機(jī)器視覺的性能優(yōu)勢驅(qū)動分析

機(jī)器視覺的性能優(yōu)勢驅(qū)動分析

機(jī)器視覺的性能優(yōu)勢驅(qū)動相較于人類視覺，機(jī)器視覺在效率、速度、精度、可靠性、工作時間、信息集成能力、成本投入、工作環(huán)境、灰度分辨力、空間分辨力及感光范圍方面優(yōu)勢明顯。具體來說，一方面，機(jī)器視覺能夠在危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的情境下工作。同時，在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度；另一方面，機(jī)器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)之一。機(jī)器視覺設(shè)備可以在比較快的生產(chǎn)線上對產(chǎn)品進(jìn)行測量、引導(dǎo)、檢測和識別，并能保質(zhì)保量的完成生產(chǎn)任務(wù)；此外，人類視覺雖然適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在復(fù)雜環(huán)境中識別目標(biāo)，較為適合無結(jié)構(gòu)化場景。但相較而言，機(jī)器視覺憑借其速度、準(zhǔn)確度和可重復(fù)性等優(yōu)勢，更擅長定量測定的結(jié)構(gòu)化場景。一般而言，通過選用合適的相機(jī)分辨率和光學(xué)元件制造的機(jī)器視覺能夠檢測人眼難以看到的物體細(xì)節(jié)。因此，在某些方面機(jī)器視覺相較于人眼具有更大的優(yōu)勢且能更高效的進(jìn)行工作，機(jī)器視覺的這些性能優(yōu)勢能夠驅(qū)動著相關(guān)行業(yè)市場的快速發(fā)展。未來，隨著深度學(xué)習(xí)、3D視覺技術(shù)、高精度成像技術(shù)和大數(shù)據(jù)智能算法技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，機(jī)器視覺的性能優(yōu)勢將進(jìn)一步加大，相關(guān)市場預(yù)計將迎來新一輪的爆發(fā)式增長。機(jī)器視覺核心部件的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括：工業(yè)相機(jī)的成像分辨率、數(shù)據(jù)位深度、采樣速率、信噪比、圖像傳輸速度等；圖像采集卡的數(shù)據(jù)傳輸速度、圖像處理能力、圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性等。工業(yè)相機(jī)和圖像采集卡的關(guān)鍵性能指標(biāo)直接影響機(jī)器視覺系統(tǒng)的成像質(zhì)量和工作效率。近年來機(jī)器視覺的重點應(yīng)用領(lǐng)域如3C電子檢測、鋰電池檢測、光伏檢測、半導(dǎo)體檢測等迅猛發(fā)展，新型應(yīng)用場景不斷涌現(xiàn)，機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)也隨之持續(xù)升級，需求端對機(jī)器視覺核心部件的性能要求不斷提高，推動工業(yè)相機(jī)和圖像采集卡的技術(shù)不斷進(jìn)步與升級。得益于半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，圖像傳感器的分辨率不斷提升，信號質(zhì)量逐步提升，采樣速度越來越快。目前，線掃描相機(jī)圖像傳感器輸出分辨率已經(jīng)達(dá)到了24K，面掃描相機(jī)分辨率已經(jīng)發(fā)展2億像素以上，數(shù)據(jù)位寬也從最初的8bit逐步發(fā)展到10bit、12bit乃至16bit。與此同時，前端嵌入式運算能力的進(jìn)一步加強(qiáng)，使得更多的復(fù)雜運算可以在相機(jī)端實現(xiàn)，例如借助像素位移技術(shù)和超分辨率算法，可以實現(xiàn)4倍甚至更高分辨率的圖像合成。此外，傳感器材料學(xué)和半導(dǎo)體新制程的進(jìn)步，使得工業(yè)相機(jī)逐步開始從可見光向紫外、紅外等多波段擴(kuò)展，通過光譜信息和圖像信息的結(jié)合，可以從更多維度檢測分析產(chǎn)品，不斷拓寬機(jī)器視覺在各種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用場景。