機(jī)器視覺(jué)行業(yè)研究分析及四大典型應(yīng)用場(chǎng)景

產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)

高端制造新軍突起，機(jī)器換人大勢(shì)所趨

新能源、半導(dǎo)體、汽車、航空航天等高端制造業(yè)占比提升，對(duì)工業(yè)智能化水平提出更高要求

隨著先進(jìn)制造在我國(guó)的占比提升，工業(yè)生產(chǎn)線上人眼在精度、效率等方面已不能滿足產(chǎn)業(yè)升級(jí)的要求。如何借助機(jī)器視覺(jué)等智能化技術(shù)替代傳統(tǒng)人工操作，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、降本、增效，成為制造業(yè)的共性需求。未來(lái)隨著“中國(guó)智造 2025”戰(zhàn)略的加速推進(jìn)，工業(yè)制造自動(dòng)化、智能化程度有望不斷加深，機(jī)器視覺(jué)這一技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。

橫向跨行業(yè)拓展：目前，我國(guó)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用以制造業(yè)的電子、平板顯示、汽車、電池等行業(yè)為主，新能源、半導(dǎo)體、醫(yī)療等新興產(chǎn)業(yè)有望加速引入這一技術(shù)。

縱向深度強(qiáng)化：機(jī)器視覺(jué)在各行業(yè)的初始應(yīng)用往往是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的檢測(cè)這一步驟，隨著技術(shù)的普及、成本的下降，機(jī)器視覺(jué)有望在行業(yè)應(yīng)用深度上強(qiáng)化，進(jìn)入到識(shí)別、測(cè)量、定位等其他環(huán)節(jié)。

深度學(xué)習(xí)技術(shù)提升了機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用落地能力，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展

目前主流的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)仍采用傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法，即在結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景下首先將數(shù)據(jù)表示為一組特征，分析特征或輸入模型后，輸出得到預(yù)測(cè)結(jié)果。但隨著機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，傳統(tǒng)方式顯示出通用性低、難以復(fù)制、對(duì)使用人員要求高等缺點(diǎn)。

深度學(xué)習(xí)對(duì)原始數(shù)據(jù)通過(guò)多步特征轉(zhuǎn)換，得到更高維度、更加抽象的特征表示，可以將機(jī)器視覺(jué)的高效率和與人類視覺(jué)的靈活性相結(jié)合，完成復(fù)雜環(huán)境下的檢測(cè)，特別是涉及偏差和未知缺陷的情形。通過(guò)深度學(xué)習(xí)對(duì)模型魯棒性的提升，極大地拓展了機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用場(chǎng)景，使機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)更加具備柔性，加速其在工業(yè)領(lǐng)域的滲透。

尋求邏輯

機(jī)器之眼優(yōu)勢(shì)凸顯，百億賽道長(zhǎng)坡厚雪

機(jī)器之“眼”替代人眼，賦能工業(yè)制造

根據(jù)美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（SME）機(jī)器視覺(jué)分會(huì)等機(jī)構(gòu)的定義，機(jī)器視覺(jué)工作過(guò)程是通過(guò)光學(xué)裝置和非接觸式傳感器自動(dòng)地接收、處理真實(shí)場(chǎng)景的圖像，目的在于獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。?

一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)一般包括光源及光源控制器、鏡頭、相機(jī)、視覺(jué)控制系統(tǒng)（視覺(jué)處理分析軟件及視覺(jué)控制器硬件）等，其中光源及光源控制器、鏡頭、 相機(jī)等硬件負(fù)責(zé)成像，視覺(jué)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行分析、輸出結(jié)果至其他執(zhí)行部件。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的“讀取信息-傳輸信息-處理信息”的過(guò)程與人眼的運(yùn)作機(jī)制對(duì)應(yīng)，可謂人類視覺(jué)在工業(yè)界的延伸。

識(shí)別、測(cè)量、定位、檢測(cè)，機(jī)器視覺(jué)的四大典型應(yīng)用場(chǎng)景

識(shí)別、測(cè)量、定位和檢測(cè)等四大應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)難度依次遞增。

識(shí)別

甄別目標(biāo)物體的物理特征，包括外形、顏色、字符、條碼等，其準(zhǔn)確度和識(shí)別速度是衡量的重要指標(biāo)。常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景是 OCR，讀取零部件上的字母、數(shù)字、字符（例如條形碼、二維碼等）用于溯源。

