【中國傳動網(wǎng) 市場分析】 01 機器視覺行業(yè)

發(fā)展背景

1.機器視覺界定

機器視覺界定

機器視覺就是用機器來代替人眼做測量和判斷的系統(tǒng)，它通過光學裝置和非接觸傳感器自動獲取目標對象的圖像，并由圖像處理設備根據(jù)所得圖像的像素分布、亮度和顏色等信息進行各種運算處理和判別分析，以提取所需的特征信息或根據(jù)判別分析結果對某些現(xiàn)場設備進行運動控制。

一個典型的機器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、相機（CCD或COMS相機）、圖像采集卡、圖像處理軟件等。

機器視覺原理

機器視覺系統(tǒng)通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進行分析判別，進而根據(jù)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。

機器視覺作用

機器視覺用機器代替人眼來做測量和判斷，是將圖像處理應用于工業(yè)自動化領域進行非接觸檢測、測量，提高加工精度、發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、進行自動分析決策的一項技術，是先進制造業(yè)的重要組成部分，發(fā)揮著不可替代的作用。目前在歐美發(fā)達國家涉及生產(chǎn)加工、品質(zhì)鑒別的每一條生產(chǎn)線上幾乎都有機器視覺系統(tǒng)存在，但在國內(nèi)，機器視覺發(fā)展還剛剛起步，具有巨大的市場潛力。

2. 機器視覺行業(yè)特性

行業(yè)進入壁壘

國內(nèi)機器視覺企業(yè)起步都是從代理國外品牌開始，很多企業(yè)均與國外的同行有較好的合作，并且這種合作具有一定排他性，這給潛在進入者帶來了一定的門檻。此外，由于機器視覺技術集光學、電子、機械及計算機技術于一體，對想直接從事機器視覺的生產(chǎn)的企業(yè)來說，具有一定的技術壁壘。

行業(yè)周期性特征

機器視覺的主要下游行業(yè)是半導體和電子制造行業(yè)，兩者均具有周期性。其中半導體行業(yè)是一個明顯的周期性行業(yè)，行業(yè)的周期通常也稱為“硅周期”，通常持續(xù)4-5年。從而使機器視覺行業(yè)也具有相應的周期性。

行業(yè)區(qū)域性特征

機器視覺在國內(nèi)制造業(yè)的應用也呈現(xiàn)出非常明顯的地域化特征，即集中在經(jīng)濟較發(fā)達的華東和華南地區(qū)。這些地區(qū)擁有許多外商獨資、合資和港資企業(yè)，也有一些企業(yè)是專門為國外品牌做代工生產(chǎn)的。事實證明，這些企業(yè)仍然是國內(nèi)機器視覺產(chǎn)品的主要“消費者”。

3 行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈簡介

機器視覺行業(yè)的上游有光源、鏡頭、工業(yè)相機、圖像采集卡、圖像處理軟件等的提供商。行業(yè)下游應用較廣，主要下游市場是半導體和電子制造行業(yè)。除此之外還有應用到汽車、印刷包裝、煙草、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和交通等領域。

機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈上游分析

上游行業(yè)對機器視覺行業(yè)主要有兩方面的影響：一是上游行業(yè)的技術和產(chǎn)品質(zhì)量對機器視覺行業(yè)的影響；二是來自產(chǎn)品價格的影響。例如光源技術在機器視覺系統(tǒng)中非常重要，光源技術的發(fā)展能使光源更接近于明亮、均勻、穩(wěn)定，這也提高了機器視覺產(chǎn)品的質(zhì)量。此外上游產(chǎn)品的價格提高會給機器視覺企業(yè)帶來一定的成本壓力。

機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈下游分析

從行業(yè)應用來看，電子制造行業(yè)仍然是拉動需求高速增長的主要因素。我國電子制造、汽車制造和市政交通行業(yè)占據(jù)了2/3以上的機器視覺市場份額。

02  中國機器視覺行業(yè)

發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

1.機器視覺行業(yè)市場規(guī)模

行業(yè)發(fā)展規(guī)模

2011年我國機器視覺市場開始啟動，行業(yè)步入快速發(fā)展期，2011年我國機器視覺行業(yè)市場規(guī)模約10.8億元；2013年達到35.4億元，同比增長55.94%；到2016年，市場規(guī)模達到69.4億元，同比增長13.40%，約占全球市場15%的份額。

2.機器視覺行業(yè)競爭現(xiàn)狀

行業(yè)競爭主體

（1）主要企業(yè)

