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機(jī)器視覺行業(yè)發(fā)展情況及應(yīng)用
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 步道光電    2023-07-04

（1）機(jī)器視覺行業(yè)概況

所謂機(jī)器視覺，即采用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷，通過光學(xué)裝置和非接觸的傳感器，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置。機(jī)器視覺成功地將圖像處理應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，對(duì)物體進(jìn)行非接觸檢測、測量，提高加工精度、發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷并進(jìn)行自動(dòng)分析決策，是智能制造裝備對(duì)信息進(jìn)行獲取及分析的關(guān)鍵零部件，也是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

機(jī)器視覺行業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括 3C 電子、半導(dǎo)體、鋰電、光伏、印刷、食品飲料制造、煙草制品、安防、醫(yī)療、郵政等領(lǐng)域。根據(jù)中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理的數(shù)據(jù)，我國機(jī)器視覺下游主要應(yīng)用于電子、平板顯示、汽車、電池、印刷、機(jī)器人、半導(dǎo)體、包裝等領(lǐng)域，與此前應(yīng)用主要集中在消費(fèi)電子、平板顯示的情況相比，機(jī)器視覺產(chǎn)品在我國的應(yīng)用領(lǐng)域在逐步拓寬。

（2）機(jī)器視覺鏡頭行業(yè)概況

從機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈來看，機(jī)器視覺鏡頭是機(jī)器視覺中負(fù)責(zé)成像的核心部件，是機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的一部分，鏡頭的質(zhì)量直接影響到視覺系統(tǒng)的整體性能。機(jī)器視覺為機(jī)器植入了眼睛，鏡頭就是眼睛的晶狀體。成像是機(jī)器視覺系統(tǒng)獲取、處理和分析信息的基礎(chǔ)，機(jī)器視覺系統(tǒng)處理的所有圖像信息均通過機(jī)器視覺鏡頭得到。

鏡頭通過聚集光線，使成像單元能獲得清晰影像的結(jié)構(gòu)，將被測場景中的目標(biāo)成像到視覺傳感器的靶面上，從而完成后續(xù)的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、處理及分析工作，并根據(jù)算法結(jié)果控制現(xiàn)場的設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。機(jī)器視覺鏡頭的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療、安防、交通、航空等。其中，工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器視覺鏡頭的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。以工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器視覺鏡頭（即工業(yè)鏡頭）為例，典型的工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈圖如下：

工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈上游包括光源、工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、軟件及算法平臺(tái)，其中工業(yè)鏡頭、相機(jī)、采集卡等核心零部件與算法軟件是機(jī)器視覺價(jià)值以及成本的主要構(gòu)成部分。

相比人眼，機(jī)器視覺無疲勞感，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，基于機(jī)器視覺鏡頭精密成像的產(chǎn)品檢測，可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度，提升產(chǎn)品的良品率，加快產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。同時(shí)，機(jī)器視覺鏡頭具有較寬的光譜響應(yīng)范圍，可擴(kuò)展人眼的視覺范圍，辨識(shí)微弱的色差區(qū)別，在精確性、客觀性、速度與效率等方面均優(yōu)于人類。

（3）機(jī)器視覺推動(dòng)我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)

制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的命脈，也是我國工業(yè)體系的基礎(chǔ)構(gòu)成。我國 2022年全年全部工業(yè)增加值達(dá) 40.16 萬億元，持續(xù)保持世界第一制造大國的地位。與此同時(shí)，面對(duì)中國制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的要求，深化推進(jìn)智能制造逐漸成為制造業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的主要任務(wù)，智能制造產(chǎn)業(yè)體系的推廣與應(yīng)用已成大勢。

目前我國智能制造裝備相較國外高端設(shè)備存在一定差距，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性方面尚不能完全滿足智能制造的整體發(fā)展要求。為更好發(fā)揮智能制造裝備的應(yīng)用價(jià)值，保障生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)，智能制造設(shè)備的精細(xì)化檢測至關(guān)重要。機(jī)器視覺產(chǎn)品作為智能制造裝備的核心部件，采用機(jī)器代替人眼，能夠在高速度、高精度、高穩(wěn)定性的前提下對(duì)被測目標(biāo)進(jìn)行檢測和判斷，對(duì)于智能制造裝備的發(fā)展以及我國制造業(yè)的優(yōu)化升級(jí)有重要影響。

