，對經(jīng)濟性的追求將推動機器視覺滲透率快速提升。從生產(chǎn)過程中的質(zhì)量和效率來看，由于人眼天生的物理局限性以及人主觀的情緒波動，在高通量、高速率、高精度等的生產(chǎn)環(huán)境中，機器視覺優(yōu)勢更加明顯，有些需求甚至只有機器視覺才能滿足。

人眼與機器視覺的對比

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2、技術(shù)進(jìn)步不斷打開下游需求市場空間：機器視覺技術(shù)從1980s開始逐步產(chǎn)業(yè)化，經(jīng)歷了基于PC的視覺系統(tǒng)、模式視覺系統(tǒng)、條碼掃描視覺系統(tǒng)、視覺傳感器，發(fā)展到目前最先進(jìn)的結(jié)合AI以及深度學(xué)習(xí)的3D視覺系統(tǒng)，技術(shù)的持續(xù)進(jìn)入不斷釋放下游需求，推動機器視覺行業(yè)成長。

機器視覺的技術(shù)發(fā)展歷史

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以全球機器視覺龍頭康耐視為例，基于在條形碼掃描、3D機器視覺以及AI和深度學(xué)習(xí)等方面的技術(shù)進(jìn)步，其近年來在物流、生物科學(xué)等領(lǐng)域的收入快速增長，2018年康耐視將自己的目標(biāo)市場空間從29億美元上調(diào)到了35.5億美元，且未來還有進(jìn)一步上調(diào)的潛力。

康耐視不斷打開新的目標(biāo)市場空間（百萬美元）

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展望未來，機器視覺行業(yè)主要有幾個發(fā)展趨勢：1）更多更快的圖像數(shù)據(jù)傳輸、更先進(jìn)的軟件算法帶來實現(xiàn)數(shù)字化、實時化和智能化的性能提升；2）硬件性能的提升（更高分辨率、更快掃描率等）和產(chǎn)品軟件價格的下降推動機器視覺滲透率提升；3）產(chǎn)品向著小型化、集成化發(fā)展。

二、機器視覺行業(yè)發(fā)展歷程

國外發(fā)展歷程

起源于20世紀(jì)50年代的機器視覺，早期研究主要是從統(tǒng)計模式識別開始。工作主要集中在二維圖像分析與識別上，如光學(xué)字符識別OCR（0pticalCharacterRecognition）、工件表面圖片分析、顯微圖片和航空圖片分析與解釋。20世紀(jì)60年代的研究前沿是以理解三維場景為目的的三維機器視覺。1965年，Roberts從數(shù)字圖像中提取出諸如立方體、楔形體、棱柱體等多面體的三維結(jié)構(gòu)，并對物體形狀及物體的空間關(guān)系進(jìn)行描述。他的研究工作開創(chuàng)了以理解三維場景為目的的三維機器視覺的研究。

對積木世界的創(chuàng)造性研究給人們以極大的啟發(fā)，許多人相信，一旦由白色積木玩具組成的三維世界可以被理解，則可以推廣到理解更復(fù)雜的三維場景。于是，人們對積木世界進(jìn)行了深入的研究。研究的范圍從邊緣、角點等特征提取，到線條、平面、曲面等幾何要素分析，一直到圖像明暗、紋理、運動以及成像幾何等，并建立了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和推理規(guī)則。

積木世界研究之后，機器視覺的理念逐步清晰，發(fā)展日益迅速：起步發(fā)展：20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一些視覺運動系統(tǒng)（Guzmanl969，Mackworthl973）。與此同時，美國麻省理工大學(xué)的人工智能（AI，ArtificialIntelligence）實驗室正式開設(shè)“機器視覺”的課程，由國際著名學(xué)者B．K．EHorn教授講授。大批著名學(xué)者進(jìn)入麻省理工大學(xué)參與機器視覺理論、算法、系統(tǒng)設(shè)計的研究。

1977年，DavidMarr教授在麻省理工大學(xué)的人工智能（AI）實驗室領(lǐng)導(dǎo)一個以博士生為主體的研究小組，于1977年提出了不同于“積木世界”分析方法的計算視覺理論，該理論在80年代成為機器視覺研究領(lǐng)域中的一個十分重要的理論框架。

蓬勃發(fā)展：20世紀(jì)80年代至今，機器視覺獲得蓬勃的發(fā)展，新概念、新方法、新理論不斷涌現(xiàn)。如：基于感知特征群的物體識別理論框架、主動視覺理論框架、視覺集成理論框架等。