測(cè)量

把獲取的圖像像素信息標(biāo)定成常用的度量衡單位，再精確計(jì)算出目標(biāo)物體的幾何尺寸，主要應(yīng)用于高精度及復(fù)雜形態(tài)測(cè)量。

定位

獲取目標(biāo)物體的位置信息（二維或是三維），進(jìn)而輔助執(zhí)行后續(xù)操作， 常用于元件對(duì)位、輔助機(jī)器人完成裝配、拾取等。

檢測(cè)

主要針對(duì)目標(biāo)物體的表面狀態(tài)，判斷產(chǎn)品是否存在缺陷，通常用于零部件缺陷、污染物、功能性瑕疵檢測(cè)等。

機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)“一條主線，多點(diǎn)開(kāi)花”

上游：機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要包括以光源、鏡頭、相機(jī)為首的核心零部件和底層的軟件算法庫(kù)。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，上游的零部件和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)幾乎占據(jù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)成本80%。

中游：產(chǎn)業(yè)鏈的中游主要包括視覺(jué)系統(tǒng)和智能視覺(jué)裝備。視覺(jué)系統(tǒng)是光學(xué)成像模塊（眼睛）與圖像處理系統(tǒng)（大腦）的集合體，可以獨(dú)立完成圖像采集功能并基于圖像采集的信息完成預(yù)期的處理工作（如定位、測(cè)量、檢測(cè)和識(shí)別等）。智能視覺(jué)裝備在系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了結(jié)構(gòu)本體和自動(dòng)控制部件，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)/生產(chǎn)工藝的控制和執(zhí)行，給機(jī)器又植入了受大腦控制的“肌肉”和“四肢”。

下游：產(chǎn)業(yè)鏈下游通過(guò)系統(tǒng)集成商致力于將智能視覺(jué)設(shè)備與生產(chǎn)工藝相結(jié)合， 下游面向 3C 電子、汽車制造、新能源等眾多細(xì)分行業(yè)，并隨著技術(shù)滲透率的提升行業(yè)下游呈現(xiàn)“多點(diǎn)開(kāi)花”的態(tài)勢(shì)。

3C電子：落地機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的行業(yè)基本盤，品類滲透加速

全球 3C 電子產(chǎn)業(yè)向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，高精度、換代快等特點(diǎn)助推機(jī)器視覺(jué)技術(shù)迭代，應(yīng)用場(chǎng)景延伸和品類拓展有望持續(xù)推動(dòng)我國(guó)3C行業(yè)機(jī)器視覺(jué)滲透率提升。

由于消費(fèi)類電子行業(yè)元器件尺寸較小，檢測(cè)要求高，天然適合機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)落地，其高精度要求也反向推動(dòng)了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的革新。此外，消費(fèi)類電子行業(yè)產(chǎn)品生命周期短、更新?lián)Q代快，制造企業(yè)需要頻繁更換產(chǎn)線設(shè)備，進(jìn)一步增加了對(duì)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的需求。未來(lái)，隨著機(jī)器視覺(jué)在3C制造中的應(yīng)用場(chǎng)景由低精度的二維碼、字符識(shí)別進(jìn)一步延伸至超越人眼極限的高精度組裝與加工，機(jī)器視覺(jué)在3C電子行業(yè)的滲透率有望持續(xù)提升。

非工業(yè)：傳媒、安防、物流、交通等消費(fèi)級(jí)應(yīng)用正成為新發(fā)展方向

機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用方向包含工業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)，產(chǎn)業(yè)邊界趨于模糊。根據(jù)機(jī)器視覺(jué)聯(lián)盟 （CMVU）的數(shù)據(jù)，用于消費(fèi)電子、半導(dǎo)體與新能源等板塊的工業(yè)級(jí)機(jī)器視覺(jué)合 計(jì)占比 79.8%；相比之下，用于消費(fèi)級(jí)機(jī)器視覺(jué)的安防與監(jiān)控、物流分揀以及智 慧交通等領(lǐng)域占比僅 17.0%，但份額逐年提升。

隨著 AI 和 5G 技術(shù)的商用落地，機(jī)器視覺(jué)不再局限于工業(yè)領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)結(jié)合三維重建、動(dòng)作/表情捕捉、渲染等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)人臉、表情、動(dòng)作、衣物的還原， 構(gòu)建模擬逼真的人物形象，此外還可利用人臉識(shí)別、動(dòng)作識(shí)別、物體追蹤等技術(shù)模擬人的視覺(jué)能力。因此，機(jī)器視覺(jué)在影視、游戲、直播、文旅等領(lǐng)域還有施展拳腳的空間。

