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2機器視覺行業(yè)發(fā)展報告2020年7月
內(nèi)容目錄、機器視覺,開眼”........................................................................................................................................6、機器視覺是人工智能重要的前沿技術(shù)..............................................................................................................6、機器視覺基本架構(gòu)...........................................................................................................................................7、機器視覺發(fā)展歷程...........................................................................................................................................8、行業(yè)快速發(fā)展,核心部件國產(chǎn)化進(jìn)行時...............................................................................................................10、工業(yè)相機:捕捉和分析對象的核心部件........................................................................................................11、鏡頭:清晰成像的核心..................................................................................................................................15、光源:設(shè)計光路實現(xiàn)目標(biāo)成像.......................................................................................................................16、圖像處理軟件:算法實現(xiàn)各種目標(biāo)...............................................................................................................19、起于汽車制造,興于消費電子..............................................................................................................................21、消費電子和汽車制造是當(dāng)前主要應(yīng)用下游.....................................................................................................21、機器視覺在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用...................................................................................................................21、機器視覺在消費電子行業(yè)的應(yīng)用...................................................................................................................23、食品包裝與制藥行業(yè)應(yīng)用..............................................................................................................................25、機器視覺技術(shù)仍在迭代,應(yīng)用場景不斷豐富........................................................................................................26、提質(zhì)增效降本是機器視覺發(fā)展的源動力.................................................................................................26、核心部件自主化進(jìn)行中..................................................................................................................................28、應(yīng)用場景不斷豐富,千億藍(lán)海大有可為........................................................................................................30、龍頭企業(yè)分析.................................................................................................................................................31、天準(zhǔn)科技()..............................................................................................................................32、精測電子(300567.SZ)..............................................................................................................................33、信捷電氣()..............................................................................................................................33、矩子科技(300802.SZ)..............................................................................................................................34、燕麥科技()..............................................................................................................................34、重點公司盈利預(yù)測及評級..............................................................................................................................353圖表目錄圖:人工智能基礎(chǔ)構(gòu)架...............................................................................................................................................6圖:國內(nèi)外人工智能企業(yè)應(yīng)用技術(shù)分布......................