同樣的，得益于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，在圖像采集卡方面，數(shù)據(jù)傳輸速度、傳輸帶寬不斷提高，圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理能力不斷增強(qiáng)。隨著高速串行總線技術(shù)的成熟，多路串行數(shù)據(jù)傳輸開始逐步在圖像采集卡中導(dǎo)入和推廣。隨著數(shù)據(jù)中心等行業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)工藝逐步提升大規(guī)?？删幊踢壿嬏幚砥鞯母黜椥阅苤笜?biāo)，使得在圖像采集卡中進(jìn)行圖像預(yù)處理具備可行性，目前業(yè)界領(lǐng)先的圖像采集卡供應(yīng)商開始逐步開發(fā)可重構(gòu)的圖像處理算法，在計算機(jī)中構(gòu)建異構(gòu)化的圖像處理平臺，將原先完全由CPU承擔(dān)的圖像處理任務(wù)進(jìn)行分解，從而大大地提升圖像處理效率和能力。圖像采集卡在這些方面的進(jìn)步，大大提升了機(jī)器視覺系統(tǒng)處理復(fù)雜任務(wù)的能力，為進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。機(jī)器視覺部件硬件性能的不斷升級與軟件技術(shù)不斷進(jìn)步，促進(jìn)了機(jī)器視覺產(chǎn)品的持續(xù)更新迭代，使機(jī)器視覺在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域不斷深入，且新型應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。例如，近年來3D工業(yè)相機(jī)在國內(nèi)外開始投入工業(yè)應(yīng)用，執(zhí)行多樣而復(fù)雜的檢測、定位、測量和識別任務(wù)，通過對表面形貌的獲取，在二維圖像信息的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步豐富了對目標(biāo)物特征的采集，為復(fù)雜工業(yè)檢測提供了更多的可能性；多光譜相機(jī)也以其獨特的優(yōu)勢在半導(dǎo)體晶圓檢測和光伏硅電池檢測中逐步推廣。與AI、5G等智能和物聯(lián)新技術(shù)的結(jié)合可拓展機(jī)器視覺應(yīng)用的廣度，例如全息感知技術(shù)在智慧交通建設(shè)中通過流量監(jiān)測、智能交通信號燈等應(yīng)用提高平均車速和事故處理效率；在智慧工廠應(yīng)用中以5G云平臺與機(jī)器視覺硬件結(jié)合，可實現(xiàn)產(chǎn)線柔性化部署、算法快速自優(yōu)化，為其他應(yīng)用場景如智慧水務(wù)、智慧園區(qū)、智慧物流提供重要參考。我國機(jī)器視覺行業(yè)市場規(guī)模隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。從全球市場來看，MarketsandMarkets數(shù)據(jù)顯示，2021年全球機(jī)器視覺市場規(guī)模約為804億元，同比增長12．15%。GGII預(yù)計至2025年該市場規(guī)模將超過1200億元。2022年至2025年復(fù)合增長率約為13%。隨著全球制造中心向中國轉(zhuǎn)移，中國已成為國際機(jī)器視覺廠商的重要目標(biāo)市場。2021年，國內(nèi)3C電子、新能源、快遞物流等行業(yè)的蓬勃發(fā)展拉動了相關(guān)企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)需求，機(jī)器視覺需求增長明顯。GGII數(shù)據(jù)顯示，2021年中國機(jī)器視覺市場規(guī)模138．16億元（該數(shù)據(jù)未包含自動化集成設(shè)備規(guī)模），同比增長46．79%。其中，2D視覺市場規(guī)模約為126．65億元，3D視覺市場約為11．51億元。根據(jù)GGII預(yù)測，至2025年我國機(jī)器視覺市場規(guī)模將達(dá)到349億元，其中，2D視覺市場規(guī)模將超過291億元，3D視覺市場規(guī)模將超過57億元。