機(jī)器視覺(jué)行業(yè)研究：機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值涌現(xiàn)

1、機(jī)器視覺(jué)行業(yè)研究：機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值涌現(xiàn)1. 機(jī)器視覺(jué)：人類的“機(jī)器之眼”1.1. 機(jī)器替代人眼，高效、高速、高精度優(yōu)勢(shì)顯著美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（SME）機(jī)器視覺(jué)分會(huì)和美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RIA)自動(dòng)化視 覺(jué)分會(huì)對(duì)于“機(jī)器視覺(jué)”的定義是，“機(jī)器視覺(jué)使用光學(xué)器件進(jìn)行非接觸感知，自動(dòng) 接收并解釋一個(gè)來(lái)自真實(shí)場(chǎng)景的圖像，以獲取信息并控制機(jī)器與流程”。即通過(guò)機(jī)器 實(shí)現(xiàn)人眼視覺(jué)和理解的技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)作為一項(xiàng)綜合技術(shù)可以代替人眼做識(shí)別、測(cè)量、判斷。其包括圖像處理、 機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì) 算機(jī)軟硬件技術(shù)等。一個(gè)完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常是指通過(guò)工業(yè)相機(jī)、鏡頭、光

2、源 等設(shè)備的配合，將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，傳遞給圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分 布和亮度、灰度等信息，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行針對(duì)需求 的運(yùn)算抽取目標(biāo)特征，從而根據(jù)判別結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作。目前，機(jī)器 視覺(jué)主要應(yīng)用在智能制造，其下游應(yīng)用廣泛，已經(jīng)在汽車制造、消費(fèi)電子、醫(yī)療制 藥、食品包裝、服務(wù)機(jī)器人、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)放量，未來(lái)前景可期。機(jī)器視覺(jué)按照功能可以大致區(qū)分為識(shí)別、定位、測(cè)量、檢測(cè)、引導(dǎo)五類。（1）識(shí)別：機(jī)器視覺(jué)可以對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，用于對(duì)一些一維碼或二維 碼的解碼、光學(xué)字符的識(shí)別與確認(rèn)、顏色及形狀的識(shí)別等；（2）機(jī)器視覺(jué)采用先進(jìn)的圖像視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)

3、，對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)全面 視覺(jué)定位分析，主要用于自動(dòng)生產(chǎn)及裝配；（3）機(jī)器視覺(jué)可以在非接觸的情況下，對(duì)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行高精度的測(cè)量，以確定產(chǎn)品 外觀的尺寸是否存在誤差；（4）機(jī)器視覺(jué)可以用于產(chǎn)品表面的精密檢測(cè)，包括目標(biāo)方向及位置檢測(cè)，檢測(cè)產(chǎn)品 表面的壓傷、破損、刮傷、臟污、變形等問(wèn)題，及印刷表面的瑕疵檢測(cè)等；（5）機(jī)器視覺(jué)普遍應(yīng)用于智能制造的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)大范圍 應(yīng)用于自動(dòng)化流水線，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以在機(jī)器人操作過(guò)程中幫助機(jī)器人實(shí)時(shí)了解 工作環(huán)境的變化，相應(yīng)的調(diào)整動(dòng)作以保證任務(wù)的正確完成。相對(duì)于人類視覺(jué)，機(jī)器視覺(jué)具有高效率、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨 率精度和

4、速度。尤其是機(jī)器視覺(jué)的灰度分辨率很強(qiáng)，一般可以使用 256 灰度級(jí)，其 采集系統(tǒng)具有 10bit、12bit、16bit 等灰度，可以彌補(bǔ)人類視覺(jué)在灰度分辨上的缺 陷（64 灰度級(jí)）；機(jī)器視覺(jué)現(xiàn)有 4K*4K 的面陣攝像機(jī)和 8K 的線陣攝像機(jī)，通過(guò)備 置各種光學(xué)鏡頭，可以觀測(cè)小到微米、大到天體的目標(biāo)；另外隨著工業(yè)相機(jī)技術(shù)進(jìn) 步，機(jī)器快門(mén)時(shí)間速度加快達(dá) 10 微秒級(jí)別，高速相機(jī)幀率可超過(guò) 1000 以上。1.2. 產(chǎn)業(yè)鏈：上游核心零部件，下游應(yīng)用廣泛機(jī)器視覺(jué)的產(chǎn)業(yè)鏈可以按上中下游進(jìn)行區(qū)分。上游是機(jī)器視覺(jué)底層開(kāi)發(fā)商，即核心 零部件及軟件提供商。核心零部件主要包括光源、相機(jī)、鏡頭、圖像采集卡，其中

5、 軟件主要是指圖像處理軟件。在目前整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的成本構(gòu)成中，零部件及軟 件開(kāi)發(fā)占據(jù)了 80%的比例，是產(chǎn)業(yè)鏈中絕對(duì)的核心環(huán)節(jié)和價(jià)值獲取者。中游是機(jī)器 視覺(jué)二次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)集成和軟件服務(wù)商，主要根據(jù)上游產(chǎn)品以及下游需求進(jìn)行集成 整合，越來(lái)越多上游企業(yè)向中游業(yè)務(wù)擴(kuò)展延伸，形成自有的完整解決方案。機(jī)器視 覺(jué)下游的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涉及到多種制造及服務(wù)行業(yè)，主要應(yīng)用于汽車制造、 消費(fèi)電子、食品包裝、醫(yī)療制藥以及服務(wù)機(jī)器人。機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵是上游與下游。由于中國(guó)國(guó)產(chǎn)品牌的核心技術(shù)逐步追趕，逐 漸推出一系列國(guó)產(chǎn)核心零部件及底層軟件，本土的機(jī)器視覺(jué)上游企業(yè)市場(chǎng)地位不斷 提高，可以制造并維護(hù)自有產(chǎn)品，直

6、接對(duì)接于下游的多樣化需求，中游單純的系統(tǒng) 集成商的空間相對(duì)縮小。而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)品成本構(gòu)成的主要部分是核心零部件以 及軟件開(kāi)發(fā)，兩項(xiàng)分別占據(jù)整體成本的 45%與 35%，而組裝集成與維護(hù)共占據(jù)成本 的 20%，為上游企業(yè)向中游業(yè)務(wù)拓展提供了便利，因?yàn)橄鄬?duì)于額外的成本，完整的 機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品對(duì)其更具有吸引力。2. 機(jī)器視覺(jué)由外到內(nèi)全球加速，國(guó)內(nèi)企業(yè)奮起直追2.1. 機(jī)器視覺(jué)概念出現(xiàn)于海外，全球產(chǎn)業(yè)技術(shù)持續(xù)發(fā)展1947 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室中威廉肖克利與團(tuán)隊(duì)共同發(fā)明晶體管，翻開(kāi)半導(dǎo)體行業(yè)的篇 章，半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展為機(jī)器視覺(jué)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。1950 年 Gibson 首先提 出“光流”的概念，即空間運(yùn)