................................................................................................6圖:機器視覺的四大基礎(chǔ)功能....................................................................................................................................6圖:機器視覺系統(tǒng)的典型構(gòu)架....................................................................................................................................7圖:機器視覺的數(shù)據(jù)提取與產(chǎn)業(yè)賦能.........................................................................................................................7圖:全球機器視覺發(fā)展歷程........................................................................................................................................9圖:我國機器視覺發(fā)展歷程......................................................................................................................................10圖:年全球機器視覺市場規(guī)模................................................................................................................10圖:年中國機器視覺市場規(guī)模................................................................................................................10圖:年中國機器視覺行業(yè)企業(yè)年銷售額分布情況..........................................................................................11圖:CCD與CMOS................................................................................................................................................12圖:年全球工業(yè)相機行業(yè)市場規(guī)模.......................................................................................................14圖:年中國工業(yè)相機行業(yè)市場規(guī)模.......................................................................................................14圖:東正光學(xué)遠(yuǎn)心鏡頭產(chǎn)品....................................................................................................................................15圖:遠(yuǎn)心鏡頭與一般鏡頭成像區(qū)別.........................................................................................................................15圖:機器視覺光源分類...........................................................................................................................................17圖:2017-2019年CCS與奧普特光源產(chǎn)品收入及毛利率......................................................................................18圖:2017-2019年CCS與奧普特凈利潤及凈利率.................................................................................................18圖:2010-2019年康耐視營業(yè)收入及其同比增速...................................................................................................19圖:2010-2019年康耐視毛利率及凈利率..............................................................................................................19圖:機器視覺行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈.......................................................................................................................................21圖:年機器視覺下游應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計................................................................................................................21圖:視覺引導(dǎo)技術(shù)在車身制造過程中的應(yīng)用..........................................................................................................23圖:螺柱識別與檢測...............................................................................................................................................23圖:中國汽車機器視覺市場規(guī)模預(yù)測.....................................................................................................................23圖:基本原理..................................................................................................................................................24圖:在線全自動2D在行業(yè)應(yīng)用.............................................................................................................24圖:在線全自動3D在行業(yè)應(yīng)用.............................................................................................................