機(jī)器視覺廣泛應(yīng)用于3C電子、新能源、汽車、醫(yī)藥醫(yī)療、半導(dǎo)體、快遞物流等眾多行業(yè)，在提高生產(chǎn)效率的同時，為我國制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級提供重要支撐。全球機(jī)器視覺行業(yè)現(xiàn)狀機(jī)器視覺市場前景廣闊。全球機(jī)器視覺市場規(guī)模近年來不斷擴(kuò)張，市場規(guī)模從2016年的62億美元增長至2019年的102美元，2020年，受新冠肺炎疫情影響，全球供應(yīng)鏈中斷，項目停擺，給全球機(jī)器視覺行業(yè)帶來了沖擊，市場規(guī)模下降至96億美元，同比下滑5．9%。在智能制造的浪潮下，下游應(yīng)用中的消費電子市場、汽車市場、半導(dǎo)體市場、醫(yī)療市場等行業(yè)的不斷發(fā)展，主要國家的工業(yè)自動化水平穩(wěn)步提升，機(jī)器視覺的市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計到2025年全球機(jī)器視覺市場規(guī)模將達(dá)到130億美元。機(jī)器視覺率先發(fā)生和發(fā)展在基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)水平領(lǐng)先的北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)地區(qū)。從2020年的區(qū)域分布上看，歐洲地區(qū)是全球最大的機(jī)器視覺市場，占比達(dá)37%。北美、亞太地區(qū)緊隨其后，占比分別為29%、25%。與德美相比，中國機(jī)器視覺行業(yè)滲透率尚有巨大提升空間。定義機(jī)器視覺密度=機(jī)器視覺市場規(guī)模/當(dāng)年制造業(yè)增加值。數(shù)據(jù)顯示，2019年，德國、美國、全球、中國機(jī)器視覺密度分別為0．16%、0．12%、0．07%、0．03%，中國機(jī)器視覺密度遠(yuǎn)低于德美。在中國制造業(yè)高端轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，中國機(jī)器視覺滲透率有望持續(xù)提升，未來發(fā)展空間廣闊。機(jī)器視覺行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域目前主要識別的內(nèi)容有人、車輛等各類目標(biāo)物。在工業(yè)領(lǐng)域?qū)в忻鞔_信息的標(biāo)識，OCR、一維碼、二維碼等常有識別需求。醫(yī)療數(shù)據(jù)中有超過90%的數(shù)據(jù)來自醫(yī)療影像。醫(yī)療影像領(lǐng)域擁有孕育深度學(xué)習(xí)的海量數(shù)據(jù)，醫(yī)療影像診斷可以輔助醫(yī)生，提升醫(yī)生的診斷的效率。在工業(yè)應(yīng)用中，利用機(jī)器視覺對部件或產(chǎn)品進(jìn)行定位。這種定位應(yīng)用多會輔助機(jī)器人或者其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實現(xiàn)相關(guān)的動作。一般來說，定位可協(xié)助機(jī)器人實現(xiàn)噴漆、涂膠、抓取、焊接等動作。機(jī)器視覺是一項綜合技術(shù)，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)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)（圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、I/O卡等）。一個典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。2021年中國工業(yè)機(jī)器視覺市場規(guī)模達(dá)到150億元，其中國內(nèi)品牌超過75億元，實現(xiàn)對國際品牌的超越。全球機(jī)器視覺行業(yè)市場概況機(jī)器視覺的本質(zhì)是為機(jī)器植入眼睛和大腦。為機(jī)器植入眼睛，代表著機(jī)器視覺利用環(huán)境和物體對光的反射來獲取及感知信息；為機(jī)器植入大腦，意味著機(jī)器視覺需要對信息進(jìn)行智能處理與分析，并應(yīng)用分析得到的結(jié)果來執(zhí)行相應(yīng)的活動。機(jī)器視覺行業(yè)的上游包括相機(jī)、鏡頭、光源等硬件及算法軟件。