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機器視覺可以說是工業智能控制設備的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、產品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設備定位，都是機器視覺技術發揮的舞臺。隨著微處理器、半導體技術的進步，以及勞動力成本上升和高質量產品的需求，機器視覺在工業控制領域的應用不斷深入，市場規模不斷擴大。讓我們一起來看一下機器視覺的基本內涵、行業發展現狀和未來趨勢。 什么是機器視覺？ 據羿戓設計所了解，機器視覺系統的原理是計算機或圖像處理器以及相關設備來模擬人類視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息進行處理，獲得相關視覺信息，并加以理解，最終用于實際檢測和控制等領域。機器視覺是將圖像轉換成數字信號進行分析處理的技術，涉及人工智能、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領域。 機器視覺讓機器擁有了像人一樣的視覺功能，能更好地實現各種檢測、測量、識別和判斷功能。隨著各類技術的不斷完善，機器視覺下游應用領域也不斷拓寬，從最開始主要用于電子裝配檢測，已發展到在識別、檢測、測量和機械手定位等越來越廣泛的工業應用領域。速度快、信息量大、功能多也日益成為機器視覺技術的主要特點。 表1：機器視覺的主要應用領域 資料來源：中國產業信息網 與人類視覺相比，機器視覺的優勢極為明顯。如，機器視覺可以在各種惡劣環境下進行高速在線檢測，同時還能夠在長時間內不間斷進行工作。 表2：機器視覺與人類視覺的比較 機器視覺行業從萌芽到壯大 一般而言，機器視覺產業鏈主要包括上游的零部件級市場、中游的系統集成/整機裝備市場和下游的應用市場。其中，上游零部件市場主要包括光源、鏡頭、工業相機、圖像采集卡、圖像處理軟件等軟硬件提供商；中游主要有集成和整機設備提供商；行業下游市場主要是電子制造業、汽車、物流、印刷包裝、煙草、食品飲料、醫藥等領域。 相比發達國家，我國機器視覺起步較晚，市場規模不大。近年來，隨著智能制造產業發展的需求、國家政策的大力扶持，我國機器視覺行業迎來了快速發展，行業專利數量不斷增加，市場快速增長。據高工產業機器人研究所（GGII）數據顯示，2011年我國機器視覺行業市場規模約為10.8億元；2013年達到35.4億元，同比增長55.9%；2015年為61.2億元，同比增長28.6%；到2016年，市場規模達到69.4億元，同比增長13.4%，約占全球市場15%的份額。預計到2020年，市場規模將超過120億元，2017-2020年年均增速將達15%以上。 圖1：2011-2020年我國機器視覺行業市場規模（單位：億元） 資料來源：高工產業機器人研究所（GGII） 那么，迅猛發展的機器視覺行業，什么是推動其長期增長的關鍵因素呢？主要是應用需求空間廣。隨著工廠內部對質量檢測要求和自動化、智能化需求的不斷提升，機器視覺行業迎來快速發展。在智能制造過程中，人們通常將機器視覺系統廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。目前機器視覺產品終端市場2/3為電子制造、汽車制造和市政交通行業所占據，其余市場份額包括食品、包裝機械、印刷等行業需求，并且這些行業對機器視覺產品的需求仍然在大幅增長。從行業應用來看，電子制造行業仍然是拉動需求的主要因素。但從未來發展前景來看，食品、包裝機械等行業自動化水平會進一步提升，對機器視覺產品需求值得期待。此外，機器視覺行業的技術進步等也是其快速發展的主要因素。 全球機器視覺行業的“逐鹿者” 目前，全球機器視覺行業呈現“寡頭”主導局面，美國康耐視、日本基恩士兩大巨頭幾乎壟斷了全球50%以上的市場份額。 美國康耐視：全球機器視覺專家 康耐視（Cognex Corp）公司成立于1981年，是為制造自動化領域提供視覺系統、視覺軟件、視覺傳感器和工業讀碼器的全球領先廠商，總部位于美國馬薩諸塞州波士頓附近的Natick郡。