24圖:中國電子及半導(dǎo)體機器視覺市場規(guī)模及預(yù)測...................................................................................................25圖:食品包裝檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)....................................................................................................................................25圖:康耐視在食品/飲料行業(yè)的應(yīng)用........................................................................................................................26圖:藥液可見異物的旋轉(zhuǎn)檢測原理.........................................................................................................................26圖:視覺檢測機器人檢測流程................................................................................................................................26圖:2010-2019年全國歲及以上人口統(tǒng)計........................................................................................................27圖:全國城鎮(zhèn)私營單位和非私營單位就業(yè)人員平均工資........................................................................................27圖:2010-2019年全球機器視覺相關(guān)專利數(shù)..........................................................................................................28圖:2010-2019年我國機器視覺相關(guān)專利申請數(shù)...................................................................................................28圖:國內(nèi)外具備機器視覺底層系統(tǒng)開發(fā)能力的企業(yè)...............................................................................................29圖:傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)對比.........................................................................................................................29圖:我國機器視覺市場規(guī)模及預(yù)測(億元,%)...................................................................................................31圖:年機器視覺主要企業(yè)毛利率和凈利率...................................................................................................31表:人類視覺與機器視覺對比....................................................................................................................................7表:工業(yè)相機主要分類.............................................................................................................................................114表:CCD和CMOS相機技術(shù)指標(biāo)對比....................................................................................................................13表:不同感光芯片類型相機的性能對比........................................................................................................13表:國內(nèi)外工業(yè)相機參與廠商..................................................................................................................................14表:國內(nèi)外主要鏡頭供應(yīng)商......................................................................................................................................16表:三種光源性能對比.............................................................................................................................................17表:國內(nèi)外光源參與廠商.........................................................................................................................................17表:國外主要機器視覺軟件及廠商...........................................................................................................................19表10:機器視覺圖像處理軟件典型功能......................................................................................................................20表:汽車制造中主要的測量方法.............................................................................................................................22表:地方出臺智能制造政策統(tǒng)計............................................................................................................................27表:視覺技術(shù)的四種方法..................................................................................................................................30表:重點關(guān)注公司盈利預(yù)測及評級.........................................................................................................................3551、機器視覺,開“眼”看世界1.1、機器視覺是人工智能重要的前沿技術(shù)圖:人工智能基礎(chǔ)構(gòu)架圖:國內(nèi)外人工智能企業(yè)應(yīng)用技術(shù)分布資料來源:奧普特招股書,市場研究部資料來源:2018年中國人工智能發(fā)展報告,市場研究部要應(yīng)用于高精度及復(fù)雜形態(tài)測量;定位功能指獲取目標(biāo)物體的坐標(biāo)和角度信息,檢測,判斷產(chǎn)品裝配是否完整和外觀是否存在缺陷。