相機(jī)是包含完整的機(jī)器視覺組成功能模塊（光源可自帶或借用外部光源），能獨立完成機(jī)器視覺信息處理的全流程，為系統(tǒng)輸出有效信息；鏡頭是機(jī)器視覺圖像采集部分重要的成像部件，其作用是把被攝物體成像于攝像機(jī)內(nèi)的感光元件上；光源對于機(jī)器視覺中的圖像采集部分具有重要影響，為場景提供合適的照明，突出目標(biāo)的圖像特征并與背景圖像分離；機(jī)器視覺算法與軟件緊密結(jié)合，軟件平臺是實現(xiàn)機(jī)器視覺算法的載體，使機(jī)器視覺在處理數(shù)據(jù)量和實時檢測效率性能上不斷地突破，匹配工業(yè)智能發(fā)展的需求。機(jī)器視覺行業(yè)的下游為各行業(yè)集成應(yīng)用和服務(wù)。下游應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展決定了機(jī)器視覺裝備及服務(wù)的市場需求量，目前下游應(yīng)用領(lǐng)域以電子制造為主，其次為汽車、醫(yī)藥、印刷包裝等領(lǐng)域。機(jī)器視覺市場包括視覺器件、可配置視覺系統(tǒng)和智能視覺裝備三個細(xì)分市場。根據(jù)MarketsandMarkets統(tǒng)計，2015年至2020年，全球機(jī)器視覺器件市場以13．83%的復(fù)合增長率增長，市場規(guī)模至2020年達(dá)到107億美元；2021年至2025年，全球機(jī)器視覺器件市場規(guī)模將以6．56%的復(fù)合增長率增長，至2025年市場規(guī)模將達(dá)147億美元。可配置視覺系統(tǒng)與智能視覺裝備具備較強(qiáng)的行業(yè)屬性，歸屬于各下游應(yīng)用行業(yè)的裝備市場，以機(jī)器視覺技術(shù)賦能于制造裝備的智能化，因此暫時沒有單獨的市場規(guī)模數(shù)據(jù)。機(jī)器視覺以視覺器件、可配置視覺系統(tǒng)和智能視覺裝備等形態(tài)服務(wù)各產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于新型顯示、消費電子、印刷包裝、新能源等眾多行業(yè)，成為這些行業(yè)必不可少的數(shù)字化和智能化變革的支撐。中國機(jī)器視覺行業(yè)現(xiàn)狀及未來展望機(jī)器視覺（MachineVision）是指利用計算機(jī)視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)等，實現(xiàn)機(jī)器自動獲取外界圖像信息并作出相應(yīng)反應(yīng)的技術(shù)。機(jī)器視覺的應(yīng)用可以大大提高工廠的生產(chǎn)效率，從而提升企業(yè)的競爭力。除了市場規(guī)模的增長外，中國機(jī)器視覺行業(yè)的技術(shù)水平也有了明顯提升。近年來，隨著計算機(jī)視覺技術(shù)的飛速發(fā)展，中國機(jī)器視覺行業(yè)也迎來了大變革，技術(shù)水平也有了顯著提升。目前，中國機(jī)器視覺行業(yè)的技術(shù)水平已經(jīng)可以與國外行業(yè)相媲美。此外，中國機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展還受到政府的大力支持。目前，政府正在大力推動機(jī)器視覺行業(yè)的發(fā)展，并對相關(guān)企業(yè)給予政策支持，促進(jìn)企業(yè)投資和研發(fā)，以提高機(jī)器視覺行業(yè)的技術(shù)水平。綜上所述，中國機(jī)器視覺行業(yè)發(fā)展前景廣闊，未來將繼續(xù)保持良好發(fā)展態(tài)勢。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺行業(yè)將會受到更多的關(guān)注，從而推動其發(fā)展。同時，中國政府也將繼續(xù)加大對機(jī)器視覺行業(yè)的支持力度，以促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。機(jī)器視覺行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域及市場規(guī)模分析伴隨人工智能技術(shù)的人進(jìn)步，行業(yè)應(yīng)用需求的提升，機(jī)器視覺技術(shù)也在更新迭代。