從地區(qū)分布來看，機器視覺發(fā)展早期，主要集中在歐美和日本；隨著全球制造中心向中國轉(zhuǎn)移，中國機器視覺市場正在繼北美、歐洲和日本之后，成為國際機器視覺廠商的重要目標(biāo)市場，而歐美市場的份額穩(wěn)中有降。不過整體來看，北美仍然是機器視覺最大的市場，比重在35-40%左右。

國內(nèi)發(fā)展歷程

相比全球，中國機器視覺發(fā)展較慢，1999-2003年是我國機器視覺發(fā)展的啟蒙階段，開始出現(xiàn)跨裝也得機器視覺人才，2004年后邁入產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，機器視覺企業(yè)開始探索和研發(fā)自主產(chǎn)品并取得一些突破。近十年，中國機器視覺產(chǎn)業(yè)從發(fā)展中期邁向高速發(fā)展時期。目前，中國已有近百家機器視覺相關(guān)企業(yè)，從事安防、醫(yī)療及金融等各個領(lǐng)域。我國機器視覺發(fā)展歷程可劃分為啟蒙、發(fā)展和高速發(fā)展三個階段，目前正處于高速發(fā)展階段。

啟蒙階段：在1999年到2003年的中國機器視覺的啟蒙階段，中國企業(yè)主要通過代理業(yè)務(wù)對客戶進(jìn)行服務(wù)。中國開始出現(xiàn)跨專業(yè)的機器視覺人才，從了解圖像的采集和傳輸過程、理解圖像的品質(zhì)優(yōu)劣開始，到初步的利用國外視覺軟硬件產(chǎn)品搭建簡單的機器視覺初級應(yīng)用系統(tǒng)。早期的機器視覺從業(yè)人員同國外先進(jìn)企業(yè)一起，通過極為廣泛而艱辛的市場宣傳和推廣，技術(shù)交流和培訓(xùn)，項目輔導(dǎo)等等過程，不斷地培訓(xùn)和引導(dǎo)中國客戶對機器視覺技術(shù)和產(chǎn)品的理解和認(rèn)知，從而啟發(fā)客戶發(fā)現(xiàn)使用機器視覺技術(shù)的場合，開啟了中國機器視覺行業(yè)的歷史歷程。

在機器視覺行業(yè)的啟蒙階段，一些對品質(zhì)有特別高要求同時對成本不特別敏感的工業(yè)領(lǐng)域，開始成為最早的機器視覺技術(shù)的收益者。如機器視覺技術(shù)進(jìn)入了中國的特種印刷行業(yè)，為人民幣的印刷質(zhì)量和自動化水平提升、統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等等做出了杰出的貢獻(xiàn)。在中國的另一個全球優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)煙草行業(yè)，機器視覺技術(shù)進(jìn)入煙葉異物剔除,包裝檢測等等方面的工序，替代人工的同時也大幅提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在特種印刷和煙草這兩個行業(yè)機器視覺技術(shù)的成功應(yīng)用以及類似技術(shù)后續(xù)在其他行業(yè)的擴展，也讓更多工程技術(shù)人員和企業(yè)家第一次關(guān)注到視覺技術(shù)帶給自動化產(chǎn)業(yè)的獨特價值和廣泛應(yīng)用前景，整個行業(yè)進(jìn)入發(fā)展階段。

發(fā)展階段：從2004年到2007年是機器視覺的發(fā)展階段，這一階段本土機器視覺企業(yè)開始起步探索更多由自主核心技術(shù)承載的機器視覺軟硬件器件的研發(fā)，同時在機器視覺設(shè)備和系統(tǒng)集成領(lǐng)域新應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)，多個應(yīng)用領(lǐng)域取得關(guān)鍵性突破。從器件層面說，國內(nèi)廠商陸續(xù)推出了全系列模擬接口和USB2.0接口的相機和采集卡，逐漸占據(jù)入門級市場，也出現(xiàn)了像凌云這樣，專注于機器視覺平臺軟件產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)。

在設(shè)備和系統(tǒng)集成方面，隨著電子制造產(chǎn)業(yè)全面轉(zhuǎn)向”中國制造”，視覺技術(shù)在相關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用也蓬勃發(fā)展，例如PCB檢測，SMT檢測等等設(shè)備國產(chǎn)設(shè)備迅速興起，憑借產(chǎn)品性價比和服務(wù)的優(yōu)勢填補了國內(nèi)相關(guān)市場需求；隨著部分海外從業(yè)人員回國創(chuàng)業(yè)，一些高端設(shè)備，如LCD的前道檢測設(shè)備也開始在國內(nèi)落地;在部分產(chǎn)業(yè)，如汽車，制藥包裝等等行業(yè)。隨著國外產(chǎn)線逐漸向國內(nèi)轉(zhuǎn)移以及對產(chǎn)品質(zhì)量的要求提升，這一階段大批自動化領(lǐng)域的系統(tǒng)集成商開始熟悉并使用視覺技術(shù);與此同時，國內(nèi)的很多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如棉紡，農(nóng)作物分級，鋼鐵，紙張等等行業(yè)，視覺技術(shù)作為提升質(zhì)量和效率、取代人工的工具也開始了廣泛的應(yīng)用嘗試?？傮w上視覺應(yīng)用呈現(xiàn)百花齊放的旺盛狀態(tài)。