圖:機器視覺的四大基礎(chǔ)功能資料來源:市場研究部整理61.2、機器視覺基本架構(gòu)Machine真實物體的圖像,分析后獲取所需信息或用于控制機器運動的裝置。通俗地說,和處理提取信息,最終通過執(zhí)行裝置完成操作。成像、圖像傳感器、圖像處理、和顯示等五大模塊。光學(xué)成像模塊設(shè)計合理信息;圖像傳感器模塊負(fù)責(zé)信息的光電信號轉(zhuǎn)換,目前主流的圖像傳感器分為CCD與CMOS兩類;圖像處理模塊基于以為中心的電路系統(tǒng)或信息處理芯片,搭配完整的圖像處理方案和數(shù)據(jù)算法庫,提取信息的關(guān)鍵參數(shù);輸出機器視覺系統(tǒng)的結(jié)果和數(shù)據(jù);顯示模塊方便用戶直觀監(jiān)測系統(tǒng)的運行過程,實現(xiàn)圖像的可視化。圖:機器視覺系統(tǒng)的典型構(gòu)架圖:機器視覺的數(shù)據(jù)提取與產(chǎn)業(yè)賦能資料來源:奧普特招股書,市場研究部資料來源:市場研究部整理3D視覺技術(shù)、高精度成像技術(shù)和機器視覺互聯(lián)互通技術(shù)的發(fā)展,機器視覺性能優(yōu)勢進(jìn)一步提升,應(yīng)用領(lǐng)域也向多個維度延伸。表:人類視覺與機器視覺對比性能指標(biāo)人類視覺機器視覺適應(yīng)能力智能程度適應(yīng)性強(對環(huán)境要求不高,可添加防護(hù)裝置)高級智能(邏輯推理識別變化的目標(biāo),并總差(不能很好識別變化的目標(biāo))結(jié)規(guī)律)顏色分辨力強(可以分辨出約1萬種不同的顏色)差(受硬件條件約束)量化程度難以量化(極易受人的心理影響)可量化25610bit、12bit、16bit等灰度)灰度分辨力差(一般只能分辨?zhèn)€灰度級)7空間分辨力差(不能識別微小的目標(biāo))慢(0.1秒的視覺暫留無法看清快速運動的目標(biāo))強(可識別小到微米大到天體的目標(biāo))快(可達(dá)到10微秒左右)觀測速度資料來源:中國機器視覺網(wǎng),市場研究部1.3、機器視覺發(fā)展歷程機器視覺起源于上世紀(jì)Gilson統(tǒng)計模型發(fā)展了逐像素的計算模式,標(biāo)志著影像統(tǒng)計模式的發(fā)展。1960年,美國學(xué)者Roberts提出了從圖像中提取三維結(jié)構(gòu)的觀點,引發(fā)了MIT的開始。70年代中期,MIT人工智能實驗室正式開設(shè)“機器視覺”課程,研究人員開始1978DavidMarr的輪廓素描為起點,逐步完成形象的捕捉,這一方法的提出標(biāo)志著機器視覺研究的重大突破。80和播與應(yīng)用。90年代初,視覺公司成立,并開發(fā)出第一代圖像處理產(chǎn)品。而后,機器視覺相關(guān)技術(shù)被不斷地投入到生產(chǎn)制造過程中,使得機器視覺領(lǐng)域迅速擴張,上百家LED并使得行業(yè)的生產(chǎn)成本逐步降低。2000年至今,更高速的視覺掃描系統(tǒng)和熱影象系統(tǒng)等逐步問世,機器視覺階段,具有良好的發(fā)展前景。8圖:全球機器視覺發(fā)展歷程資料來源:市場研究部整理國內(nèi)機器視覺起步晚,目前處于快速成長期。國內(nèi)機器視覺源于上世紀(jì)801998集成商。中國的機器視覺發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。第一個階段是1999年年的啟蒙階段。這一階段的中國企業(yè)主要通過代理步掌握了國外簡單的機器視覺軟硬件產(chǎn)品,并搭建起了機器視覺初級應(yīng)用系統(tǒng)。在解放勞動力的同時有效推動了國內(nèi)機器視覺領(lǐng)域的發(fā)展。第二個階段是2004年年的發(fā)展階段。這一階段本土機器視覺企業(yè)開始起USB2.0的相機和采集卡,以及檢測設(shè)備、SMT檢測設(shè)備、前道檢測設(shè)備等,逐漸開始占據(jù)入門級市場。第三個階段是2008器視覺行業(yè)的高速、高質(zhì)量發(fā)展。覺領(lǐng)域應(yīng)用市場。據(jù)中國視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,2018年我國機器視覺行業(yè)銷售額達(dá)到83億元,較2013年翻了3倍,年復(fù)合增長率達(dá)33.54%。9圖:我國機器視覺發(fā)展歷程資料來源:市場研究部整理2、行業(yè)快速發(fā)展,核心部件國產(chǎn)化進(jìn)行時域,擴展至如今消費電子、制藥、食品包裝等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。25億美元增長至2017年億美元,年復(fù)合增速為12.3%。我國機器視覺市場從年進(jìn)入快速發(fā)展階段,至2017年市場規(guī)模達(dá)億元,2008-2017年復(fù)合增速32.7%高于全球水平。圖:年全球機器視覺市場規(guī)模圖:年中國機器視覺市場規(guī)模)16%)1501209060300150%120%906030014.6%13.9%13.3%114.5%11.9%11.5%12.4%11.4%12%8%4%0%12.4%84.6%90%10.5%10.5%7848.2%30.1%12060%6530%7062.356.426.8%30.319.2%26.2%27.1%50.645.240.936.115.7%5.15.68.310.812.514.918.823.931.79.8%28.224.60%資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部國際機器視覺市場的高端市場主要被美Cognex國家儀器(NIBaslerISRA士(KeyenceOmron)等都是在機器視覺領(lǐng)域擁有技術(shù)積累和良好頭,壟斷了近50%的全球市場份額。10國內(nèi)機器視覺行業(yè)競爭格局較分散,在核心零部件上國外企業(yè)占據(jù)更大的市場視覺品牌已有多家,中國本土的機器視覺品牌有100多家,各類產(chǎn)品代理商超過300家,系統(tǒng)集成商也有超過100家。可見,國內(nèi)機器視覺企業(yè)以產(chǎn)品品牌主導(dǎo)。根據(jù)中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2017在1000-300031.8%100019.8%萬-1億(18.7%,1億以上(16.5%,3000-5000萬(13.2%。2017年,康耐視在大中華區(qū)實現(xiàn)億元收入,相比之下,我國大部分機器視覺企業(yè)銷售規(guī)模較小。圖:年中國機器視覺行業(yè)企業(yè)年銷售額分布情況1億以上,16.50%1000萬以下,19.80%5000萬-1億,18.70%1000-3000萬,3000-5000萬,31.80%13.20%資料來源:中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,市場研究部2.1、工業(yè)相機:捕捉和分析對象的核心部件圖像分析的前提是由鏡頭捕捉光信號并轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻碾娦盘枴^(qū)別于民用相機,鍵組件。目前市面上的工業(yè)相機產(chǎn)品主要有線陣相機、面陣相機、相機和智工業(yè)相機發(fā)展的趨勢。表:工業(yè)相機主要分類類型簡介面陣相機以“面”為單位來進(jìn)行圖像采集,面陣相機的傳感器擁有更多的感光像素,以矩陣排列??梢砸淮涡垣@取完整的目標(biāo)圖像,比線陣相機具有更快的檢測速度。大多數(shù)常見的檢測相機都基于面陣掃描,包括測量面積、形狀、尺寸、位置,甚至溫度。線陣相機3D相機智能相機被測視野呈“線”狀,它的傳感器通常只有一行感光元素,以“線”掃描的方式連續(xù)拍照,再合成一張巨大的二維圖像。在高頻掃描和高分辨率的場合具有特定的優(yōu)勢,適用于檢測超長目標(biāo)物以及處于連續(xù)運動狀態(tài)的產(chǎn)品。