7、動(dòng)物體在觀察成像平面上的像素運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，利 用圖像序列中像素在時(shí)間域上的變化以及相鄰幀之間的相關(guān)性來(lái)找到上一幀跟當(dāng)前 幀之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而衍生出計(jì)算相鄰幀之間物體的運(yùn)動(dòng)信息的方法，這標(biāo) 志著“像素”作為最小單位開(kāi)始進(jìn)入影像統(tǒng)計(jì)的計(jì)算模式。1969 年，第一片 CCD 圖像傳感器誕生，為機(jī)器視覺(jué)行業(yè)開(kāi)啟了數(shù)碼圖像采集的大 門(mén)，自此人類社會(huì)進(jìn)步的各個(gè)領(lǐng)域都與圖像和視覺(jué)結(jié)下了不解之緣。在半導(dǎo)體行業(yè) 誕生與發(fā)展的同時(shí)，機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的發(fā)展也已拉開(kāi)帷幕。20 世紀(jì) 70 年代，麻省理 工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立了計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究小組，并開(kāi)設(shè)了“機(jī)器視覺(jué)”課程， 吸引了許多知名學(xué)者參與機(jī)器視覺(jué)的理論、

8、算法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等研究。機(jī)器視覺(jué)的研究繼續(xù)深入。在 60 年代 Roberts 提出的“積木世界”及 70 年代 Marr 提出的“自下而上”捕捉視覺(jué)信息并通過(guò)三個(gè)層次進(jìn)行過(guò)程處理等基礎(chǔ)上，從二維 圖像提取三維信息的研究加速；圖像處理和分析的并行算法、目標(biāo)制導(dǎo)的圖像處理 等分支出現(xiàn)。20 世紀(jì) 80 年代，機(jī)器視覺(jué)蓬勃發(fā)展，CPU、DSP 芯片等圖像處理硬 件技術(shù)飛速進(jìn)步，OCR 識(shí)別、智能攝像頭等技術(shù)問(wèn)世。新理念、新方法、新理論不 斷涌現(xiàn)，最具代表性的是出現(xiàn)了主動(dòng)視覺(jué)學(xué)派、目的視覺(jué)學(xué)派等。90 年代，視覺(jué)企業(yè)成立，第一代圖像處理產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。LED 燈、傳感器、工業(yè)相 機(jī)、鏡頭及視覺(jué)控制結(jié)構(gòu)逐

9、步發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)迅速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完整，吸引大量企業(yè)進(jìn)入機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)市場(chǎng)，也推動(dòng)相關(guān)技術(shù)投入生產(chǎn)制造實(shí)踐。2000年以來(lái)，機(jī)器視覺(jué)進(jìn)入快速發(fā)展期。高速3D掃描系統(tǒng)和熱影像系統(tǒng)逐步問(wèn)世， LED 光源廣泛運(yùn)用于智能制造場(chǎng)景，機(jī)器視覺(jué)滲透各種行業(yè)的生產(chǎn)制造應(yīng)用中。按 照應(yīng)用的領(lǐng)域與細(xì)分技術(shù)的特點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)進(jìn)一步可以分為工業(yè)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué) 兩類，相應(yīng)的，其應(yīng)用領(lǐng)域可以劃分為智能制造和智能生活兩類，涵蓋工業(yè)制造、 自動(dòng)焊接、醫(yī)學(xué)診斷、跟蹤報(bào)警、移動(dòng)機(jī)器人、指紋識(shí)別、模擬戰(zhàn)場(chǎng)、智能交通、 醫(yī)療、無(wú)人機(jī)與無(wú)人駕駛、智能家居等等。目前，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)正處于不斷突破、 走向成熟的階段，仍處于高速發(fā)展時(shí)期

10、，具有良好的發(fā)展?jié)摿?。全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模處于擴(kuò)張期。雖然機(jī)器視覺(jué)屬于新興技術(shù)，發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)， 但已經(jīng)形成了從上到下、多行業(yè)領(lǐng)域并行的市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2018 年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò) 88 億美元，2019 年超過(guò) 100 億美元。Grand View 預(yù)測(cè)，2025 年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)空間將超過(guò) 180 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 7.7%。2.2. 中國(guó)本土企業(yè)奮起直追，海外企業(yè)主導(dǎo)下仍有差距相比全球，中國(guó)的機(jī)器視覺(jué)相關(guān)技術(shù)由于起步較晚而發(fā)展較慢。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)的發(fā) 展進(jìn)程起步于中國(guó)工業(yè)化加速時(shí)期，1999-2003 年是我國(guó)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的啟蒙階段， 國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)跨專業(yè)的機(jī)器視覺(jué)人才；200

11、4 年后邁入產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，機(jī)器視覺(jué)企業(yè) 開(kāi)始探索和研發(fā)自主產(chǎn)品并取得一些突破；近十年，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)從發(fā)展中期 邁向高速發(fā)展時(shí)期。目前，中國(guó)已有近百家機(jī)器視覺(jué)相關(guān)企業(yè)，從事消費(fèi)電子、汽 車制造、安防、醫(yī)療、食品及金融等各個(gè)領(lǐng)域。（1）啟蒙階段（1999-2003）：中國(guó)企業(yè)主要通過(guò)代理業(yè)務(wù)對(duì)客戶進(jìn)行服務(wù)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)首先進(jìn)入品質(zhì)要求較高 的行業(yè)。中國(guó)企業(yè)在代理機(jī)器視覺(jué)服務(wù)的同時(shí)對(duì)國(guó)際吸納進(jìn)的機(jī)器視覺(jué)理念和技術(shù) 進(jìn)行吸收消化；國(guó)內(nèi)跨專業(yè)的機(jī)器視覺(jué)人才作為該階段的先行者，從了解圖像的采 集和傳輸過(guò)程、理解圖像的品質(zhì)優(yōu)劣，到初步利用國(guó)外視覺(jué)軟硬件產(chǎn)品搭建簡(jiǎn)單的 機(jī)器視覺(jué)初級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，逐漸掌握了國(guó)外

12、簡(jiǎn)單的機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品的功能及應(yīng)用。通過(guò) 極為廣泛而艱辛的市場(chǎng)宣傳和推廣、技術(shù)交流和培訓(xùn)、項(xiàng)目輔導(dǎo)等過(guò)程，引導(dǎo)客戶 對(duì)機(jī)器視覺(jué)的理解和認(rèn)知，培養(yǎng)客戶需求與豐富產(chǎn)品品類同步進(jìn)行，開(kāi)啟了中國(guó)機(jī) 器視覺(jué)的歷史進(jìn)程。一些對(duì)成本不敏感又對(duì)品質(zhì)要求較高的工業(yè)領(lǐng)域率先引入了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，如特種 印刷及煙草行業(yè)。機(jī)器視覺(jué)為人民幣的印刷質(zhì)量和自動(dòng)化水平提升、統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 等做出了杰出的貢獻(xiàn)。煙草行業(yè)是中國(guó)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)入煙葉異 物剔除、包裝檢測(cè)等方面工序，替代人工的同時(shí)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(gè)行業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的成功應(yīng)用讓更多工程技術(shù)人員和 企業(yè)家關(guān)注到視覺(jué)技術(shù)帶給自