（4）行業(yè)發(fā)展情況

①機(jī)器視覺在全球的發(fā)展情況

機(jī)器視覺于20 世紀(jì) 60-70 年代發(fā)源于北美、歐洲等發(fā)達(dá)地區(qū)的國家。1969年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室成功研制出 CCD 傳感器，可以直接把圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)到電腦中參與計(jì)算和分析，從而奠定了機(jī)器視覺技術(shù)誕生的基石，使得“為機(jī)器植入眼睛”成為可能。80 年代，機(jī)器視覺進(jìn)入起步期，機(jī)器視覺的概念首次在產(chǎn)業(yè)界被提及，在此期間誕生了如加拿大的 DALSA、美國的康耐視和柯達(dá)、英國的 E2V 等首批機(jī)器視覺企業(yè)。

90 年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使機(jī)器視覺定位與檢測成為替代人工的支撐技術(shù)，機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展的機(jī)遇，但成像技術(shù)和算法算力的發(fā)展尚不成熟，不能全面滿足行業(yè)應(yīng)用需求。21 世紀(jì)以來，在硬件和算法的共同驅(qū)動(dòng)下，機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展與繁榮。我國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)也在 21 世紀(jì)初期逐漸加入了全球陣營。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的爆發(fā)式擴(kuò)展，機(jī)器視覺在 21 世紀(jì)以來迎來高速發(fā)展期。

在全球“工業(yè) 4.0”的背景之下，兼具精準(zhǔn)高效特點(diǎn)的機(jī)器視覺受到世界各國的一致關(guān)注。隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷增多、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算能力的不斷演進(jìn)、工廠自動(dòng)化水平的不斷提高，全球制造業(yè)企業(yè)迎來轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)機(jī)器視覺產(chǎn)品的整體需求呈現(xiàn)增加態(tài)勢。人工智能、大數(shù)據(jù)等新一輪全球科技浪潮推動(dòng)全球機(jī)器視覺行業(yè)進(jìn)入快速增長期。

2016 年以來，全球機(jī)器視覺市場規(guī)模快速擴(kuò)張，由 2016 年的 417.41 億元提升至 2021 年的 804 億元，年復(fù)合增長率達(dá)到 14.01%。根據(jù) Markets and Markets、高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）的預(yù)測，2025 年全球市場規(guī)模將達(dá)到 1,276.05 億元。

機(jī)器視覺的本質(zhì)在于替代和提升人類對(duì)于圖像信息的收集處理能力，因此，凡是需要進(jìn)行圖像信息收集和處理的領(lǐng)域均存在機(jī)器視覺的應(yīng)用需求，隨著各領(lǐng)域?qū)C(jī)器視覺認(rèn)知水平的提高，未來將有更多行業(yè)展現(xiàn)對(duì)機(jī)器視覺產(chǎn)品的強(qiáng)勁需求。自動(dòng)成像協(xié)會(huì)（AIA）報(bào)告指出，目前由于產(chǎn)業(yè)價(jià)值認(rèn)知不夠等限制，當(dāng)前機(jī)器視覺市場開放度僅為市場需求的 5%，還有 95%具有實(shí)際需求的潛在客戶尚未應(yīng)用機(jī)器視覺，這部分新增市場會(huì)隨著人工智能和算力的提升，以比較高的速度被全面開發(fā)。

②機(jī)器視覺行業(yè)在中國的發(fā)展情況

國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)起步于 20 世紀(jì) 90 年代，最初以代理國外產(chǎn)品為主，進(jìn)入21 世紀(jì)后，國內(nèi)企業(yè)開始逐漸將發(fā)展重心轉(zhuǎn)向自主研發(fā)產(chǎn)品。得益于自動(dòng)化發(fā)展趨勢和廣泛的下游應(yīng)用空間，國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展相較于全球其他國家更為迅速。2016-2021 年，我國機(jī)器視覺市場規(guī)模由 47 億元增長至178 億元，復(fù)合增長率達(dá) 30.52%，較全球機(jī)器視覺行業(yè)同期復(fù)合增速高出近 17個(gè)百分點(diǎn)。

在機(jī)器視覺鏡頭領(lǐng)域，海外機(jī)器視覺工業(yè)鏡頭細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展較早，Schneider、Computar、Moritex 等老牌鏡頭廠商，技術(shù)積累雄厚，品牌影響力較大，在高端市場優(yōu)勢較大，占據(jù)著全球主要市場份額。

我國機(jī)器視覺行業(yè)由于起步較晚，2008年之前國內(nèi)光學(xué)鏡頭市場基本被日本、德國品牌所壟斷。近年來，我國機(jī)器視覺鏡頭行業(yè)國內(nèi)廠商快速成長，憑借迅速的技術(shù)進(jìn)步和高性價(jià)比優(yōu)勢與國外品牌競爭并逐漸取得優(yōu)勢。隨著技術(shù)積累的加深和品牌認(rèn)可度的提升，以長步道為代表的優(yōu)質(zhì)國內(nèi)機(jī)器視覺鏡頭廠商開始向工業(yè)級(jí)鏡頭等高端產(chǎn)品拓展，積極擴(kuò)展產(chǎn)品深度和廣度。截至目前，長步道提供的工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器視覺鏡頭已經(jīng)能夠滿足下游不同客戶視覺系統(tǒng)及智能制造裝備的需要。