3D圖像處理尤其適用于需要測量被分析物體的體積、形狀或位置的應(yīng)用情景。主流的案,在檢測距離、精度、檢測速度上各有優(yōu)缺點,適用于不同的應(yīng)用場景。是軟件和硬件高度結(jié)合的嵌入式系統(tǒng),不但能夠完成普通工業(yè)相機的圖像采集任務(wù),還可以直接運行圖像處理軟件完成對圖像的分析和處理,并完成與其它外部設(shè)備的直接互聯(lián)和通信。具有集成度高、運行穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便簡單、運行和構(gòu)建成本低廉等優(yōu)點。資料來源:Basler,搜狐,大恒圖像,市場研究部整理CCD和CMOS圖像傳感器,別。圖:CCD與CMOS資料來源:新浪科技,市場研究部CCD圖像傳感器是一個由光電二極管和存儲區(qū)構(gòu)成的矩陣,每一個感光元件在將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。而CMOS傳感器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯(ADCCMOS傳感器在應(yīng)用于機器視覺初期,由于在處理快速變化的影像時,容易因CCD由于圖像質(zhì)量更高、抗噪能力更強的優(yōu)勢多應(yīng)用于高端場合。12表:CCD和CMOS相機技術(shù)指標(biāo)對比性能噪聲CCD小CMOS大低高低快低能耗高集成度成像質(zhì)量成像速度硬件成本低高慢高資料來源:基于機器視覺的港口集裝箱卡車防吊起技術(shù)的研究,維科號,市場研究部隨著CMOS傳感器在消費電子設(shè)備上的大量應(yīng)用推動了CMOS性能已顯著提高,而制造成本大幅下降。CMOS傳感器的分辨率和圖像質(zhì)量正在逼近CCD以及最新改良的噪聲指數(shù)、量子效率及色彩觀念等各方面優(yōu)勢,CMOS建立了穩(wěn)固的市場地位,在工業(yè)圖像處理的眾多領(lǐng)域正逐步取代CCD傳感器。以BaslerCMOSCCD見,CMOS在某些性能指標(biāo)上已達(dá)到或者優(yōu)于CCD水準(zhǔn),具備替代CCD的能力。表:Basler不同感光芯片類型相機的性能對比型號BaslerMEDace2.3MP164colorCMOSBasler-acA1600-20gcCCD感光芯片類型感光芯片尺寸mmx7.1mm1920x1200px2.3MP7.2mmx5.4mm1624x1234px2MP水平垂直分辨率(px)分辨率(MP)幀速率(fps)164.0fps20.0fps最低值)暗噪聲(典型/最大)最低值)信噪比(典型值最低值)最低值)56.6%/50.0%6.3eˉ/7.6eˉ33.4keˉ/28.5keˉ45.2dB/44.573.3dB/71.546.40%9.4eˉ8.4keˉ39.2dB59.1dB資料來源:Basler官網(wǎng),市場研究部行業(yè)規(guī)模由年億元增長至2018年的40.3億元,年均復(fù)合增速為14.95%;中國工業(yè)相機行業(yè)規(guī)模年僅有0.8億元,2018年達(dá)7.3億元,實現(xiàn)了37.14%的復(fù)合增長率。中國工業(yè)相機市場正以遠(yuǎn)超全球市場的增速迅速擴張。13圖:年全球工業(yè)相機行業(yè)市場規(guī)模圖:年中國工業(yè)相機行業(yè)市場規(guī)模))21.0%129120%90%60%30%0%5040302010025%20%15%10%5%9.818.4%17.9%100.0%15.7%7.313.0%12.4%6.9%20.65.669.8%44.24.94.340.356.3%2.534.83.328.824.4317.218.41.630.4%34.2%14.0%14.3%15.232.0%30.3%0.80%0資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部目前,全球工業(yè)相機行業(yè)由歐美品牌占據(jù)主要市場。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,2018年北美品牌占據(jù)全球工業(yè)相機市場62%的份額,歐洲品牌占15%,國外知名企業(yè)如德國BaslerDALSA、美國康耐視等。從細(xì)分領(lǐng)域來看,工業(yè)智能相機市場相較于板卡式相機市場呈現(xiàn)更高的集中度。仍以進(jìn)口品牌為主。根據(jù)中國海關(guān)總署數(shù)據(jù),2018年我國工業(yè)相機進(jìn)口數(shù)量為8159臺,進(jìn)口金額為萬美元,同比增長8.3%。表:國內(nèi)外工業(yè)相機參與廠商廠商地點簡介Basler是世界領(lǐng)先的工業(yè)相機和高質(zhì)量數(shù)字相機的開發(fā)商和制造商,提供多種面CMOS和CCD化、醫(yī)療和生命科學(xué)、智能交通以及眾多其他市場。Basler德國DALSA和CMOS芯片研發(fā)生產(chǎn)能力,可以為用戶提供線陣、面陣、TDI等各種類型的工業(yè)數(shù)字相機。DALSA加拿大Baumer長期以來以生產(chǎn)高質(zhì)量傳感器著稱,為國際工廠及過程自動化行業(yè)應(yīng)用提Cognex是全球領(lǐng)先的提供商,其生產(chǎn)的工業(yè)智能相機在全球市占率排名第一。大恒圖像成立于1991CCD/CMOS工業(yè)數(shù)字相機產(chǎn)品線覆蓋多種接口及分辨率。BaumerCognex瑞士美國大恒圖像北京??禉C器人是海康威視子公司,開辟機器視覺、行業(yè)無人機、移動機器人三大領(lǐng)域。機器視覺業(yè)務(wù)形成了涵蓋全系列工業(yè)相機、智能相機、智能讀碼器、立體相海康機器人浙江杭州14機、視覺控制器、算法平臺、鏡頭及相關(guān)配件的產(chǎn)品布局,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于、電子半導(dǎo)體、物流等工業(yè)自動化各領(lǐng)域。華睿科技是國內(nèi)安防龍頭大華股份旗下機器視覺子公司。工業(yè)相機產(chǎn)品線齊全,包括面陣工業(yè)相機、線陣工業(yè)相機、單板工業(yè)相機、智能工業(yè)相機、3D工業(yè)相機SMT關(guān)行業(yè)。華??萍颊憬B興資料來源:各公司官網(wǎng),市場研究部整理2.2、鏡頭:清晰成像的核心關(guān)鍵性影響。特殊用途的鏡頭,如遠(yuǎn)心鏡頭、顯微鏡頭、微距鏡頭、紫外鏡頭和紅外鏡頭等。有高于1~2%影響,并將畸變系數(shù)嚴(yán)格控制在0.1%以下。遠(yuǎn)心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應(yīng)用場合所青睞,適應(yīng)精密檢測需求。圖:東正光學(xué)遠(yuǎn)心鏡頭產(chǎn)品圖:遠(yuǎn)心鏡頭與一般鏡頭成像區(qū)別資料來源:東正光學(xué)官網(wǎng),市場研究部資料來源:,市場研究部據(jù)QYResearch2019年全球工業(yè)鏡頭市場總值達(dá)到332026增至億元,年均復(fù)合增長率為8.3%。海外品牌在鏡頭領(lǐng)域投入較早,經(jīng)過和日系械設(shè)計、幾何光學(xué)、薄膜光學(xué)、色度學(xué)、熱力學(xué)等多學(xué)科技術(shù),并且制作工序和工藝復(fù)雜,具有較高的技術(shù)門檻。15我國由于起步較晚,2008年之前國內(nèi)光學(xué)鏡頭市場基本被日本、德國品牌所壟高端。東正光學(xué)的遠(yuǎn)心鏡頭畸變小于0.02%,倍率齊全,微距鏡頭產(chǎn)品也能夠?qū)⒒兛刂圃?.1%的超低量級下。表6:國內(nèi)外主要鏡頭供應(yīng)商廠商地點簡介Navitar總部位于紐約州羅切斯特,是領(lǐng)先的優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)制造商和供應(yīng)商,為機器視覺和生物醫(yī)學(xué)診斷行業(yè)提供全面的定制光學(xué)解決方案。Navitar美國施耐德是有著近百年歷史的德國老牌光學(xué)廠商,也一直是高品質(zhì)工業(yè)用鏡頭、攝影鏡頭、濾鏡、電影投影鏡頭和光學(xué)配件的國際市場領(lǐng)軍者之一。在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、機器人、機器視覺、工業(yè)檢測和郵件分選等。