“工業(yè)4.0”引爆一場(chǎng)全新的工業(yè)革命，繼“工業(yè)1.0”的蒸汽機(jī)時(shí)代、“工業(yè)2.0”的電氣化時(shí)代、“工業(yè)3.0”的信息化時(shí)代之后，我們正快速步入智能化時(shí)代，努力為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)貢獻(xiàn)力量。

智能制造升級(jí)發(fā)展的關(guān)鍵就是將傳統(tǒng)人工機(jī)械化，高效率(工業(yè))機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)器視覺就是為工業(yè)裝備安裝“眼睛”——相機(jī)、攝像頭等，賦予像人一樣的視覺感官，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)、測(cè)量、識(shí)別、引導(dǎo)和定位等功能。工業(yè)機(jī)器人要完成生產(chǎn)任務(wù)，一套成熟的機(jī)器視覺系統(tǒng)必不可少。

什么是機(jī)器視覺?

機(jī)器視覺(Machine Vision)指的是通過光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動(dòng)的接收和處理真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息或控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷的一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用，一種應(yīng)用于工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域的硬件和軟件組合，能夠捕獲并處理圖像，為機(jī)器人等執(zhí)行設(shè)備提供操作指導(dǎo)，是目前智能制造的先鋒力量，主要應(yīng)用于制造業(yè)的前端環(huán)節(jié)如電子制造和汽車等領(lǐng)域。

國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)啟蒙于20世紀(jì)90年代，最初代理國外機(jī)器視覺產(chǎn)品，進(jìn)入21世紀(jì)后少數(shù)本土機(jī)器視覺企業(yè)逐漸開啟自主研發(fā)之路。

根據(jù)CBInsight數(shù)據(jù)，當(dāng)前中國已是繼美國、日本之后的第三大機(jī)器視覺領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)，包括機(jī)器視覺設(shè)備在內(nèi)，2019年國內(nèi)總市場(chǎng)規(guī)模達(dá)138億元，國產(chǎn)化率約為40%，預(yù)計(jì)2022年國產(chǎn)化率提升至55%。

作為新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，中國機(jī)器視覺行業(yè)規(guī)模仍較小，但增速遠(yuǎn)快于全球，處于快速成長的階段。在人工成本壓力、精密制造發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)效率等大趨勢(shì)下，機(jī)器視覺在我國長期廣闊的發(fā)展前景。

在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器視覺相對(duì)人眼視覺存在顯著優(yōu)勢(shì)。相比人眼視覺，其具有圖像采集和分析速度快、觀測(cè)精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、客觀性高、持續(xù)工作穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，因而可幫助終端使用者進(jìn)行產(chǎn)品增質(zhì)、成本降低以及生產(chǎn)數(shù)字化。

機(jī)器視覺的四大基本功能

目前，機(jī)器視覺的基礎(chǔ)功能主要可以分為四大類：模式識(shí)別/計(jì)數(shù)、視覺定位、尺寸測(cè)量和外觀檢測(cè)，當(dāng)前的應(yīng)用也基本是基于這四大類功能來展開。

模式識(shí)別/計(jì)數(shù)主要指對(duì)已知規(guī)律的物品進(jìn)行分辨，比較容易的包含外形、顏色、圖案、數(shù)字、條碼等的識(shí)別，也有信息量更大或更抽象的識(shí)別如人臉、指紋、虹膜識(shí)別等。

視覺定位主要指在識(shí)別出物體的基礎(chǔ)上精確給出物體的坐標(biāo)和角度信息。定位在機(jī)器視覺應(yīng)用中是非?；A(chǔ)且核心的功能，一個(gè)軟件的好壞大概率與其定位算法的好壞密切相關(guān)。

尺寸測(cè)量主要指把獲取的圖像像素信息標(biāo)定成常用的度量衡單位，然后在圖像中精確的計(jì)算出需要知道的幾何尺寸。優(yōu)勢(shì)在于對(duì)高精度、高通量以及復(fù)雜形態(tài)的測(cè)量，例如有些高精度的產(chǎn)品由于人眼測(cè)量困難以前只能抽檢，有了機(jī)器視覺后就可以實(shí)現(xiàn)全檢了。

外觀檢測(cè)主要檢測(cè)產(chǎn)品的外觀缺陷，最常見的包括表面裝配缺陷(如漏裝、混料、錯(cuò)配等)、表面印刷缺陷(如多印、漏印、重印等)以及表面形狀缺陷(如崩邊、凸起、凹坑等)。由于產(chǎn)品外觀缺陷一般情況下種類繁雜，所以檢測(cè)在機(jī)器視覺中的應(yīng)用中屬于相對(duì)較難的一類。

機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈分析

機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈上游包括芯片、光源、光源控制器、工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機(jī)等硬件和算法軟件;中游主要是視覺系統(tǒng)和智能設(shè)備。軟件開發(fā)主要是實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)將光源、鏡頭、攝像機(jī)等部分的圖像采集過程，根據(jù)處理結(jié)果和決策條件實(shí)現(xiàn)命令輸出。視覺系統(tǒng)相當(dāng)于人類的“大腦”，其處理性能直接影響指令輸出的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，視覺系統(tǒng)在機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)核心地位;電子半導(dǎo)體、汽車、醫(yī)藥、印刷包裝等應(yīng)用領(lǐng)域的下游環(huán)節(jié)。

只有少數(shù)機(jī)器視覺領(lǐng)域的領(lǐng)先制造商覆蓋了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。機(jī)器視覺功能是通過多個(gè)機(jī)器視覺組件的組合和協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)的。不同的組成部分在技術(shù)積累、研發(fā)能力和生產(chǎn)過程方面有所不同。因此，市場(chǎng)上大多數(shù)企業(yè)通常專注于某些特定組件，例如Cognex專注于相機(jī)和視覺控制系統(tǒng)，Moritex主要提供光源和光源控制器、鏡頭等。國內(nèi)制造商如?？禉C(jī)器人提供鏡頭、相機(jī)和視覺控制系統(tǒng)，大恒科技主要做相機(jī)和視覺系統(tǒng)，凌云光主要提供視覺控制系統(tǒng)、硬件解決方案和整體解決方案，并向上游特色相機(jī)、特殊光源獨(dú)立產(chǎn)業(yè)鏈拓展。

產(chǎn)業(yè)布局需優(yōu)化

從機(jī)器視覺市場(chǎng)的競(jìng)爭格局來看，該行業(yè)的主要參與者包括Keenes、Cognex、CCS、Hikon Robotics、中國大恒、Morit Corporation、Opte等。其中，Keenes過去十年的毛利率、息稅前利潤率、凈利潤率的平均水平分別為80%、50%、35%。由于機(jī)器視覺行業(yè)的“技術(shù)密集型”和“工藝密集型”特點(diǎn)，行業(yè)壁壘較高，玩家相對(duì)較少，市場(chǎng)主要由少數(shù)龍頭企業(yè)占據(jù)，競(jìng)爭格局和行業(yè)生態(tài)尚未形成。

在中國市場(chǎng)方面，國內(nèi)市場(chǎng)有200多家企業(yè)和300多家產(chǎn)品代理商，市場(chǎng)仍然相對(duì)分散。因此，盡管中國工業(yè)增加值在全球的比重在不斷提高，但全球機(jī)器視覺的千億級(jí)潛力空間仍有待挖掘。