探析機器視覺在智能制造中的應(yīng)用

工業(yè)4.0離不開智能制造，智能制造離不開機器視覺。2015年我國機器視覺市場全球占比8.3%，增速超20%，機器視覺為我國工業(yè)自動化打開“新視界”。

智能制造的視覺入口

簡介及分類

機器視覺是指利用相機、攝像機等傳感器，配合機器視覺算法賦予智能設(shè)備人眼的功能，從而進行物體的識別、檢測、測量等功能。機器視覺可以分為工業(yè)視覺、計算機視覺兩類。

機器視覺分類

構(gòu)成及原理

機器視覺系統(tǒng)一般由燈源、鏡頭、工業(yè)相機、圖像采集卡、圖像處理單元和視覺處理軟件構(gòu)成。

機器視覺系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

優(yōu)勢及特點

機器視覺具有高度自動化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境的優(yōu)點。

機器視覺性能優(yōu)勢原理

是實現(xiàn)智能制造的必要手段

如果說工業(yè)機器人是人類手的延伸、交通工具是人類腿的延伸，那么機器視覺就相當(dāng)于人類視覺在機器上的延伸。機器視覺實現(xiàn)了對工件尺寸、形狀、顏色等特征的自動判斷和識別，可以讓機器代替人眼做測量和判斷，是實現(xiàn)工業(yè)自動化和智能化的必要手段。

機器視覺與人類視覺對比

機器視覺應(yīng)用于智能制造領(lǐng)域的功能

機器視覺下游應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)用廣泛

作為一種給機器人帶來視覺功能的關(guān)鍵技術(shù)，機器視覺應(yīng)用廣泛。從工業(yè)視覺到計算機視覺，從人機交互到自動駕駛，從虛擬現(xiàn)實到物體自動識別，機器視覺都能擔(dān)當(dāng)著重要角色。

機器視覺應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)領(lǐng)域

工業(yè)機器人領(lǐng)域的機器視覺下游市場主要是半導(dǎo)體及電子制造、汽車、食品與包裝和制藥行業(yè)，其他如煙草、農(nóng)業(yè)、機械零部件等也是機器視覺應(yīng)用的重要行業(yè)。

機器視覺在包裝機械和機械零部件應(yīng)用示例

機器視覺工業(yè)應(yīng)用情況

工業(yè)領(lǐng)域的機器視覺難點在于精度和速度，要求都在毫米級，且工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)機器人抓手的變動是在三維空間內(nèi)。

基于機器視覺的工業(yè)機器人定位技術(shù)流程

服務(wù)機器人領(lǐng)域

1）掃地機器人

目前實現(xiàn)自主規(guī)避障礙&規(guī)劃路線的掃地機器人的技術(shù)路徑主要有兩類，機器視覺技術(shù)和激光雷達導(dǎo)航技術(shù)?；跈C器視覺的掃地機器人，指通過攝像頭獲取圖像，通過算法實現(xiàn)規(guī)劃路徑、躲避障礙。

不同技術(shù)方案的掃地機器人特點對比

基于機器視覺技術(shù)的掃地機器人，目前主要有兩款產(chǎn)品，一款是iRobot 980，一款是Dyson 360 eye。

iRobot 980和Dyson 360 eye

根據(jù)IFR統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014年全球家務(wù)機器人銷售額達到12億美元，同比增長24%。同時，根據(jù)GFK數(shù)據(jù)，2015年中國掃地機器人市場零售規(guī)模在50億元人民幣左右，這一數(shù)字在2018年將增長至120億元人民幣，市場空間巨大。

2012-2018全球及中國掃地機器人市場空間預(yù)測（億美元）

無人駕駛領(lǐng)域

攝像頭（機器視覺）、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、GPS是無人駕駛汽車感知系統(tǒng)的五大重要傳感器。

攝像頭（機器視覺）與其他四類無人駕駛汽車傳感器的特性對比（點擊大圖更清晰）

根據(jù)麥肯錫、高盛的預(yù)測，在2022年左右，會出現(xiàn)呈一定規(guī)模的的無人駕駛汽車應(yīng)用趨勢。到2030年左右，無人駕駛汽車將進入汽車消費市場。

無人駕駛產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的階段及重要節(jié)點預(yù)測

機器視覺市場規(guī)模概況

全球

根據(jù)American Imaging Association提供的數(shù)據(jù)，全球機器視覺部件及系統(tǒng)市場空間從2010年的25.2億美元增長到2015年的42億美元，年復(fù)合增長率為10.8%。

2010-2015全球機器視覺部件及系統(tǒng)市場空間

在地區(qū)方面，機器視覺主要分布在美國、德國、日本、中國等國家。中國機器視覺產(chǎn)業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展速度快，已成為繼美國和日本之后的全球第三大機器視覺市場。

2014年全球機器視覺市場地區(qū)分布

在應(yīng)用領(lǐng)域方面，工業(yè)機器視覺下游行業(yè)主要為半導(dǎo)體及電子制造，汽車行業(yè)次之。

2015全球機器視覺部件級系統(tǒng)市場分布

中國

我國機器視覺起步于20世紀(jì)80年代，2006 年以前，國內(nèi)機器視覺產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在外資制造企業(yè)，規(guī)模很小。2011 年國內(nèi)機器視覺市場開始啟動，目前行業(yè)正處于快速發(fā)展期，發(fā)展空間大。

我國機器視覺行業(yè)發(fā)展時期

2015年國內(nèi)機器視覺硬件及系統(tǒng)市場規(guī)模22億元人民幣，全球占比8.3%，增速為20.9%，高于全球平均水平。

2010-2018年中國機器視覺市場空間及增速

我國機器視覺行業(yè)競爭格局

整個機器視覺系統(tǒng)中，半導(dǎo)體零部件和軟件開發(fā)占據(jù)成本的80%，其中進口核心零部件和底層軟件開發(fā)占60%生產(chǎn)成本。

機器視覺成本構(gòu)成

目前活躍在我國機器視覺市場上的力量主要可以分為三類：國際綜合自動化工業(yè)公司、國際專門機器視覺廠商、國內(nèi)專門機器視覺公司，其中外資廠商仍然占據(jù)機器視覺市場主導(dǎo)地位，我國機器視覺行業(yè)企業(yè)以產(chǎn)品代理商和系統(tǒng)集成及設(shè)備制造為主，底層開發(fā)商較少。

我國機器視覺市場上的三類力量

國內(nèi)機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈上公司分布

從行業(yè)公司來看，中國的國際機器視覺品牌已超100多家，中國自己的機器視覺企業(yè)也超過102家，機器視覺產(chǎn)品代理商超過200家，專業(yè)的機器視覺系統(tǒng)集成商超過50家。

2007-2013年我國機器視覺企業(yè)數(shù)量及增速