施耐德德國德國卡爾蔡司是在光學(xué)及光電子學(xué)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的一家全球性的國際化公司,卡爾蔡CBC株式會社成立于1925年,擁有40CCTV產(chǎn)品經(jīng)驗,CCTV鏡頭在日本國內(nèi)、歐洲和亞洲地區(qū)都占據(jù)第一的市場份額,旗下Computar品牌的工業(yè)鏡頭被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和安防領(lǐng)域。1996年CBC上海分公司成立,Computar鏡頭進(jìn)入中國市場,如今已是中國工業(yè)鏡頭市場的主要供應(yīng)商??柌趟綜BC日本日本Kowa成立于18941952年便開始了光學(xué)產(chǎn)品的生CCTV美國、歐洲都有極佳的口碑。Kowa東正光學(xué)專業(yè)從事工業(yè)鏡頭的研發(fā)和生產(chǎn),擁有各類技術(shù)專利近百項,公司的工業(yè)機東正光學(xué)慕藤光廣東深圳器視覺鏡頭(線掃描鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、微距鏡頭等)已經(jīng)使用在印刷檢測、液晶屏檢測、玻璃檢測等諸多領(lǐng)域,客戶涉及Facebook、Google、蘋果等國際企業(yè)。慕藤光是一家為工業(yè)、軍工科研、醫(yī)療儀器和機械設(shè)備提供光學(xué)產(chǎn)品的制造公司,產(chǎn)江蘇昆山品包括工業(yè)相機鏡頭、科研鏡頭、醫(yī)療儀器和機械鏡頭等,主要市場覆蓋意、美國、德、法、英、日、韓等。資料來源:中國機器視覺商城,各公司官網(wǎng)等,市場研究部整理2.3、光源:設(shè)計光路實現(xiàn)目標(biāo)成像必要的基礎(chǔ)。合適的光源設(shè)備能夠使被測物與背景盡量明顯區(qū)分,獲得高品質(zhì)、高對比度的圖像。在機器視覺領(lǐng)域的應(yīng)用中,由于應(yīng)用對象與檢測要求的不同,佳照明效果。機器視覺系統(tǒng)使用的光源主要分為LED光源、鹵素?zé)艉透哳l熒光燈三種,其中最為常用的為LED光源。LED光源即發(fā)光二極管光源,其發(fā)光原理和白熾燈、氣體放電燈的原理都不同,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,理論上可達(dá)白熾燈10%的能耗,相比熒光燈也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果。此外,LED光源具有形狀自由度高、使用壽命長、響應(yīng)速度快、單色性16應(yīng)用。表:三種光源性能對比性能指標(biāo)LED光源中鹵素?zé)舾吒哳l熒光燈價格低低低無中高無低中亮度中高穩(wěn)定性高中閃光裝置使用壽命光線均勻度多色光有無高低低中有無復(fù)雜設(shè)計溫度影響高中高低資料來源:搜狐,市場研究部是由LED陣列成圓錐狀以斜角照射在被測物體表面,通過漫反射方式照亮一小10-15MM的變化,適合應(yīng)用于基板檢測、元件檢測、集成電路印字檢查等情形。圖:機器視覺光源分類資料來源:CCS官網(wǎng),市場研究部國外機器視覺照明技術(shù)已較為成熟,國際上具有代表性的光源企業(yè)主要有日本CCSMoritex和美國Ai品牌進(jìn)行競爭。表:國內(nèi)外光源參與廠商廠商地點簡介CCS成立于1993JASDAQ制造廠商之一,在日本國內(nèi)和海外均占有圖像處理用LED光源的最大市場份額。擁有核心專利8001500CCS日本172017年設(shè)立全資子公司“CCSCHINAInc.”。Moritex成立于1973年,是國際知名的光纖光源、LED光源、光學(xué)鏡頭的供應(yīng)商,其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機器視覺和各類檢測應(yīng)用中。Moritex將光學(xué)鏡頭領(lǐng)域與光學(xué)照明領(lǐng)域的開發(fā)經(jīng)驗緊密結(jié)合,為各種機器視覺應(yīng)用提供先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)。Ai公司是一家專業(yè)從事機器視覺光源研發(fā)生產(chǎn)的公司,自上世紀(jì)90年代就開始在機器視覺工業(yè)中開發(fā)可靠高效的LED光源,產(chǎn)品線齊全,質(zhì)量可靠,在世界機器視覺領(lǐng)域積累了良好的聲譽,主要合作伙伴包括Cognex、Keyence、、等。國際品牌所壟斷的機器視覺市場。經(jīng)過十幾年的發(fā)展,擁有38大系列、近1000款領(lǐng)域也有布局。MoritexAi日本美國奧普特廣東東莞康視達(dá)是專業(yè)的機器視覺LED光源研發(fā)企業(yè),目前已建成華南區(qū)最大的機器視覺光源研發(fā)檢測中心。機器視覺光源作為公司的核心產(chǎn)品,已經(jīng)形成大標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上千源恒流控制器等四大系列??狄曔_(dá)廣東東莞上海緯朗光電成立于2007外知名品牌工業(yè)相機及工業(yè)鏡頭等。緯朗光電資料來源:各公司官網(wǎng),市場研究部整理CCSLED光源和控制器。根據(jù)CCS公司2017年度報告,其在2017年的營業(yè)收入達(dá)5.2億元,其中光源和光源控制器產(chǎn)品占總營收的89.2%。奧普特是成立于2006切入點,將產(chǎn)品延伸至機器視覺鏡頭、相機、視覺控制系統(tǒng)等其他軟硬件產(chǎn)品。2019年,奧普特光源及光源控制器產(chǎn)品收入為3.0億元。奧普特光源產(chǎn)品的銷售額與CCS相比仍存在一定差距,但其盈利能力比CCS高。圖:年CCS與奧普特光源產(chǎn)品收入及毛利率圖年CCS與奧普特凈利潤及凈利率))))50%76543210100%80%60%40%20%0%2.5279.6%79.5%80.3%2.0639.4%40%32.4%1.3759.5%1.5125.1%30%20%3.026.085.932.445.210.761.750.6111.7%0.590.4310%0.509.9%7.1%0%201720182019201720182019資料來源:CCSWind,市場研究部資料來源:CCSWind,市場研究部182.4、圖像處理軟件:算法實現(xiàn)各種目標(biāo)對所獲得的視覺信號進(jìn)行處理是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,機器視覺軟件類似應(yīng)用,主要使用者為集成商與設(shè)備商;另一類是專門實現(xiàn)某些功能的應(yīng)用軟件,主要供最終用戶使用。兩者主要在開發(fā)的靈活性上存在差別。Cognex、Adept等,軟件的底層算法基本被以上廠商壟斷??的鸵暎–ognex)作為最具代表性的廠商之一,近年業(yè)績表現(xiàn)良好??的鸵暊I業(yè)收入由19.25億元增長至50.6210.15%75%和25%左右。圖:年康耐視營業(yè)收入及其同比增速圖:年康耐視毛利率及凈利率)))100%80%60%40%20%0%6050403055.350.680%60%40%20%0%48.965.4%77.8%73.3%21.1%75.5%75.1%77.2%74.5%58.1%75.8%76.2%77.5%73.9%36.129.343.6%29.815.6%41.5%21.62019.310.7%20.41020.30.7%028.7%27.2%9.1%5.7%5.3%-10.0%21.0%20.8%25.0%23.7%28.1%21.7%-20%20102011201220132014201520162017201820192010201120122013201420152016201720182019資料來源:,市場研究部資料來源:,市場研究部國內(nèi)的機器視覺圖像處理軟件一般是在OpenCV等開源視覺算法庫或者Halcon、等第三方商業(yè)算法庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。由于獨立底層算法具有數(shù)企業(yè)完成底層算法研究并進(jìn)行一定范圍的應(yīng)用。表:國外主要機器視覺軟件及廠商軟件廠商簡介一套完善的標(biāo)準(zhǔn)的機器視覺算法包,擁有應(yīng)用廣泛的機器視覺集成開發(fā)環(huán)境。由一千多個各自獨立的函數(shù),以及底層的數(shù)據(jù)管理核心構(gòu)成,應(yīng)用范圍幾乎沒有限制,涵蓋醫(yī)學(xué),遙感探測,監(jiān)控,到工業(yè)上的各類自動化檢測。