國內(nèi)系統(tǒng)集成商有100多家，下表中的本報告企業(yè)部分分析中，能夠提供系統(tǒng)集成服務的企業(yè)：

（2）產(chǎn)品選擇

國內(nèi)機器視覺企業(yè)的水平與國際上仍有很大的差距，以至于一些國內(nèi)的企業(yè)購買了機器視覺系統(tǒng)，還要花費昂貴的費用聘請國外的系統(tǒng)集成商。集成系統(tǒng)供應商中在視覺產(chǎn)品的選擇方面，依然較青睞于國外品牌。

企業(yè)分布情況

根據(jù)中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CMVU）調(diào)查統(tǒng)計，現(xiàn)在已進入中國的國際機器視覺品牌已近200多家，中國自有的機器視覺品牌也已有100多家，機器視覺各類產(chǎn)品代理商超過了300家，專業(yè)的機器視覺系統(tǒng)集成商也有100多家。

行業(yè)競爭焦點

從機器視覺應用作為一個光機電一體的實際應用來看，成功與否的決定因素從來都是一個綜合實力的評估。如今在機器視覺上的競爭焦點已經(jīng)不再局限于硬件本身，而是更多的轉向與之搭配的軟件。以凌華為例，正是基于這個原因，除了繼續(xù)在運動控制和系統(tǒng)平臺上進行投入外，凌華也漸漸開始了向系統(tǒng)整合方案供應商的角色轉變。在圖像處理軟件方面，從1998年就開始與比利時Euresys公司開始合作，目前已經(jīng)積累了大量的客戶和成熟應用。

3.機器視覺行業(yè)發(fā)展趨勢

1、行業(yè)發(fā)展阻礙因素

機器視覺產(chǎn)品在中國市場應用的主要障礙有：預算限制、不易使用、工程實施資源限制、操作人員的接受程度、視覺技術的了解、相對于其他自動化項目的優(yōu)先級別不夠高。其中由于對視覺技術不夠了解以及預算的限制是當前應用中最突出的阻礙因素。

2、行業(yè)發(fā)展前景預測

目前在我國隨著配套基礎建設的完善，技術、資金的積累，各行各業(yè)對采用圖像和機器視覺技術的工業(yè)自動化、智能需求開始廣泛出現(xiàn)，國內(nèi)有關大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機器視覺技術領域進行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場的應用。

未來幾年，行業(yè)若按照年均16%左右的增長率，預計到2020年，我國機器視覺行業(yè)市場規(guī)模將突破150億元，到2022年達到179億元。

03

中國機器視覺

研究現(xiàn)狀與技術發(fā)展

1.機器視覺軟/硬件技術發(fā)展現(xiàn)狀

機器視覺專利分析

1、專利數(shù)量分析

2005-2014年，我國機器視覺相關專利申請數(shù)量逐年增加，2014年達到645個。近兩年，專利申請量所有下降。2016年，我國機器視覺相關專利申請數(shù)量為603個。

2、專利申請人分析

截至2016年底，我國機器視覺相關專利申請人前十名中，高校較多，排名前三位的依次是浙江大學、江南大學和江蘇大學。

機器視覺硬件技術

1、鏡頭技術

工業(yè)鏡頭的選擇與任務或應用有關，主要可以分為兩大類：一類是發(fā)現(xiàn)有沒有；另一類是測量一個或幾個參數(shù)。如：無紡布表面缺陷檢測；金屬板表面自動探傷；印刷包裝視覺檢測；直徑等尺寸測量；PCB自動檢測；汽車零部件檢測等。

機器視覺工業(yè)鏡頭的基本指標主要有：焦距（f）、視場角（FOV）、工作距離（WD）、景物范圍（SR）、CCD尺寸（d）和相對孔徑（F#）等。

2、攝像機技術

目前CCD攝像機以其小巧、可靠和清晰度高等特點在商用與工業(yè)領域都得到了廣泛低使用，CCD攝影機按照其使用的CCD期間可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣CCD攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝物體必須以直線行駛從攝像機前已過，才能獲得完整的圖像，它主要用于檢測條狀、筒狀產(chǎn)品；面陣攝像機可以一次獲得整幅圖像的信息。

3、光源技術

目前主要的光源類型有：白熾燈泡、熒光燈管、氙燈、LED、X射線管。

4、圖像采集卡

在基于PC機的機器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機拍照、完成圖像采集與數(shù)字化、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設備。

2.機器視覺技術發(fā)展趨勢

圖像處理器將會不斷地向PC機以及嵌入式系統(tǒng)靠攏

機器視覺處理器的處理功能，將會不斷地向PC機以及嵌入式系統(tǒng)靠攏；處理的能力會繼續(xù)遵循摩爾定律，18個月將會增長一倍；隨著處理功能不斷的增強，處理器散發(fā)出的熱量也會隨著越來越高，這會影響系統(tǒng)的功能，散熱問題將成為嚴重的阻礙性因素。