13、動(dòng)化產(chǎn)業(yè)獨(dú)特的價(jià)值和應(yīng)用前景，行業(yè)進(jìn)入發(fā)展階段。（2）發(fā)展階段（2004-2007）：中國(guó)本土企業(yè)開(kāi)始探索研發(fā)自主核心技術(shù)，投入機(jī)器視覺(jué)軟硬件，多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域取 得了關(guān)鍵的突破。繼 Cognex、Balser、Data Translation 等國(guó)際機(jī)器視覺(jué)頂級(jí)廠商 在國(guó)內(nèi)選擇在本地合作伙伴之后，國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)始自主研發(fā)核心技術(shù)及軟硬件，陸續(xù) 推出了全系列模擬接口和 USB2.0 接口的相機(jī)和采集卡，逐漸占據(jù)了入門(mén)級(jí)市場(chǎng)； PCB 檢測(cè)、SMT 檢測(cè)等國(guó)產(chǎn)設(shè)備迅速興起，憑借產(chǎn)品性價(jià)比和服務(wù)的優(yōu)勢(shì)填補(bǔ)了國(guó) 內(nèi)相關(guān)市場(chǎng)需求；同時(shí) LCD 的前道檢測(cè)設(shè)備等高端設(shè)備也開(kāi)始在國(guó)內(nèi)落地。隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求勃發(fā)，越

14、來(lái)越多客戶開(kāi)始尋求視覺(jué)檢測(cè)方案，機(jī)器視覺(jué)可以解決 精確測(cè)量問(wèn)題并更好的提高他們的產(chǎn)品質(zhì)量。汽車、制藥、包裝等行業(yè)由于國(guó)外制 造業(yè)逐漸向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移，客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求提升，大批自動(dòng)化領(lǐng)域的系統(tǒng)集成商熟 悉并使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)；國(guó)內(nèi)棉紡、農(nóng)作物分類、鋼鐵、紙張等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始廣 泛嘗試機(jī)器替代人工，提升質(zhì)量與效率。（3）高速發(fā)展階段（2008 年至今）：國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)水平奮起直追，大量專業(yè)人才推動(dòng)行業(yè)高速發(fā)展。中國(guó)國(guó)內(nèi)本土 機(jī)器視覺(jué)企業(yè)經(jīng)過(guò)近十年的沉淀積累，涌現(xiàn)了大批優(yōu)秀的機(jī)器視覺(jué)核心器件研發(fā)廠 商，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)研發(fā)培養(yǎng)了大量的系統(tǒng)工程師。視覺(jué)技術(shù)在半導(dǎo)體、PCB 板材、 SMT 貼片、LCD 屏、

15、軍工、汽車部件等精加工行業(yè)廣泛應(yīng)用，尤其在消費(fèi)電子類產(chǎn) 品如手機(jī)、電腦硬件產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的引導(dǎo)、測(cè)量、檢驗(yàn)中貢獻(xiàn)了重要力量。隨全球 制造中心向我國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)已經(jīng)是繼美國(guó)、日本之后第三大機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)。機(jī)器視覺(jué)在全球的發(fā)展歷史不過(guò)半個(gè)多世紀(jì)，我國(guó)的發(fā)展歷程更為短暫而飛速。伴 隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)水平進(jìn)步，特別是 3C 電子行業(yè)自動(dòng)化的普及和深入，本土的 機(jī)器視覺(jué)行業(yè)獲得了空前的發(fā)展機(jī)遇，進(jìn)入了高速發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較分散，在上游核心零部件方面國(guó)外企業(yè)占據(jù)更大的市 場(chǎng)份額和規(guī)模優(yōu)勢(shì)。雖然經(jīng)過(guò)近 30 年的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)在我國(guó)已經(jīng)取得了一定 的成績(jī)，行業(yè)也初步形成一定的規(guī)模，

16、但本土機(jī)器視覺(jué)企業(yè)在研發(fā)技術(shù)實(shí)力、市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)力上較國(guó)際品牌產(chǎn)品仍有較大差距和未來(lái)發(fā)展空間。一部分原因是本土機(jī)器視 覺(jué)行業(yè)起步于產(chǎn)品代理，自主研發(fā)基礎(chǔ)較為薄弱。國(guó)內(nèi)大部分機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷售規(guī)模較小。2017 年，美國(guó)康耐視作為全球最具代表性 的機(jī)器視覺(jué)公司營(yíng)業(yè)收入達(dá)到 48.9 億元，同比增長(zhǎng) 35.3%。而根據(jù)中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn) 業(yè)聯(lián)盟企業(yè) 2017 年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷售額絕大部分集中于 1 億 元一下。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷售額在 1000-3000 萬(wàn)范圍的企業(yè)數(shù)量最多，占國(guó)內(nèi)機(jī) 器視覺(jué)企業(yè)總數(shù)的 31.8%；3000-5000 萬(wàn)的企業(yè)數(shù)量最少，占比 13.2%；銷售額 1 億以上

17、的企業(yè)占比為 16.5%；1000 萬(wàn)以下的企業(yè)占比 19.8%；銷售額 5000 萬(wàn)-1 億的企業(yè)占比 18.7%。3. 產(chǎn)業(yè)鏈上游：核心零部件和軟件提供商3.1. 光源：視覺(jué)照明的重要設(shè)計(jì)光源在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中是重要的外部環(huán)境器件，對(duì)圖像采集的精確度與適配度具有 重要影響，可以為后續(xù)的圖像識(shí)別、分析與測(cè)量提供基礎(chǔ)的圖像信息。合適的視覺(jué) 照明方案將被測(cè)物體與環(huán)境背景盡量區(qū)分，同時(shí)清楚的顯示被測(cè)目標(biāo)的關(guān)鍵信息。照明的質(zhì)量和適宜性是創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大和及時(shí)的視覺(jué)檢查的關(guān)鍵方面。為了設(shè)計(jì)一個(gè) 有效的視覺(jué)照明解決方案，除了解照明類型、技術(shù)、幾何形狀、濾波、傳感器特性 和顏色之外，還需要對(duì)檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行全面的分

18、析，包括樣品表現(xiàn)和樣品與光線的相 互作用。設(shè)計(jì)并遵循嚴(yán)格的照明分析序列提供了一致和強(qiáng)大的環(huán)境，從而最大限度 的利用時(shí)間、精力和資源，在視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試和實(shí)施的其他關(guān)鍵方面得到更好 的使用。中國(guó)機(jī)器視覺(jué)光源市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張迅速，主要應(yīng)用的 LED 照明產(chǎn)品是中國(guó)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。中國(guó)是 LED 照明產(chǎn)品最大的生產(chǎn)制造國(guó)，隨著國(guó)內(nèi) LED 照明市場(chǎng)滲透率快速攀升 至七成以上，LED 照明已基本成為照明應(yīng)用的剛需，國(guó)內(nèi)的 LED 照明市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn) 出較全球平均水平更快的增長(zhǎng)勢(shì)頭。視覺(jué)照明系統(tǒng)的基石是幾何、結(jié)構(gòu)、波長(zhǎng)及濾波器。幾何即樣本、光照和相機(jī)之間 的三維空間關(guān)系；結(jié)構(gòu)或圖案即投射到樣品上的光的形狀；波長(zhǎng)或