A、我國機(jī)器視覺市場起步較晚，即將進(jìn)入快速發(fā)展的黃金時(shí)期

我國機(jī)器視覺具有起步較晚、發(fā)展迅速的特點(diǎn)。根據(jù)甲子光年的數(shù)據(jù)，2021年我國工業(yè)機(jī)器視覺行業(yè)銷售額為 178 億元，2016 年至 2021 年，我國工業(yè)機(jī)器視覺市場規(guī)模由 47 億元增長至 178 億元，復(fù)合增長率達(dá) 30.52%，市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。

未來，隨著宏觀環(huán)境的改善、我國機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的成熟、國產(chǎn)替代浪潮的興起及下游領(lǐng)域的拓寬，特別是伴隨著我國在新能源、光伏等新興制造業(yè)領(lǐng)域逐步占據(jù)全球領(lǐng)先地位，我國機(jī)器視覺行業(yè)將迎來快速發(fā)展的黃金時(shí)期。

B、我國機(jī)器視覺滲透率低，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求及政策支持推動(dòng)行業(yè)發(fā)展

隨著工業(yè) 4.0 的到來，制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了智能化生產(chǎn)時(shí)代。傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式正在被越來越多的自動(dòng)化生產(chǎn)模式所取代，制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求迫切，行業(yè)對(duì)機(jī)器視覺產(chǎn)品的整體需求也呈現(xiàn)增加態(tài)勢。

我國政府也在積極推進(jìn)制造業(yè)的智能化和信息化建設(shè)。在《智能檢測裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2023—2025 年）》《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》《制造業(yè)質(zhì)量管理數(shù)字化實(shí)施指南（試行）》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等政策文件中，智能制造裝備、智能檢測裝備及其核心部件機(jī)器視覺產(chǎn)品被明確列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。政策的支持和推動(dòng)將進(jìn)一步促進(jìn)我國機(jī)器視覺市場的發(fā)展。

目前我國制造業(yè)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于機(jī)器視覺產(chǎn)品的應(yīng)用較少，機(jī)器視覺在我國的滲透率提升空間大。作為全球第一制造業(yè)大國，我國正處于制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵期間，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量的需求日益提高。政策的支持和推動(dòng)、技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的不斷擴(kuò)大，勢必會(huì)推動(dòng)我國機(jī)器視覺的快速發(fā)展。

C、我國機(jī)器視覺產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展

根據(jù)中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，我國機(jī)器視覺下游主要應(yīng)用于電子、平板顯示、汽車、電池、印刷、機(jī)器人、半導(dǎo)體、包裝等領(lǐng)域，與此前應(yīng)用主要集中在消費(fèi)電子、平板顯示的情況相比，機(jī)器視覺產(chǎn)品在我國的應(yīng)用領(lǐng)域在逐步拓寬。以發(fā)行人為例，目前發(fā)行人機(jī)器視覺產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)及安防監(jiān)控領(lǐng)域。

未來，隨著醫(yī)療、交通等領(lǐng)域?qū)鹊囊笾鸩教岣撸瑱C(jī)器視覺產(chǎn)品因其精確度高、適應(yīng)性強(qiáng)、可保持高強(qiáng)度持續(xù)工作等優(yōu)秀特性，將會(huì)在上述領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

D、我國機(jī)器視覺產(chǎn)品下游客戶不斷下沉

受制于我國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)起步較晚，仍未進(jìn)入發(fā)展成熟期的因素影響，行業(yè)內(nèi)工業(yè)鏡頭等機(jī)器視覺產(chǎn)品整體產(chǎn)能規(guī)模較小，導(dǎo)致下游客戶群體仍然以大型工業(yè)企業(yè)為主，構(gòu)成我國制造業(yè)基礎(chǔ)的數(shù)量眾多的廣大中小規(guī)模工業(yè)企業(yè)的市場需求仍然難以完全滿足。

未來，隨著我國機(jī)器視覺技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)的快速成長發(fā)展，行業(yè)整體產(chǎn)能逐步擴(kuò)大，規(guī)模效應(yīng)逐漸體現(xiàn)，工業(yè)鏡頭等機(jī)器視覺產(chǎn)品的性價(jià)比將得到進(jìn)一步提高，結(jié)合我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和人力成本逐漸攀升的宏觀背景，機(jī)器視覺下游客戶將會(huì)進(jìn)一步向國內(nèi)中小企業(yè)拓展，成為機(jī)器視覺未來市場空間發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)因素及契機(jī)。