3D視覺無疑是當(dāng)下中國機(jī)器視覺領(lǐng)域發(fā)展最火爆的細(xì)分領(lǐng)域之一，中國市場巨大的需求潛力，正促使越來越多的企業(yè)進(jìn)軍3D視覺領(lǐng)域，加上嗅覺敏銳的資本力量大量涌入，使得中國3D視覺市場迎來了空前的蓬勃發(fā)展。2021年中國3D視覺市場增速超過100%，預(yù)計到2023年中國3D視覺市場規(guī)模將達(dá)到35億元左右，到2025年將超過100億元。中國廠商已經(jīng)開始在3D視覺領(lǐng)域嶄露頭角。在智能制造的浪潮下，生產(chǎn)線對工業(yè)設(shè)備有了新的要求，對質(zhì)量檢驗和生產(chǎn)的需求不斷增加。而新一代機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠在短短幾秒內(nèi)處理大量的信息，如此快速的處理能力，為機(jī)器視覺在多個領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。目前，機(jī)器視覺在制造業(yè)質(zhì)量控制領(lǐng)域是至關(guān)重要的技術(shù)，尤其在汽車制造行業(yè)有大量的應(yīng)用案例，包括汽車零部件尺寸、外觀、形狀缺陷檢測，以及視覺引導(dǎo)定位等。還有，在食品行業(yè)包裝和裝瓶操作中需要使用機(jī)器視覺系統(tǒng)。2022年我國機(jī)器視覺投資數(shù)量共42起，投資金額達(dá)77．41億元。如凌云光、奧比中光兩家企業(yè)先后在在科創(chuàng)板掛牌上市，大幀科技完成千萬元Pre-A輪融資博視像元獲近億元天使輪融資，梅卡曼德完成C+輪融資等等。現(xiàn)下的機(jī)器視覺賽道，可謂是神仙打架，隨著AI技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的落地應(yīng)用，越來越多的企業(yè)涌入，競爭也愈演愈烈。機(jī)器視覺行業(yè)發(fā)展歷程相較于歐美發(fā)達(dá)國家，我國機(jī)器視覺行業(yè)起步較晚。早在1970s-1980s，CCD圖像傳感器出現(xiàn)，CPU、DSP等圖像處理硬件技術(shù)進(jìn)步，國外機(jī)器視覺開始發(fā)展。國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)啟蒙于1990s，2003年以前以代理國外品牌業(yè)務(wù)為主，2004-2012期間國內(nèi)市場快速發(fā)展，企業(yè)爭先涌出，2013年之后中國正式成為繼歐美、日本之后機(jī)器視覺的第三市場，正處在快速發(fā)展階段。與人類視覺相比，機(jī)器視覺在量化程度、灰度分辨力、空間分辨力和觀測速度等方面都存在顯著優(yōu)勢。其利用相機(jī)、鏡頭、光源和光源控制系統(tǒng)采集目標(biāo)物體數(shù)據(jù)，借助視覺控制系統(tǒng)、智能視覺軟件和數(shù)據(jù)算法庫進(jìn)行圖形分析和處理，軟硬系統(tǒng)相輔相成，為下游自動化、智能化制造行業(yè)賦予視覺能力。隨著深度學(xué)習(xí)、3D視覺技術(shù)、高精度成像技術(shù)和機(jī)器視覺互聯(lián)互通技術(shù)的發(fā)展，機(jī)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。中國機(jī)器視覺行業(yè)現(xiàn)狀中國市場已成為全球機(jī)器視覺市場規(guī)模增長最快的市場之一。據(jù)統(tǒng)計，2018-2021年，中國機(jī)器視覺市場規(guī)模由102億元增至181億元，期間CAGR為21．07%。出于宏觀經(jīng)濟(jì)回暖、新基建投資增加、數(shù)據(jù)中心建設(shè)加速、制造業(yè)自動化等推進(jìn)因素，預(yù)計2021年至2025年，中國機(jī)器視覺行業(yè)市場規(guī)模將以21．4%的復(fù)合增長率增長，至2025年將達(dá)393億元，下游應(yīng)用拓展為行業(yè)主要增長點，市場潛力巨大。資本推動是機(jī)器視覺行業(yè)高速發(fā)展的重要因素之一。機(jī)器視覺領(lǐng)域是近幾年融資熱點領(lǐng)域，近年來國內(nèi)主要機(jī)器視覺生產(chǎn)研究參與者多次獲得大額融資，大量的資本投入加速了行業(yè)的研發(fā)過程，并進(jìn)一步帶動市場拓展。2015年以來，我國機(jī)器視覺領(lǐng)域的投融資事件數(shù)量和融資金額整體上呈增長態(tài)勢。據(jù)IT桔子數(shù)據(jù)，