高速發(fā)展階段：從2008到2012年，中國機器視覺進(jìn)入了高速發(fā)展階段。眾多機器視覺各種核心器件研發(fā)廠商出現(xiàn)，從相機、采集卡、光源、鏡頭到圖像處理軟件，數(shù)十家機器視覺技術(shù)的踐行者，用他們的智慧和努力打造了中國創(chuàng)造的機器視覺產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在廣泛實踐中不斷完善，國內(nèi)企業(yè)的視覺技術(shù)能力也得到了長足的積累和進(jìn)步。

同時，隨著視覺技術(shù)在PCB、SMT、半導(dǎo)體、太陽能、LCD、煙草、印刷、表面檢測、制藥包裝、汽車等多個行業(yè)的廣泛深度應(yīng)用。特別值得一提的是消費電子類產(chǎn)品，如手機，電腦等等組裝生產(chǎn)過程中的引導(dǎo)，測量，有無檢測等相關(guān)需求的不斷涌現(xiàn)，使得一大批真正的系統(tǒng)級工程師被培養(yǎng)出來。他們能夠從系統(tǒng)的角度設(shè)計相關(guān)的視覺系統(tǒng)，掌握視覺和自動化相關(guān)的綜合知識，最終將視覺的價值發(fā)揮到更多的領(lǐng)域中解決各類實際問題。

三、機器視覺主要應(yīng)用范圍

機器視覺可說是工業(yè)自動化系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、產(chǎn)品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設(shè)備定位，都是機器視覺技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺，因此它的應(yīng)用范圍十分廣泛，從作用看，主要包括圖像檢測應(yīng)用、視覺定位應(yīng)用、物體測量應(yīng)用、物體分揀應(yīng)用和圖像識別應(yīng)用。

機器視覺主要應(yīng)用范圍

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

機器視覺的上游行業(yè)主要包括光源、鏡頭、工業(yè)相機（智能相機）、圖像采集卡和圖像處理軟件等。

機器視覺上游行業(yè)分析

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從下游應(yīng)用行業(yè)看，國外主要應(yīng)用于半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)，具體包括三大方面：PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等；再流焊機、波峰焊機及自動化生產(chǎn)線設(shè)備。

子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。

隨著中國制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，機器視覺行業(yè)也在中國市場度過了發(fā)展的最初時期，不僅國際知名品牌紛紛在中國開展業(yè)務(wù)，中國本土的企業(yè)也逐漸興起，機器視覺已為廣大客戶所熟知，應(yīng)用范圍也逐步擴大，由起初的電子制造業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)，發(fā)展到了包裝，汽車，交通和印刷等多個行業(yè)，目前以電子及半導(dǎo)體和汽車行業(yè)應(yīng)用居多。

工業(yè)4.0離不開智能制造，智能制造離不開機器視覺。機器視覺是實現(xiàn)工業(yè)自動化和智能化的必要手段，相當(dāng)于人類視覺在機器上的延伸。機器視覺具有高度自動化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境等優(yōu)點，將在我國工業(yè)自動化的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

國內(nèi)機器視覺主要應(yīng)用領(lǐng)域占比

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四、機器視覺市場快速增長

隨著技術(shù)的進(jìn)步以及應(yīng)用成本的下降，機器視覺在工業(yè)中的滲透率日益提升，整個市場快速發(fā)展。2018年全球機器視覺市場規(guī)模超88億美元，預(yù)計2019年這一數(shù)字將近100億美元。從國內(nèi)來看，2018年中國機器視覺市場規(guī)模首次超過100億元，預(yù)計2019年市場規(guī)模將近125億元。

全球機器視覺市場空間（億美元）

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中國機器視覺市場空間（億元）

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到2025年全球機器視覺市場空間將超過180億美元，年均復(fù)合增速7.7%。預(yù)計國內(nèi)市場從2018年104億增長至2023年197億元，年復(fù)合增長率達(dá)到13.63%。機器視覺廣泛應(yīng)用于電子及半導(dǎo)體、汽車制造、食品包裝、制藥等領(lǐng)域，其中電子汽車和電子是當(dāng)前機器視覺最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

機器視覺的下游應(yīng)用領(lǐng)域舉例