19、顏色即光線如何 被樣品及其直接背景差異反射或吸收；濾波器則是差分阻塞和通過(guò)波長(zhǎng)及光的方向。機(jī)器視覺(jué)光源從照明方式可以分為直接照明光源、散射照明光源、背光照明光源、 同軸照明光源和特殊照明光源。直接照明和散射照明又可以細(xì)分為不同角度或形式 的照明光源，根據(jù)其性能與特點(diǎn)的不同，可以服務(wù)于不同的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng) 用場(chǎng)景。機(jī)器視覺(jué)中常用的照明光源是熒光燈、石英鹵素?zé)?、LED、金屬鹵化物（汞）和氙 氣燈。熒光燈、石英鹵素?zé)艉?LED 是機(jī)器視覺(jué)中使用最廣泛的照明類型，特別是對(duì) 于中小型檢測(cè)站。金屬鹵化物、氙氣和高壓鈉更典型的用于大規(guī)模應(yīng)用或需要非常 明亮光源的區(qū)域。金屬鹵化物也被稱為汞，經(jīng)常用于顯微

20、鏡，其有許多離散的波長(zhǎng) 峰，這補(bǔ)充了熒光研究的過(guò)濾器的使用。氙氣燈對(duì)于需要非常亮的頻閃燈的應(yīng)用非 常有用。盡管 LED 發(fā)光二極管照明具有更長(zhǎng)的壽命，但石英鹵素照明可能是特定檢 查的選擇，因?yàn)樗峁┝烁蟮膹?qiáng)度。LED 光源采用固體半導(dǎo)體芯片為發(fā)光材料， 能量轉(zhuǎn)換效率高，由于多年技術(shù)完善改進(jìn)，其響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)、顏色多樣 且性價(jià)比高，因此 LED 光源在機(jī)器視覺(jué)等工業(yè)領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。機(jī)器視覺(jué)照明技術(shù)從世界范圍上看，國(guó)外的機(jī)器視覺(jué)光源技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。國(guó)際 上知名的機(jī)器視覺(jué)光源企業(yè)主要有日本 CCS 和美國(guó) Ai，國(guó)內(nèi)光源市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化充分， 主要有奧普特、沃德普、康士達(dá)和緯朗光電等。3.

21、2. 相機(jī)：工業(yè)專用的圖像捕捉工具工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序 的電信號(hào)。選擇合適的相機(jī)也是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，相機(jī)的選擇不僅 直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接 相關(guān)。伴隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展、各類攝像頭的廣泛應(yīng)用以及全球圖像視頻數(shù)據(jù)爆 炸式增長(zhǎng)，人類社會(huì)正在進(jìn)入視覺(jué)信息的大數(shù)據(jù)時(shí)代。工業(yè)相機(jī)可說(shuō)是工業(yè)自動(dòng)化 系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件與條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂與傳動(dòng) 設(shè)備定位，都是工業(yè)相機(jī)技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺(tái)。全球工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定擴(kuò)張。據(jù)前瞻研究院數(shù)據(jù)顯示，2008-2018 年

22、全球工業(yè) 相機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢(shì)，2018 年達(dá)到 5.87 億美元，2019 年達(dá)到 6.34億美元，而預(yù)計(jì) 2025 年將達(dá)到 12 億美元，6 年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為 11.22%。工 業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)可以部分歸因于制藥以及食品和包裝等最終用途行業(yè)對(duì)工業(yè) 相機(jī)不斷上升的需求。亞太地區(qū)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)是由于工業(yè) 4.0 日益普及以及 對(duì)人工智能的需求旺盛，全球市場(chǎng)工業(yè)智能相機(jī)行業(yè)的集中度較高，率先布局智能 相機(jī)的康耐視和基恩士目前市場(chǎng)占比總計(jì)已超過(guò) 70%。中國(guó)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模迅速追趕。在我國(guó)政策的大力扶持以及智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求 下，我國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)得以快速發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模不斷增

23、長(zhǎng)。而我國(guó)視覺(jué)機(jī)器行業(yè)的 發(fā)展帶動(dòng)工業(yè)相機(jī)的需求，2011-2018 年我國(guó)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模呈穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì)。在完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，工業(yè)相機(jī)相比于民用相機(jī)具有更強(qiáng)的圖像穩(wěn)定性、工作 持續(xù)性以及環(huán)境適應(yīng)性，是機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，主要用于工業(yè)成像。數(shù)字相 機(jī)的工作原理是被檢物品反射光線，經(jīng)過(guò)鏡頭折射在感光傳感器上（CCD或CMOS） 產(chǎn)生模擬電流信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)，然后傳遞給圖像處理器得到圖像，最后通過(guò)工業(yè)相機(jī)通信接口傳入計(jì)算機(jī)中，以便后續(xù)進(jìn)行圖像處理分 析。工業(yè)相機(jī)按照不同的指標(biāo)有諸多分類，按圖像處理器芯片類型可以分為CCD相機(jī)、 CMOS 相機(jī)；按輸出信號(hào)形式可以分為

24、模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)；按成像色彩可以分為 彩色相機(jī)、黑白相機(jī)；按像素排列方式可以分為面陣相機(jī)、線陣相機(jī)；按掃描方式 可以可以分成隔行掃描相機(jī)、逐行掃面相機(jī)；按圖像處理方式可以分為直接顯示工 業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)；按響應(yīng)頻率可以分成光相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等；按接口 類型可以分為 USB2.0 相機(jī)、USB3.0 相機(jī)、1394A 相機(jī)、1394B 相機(jī)、GigE 相 機(jī)、Camera Link 相機(jī)。模擬相機(jī)的輸出格式是模擬信號(hào)，一般搭配模擬采集卡才能在圖像上進(jìn)行顯示，輸 出信號(hào)的分為 PAL 制與 NTSC 制，而對(duì)于黑白相機(jī) PAL 對(duì)應(yīng) CCIR，NTSC 對(duì)應(yīng) EIA，相比于模擬相機(jī)，數(shù)字

25、相機(jī)在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。彩色相機(jī)成像圖像 為彩色圖像，可以將色彩模式換成 MONO 當(dāng)黑白相機(jī)使用，而黑白相機(jī)在機(jī)器視 覺(jué)應(yīng)用較為廣泛。面陣相機(jī)的像素分布是一個(gè)矩形或者正方形的。矩形傳感器一般 寬高比為 4：3，也有一些成正方形。線陣相機(jī)的像素傳感器排布成一條線狀。彩色相機(jī)主要的圖像傳感器，根據(jù)芯片可以劃分為 CCD 和 CMOS 圖像傳感器。兩 者都是使用光敏二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，但在工作原理和產(chǎn)品特性上都存在較大區(qū)別。CCD 工作原理：CCD 是電荷耦合器件的簡(jiǎn)稱，在感光像點(diǎn)接受光照之后，感光元 件產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流，電流大小與光強(qiáng)對(duì)應(yīng)，因此感光元件直接輸出的電信號(hào)是模擬 的。在 CCD

