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2019热刺赛程:2019年中國機器視覺行業發展歷程、機器視覺主要應用范圍及未來發展空間分析[圖]

2019年08月30日 14:16:07字號:T|T

热刺足球场 www.uqilnk.com.cn     一、機器視覺在智能制造中的地位向“必選”邁進

    機器視覺(MachineVision)指的是通過光學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,通俗的說就是應用在工業領域的視覺應用。

    機器視覺概念在20世紀50年代提出,20世紀80年代開始逐步進入產業化,到2000年后進入快速發展期。經歷了近20年的高速增長,我們認為機器視覺仍然是一個有較強成長動力的行業,主要驅動因素來自兩個方面,一是對機器代人過程的不斷進行、二是技術進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過程向更高效、更精確、更優質的進化。且隨著時間推移,上述驅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。

全球機器視覺發展歷程

數據來源:公開資料整理

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

    隨著人工成本上漲、人口紅利逐步消失,對經濟性的追求將推動機器視覺滲透率快速提升。從生產過程中的質量和效率來看,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、高精度等的生產環境中,機器視覺優勢更加明顯,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

數據來源:公開資料整理

    2、技術進步不斷打開下游需求市場空間:機器視覺技術從1980s開始逐步產業化,經歷了基于PC的視覺系統、模式視覺系統、條碼掃描視覺系統、視覺傳感器,發展到目前最先進的結合AI以及深度學習的3D視覺系統,技術的持續進入不斷釋放下游需求,推動機器視覺行業成長。

機器視覺的技術發展歷史

數據來源:公開資料整理

    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和深度學習等方面的技術進步,其近年來在物流、生物科學等領域的收入快速增長,2018年康耐視將自己的目標市場空間從29億美元上調到了35.5億美元,且未來還有進一步上調的潛力。

康耐視不斷打開新的目標市場空間(百萬美元)

數據來源:公開資料整理

    展望未來,機器視覺行業主要有幾個發展趨勢:1)更多更快的圖像數據傳輸、更先進的軟件算法帶來實現數字化、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)和產品軟件價格的下降推動機器視覺滲透率提升;3)產品向著小型化、集成化發展。

    二、機器視覺行業發展歷程

    國外發展歷程

    起源于20世紀50年代的機器視覺,早期研究主要是從統計模式識別開始。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構,并對物體形狀及物體的空間關系進行描述。他的研究工作開創了以理解三維場景為目的的三維機器視覺的研究。

    對積木世界的創造性研究給人們以極大的啟發,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雜的三維場景。于是,人們對積木世界進行了深入的研究。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,并建立了各種數據結構和推理規則。

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

    1977年,DavidMarr教授在麻省理工大學的人工智能(AI)實驗室領導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域中的一個十分重要的理論框架。

    蓬勃發展:20世紀80年代至今,機器視覺獲得蓬勃的發展,新概念、新方法、新理論不斷涌現。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。

    從地區分布來看,機器視覺發展早期,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市場,而歐美市場的份額穩中有降。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。

    國內發展歷程

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

    啟蒙階段:在1999年到2003年的中國機器視覺的啟蒙階段,中國企業主要通過代理業務對客戶進行服務。中國開始出現跨專業的機器視覺人才,從了解圖像的采集和傳輸過程、理解圖像的品質優劣開始,到初步的利用國外視覺軟硬件產品搭建簡單的機器視覺初級應用系統。早期的機器視覺從業人員同國外先進企業一起,通過極為廣泛而艱辛的市場宣傳和推廣,技術交流和培訓,項目輔導等等過程,不斷地培訓和引導中國客戶對機器視覺技術和產品的理解和認知,從而啟發客戶發現使用機器視覺技術的場合,開啟了中國機器視覺行業的歷史歷程。

    在機器視覺行業的啟蒙階段,一些對品質有特別高要求同時對成本不特別敏感的工業領域,開始成為最早的機器視覺技術的收益者。如機器視覺技術進入了中國的特種印刷行業,為人民幣的印刷質量和自動化水平提升、統一質量標準等等做出了杰出的貢獻。在中國的另一個全球優勢產業煙草行業,機器視覺技術進入煙葉異物剔除,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品的質量和生產效率。在特種印刷和煙草這兩個行業機器視覺技術的成功應用以及類似技術后續在其他行業的擴展,也讓更多工程技術人員和企業家第一次關注到視覺技術帶給自動化產業的獨特價值和廣泛應用前景,整個行業進入發展階段。