機器視覺算法工具平穩(wěn)與緩和發(fā)展

驅(qū)動圖像處理軟件發(fā)展的因素不僅僅包括用戶們對簡單、方便軟件的需求，還包括供應商們對他們的軟件在市場上受到產(chǎn)權保護的期望。機器視覺算法工具的發(fā)展趨勢是比較平穩(wěn)與緩和發(fā)展的。未來大家將看到很多機器學習的應用，用各種算法工具來實現(xiàn)應用功能和任務。

光學物理方面將會成為相機及傳感器發(fā)展的一個阻礙因素

光學物理方面將會成為相機及傳感器發(fā)展的一個阻礙因素。它的發(fā)展趨勢是：CMOS相機會取代CCD相機；會有超高速的相機出現(xiàn)；在相機上會融入更多的智能；會有更多更小的相機出現(xiàn)；更多的相機可以直接連在PC機上。

分辨率與更小光源將驅(qū)動成像光學系統(tǒng)的發(fā)展

對于成像光學的發(fā)展有兩個主要驅(qū)動力量，一是越來越高分辨率的要求；二是更小光源的需求。但是尋求更小的光源目前來看是非常困難的。同樣阻礙成像光學發(fā)展的因素仍然是對機器視覺方面、物理光學方面的研究力量不夠，另外也缺少相應的設施。對于成像光學的發(fā)展趨勢，35mm鏡頭在早期就已經(jīng)流行，但是可能將會被更小的鏡頭所取代。

04  中國機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品發(fā)展分析

1.機器視覺核心部件市場分析

照明光源市場分析

1、照明光源概述

（1）照明光源作用

照明是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應用效果。由于沒有通用的機器視覺照明設備，所以針對每個特定的應用實例，要選擇相應的照明裝置，以達到最佳效果。

（2）照明光源種類

照明光源可分為可見光照明和不可見光照明，常用的可見光照明光源有LED、熒光燈、鹵素燈等?？梢姽獾娜秉c是一方面光能不能保持穩(wěn)定，另一方面環(huán)境光會影響圖像的質(zhì)量，所以一般采用加防護屏的方法來減少環(huán)境光的影響。

2、照明光源需求現(xiàn)狀

（1）照明光源的要求

由于沒有通用的機器視覺照明設備，所以針對每個特定的應用實例，要選擇相應的照明裝置，以達到最佳效果。一個好的照明系統(tǒng)，應當具有以下特征：盡可能突出目標的特征，在物體需要檢測的部分與非檢測部分之間盡可能產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對比度；保證足夠的亮度和穩(wěn)定性；物體位置的變化不應影響成像的質(zhì)量。

（2）照明光源需求現(xiàn)狀

照明行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了三代產(chǎn)品，他們分別是第一代電光源：白熾燈（鹵鎢燈）、第二代電光源：熒光燈（日光燈、節(jié)能燈）和第三代電光源：高強度氣體放電燈（HID），目前正在向第四代電光源——LED光源發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但總能耗卻占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%。

3、照明光源主要供應商

（1）Moritex

Moritex成立于1973年，并于1997年起公司把股份列席于NASDAQ證券交易所，于2000年12月Moritex進駐東京證券交易所。日本Moritex公司是國際知名的光纖光源、LED光源、光學鏡頭的供應商，其產(chǎn)品廣泛應用于機器視覺和各類檢測應用中。圖像處理科學依賴于成像科學：光纖照明和光學鏡頭的設計。Moritex將光學鏡頭領域與光學照明領域的開發(fā)經(jīng)驗緊密結合，為各種應用中的圖像獲取提供先進的產(chǎn)品和技術。

（2）Schott

肖特集團是一家享有盛譽的跨國性高科技集團公司，1884年成立于德國，公司總部位于德國美茵茲。作為特種玻璃及相關特種材料、元件和系統(tǒng)制造行業(yè)的領導者，肖特集團致力于專業(yè)高品質(zhì)產(chǎn)品的研究、應用開發(fā)及制造，更專注于提供專業(yè)化的技術解決方案以期改善人們的生活和工作。肖特的主要市場涉及家用電器、光學、光電子、醫(yī)藥包裝、汽車和太陽能等領域。