26、 傳感器中，每一個(gè)感光元件都不對(duì)此作進(jìn)一步的處理，而是將它直接 輸出到下一個(gè)寄存器，結(jié)合該元件生成的模擬信號(hào)輸出給第三個(gè)寄存器，以此類推， 直到結(jié)合最后一個(gè)寄存器后，才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號(hào)太過(guò)微弱，加上在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量電壓損耗而無(wú)法 直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，因此這些輸出數(shù)據(jù)必須做統(tǒng)一的放大處理。該任務(wù)是由 CCD 傳感器中的放大器專門(mén)負(fù)責(zé)，經(jīng)放大器處理之后，每個(gè)像點(diǎn)的電信號(hào)強(qiáng)度都獲得同樣幅度的增大；因信號(hào)只通過(guò)一個(gè)放大器放大，所以產(chǎn)生的噪點(diǎn)較少。且由于 CCD 本身無(wú)法將模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，因此還需要一個(gè)專門(mén)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片進(jìn)行處理，最終以二進(jìn)制數(shù)字圖像矩陣的形

27、式輸出給專門(mén)的 DSP 處理芯片。CMOS 工作原理：CMOS 是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的簡(jiǎn)稱，CMOS 傳感器中每一 個(gè)感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)生模 擬的電信號(hào)之后，電信號(hào)首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng) 的數(shù)字信號(hào)。換句話說(shuō)，在 CMOS 傳感器中，每一個(gè)感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字 輸出，所得數(shù)字信號(hào)合并之后被直接送交 DSP 芯片處理。但 CMOS 感光元件中的放大器屬于模擬器件，無(wú)法保證每個(gè)像點(diǎn)的放大率都保持 嚴(yán)格一致，致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無(wú)法代表拍攝物體的原貌。體現(xiàn)在最終的輸出結(jié) 果上，就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲，品質(zhì)明顯低于

28、CCD 傳感器，不過(guò)目前這方面 的技術(shù)已大幅改善。且由于 CCD 是信號(hào)統(tǒng)一放大，所以噪聲小，CMOS 是各個(gè)感 光元器件信號(hào)單獨(dú)放大，導(dǎo)致噪聲較大，但是 CMOS 傳感器也有分辨率大、成本 低，體積小等優(yōu)勢(shì)。隨著 CMOS 傳感器在消費(fèi)電子設(shè)備的大量應(yīng)用，CMOS 技術(shù)發(fā)展加速，其性能已 經(jīng)顯著提高，且制造成本大幅下降。CMOS 目前在傳感器的圖像質(zhì)量和分辨率已經(jīng) 逐漸不落后于 CCD，且其保持了本身的固有優(yōu)勢(shì)，目前在工業(yè)相關(guān)展會(huì)上，很難看 到 CCD 的身影，也側(cè)面說(shuō)明 CMOS 會(huì)是未來(lái)工業(yè)相機(jī)傳感器的主流。國(guó)外知名企業(yè)擁有世界領(lǐng)先的核心技術(shù)以及市場(chǎng)地位，中國(guó)企業(yè)近年也逐步出現(xiàn)一 批國(guó)產(chǎn)

29、品牌。具有代表性的外國(guó)品牌有德國(guó) Basler、加拿大 DALSA、瑞士 Baumer、 美國(guó) Cognex、日本 Sony 等。而我國(guó)對(duì)工業(yè)相機(jī)的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，近年出現(xiàn) 華?？萍?、大恒圖像、?？禉C(jī)器人、大華股份、云從科技、維視圖像等國(guó)產(chǎn)企業(yè)。 目前我國(guó)工業(yè)相機(jī)行業(yè)主要布局于中低端市場(chǎng)，逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；而在高分辨率、 高速的高端工業(yè)相機(jī)領(lǐng)域仍以進(jìn)口品牌為主。3.3. 鏡頭：工業(yè)相機(jī)成像的核心部件鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要組件，對(duì)成像質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。鏡頭的基本功 能是實(shí)現(xiàn)光束調(diào)制，將目標(biāo)成像在圖像傳感器的光敏面上完成信號(hào)傳遞。它對(duì)成像 質(zhì)量的幾個(gè)最主要指標(biāo)均有影響，包括分辨率、對(duì)比度

30、、景深及各種像差。鏡頭在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的主要作用體現(xiàn)在通過(guò)工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像，其市場(chǎng)規(guī)模 與工業(yè)相機(jī)息息相關(guān)。而工業(yè)相機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件與條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂與傳動(dòng)設(shè)備定位，都是工業(yè)相機(jī)技術(shù)可以 發(fā)揮的舞臺(tái)，其由于技術(shù)本身存在的優(yōu)越性，在許多領(lǐng)域有很好的發(fā)展前景。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2008-2018年全球工業(yè)相機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢(shì)，2018 年達(dá)到 5.87 億美元，2019 年將會(huì)達(dá)到 6.34 億美元，2020 年達(dá)到 7 億美元，2025 年增長(zhǎng)到 12 億美元。QYResearch 保守預(yù)測(cè)，2019 年全球工業(yè) 鏡頭市場(chǎng)總值超

31、過(guò) 33 億元， 2026 年將增至 58 億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 8.3%。全球光學(xué)鏡頭市場(chǎng)規(guī)模迅速增長(zhǎng)。隨著機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的豐富化，其下游包括消費(fèi)電 子、汽車制造等領(lǐng)域內(nèi)，光學(xué)鏡頭市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張有利于工業(yè)鏡頭更多的應(yīng)用于機(jī)器 視覺(jué)系統(tǒng)。工業(yè)鏡頭市場(chǎng)前期國(guó)外巨頭壟斷，近年國(guó)產(chǎn)廠商迅速發(fā)展。由于光學(xué)鏡頭行業(yè)集成 了精密機(jī)械設(shè)計(jì)、幾何光學(xué)、色度學(xué)、薄膜光學(xué)、熱力學(xué)等多種學(xué)科技術(shù)，并且制 作工藝和工序復(fù)雜，具有較高的技術(shù)門(mén)檻。海外品牌廠商布局光學(xué)鏡頭較早，經(jīng)過(guò) 多年的業(yè)務(wù)拓展和技術(shù)升級(jí)，在全球范圍中德系徠卡、Schneider、Zeiss 和日系 CBC、Kowa、尼康、富士康等光學(xué)巨頭占據(jù)市場(chǎng)。我國(guó)

32、起步較穩(wěn)，2008 年之前國(guó) 內(nèi)光學(xué)鏡頭市場(chǎng)基本被日本、德國(guó)品牌壟斷。近年我國(guó)工業(yè)鏡頭廠商快速增長(zhǎng)，主 要從中低端市場(chǎng)切入，憑借高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)對(duì)于外資品牌具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)廠商 如東正光學(xué)、葛藤光、普密斯逐步崛起。其中東正光學(xué)的遠(yuǎn)心鏡頭畸變率小于 0.02%， 倍率期權(quán)，微距鏡頭產(chǎn)品也能將畸變控制在 0.1%的水平下。3.4. 圖像處理軟件：通過(guò)底層算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)適配圖像處理軟件是用于處理圖像信息的各種應(yīng)用軟件的總稱，工業(yè)視覺(jué)軟件可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根基判別結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作， 自動(dòng)完成圖像采集、顯示、存儲(chǔ)、處理等流程。對(duì)獲取的圖像信息即視覺(jué)信號(hào)的處理是機(jī)器視覺(jué)系