競(jìng)爭(zhēng)壁壘

技術(shù)實(shí)力決定產(chǎn)品層次，國(guó)產(chǎn)代替方興未艾 ? 機(jī)器視覺(jué)核心價(jià)值集中于產(chǎn)業(yè)鏈上游，硬件工藝與軟件算法決定產(chǎn)品技術(shù)天花板。機(jī)器視覺(jué)設(shè)備價(jià)值可拆分為上游零部件與軟件、中游組裝集成與售后維護(hù)，其中上游占據(jù)了80%價(jià)值量，技術(shù)壁壘最高；硬件部分當(dāng)中工業(yè)相機(jī)價(jià)值占比達(dá) 50% 以上，由圖像傳感器、圖像采集卡與各類芯片組成，技術(shù)壁壘極高。

? 技術(shù)路徑多線匯集，機(jī)器視覺(jué)公司各有所長(zhǎng)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由多個(gè)軟、硬件產(chǎn)品組成，基于同一技術(shù)平臺(tái)的部件集成有利于系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，但由于其中各部件技術(shù)路徑相對(duì)獨(dú)立，行業(yè)內(nèi)多數(shù)企業(yè)都只專注于其中一個(gè)或幾個(gè)部件，自主化領(lǐng)域各有不同。 ?

3D視覺(jué)前景廣闊，技術(shù)迭代打開(kāi)應(yīng)用空間

2D機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有局限性，3D可以作為有效補(bǔ)充。使用2D機(jī)器視覺(jué)技術(shù) 可以獲取二維圖像，在三個(gè)自由度（x、y和旋轉(zhuǎn)）上定位被攝目標(biāo)，并基于灰度、對(duì)比度的特征進(jìn)行分析。但2D技術(shù)存在無(wú)法提供物體高度、平面度、表面角度、體積等三維信息、易受光照變化影響、對(duì)物體運(yùn)動(dòng)敏感等局限性。3D 技術(shù)增加了旋轉(zhuǎn)、俯仰、橫擺三個(gè)維度，更能還原真實(shí)立體世界，通過(guò)3D視覺(jué)傳感器采集3D輪廓信息，形成3D點(diǎn)云，實(shí)現(xiàn)平面度、翹曲度、段差、曲面輪廓度等3D尺寸量測(cè)。 ? 工業(yè)控制對(duì)精度、柔性的要求高，場(chǎng)景還原度更好、魯棒性更強(qiáng)的3D有望加速滲透。盡管目前2D視覺(jué)可以滿足絕大部分行業(yè)對(duì)檢測(cè)的需求，但涉及到立體工件、精度要求高的檢測(cè)仍需3D視覺(jué)來(lái)配合。通過(guò)增加3D視覺(jué)模塊，增加工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感知能力，可以拓寬應(yīng)用場(chǎng)景。 ? 例如，3D視覺(jué)能使機(jī)器人更加精準(zhǔn)地定位被操作物，實(shí)現(xiàn)更高難度的不規(guī)則包裹抓取、非標(biāo)金屬部件焊接等操作，機(jī)器人柔性大幅提升。根據(jù) MIR 的預(yù)測(cè)，搭載3D視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人滲透率將有望從 2021 年的 4%提升至 2025 年的 10.5%，出貨量CAGR達(dá) 46%。 ?

? 3D視覺(jué)仍處于探索初期，具備核心技術(shù)的廠商有望率先受益。隨著5G技術(shù)的推廣普及，人工智能和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將迎來(lái)快速發(fā)展，推動(dòng)視覺(jué)技術(shù)加速?gòu)?2D成像向3D視覺(jué)感知跨越。根據(jù)2019年Gartner 新興技術(shù)發(fā)展周期曲線圖，3D視覺(jué)感知概念已經(jīng)突破了早期的期望膨脹期，并逐漸步入產(chǎn)業(yè)化前的重要發(fā)展階段，不斷探索潛在的細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用，尋找潛在的增長(zhǎng)拐點(diǎn)。在這一新領(lǐng)域逐步走向成熟的過(guò)程中，具備創(chuàng)新能力、掌握核心技術(shù)的公司有望率先受益。 ?

編輯：黃飛

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