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

    在設備和系統集成方面,隨著電子制造產業全面轉向”中國制造”,視覺技術在相關設備中的應用也蓬勃發展,例如PCB檢測,SMT檢測等等設備國產設備迅速興起,憑借產品性價比和服務的優勢填補了國內相關市場需求;隨著部分海外從業人員回國創業,一些高端設備,如LCD的前道檢測設備也開始在國內落地;在部分產業,如汽車,制藥包裝等等行業。隨著國外產線逐漸向國內轉移以及對產品質量的要求提升,這一階段大批自動化領域的系統集成商開始熟悉并使用視覺技術;與此同時,國內的很多傳統產業,如棉紡,農作物分級,鋼鐵,紙張等等行業,視覺技術作為提升質量和效率、取代人工的工具也開始了廣泛的應用嘗試。總體上視覺應用呈現百花齊放的旺盛狀態。

    高速發展階段:從2008到2012年,中國機器視覺進入了高速發展階段。眾多機器視覺各種核心器件研發廠商出現,從相機、采集卡、光源、鏡頭到圖像處理軟件,數十家機器視覺技術的踐行者,用他們的智慧和努力打造了中國創造的機器視覺產品。這些產品在廣泛實踐中不斷完善,國內企業的視覺技術能力也得到了長足的積累和進步。

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

    三、機器視覺主要應用范圍

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

機器視覺主要應用范圍

數據來源:公開資料整理

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

機器視覺上游行業分析

數據來源:公開資料整理

    從下游應用行業看,國外主要應用于半導體及電子行業,其中大概40%-50%都集中在半導體行業,具體包括三大方面:PCB印刷電路:各類生產印刷電路板組裝技術、設備;單、雙面、多層線路板,覆銅板及所需的材料及輔料;輔助設施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件;電子封裝技術與設備;絲網印刷設備及絲網周邊材料等。SMT表面貼裝:SMT工藝與設備、焊接設備、測試儀器、返修設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線設備。

    子生產加工設備:電子元件制造設備、半導體及集成電路制造設備、元器件成型設備、電子工模具?;魘泳蹕低郴乖謚柿考觳獾母鞲齜矯嬉丫玫攪斯惴旱撓τ?,并且其產品在應用中占據著舉足輕重的地位。

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

    工業4.0離不開智能制造,智能制造離不開機器視覺?;魘泳跏鞘迪止ひ底遠橢悄芑謀匾侄?,相當于人類視覺在機器上的延伸?;魘泳蹙哂懈叨茸遠?、高效率、高精度和適應較差環境等優點,將在我國工業自動化的發展過程中發揮重要作用。

國內機器視覺主要應用領域占比

數據來源:公開資料整理

    四、機器視覺市場快速增長

    隨著技術的進步以及應用成本的下降,機器視覺在工業中的滲透率日益提升,整個市場快速發展。2018年全球機器視覺市場規模超88億美元,預計2019年這一數字將近100億美元。從國內來看,2018年中國機器視覺市場規模首次超過100億元,預計2019年市場規模將近125億元。

全球機器視覺市場空間(億美元)

數據來源:公開資料整理

中國機器視覺市場空間(億元)

數據來源:公開資料整理

    到2025年全球機器視覺市場空間將超過180億美元,年均復合增速7.7%。預計國內市場從2018年104億增長至2023年197億元,年復合增長率達到13.63%?;魘泳豕惴河τ糜詰繾蛹鞍氳繼?、汽車制造、食品包裝、制藥等領域,其中電子汽車和電子是當前機器視覺最重要的應用領域。

機器視覺的下游應用領域舉例

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全球機器視覺下游需求結構

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機器視覺下游應用梳理

數據來源:公開資料整理

    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國機器視覺行業市場深度監測及投資機會研究報告

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