33、統(tǒng)的關(guān)鍵所在，不同的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件有不同的目標(biāo)傾向， 最終通過(guò)圖像處理算法實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物的識(shí)別、定位、測(cè)量、檢測(cè)等功能。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在行業(yè)應(yīng)用中的功能主要有三大類：定位、測(cè)量及缺陷檢測(cè)，而機(jī)器 視覺(jué)技術(shù)在完成這一系列應(yīng)用時(shí)都離不開(kāi)圖像處理這一重要環(huán)節(jié)。圖像處理包括圖 像識(shí)別、圖像描述、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和圖像分析等一系列具體功能， 而這些功能都為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用提供了不同的輔助手段。在定位過(guò)程中，圖像 識(shí)別強(qiáng)大的搜索功能可以在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確將目標(biāo)定位；在測(cè)量服務(wù)中，圖像增強(qiáng)有助于更好的提取測(cè)量目標(biāo)的主要特征；圖像分析是直接參與測(cè)量的有利工具； 在缺陷檢測(cè)的環(huán)節(jié)，沒(méi)有圖像處理缺

34、陷的檢測(cè)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，對(duì)比更是無(wú)從談起。圖像處理軟件是處理圖像的重要工具，人們通過(guò)這一工具對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析 處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的監(jiān)控、檢測(cè)、篩選與測(cè)量等。因此，作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)接 力的最后一棒，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化最為關(guān)鍵的一步，圖像處理技術(shù)有著舉足 輕重的地位。目前圖像處理軟件主要由外國(guó)品牌廠商主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)廠商多進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。美、德系 的 Cognex、Keyence、NI 等公司提供了主要的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件服務(wù)，軟件 的底層算法基本上被壟斷。國(guó)內(nèi)的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件一般是在 OpenCV等開(kāi)源算法庫(kù)或者 Halcon、VisionPro、NIvision 等第三方商業(yè)算法庫(kù)的基

35、礎(chǔ)上進(jìn)行二 次開(kāi)發(fā)。獨(dú)立的底層算法具有較高的技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)廠商僅有創(chuàng)科視覺(jué)、維視圖像、 奧普特、?？低?、眾為興等少數(shù)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)完成底層算法的研究并有一定應(yīng)用。4. 產(chǎn)業(yè)鏈下游：行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景豐富隨著人們意識(shí)到機(jī)器視覺(jué)在精確度和重復(fù)性上有人眼不可比擬的優(yōu)勢(shì)且機(jī)器視覺(jué) 核心技術(shù)的不斷完善，工機(jī)器視覺(jué)的下游應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展。在汽車行業(yè)，幾乎 所有的系統(tǒng)和零部件制造流程均有受益；在醫(yī)療器械和制藥行業(yè)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的高 要求也需要機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行參與；在食品飲料領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)能夠幫助企業(yè)快速實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)品的準(zhǔn)確檢測(cè)，跟上生產(chǎn)線的速度，降本提效。無(wú)論是作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)還是與機(jī)器人配合，指引機(jī)器人的操作

36、和行動(dòng)，機(jī)器視覺(jué)在生產(chǎn)過(guò)程中都展示 出巨大的作用。機(jī)器視覺(jué)廣泛應(yīng)用于不同下游領(lǐng)域，包括電子及半導(dǎo)體、汽車制造、食品包裝、制藥醫(yī)療等行業(yè)。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，其中電子及半導(dǎo)體領(lǐng)域占工業(yè)視覺(jué)總體 分布的 46.6%，汽車制造占15.3%，是機(jī)器視覺(jué)工業(yè)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。在電子行業(yè)， 機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于高精度制造及質(zhì)量檢測(cè)，包括晶圓切割、3C 表面檢測(cè)、觸摸屏制 造、AOI 光學(xué)檢測(cè)、PCB 電路印制、電子分裝等；在汽車制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)幾乎 涉及全部制造流程，如面板印刷和質(zhì)量檢測(cè)、車身裝配檢測(cè)、零部件尺寸測(cè)量、表 面缺陷檢測(cè)等；在食品包裝領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)主要應(yīng)用于高速檢測(cè)，如外觀封裝檢測(cè)、 食品封裝缺

37、漏檢測(cè)及分揀與色選等；制藥領(lǐng)域則是藥瓶封裝缺陷檢測(cè)、膠囊封裝質(zhì) 量檢測(cè)、生產(chǎn)日期打碼檢測(cè)及藥片識(shí)別與分揀等。4.1. 電子及半導(dǎo)體：機(jī)器視覺(jué)助力制造自動(dòng)化、精確化半導(dǎo)體及電子產(chǎn)業(yè)應(yīng)用較早，推動(dòng)工業(yè)視覺(jué)產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展?？v觀全球機(jī)器視覺(jué)的崛 起，很大程度上是得益于半導(dǎo)體及電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)在半導(dǎo)體工業(yè)上的應(yīng)用在二十年前已經(jīng)開(kāi)始。半導(dǎo)體行業(yè)元器件尺寸較小，對(duì)產(chǎn)品精度、柔性化有較高的要求，如錫膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、AOI 檢測(cè)這類的設(shè)備必須使用高性能機(jī)器視覺(jué)組 件，因此工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)在半導(dǎo)體及電子制造、檢測(cè)等各個(gè)方面得以得到廣泛的應(yīng)用。 而半導(dǎo)體和電子產(chǎn)業(yè)對(duì)精細(xì)程度的高要求也反過(guò)來(lái)促進(jìn)了工業(yè)視覺(jué)技術(shù)的革

38、新。電子及半導(dǎo)體行業(yè)的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用加速擴(kuò)張。數(shù)據(jù)顯示，從市場(chǎng)規(guī) 模上看，2018年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模突破 20 億元，年增長(zhǎng)率在 25%左右。消費(fèi)類電子 產(chǎn)品更新?lián)Q代快，需求量大，拉動(dòng)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，2019年市場(chǎng)規(guī)?；?qū)?近 30 億元。電子版半導(dǎo)體制造分為前中后三段，后端制造涉及晶圓電器檢測(cè)、切割、封裝、檢測(cè)等。晶圓在切割前必須使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)瑕疵并標(biāo)記?；跈C(jī)器視覺(jué)的解決 方案，只需要較短時(shí)間就能定位硅片中心并對(duì)準(zhǔn)切口。切割過(guò)程中也需要利用機(jī)器 視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確快速定位，如果定位失誤將會(huì)導(dǎo)致晶圓整片報(bào)廢。切割后的 IC 要保證在不相互接觸的前提下分裝到相應(yīng)的容器內(nèi)部，再繼續(xù)利用機(jī)

39、器視覺(jué)系統(tǒng) 找找除非瑕疵品進(jìn)入封裝。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)技術(shù)，也稱機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)或自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)（MVI/AVI）。 從狹義上來(lái)說(shuō)，AOI 等同于 MVI 是一種集成了圖像傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng) 控制技術(shù)，是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中執(zhí)行測(cè)量、檢測(cè)、識(shí)別和引導(dǎo)等任務(wù)的一種新興的 科學(xué)技術(shù)。AOI 的基本原理是采用光學(xué)成像方法，如相機(jī)或者一個(gè)復(fù)雜的光學(xué)成像 系統(tǒng)，來(lái)模擬人眼的視覺(jué)成像功能，并用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)代替人腦執(zhí)行數(shù)據(jù)處理， 最后把結(jié)果反饋給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如機(jī)械手來(lái)代替人手完成各種規(guī)定的任務(wù)。從廣義上來(lái)說(shuō)，MVI 是一種模擬和拓展人類眼、腦、手等功能的一種技術(shù)，在不同 的應(yīng)用領(lǐng)域其定義可能有著