HalconMVtecVisionPro戶可執(zhí)行各種功能,包括幾何對象定位和檢測、識別、測量和對準(zhǔn),以及針對半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品應(yīng)用的專用功能。VisionProHexSightCognexAdept包含一個完整的底層機器視覺函數(shù)庫,提供穩(wěn)定、可靠及準(zhǔn)確定位和檢測零件的機器視覺底層函數(shù)。其功能強大的定位器工具能精確地識別和定位物體,不論其是否旋轉(zhuǎn)或大小比例發(fā)生變化。資料來源:各公司官網(wǎng),市場研究部整理19CKVisionBuilder是目前機器視覺行業(yè)內(nèi)最簡單的視覺系統(tǒng)開發(fā)平臺,涵蓋了定位、測量、識別、讀碼、缺陷、顏色、3D、邏輯同種類的工業(yè)相機、PLC等均留有對接接口,具有較好的兼容性。表:機器視覺圖像處理軟件典型功能預(yù)處理功能均衡處理補償物體表面陰影或不均勻光亮亮度修正調(diào)整至與基準(zhǔn)圖像亮度消除不需要的特征點,排相同除背景的細(xì)微噪點或干擾模糊處理中值濾波去除不需要的噪點定位功能基于形狀的輪廓定位基于邊緣的圖像定位基于灰度匹配定位幾何檢測功能圓形測量尺寸測量周長檢測測量產(chǎn)品內(nèi)徑、外徑等數(shù)據(jù)標(biāo)定校準(zhǔn)功能圖片校準(zhǔn)矯正因所拍圖像視野過大或物距太高而產(chǎn)生的畸變檢測識別功能條碼檢測二維碼檢測字符檢測外觀缺陷檢測功能缺陷檢測邊界檢測劃痕檢測檢測產(chǎn)品的瑕疵或者缺陷測出產(chǎn)品邊界突出或凹陷的缺陷測出產(chǎn)品表面是否有斑點或劃痕203D測量功能3D高度測量3D平面度測量資料來源:市場研究部3、起于汽車制造,興于消費電子3.1、消費電子和汽車制造是當(dāng)前主要應(yīng)用下游46.60%10.20%電子行業(yè),機器視覺應(yīng)用于高精度制造和質(zhì)量檢測,包括圓晶切割、表面檢測、觸摸屏制造、AOI光學(xué)檢測、PCB印刷電路、電子封裝等。在汽車制造行刷和質(zhì)量檢測、字符檢測、零件尺寸的精密測量、工業(yè)零部件表面缺陷檢測等。圖21:機器視覺行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈圖22:2019年機器視覺下游應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計其他23.4%消費電子46.6%制藥業(yè)9.7%食品包裝汽車制造10.1%10.2%資料來源:中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng),中商產(chǎn)業(yè)研究院,國海證券研究所資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部3.2、機器視覺在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用21支持。量。表:汽車制造中主要的測量方法測量方法三坐標(biāo)測量測量原理學(xué)運算,求出被測的幾何尺寸、形狀和位置。激光在線測量效照明,獲得被測特征的表面信息。相機拍攝特征圖像,通過三角測量模型將二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為傳感器坐標(biāo)系下的三維空間坐標(biāo)。圖()固定式測量站;圖()機器人柔性測量站藍(lán)光掃描測量由3DCCD相機和視覺測量原理,在極短時間內(nèi)獲取高密度點云的三維數(shù)據(jù)的自動對齊,最終獲得完整的測量數(shù)據(jù)。表面缺陷測量信息進(jìn)行提取,即可實現(xiàn)對被測曲面面形的測量。,機器視覺技術(shù)在現(xiàn)代汽車制造中的應(yīng)用綜述,市場研究部整理22噴涂引導(dǎo)、風(fēng)擋玻璃裝載引導(dǎo)等。機器視覺檢測系統(tǒng)可以對產(chǎn)品進(jìn)行制造工藝檢測、自動化跟蹤、追溯與控制等,包括通過光學(xué)字符識別(OCR)技術(shù)獲取車身零件編碼以保證零件在整個制造過程中的可追溯性,通過識別零件的存在或缺失以保證部件裝配的完整性,以及通過視覺技術(shù)識別產(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。圖:視覺引導(dǎo)技術(shù)在車身制造過程中的應(yīng)用圖:螺柱識別與檢測海證券研究所海證券研究所進(jìn)機器視覺在汽車行業(yè)應(yīng)用深化。圖:中國汽車機器視覺市場規(guī)模預(yù)測資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部3.3、機器視覺在消費電子行業(yè)的應(yīng)用PCB/FPCAOI檢測配引導(dǎo)等應(yīng)用為主,并呈現(xiàn)出越來越多的新的應(yīng)用場景。23AOI廣泛應(yīng)用于缺陷檢測過程。其采用光學(xué)照明與圖像傳感技術(shù)獲取被測物體識別與分類,用執(zhí)行機構(gòu)代替人手完成操作。圖:基本原理視覺檢測技術(shù)及其在缺陷檢測中的應(yīng)用綜述,市場研究部PCB缺陷檢測主要是焊點缺陷檢測和元器件檢測兩大部分。傳統(tǒng)的人工目視檢測法易漏檢、速度慢、時間長、成本高,已不能滿足生產(chǎn)需要,機器視覺PCB操作后直接發(fā)現(xiàn)存在的缺陷情況,保證了操作者在加上以前能夠及時處理要。圖:在線全自動在行業(yè)應(yīng)用圖:在線全自動在行業(yè)應(yīng)用資料來源:矩子科技招股書,市場研究部資料來源:矩子科技招股書,市場研究部24億元,2019年將達(dá)到接近30億元水平。消費電子行業(yè)元器件尺寸小,質(zhì)量標(biāo)品生命周期短,需求量大,拉動機器視覺市場需求。圖:中國電子及半導(dǎo)體機器視覺市場規(guī)模及預(yù)測資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部3.4、食品包裝與制藥行業(yè)應(yīng)用企業(yè)在行業(yè)中的競爭力。圖:食品包裝檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25圖:康耐視在食品飲料行業(yè)的應(yīng)用資料來源:康耐視官網(wǎng),市場研究部快現(xiàn)代化、智能化進(jìn)程。目前,在數(shù)粒、打碼、泡罩版缺粒、藥品殘缺和斷片、醫(yī)藥行業(yè)包裝線經(jīng)常變包裝產(chǎn)品的需求。圖:藥液可見異物的旋轉(zhuǎn)檢測原理圖:視覺檢測機器人檢測流程,市場研究部,市場研究部4、機器視覺技術(shù)仍在迭代,應(yīng)用場景不斷豐富4.1、提質(zhì)、增效、降本是機器視覺發(fā)展的源動力262019年,我國歲及以上人口占總?cè)丝诒嚷蔬_(dá)12.57%,標(biāo)志我國已步入嚴(yán)重老齡化社會。勞動力供給不足,推動企業(yè)用工成本上升。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù),城鎮(zhèn)非私營單位就業(yè)人員平均工資從2012年的萬元上升為2019年的9.05萬元,八年間用工成本接近翻倍。我國制造業(yè)在轉(zhuǎn)型升級過程中必然向自動化、智能化邁進(jìn),并不斷得到深化。圖:年全國歲及以上人口統(tǒng)計圖))21.5116%12%8%109.0512.6%8.2511.9%11.4%10.9%10.5%9.7%10.1%7.4386.769.4%9.1%6.205.638.9%64205.365.153.274.964.682.884.584.281.763.961.671.583.641.501.441.381.271.321.191.230.504%0%20122013201420152016201720182019資料來源:國家統(tǒng)計局,市場研究部資料來源:國家統(tǒng)計局,市場研究部2017年7濟增長點,人工智能技術(shù)應(yīng)用成為改善民生的新途徑;到年人工智能基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的主要動力,智能社會建設(shè)取得積極進(jìn)展;到年人工基礎(chǔ)。這確立了人工智能在我國當(dāng)下的重要地位。2017年-2020年,人工智能、智能制造連續(xù)四年被《政府工作報告》覆蓋,年更是將“智能制造”提升+展空間。