4、照明光源市場發(fā)展趨勢

機器視覺技術已經(jīng)廣泛應用于不同的領域中，例如，在農(nóng)業(yè)領域應用于蘋果的分類、優(yōu)質(zhì)種子的分類等等；在汽車工業(yè)中應用于鈑金成形缺陷檢測，在紡織工業(yè)中應用于織網(wǎng)的檢查；在TFT-LCD工業(yè)中應用于瓶子的檢測和缺陷檢測。人們已經(jīng)大量研究了機器視覺系統(tǒng)中的后期圖像處理系統(tǒng)，但是光學技術在機器視覺的應用還是一個嶄新的領域，正處于起步階段，而光源作為機器視覺光學系統(tǒng)中的關鍵器件之一，它的進一步研究需要從如下幾個方面展開：（1）在整個視場（Field-of-View，F(xiàn)OV），內(nèi)必須保持光照強度均勻；（2）對不同的測量物體顏色可調(diào)；（3）在環(huán)境溫度的影響下可以自動調(diào)節(jié)光照強度，（4）響應快速，易于控制；（5）穩(wěn)定、壽命長。

工業(yè)鏡頭市場分析

1、工業(yè)鏡頭概述

工業(yè)鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中的重要組件，其主要功能是光學成像。鏡頭的參數(shù)主要有焦距、視場（FOV，F(xiàn)ieldofView）、工作距離、分辨率、景深（DOF）等。

2、工業(yè)鏡頭供需狀況

由于中國大陸、韓國、臺灣都是攝像機生產(chǎn)的重要基地和中心，因此對鏡頭的需求十分龐大，尤其是中國大陸，目前日本、韓國、臺灣許多世界知名的攝像機生產(chǎn)廠商都在中國大陸設立了生產(chǎn)廠，因此，盡管生產(chǎn)的攝像機會銷售到全球各地，但生產(chǎn)中對鏡頭所產(chǎn)生的需求實際是在中國大陸發(fā)生的。

深圳由于集中了眾多的攝像機生產(chǎn)廠商，因而對鏡頭的需求量十分龐大，是任何一個鏡頭廠家都不能忽視的主流市場，目前，國內(nèi)許多鏡頭廠商都在深圳設立了辦事處，如長春東亞光學、南陽臥龍光學、南陽禾立光學等。

3、主要廠商及產(chǎn)品特點

（1）Computar

Computar是CBC株式會社的鏡頭品牌。CBC株式會社成立于1925年，總部在日本東京。另外在日本國內(nèi)設有5家分公司。在海外共有19家分支機構。CBC株式會社作為廠家生產(chǎn)監(jiān)控產(chǎn)品已有近30年的歷史，Computar是其鏡頭的品牌，GANZ是其包括攝像機、錄像機等監(jiān)控設備的品牌。其中Computar鏡頭以其高品質(zhì)、種類豐富、價格合理、售后服務好而在全世界享有很高的聲譽，在美國市場占有率為40%，在歐洲市場占有率為30%，在中國市場占有率為40%。在全世界銷量第一。Computar鏡頭現(xiàn)有品種210種，每年不斷推出新產(chǎn)品，以求最大限度地滿足監(jiān)控領域?qū)︾R頭產(chǎn)品的需要。

（2）VST

VST產(chǎn)品系列有：遠心鏡頭、CCTV鏡頭、低失真、MACRO鏡頭和CCD顯微鏡單元。

4、工業(yè)鏡頭市場發(fā)展趨勢

從目前情況看，真正意義上成系列的國產(chǎn)工業(yè)鏡頭還沒有出現(xiàn)。中國作為一個未來的工業(yè)大國，研發(fā)自己的工業(yè)鏡頭是必要和必須的，但鏡頭的生產(chǎn)對光學玻璃的材質(zhì)及加工精度要求非常高，這方面的提高則受到國內(nèi)工業(yè)制造加工的整體水平的制約。

另外從市場角度來講，國內(nèi)的機器視覺系統(tǒng)的應用畢竟還出于起步階段，到真正的廣泛應用也還有很長的一段路要走，國產(chǎn)工業(yè)鏡頭的規(guī)模發(fā)展也會受此制約。中國用戶使用本土工業(yè)鏡頭的時日還將有一個漫長的等待過程。

2.機器視覺系統(tǒng)集成市場分析

機器視覺系統(tǒng)發(fā)展概述

1、機器視覺系統(tǒng)發(fā)展

在過去的幾年里，機器人視覺控制無論是在理論上還是在應用方面都有很大進步。最早基于視覺的機器人系統(tǒng)，采用的是靜態(tài)lookandmove形式。即先由視覺系統(tǒng)采集圖像并進行相應處理，然后通過計算估計目標的位置來控制機器人運動。這種操作精度直接與視覺傳感器、機械手及控制器的性能有關，這使得機器人很難跟蹤運動物體。到80年代，計算機及圖像處理硬件得到發(fā)展，使得視覺信息可用于連續(xù)反饋，于是人們提出了基于視覺的伺服形式。這種可以克服模型（包括機器人、視覺系統(tǒng)、環(huán)境）中存在的不確定性，提高視覺定位或跟蹤精度。