40、細(xì)微的差別，但都離開(kāi)不了兩個(gè)根本的方法與技術(shù)，即 從圖像中獲取所需信息，然后反饋給自動(dòng)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成特定的任務(wù)?？梢哉f(shuō)基于 任何圖像傳感方法（如可見(jiàn)光成像、紅外成像、X 光成像、超聲成像等等）的自動(dòng) 化檢測(cè)技術(shù)都可以認(rèn)為是 MVI 或 AVI。當(dāng)采用光學(xué)成像方法時(shí)，MVI 實(shí)際上就變 為 AOI，因此 AOI 也可以認(rèn)為是 MVI 的一種特例。在 PCB 印刷電路制造中必須檢查印刷電路的連接。在使用機(jī)器視覺(jué)測(cè)試之前，此檢查主要依靠肉眼檢查。但是手動(dòng)檢測(cè)有許多缺點(diǎn)，PCB 線復(fù)雜而細(xì)小，因?yàn)檠劬ζ?勞之類的不可抗拒的因素，會(huì)導(dǎo)致一些不良產(chǎn)品被遺漏。長(zhǎng)時(shí)間的檢查會(huì)影響員工 的視力，導(dǎo)致員工流失。

41、PCB 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備解決了上述難題，也大幅度提高了 PCB 印刷線路板檢測(cè)的 效率以及產(chǎn)品的良率。PCB 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備可以自動(dòng)識(shí)別不合格品，對(duì)其進(jìn)行拾??；高清相機(jī)能分辨識(shí)別 0.01mm 的細(xì)小差異；自動(dòng)檢查殘缺斷線、線寬或線窄、 批前短路，異物等不良問(wèn)題?？梢源蟠蠼档蛦T工勞動(dòng)強(qiáng)度，流失情況緩解；可以減 少檢查人員，降低產(chǎn)品反工的工時(shí)；可以在客戶中樹(shù)立廠商的科技形象，令其產(chǎn)品 質(zhì)量和信譽(yù)得到提升。4.2. 汽車產(chǎn)業(yè)：汽車制造與智能駕駛齊頭并進(jìn)我國(guó)的汽車產(chǎn)銷量居于全球前列，汽車制造市場(chǎng)規(guī)模龐大。一方面，隨著汽車制造 自動(dòng)化的應(yīng)用深入，生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作；另一方面，自動(dòng)駕駛智能

42、 交通的行業(yè)趨勢(shì)將引領(lǐng)打造汽車產(chǎn)業(yè)智能化新藍(lán)圖，推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)一步 深入汽車行業(yè)。4.2.1. 汽車制造已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景豐富汽車制造行業(yè)中，原先生產(chǎn)制造測(cè)量主要依靠三坐標(biāo)測(cè)量，但其時(shí)間長(zhǎng)、效率低、 成本高、數(shù)據(jù)量不足且只能離線測(cè)量。機(jī)器視覺(jué)的進(jìn)入通過(guò)其固有優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了原本 測(cè)量方式的缺陷，幾乎涉及所有系統(tǒng)和部件的制造流程，例如車身裝配檢測(cè)、面板 印刷和質(zhì)量檢測(cè)、零件尺寸的精密測(cè)量、工業(yè)零部件表面缺陷檢測(cè)等。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在汽車制造領(lǐng)域用途多種多樣。在汽車制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用包括從初始原料質(zhì)量檢測(cè)發(fā)展到汽車零部件100在線測(cè)量，再對(duì)制造過(guò)程中的焊接、 涂膠、沖孔等工藝過(guò)程進(jìn)

43、行把控，最后對(duì)車身總成、出廠的整車質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)。機(jī)器視覺(jué)引入非接觸測(cè)量技術(shù)，逐步發(fā)展成固定式在線測(cè)量站與機(jī)器人柔性在線測(cè)量 站等在線測(cè)量系統(tǒng)，可嚴(yán)格監(jiān)控車身尺寸波動(dòng)，提供數(shù)據(jù)支持。視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)逐漸 滲透到汽車制造的全過(guò)程，例如引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行最佳匹配安裝、精確制孔、焊縫引導(dǎo)及跟蹤、噴涂引導(dǎo)、風(fēng)擋玻璃裝載引導(dǎo)等。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行制造工藝檢測(cè)、自動(dòng)化跟蹤、追溯與控制等，包括通過(guò)光學(xué)字符識(shí)別（OCR）技術(shù)獲取車身零件編碼以保證零件在整個(gè)制造過(guò)程中 的可追溯性，通過(guò)識(shí)別零件的存在或缺失以保證部件裝配的完整性，以及通過(guò)視覺(jué) 技術(shù)識(shí)別產(chǎn)品表面缺陷或加工工具是否存在缺陷以保證生產(chǎn)質(zhì)量。4.2.2

44、. 汽車智能駕駛浪潮洶涌，機(jī)器視覺(jué)為其保駕護(hù)航智能駕駛指汽車至少在某些具有關(guān)鍵安全性的控制功能方面（如轉(zhuǎn)向、油門(mén)或制動(dòng)）， 無(wú)需駕駛員直接操作即可自動(dòng)完成控制動(dòng)作。國(guó)際汽車工程學(xué)會(huì) SAE 將汽車自動(dòng)駕 駛劃分為輔助駕駛、部分自動(dòng)化、有條件自動(dòng)化、高度自動(dòng)化、完全自動(dòng)化?；A(chǔ)的輔助駕駛的核心是高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS），一個(gè)利用雷達(dá)、攝像頭等傳 感器采集汽車行駛、停放過(guò)程中周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)物體識(shí)別、跟蹤并 結(jié)合內(nèi)部或?qū)崟r(shí)的地圖數(shù)據(jù)做出汽車駕駛行為決策的主動(dòng)安全功能集成控制系統(tǒng)。隨著 ADAS 相關(guān)技術(shù)不斷成熟，人們對(duì)駕駛安全水平需求也不斷提高，ADAS 市 場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

45、美國(guó)高速公路安全管理局（NHTSA）甚至建議，到 2022 年美國(guó)新車強(qiáng)制加裝 ADAS 系統(tǒng)。Roland Berger 預(yù)計(jì)到 2025 年，ADAS 能夠基 本覆蓋前裝市場(chǎng)，整體市場(chǎng)規(guī)模近 300 億歐元，而我國(guó) ADAS 市場(chǎng)規(guī)模保守估計(jì) 2020 年能達(dá)到 200 億元以上。車載傳感器是汽車實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集分析的核心部件，尤其攝像頭由于其 適用性和不可替代性為自動(dòng)駕駛奠定了底層基礎(chǔ)。車載攝像頭的應(yīng)用主要包括單目 視覺(jué)、雙目視覺(jué)、多目視覺(jué)、全景視覺(jué)及混合視覺(jué)，不同的視覺(jué)方式服務(wù)于自動(dòng)駕 駛的不同應(yīng)用領(lǐng)域。4.3. 食品包裝：機(jī)器視覺(jué)為食品安全鞏固防線食品包裝是保證食品質(zhì)量的重要