表12:地方出臺智能制造政策統(tǒng)計時間政策、文件內(nèi)容2020年5月《2020年政府工作報告》發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),推進(jìn)智能制造,培育新興產(chǎn)業(yè)集群。發(fā)展煤礦智能化,推動人工智能、大數(shù)據(jù)、智能制造等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用的深度融合?!蛾P(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的2020年3月指導(dǎo)意見》強化前沿關(guān)鍵科技研發(fā),瞄準(zhǔn)新一代信息技術(shù)、人工智能等世界科技前沿;大力發(fā)展智慧交通,推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。2019年9月《交通強國建設(shè)綱要》2019年3月《2019年政府工作報告》打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,拓展“智能+能;促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展,深化大數(shù)據(jù)、人工智能等研發(fā)27應(yīng)用?!哆|寧省新一代人工智能發(fā)展以智能機器人、智能制造、智慧醫(yī)療、智慧城市為突破口,規(guī)劃》構(gòu)建具有區(qū)域特色的人工智能自主創(chuàng)新體系提出重點突破智能制造、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智慧農(nóng)業(yè)、等領(lǐng)域2018年1月2018年1月工智能發(fā)展規(guī)劃的實施意見》的關(guān)鍵核心技術(shù)科技引領(lǐng),把握世界人工智能發(fā)展趨勢,突出研發(fā)部署前瞻性,在重點前沿領(lǐng)域探索布局、長期支持;系統(tǒng)布局,根據(jù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用的不同特點,制定有針對性的系統(tǒng)發(fā)展策略;市場主導(dǎo),遵循市場規(guī)律,堅持應(yīng)用導(dǎo)向,突出企業(yè)在技術(shù)路線選擇和行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定中的主體作用,加快人工智能科技成果商業(yè)化應(yīng)用,形成競爭優(yōu)勢;開源開放。倡導(dǎo)開源共享理念,促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用各創(chuàng)新主體共創(chuàng)共享。2017年7月《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》資料來源:中央人民政府門戶網(wǎng)站,國家發(fā)改委,前瞻研究院,市場研究部2019萬項;國內(nèi)機器視覺相關(guān)申請和公開專利共計1.1萬項。圖:年全球機器視覺相關(guān)專利數(shù)圖:年我國機器視覺相關(guān)專利申請數(shù)1000001500012000900060003000030002000100008601224521665736846316254199464943962229467336922581723152750005000025000019961639123281052289631444198068727705989868810700140259305134225426224997365025732665210180529607429資料來源:歐洲專利局,市場研究部資料來源:國家知識產(chǎn)權(quán)局,市場研究部4.2、核心部件自主化進(jìn)行中國內(nèi)機器視覺行業(yè)研發(fā)投入從5.6億元增長至2018年的億元,年均復(fù)合增長率達(dá)年占行業(yè)銷售額的32.4%;國內(nèi)機器視覺企業(yè)早期依靠國際供應(yīng)商的產(chǎn)品代理,缺乏扎業(yè)經(jīng)營時間短,積累薄弱,加大研發(fā)是實現(xiàn)進(jìn)口替代的必由之路。機器視覺算法是對獲取的圖像信息進(jìn)行處理的關(guān)鍵步驟,也是視覺控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。國內(nèi)視覺處理分析軟件大多建立在OpenCV等開源視覺算法庫中,或以HalconPro等第三方商業(yè)算法庫為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā),只有少數(shù)的資金投入,是未來國內(nèi)機器視覺企業(yè)自主化的主要技術(shù)支持。28圖:國內(nèi)外具備機器視覺底層系統(tǒng)開發(fā)能力的企業(yè)資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,市場研究部預(yù)測函數(shù)得到最終結(jié)果。深度學(xué)習(xí)可以將機器視覺的效率和魯棒性與人類視覺極大地拓展了機器視覺的應(yīng)用場景。圖:傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)對比資料來源:市場研究部整理傳統(tǒng)的xy灰度或彩色圖像對比度提供圖像處理分析結(jié)果,無法獲取目標(biāo)物體的三維信息,、感知物理環(huán)境的變化并作出相應(yīng)調(diào)整,提高了應(yīng)用中的靈活性和實用性。29表13:視覺技術(shù)的四種方法方法基本原理在結(jié)構(gòu)化光源上精確校準(zhǔn)相機,以確保在高環(huán)境溫度下仍能夠獲得高于1kHz的高采傳感器下方移動以捕獲創(chuàng)建多個配置文件,用于完成三維圖像。激光三角測量法條紋投影法通過計算機編程產(chǎn)生正弦條紋,將該正弦條紋通過投影設(shè)備投影至測試對象,利用CCD為全場的高度。通過兩個鏡頭的疊加,將有差異的物像進(jìn)行整合,通過視網(wǎng)膜實現(xiàn)立體化。由于測試對象并不總是具有相同的特定特征,因此經(jīng)常使用隨機模式投影。通過專用傳感器,捕捉近紅外光從發(fā)射到接收的飛行時間差來判斷并計算出測試對象的距離信息。3D立體相機()資料來源:中國機器視覺網(wǎng),市場研究部整理息系統(tǒng)的通道,實現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通,是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。4.3、應(yīng)用場景不斷豐富,千億藍(lán)海大有可為marketsandmarkets市場規(guī)模在2020年有望達(dá)到年有望達(dá)到相機鏡頭解。方案算法PCBFPC、面板醫(yī)藥等其他領(lǐng)域滲透,預(yù)計我國機器視覺市場規(guī)模將繼續(xù)保持較高的增速。GGII數(shù)據(jù)顯示,2019年我國機器視覺市場規(guī)模億元(不包含計算機視覺21.8%2014-2019年復(fù)合增長率為28.4%,并預(yù)測到2023年中國機器視覺市場規(guī)模將達(dá)到155.6億元。30圖:我國機器視覺市場規(guī)模及預(yù)測(億元,)資料來源:高工產(chǎn)研機器人研究所,市場研究部機器視覺核心部件和設(shè)備企業(yè)盈利能力優(yōu)異,行業(yè)成長性和進(jìn)口替代的龐大空間是國內(nèi)機器視覺企業(yè)的歷史性機遇。2019年,機器視覺國際巨頭基恩士和康耐視毛利率分別為82.35%/73.85%38.52%/28.10%光源為主打產(chǎn)品的奧普特毛利率凈利率分別為73.59%/39.35%。40-50%的競爭優(yōu)勢,并推動機器視覺在智能裝備領(lǐng)域的普及。圖:年機器視覺主要企業(yè)毛利率和凈利率90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%82.4%73.9%73.6%47.3%45.8%39.4%39.9%38.5%28.1%21.8%15.4%13.3%基恩士康耐視奧普特精測電子天準(zhǔn)科技矩子科技資料來源:Wind,市場研究部5、龍頭企業(yè)分析31國產(chǎn)化,從低端向高端市場布局,逐步實現(xiàn)進(jìn)口替代。行業(yè)評級及重點個股:機器視覺領(lǐng)域,看好擁有機器視覺基因,并具備平臺型
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