2、機器視覺分類及比較

從組成結構來分類，典型的機器視覺系統(tǒng)可分為兩大類：PC式或稱板卡式機器視覺系統(tǒng)（PC-BasedVisionSystem），以及嵌入式機器視覺系統(tǒng)，亦稱“智能相機”（SmartCamera）或“視覺傳感器”（VisionSensor）。

目前在中國使用簡便的智能視覺傳感器占了機器視覺系統(tǒng)市場60%左右的市場份額。由于PC式視覺系統(tǒng)在整體成本、靈活性、用戶化界面、速度以及精度等方面的優(yōu)勢，接下來的2-5年，在中國市場上PC式視覺系統(tǒng)將與嵌入式視覺系統(tǒng)平分秋色。

嵌入式機器視覺系統(tǒng)發(fā)展分析

1、嵌入式系統(tǒng)發(fā)展

隨著Internet技術與信息家電、工業(yè)控制技術等的結合日益緊密，嵌入式設備與Internet的結合已成為大勢所趨。此時期新的微處理器層出不窮，要求嵌入式操作系統(tǒng)的設計更加便于移植，支持更多的微處理器。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要強大的硬件開發(fā)工具和軟件支持包。通用計算機上使用的新技術、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中。

2、嵌入式處理器及分類

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。根據(jù)其現(xiàn)狀，嵌入式處理器可以分成下面幾類：

1）嵌入式微處理器（EmbeddedMicroprocessorUnit，EMPU）

嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。

2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）

嵌入式微控制器又稱單片機，就是將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中。

3）嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）

DSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。

基于PC的視覺系統(tǒng)發(fā)展分析

1、基于PC的視覺系統(tǒng)主要特點

該系統(tǒng)主要包括攝像機、視屏采集卡和通用PC機三部分。視頻采集卡插在通用PC機的PCI插槽上，攝像機通過視頻電纜線和視頻采集卡相連，通用PC機是視頻采集核心，得到原始的視頻圖像數(shù)據(jù)后，轉化成所需要的圖像格式，最后利用通用PC機強大的軟、硬件資源和高速的處理能力對視頻圖像進行處理。

2、基于PC的視覺系統(tǒng)設計現(xiàn)狀

（1）光源、鏡頭、CCD和圖像采集卡的選用

光源、鏡頭、CCD和圖像采集卡作為視覺系統(tǒng)成像部分，正確的選用是后續(xù)處理的必要條件，成像的質(zhì)量直接影響到視覺軟件處理和分析部分，最終影響機器視覺系統(tǒng)工作的準確性。

（2）應用軟件的設計

作為PC式機器視覺系統(tǒng)的重要組成部分，視覺軟件主要通過對圖像的分析、處理和識別，實現(xiàn)對特定目標特征的處理。專業(yè)的視覺軟件能實現(xiàn)圖像中目標的高精度定位，從而提高了系統(tǒng)的精度。

國內(nèi)主要機器視覺系統(tǒng)集成商

國內(nèi)系統(tǒng)集成商有50多家，主要系統(tǒng)集成商有：北京凌云光技術有限責任公司、北京嘉恒中自圖像技術有限公司、北京微視新紀元科技有限公司、凌華科技（中國）有限公司、上海世測自動化系統(tǒng)有限公司等。

國內(nèi)機器視覺系統(tǒng)發(fā)展趨勢預判

機器視覺，經(jīng)歷了從基于PC到嵌入式解決方案，目前正快速發(fā)展的工業(yè)領域也正在改變著現(xiàn)代工廠的面貌。一般情況下，除了某些情況下需要多相機應用、或者已有的控制系統(tǒng)是基于PC系統(tǒng)、對系統(tǒng)保密要求較高的情況下，專家建議應以智能相機為首選。

目前，國內(nèi)多數(shù)廠商對機器視覺的認識還停留在PC-Based方案層面，由于CPU處理能力強大，可以進行較為復雜的圖像處理，并且一個PC可支持多個相機進行多方位的檢測，因此受到了廣大廠商的青睞。但是由于嵌入式方案具有更大的靈活性，而DSP方案的成本又低于PC-Based方案，就抗干擾能力來說，嵌入式方案也更能適應工業(yè)環(huán)境的供電電壓波動、電子干擾、溫度變化等等各種干擾，因此，目前機器視覺正在向嵌入式的方向發(fā)展。