46、手段，可以確保食品在流通過(guò)程中不受污染，提高 食品品質(zhì)，避免食品安全事故發(fā)生。目前，絕大多數(shù)中小型企業(yè)依舊依靠人工實(shí)現(xiàn) 食品包裝檢測(cè)，其中管理不規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)不明確、檢測(cè)精度低、工作強(qiáng)度大等諸多問(wèn) 題導(dǎo)致人工檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度都有很大缺陷。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，部分企 業(yè)開(kāi)始引進(jìn)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)代替人眼完成檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)速度 和精度。機(jī)器視覺(jué)幫助食品包裝實(shí)現(xiàn)安全智能生產(chǎn)。通過(guò)相機(jī)獲取待檢測(cè)物圖像，利用圖像 處理技術(shù)進(jìn)行處理、分析得到的控制參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制的一種人工智能 技術(shù)。在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)設(shè)備不會(huì)直接接觸食品，可以避免二次損失或污染。 依靠紅外線、微波等掃描技術(shù)

47、，可以最大程度的擴(kuò)展檢測(cè)范圍。機(jī)器檢測(cè)的穩(wěn)定性 較好，能夠長(zhǎng)時(shí)間工作且不受環(huán)境因素影響。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)瓶子分類、液位測(cè)量、標(biāo)簽盒蓋檢測(cè)、包裝形狀尺寸、密封性與完成性檢測(cè)等領(lǐng)域。4.4. 藥品醫(yī)療：機(jī)器視覺(jué)助力生命安全藥品生產(chǎn)是關(guān)系到人的生命健康，如果在只要過(guò)程中出現(xiàn)微小的缺陷，隨著藥品流 通到市場(chǎng)并進(jìn)入使用環(huán)節(jié)，可能就會(huì)導(dǎo)致醫(yī)療事故并對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)、患者及社會(huì)造成 無(wú)法彌補(bǔ)的損失。機(jī)器視覺(jué)在藥品生產(chǎn)包裝、質(zhì)量檢測(cè)及控制等多個(gè)方面貢獻(xiàn)巨大，幫助藥品生產(chǎn)逐步進(jìn)入智能安全的現(xiàn)代化進(jìn)程。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)粒、打碼、泡罩版缺粒、 藥品殘缺、斷片、泄露、加裝說(shuō)明書(shū)、編碼識(shí)別、藥品管理等環(huán)節(jié)。機(jī)器視

48、覺(jué)檢測(cè) 技術(shù)精確穩(wěn)定，提供豐富應(yīng)用場(chǎng)景選擇，滿足醫(yī)藥行業(yè)包裝線變換包裝產(chǎn)品的常規(guī)需求。例如，在藥品包裝后的檢測(cè)環(huán)節(jié)中，可以利用機(jī)器視覺(jué)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到 對(duì)象是否完好無(wú)缺，通過(guò)設(shè)定圖像傳感器獲取包裝后的對(duì)象圖片信息，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的面積參數(shù)對(duì)每個(gè)藥?；蛘咚幤窟M(jìn)行檢測(cè)對(duì)比。最終破損藥?；蛉逼堪b都將被 檢測(cè)出來(lái)，正常的藥品則正確通過(guò)。在醫(yī)療影像診斷方面，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)發(fā)揮重要作用。分子影像學(xué)是指從分子或細(xì)胞 水平上對(duì)人體生物過(guò)程和代謝變化特征進(jìn)行無(wú)創(chuàng)且實(shí)時(shí)功能成像的技術(shù)。在醫(yī)療影 像完成對(duì)圖像新的采集、存儲(chǔ)、管理、處理、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)通過(guò)采集卡、攝像頭等硬件以及控制、算法等軟件，配套專業(yè)的醫(yī)

49、療影像設(shè)備，如 X 光機(jī)、 PET/SPECT-CT、MR、B 超、彩超等影像設(shè)備，可以幫助醫(yī)生高效清晰準(zhǔn)確的掌握 患者體表、體內(nèi)情況。機(jī)器視覺(jué)輔助的結(jié)果分辨率高，檢測(cè)過(guò)程中可以避免諸多可能存在的失誤，提升診斷醫(yī)治的正確率與成功率。5. 發(fā)展動(dòng)力：多重引擎驅(qū)動(dòng)，機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展機(jī)器視覺(jué)的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)是機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的根本動(dòng)力，而當(dāng)前中國(guó)宏觀上面臨人口老齡 化、勞動(dòng)力成本上升等壓力，同時(shí)機(jī)器視覺(jué)相關(guān)政策利好不斷，總體推動(dòng)機(jī)器視覺(jué) 下游需求持續(xù)擴(kuò)張，未來(lái)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)有望持續(xù)增長(zhǎng)。5.1. 機(jī)器視覺(jué)以固有的核心優(yōu)勢(shì)扎根智能浪潮前沿機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)是其可以獲取圖像數(shù)據(jù)信息，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)精密控制，并

50、 自動(dòng)化、智能化的完成計(jì)算機(jī)集成制造及服務(wù)，其優(yōu)勢(shì)可以概括為精確性、持續(xù)性、 高效性以及可重復(fù)性。1）機(jī)器視覺(jué)在制造以及服務(wù)過(guò)程中十分精確。囿于人類身體條件以及勞動(dòng)方式的 限制，人類難以實(shí)現(xiàn)批量、完全的精密視覺(jué)信息獲??；而機(jī)器在精確性上僅受到既 定程序以及設(shè)備強(qiáng)度的影響，相對(duì)于人類具有顯著優(yōu)勢(shì)。視覺(jué)方面，即使可以使用 加強(qiáng)人眼視覺(jué)的工具，機(jī)器仍然更勝一籌，例如人眼能發(fā)現(xiàn)最小瑕疵 0.3mm，機(jī)器 視覺(jué)檢測(cè)精度可達(dá)千分之一英寸。其次，人眼視覺(jué)的觀測(cè)中帶有觀測(cè)主體的主觀性，往往人工觀測(cè)結(jié)果會(huì)反應(yīng)觀測(cè)人員的主觀傾向；而機(jī)器不會(huì)因?yàn)榍榫w或者預(yù)先判斷 影響工作性能，其測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定客觀。最后機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常屬于非接觸測(cè)量，對(duì) 于觀測(cè)者與被觀測(cè)者的脆弱部件都不會(huì)產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。2）機(jī)器視覺(jué)可以適應(yīng)性的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作。在機(jī)器視覺(jué)的工作環(huán)境中，制造物品或 提供服務(wù)的目標(biāo)物靜態(tài)與動(dòng)態(tài)變化較多，尤其是連續(xù)的制造或服務(wù)過(guò)程，同時(shí)在光 源、位置、機(jī)器誤差等因素影響下，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程很難維持平穩(wěn)。因此機(jī)器視覺(jué)技 術(shù)需要較強(qiáng)的環(huán)境