2017年，康耐視公司銷售收入約為7.48億美元，同比增長43.6%，2013-2017年復合年均增長率高達22%。其中，機器視覺及工業讀碼產品在消費電子（顯示屏制造、移動和可穿戴設備裝配等）、汽車、物流等行業的銷售收入占比分別為40%、25%、10%，在上述行業典型的機器視覺應用主要包括檢測缺陷、監控生產線、引導裝配機器人以及跟蹤、分類和識別零件等。 圖2：康耐視公司銷售收入（單位：百萬美元）及2017年銷售收入分行業占比 資料來源：康耐視公司2017年財務報告 圖3：康耐視公司主要產品展示 資料來源：康耐視公司網站 日本基恩士：機器視覺行業領跑者 基恩士成立于1972年，總部位于日本大阪，全球員工6600余人，是開發與制造傳感設備的世界領先者，主要產品包括傳感器、測量儀器、機器視覺系統、控制系統（PLC等）激光刻印機、數碼顯微鏡、安全保護器、靜電消除器等。2018財年（截止到2018年3月20日），基恩士公司銷售收入為49.7億美元，同比增長27.7%；凈利潤為19.9億美元，同比增長37.5%。 與美國康耐視相比，基恩士公司的產品更加廣泛，機器視覺系統產品僅僅是其眾多產品中的一員。基恩士公司的機器視覺系統產品主要包括高速大容量智能引導式視覺系統產品系列、全定義視覺系統產品系列等。 圖4：基恩士公司主要產品展示 資料來源：基恩士公司網站 中國的機器視覺公司 與美國康耐視、日本基恩士等大企業相比，我國機器視覺公司規模較小。據高工產業機器人研究所（GGII）數據顯示，目前國內機器視覺企業有近400家，主要分布在珠三角、長三角及環渤海地區，涵蓋從光源、工業相機、工業鏡頭、圖像采集卡以及智能相機等所有機器視覺產業鏈產品。GGII通過對行業的梳理與調研，總結出2015年中國機器視覺公司營收TOP20排行榜，其中Top20公司營收總額在32.8億元左右。若除去公司中非視覺業務收入，中國機器視覺Top20公司營收約占中國整體市場規模37%左右。 圖5：2015年中國機器視覺公司排行榜 資料來源：高工產業機器人研究所（GGII） 機器視覺行業的發展趨勢 機器視覺發展至今，早已不是單一的應用產品。機器視覺的軟硬件產品已逐漸成為生產制造各個階段的必要部分。在機器視覺行業，新標準和新技術正在以前所未有的速度發展。 一是人工智能（AI）技術將在機器視覺行業中得到深度應用。AI技術的運用，將使機器視覺具有超越現有解決方案的能力，勝任更具有挑戰性的應用，使機器思考得更像人類。過去十年的一些發展使得在機器視覺中應用深度學習技術成為現實。如，基于神經網絡新技術、圖形處理單元（GPU）足夠強大的計算能力以及豐富的數據，ViDi Systems公司（2017年4月被康耐視公司收購）開發了一款深度學習工業圖像分析軟件ViDi Suite。該軟件基于最先進的機器學習算法，是一款優化可靠的可現場測試的軟件解決方案。它可以完成缺陷探測、零件定位、分類等任務中諸多艱巨挑戰。 二是基于嵌入式的產品將取代板卡式產品。隨著計算機技術和微電子技術的迅速發展，嵌入式系統的應用領域越來越廣泛，嵌入式操作系統開發的產品可靠性高、可維護性好、易于升級換代。基于嵌入式的產品將逐漸取代板卡式的產品是整個行業的發展趨勢。這并不是說板卡式產品已經毫無意義，相比嵌入式系統開發產品而言，板卡式的產品需要更高的技術水平。引進更高技術水平的板卡式視覺產品對于提升國內的機器視覺產品研發實力有很大的幫助。 三是非工業應用或將成為機器視覺增長的關鍵因素。無人駕駛汽車、自動農場設備、無人機應用、智能交通系統、引導性手術和機器視覺的其他非工業用途正在迅速普及，并且通常要求機器視覺的功能不同于工業應用。例如，亞馬遜正在其公司總部進行無人商店的測試，顧客利用機器視覺相機、傳感器和RFID標簽，完成購物。當顧客離開商店時，購物費用將從客戶的亞馬遜賬戶中被自動扣除，這就使得不再發生排隊結賬的情況。阿里巴巴、京東等也都在部署這樣的無人超市。預計在未來的3-5年內，越來越多的零售商會積極擁抱機器視覺技術，并希望這種“移動商店”會成為他們實體店的救星。 結語 當下機器視覺技術已經滲入到我們的日常生活中，以人臉識別為重點，從手機里的美顏APP面目識別功能、人臉相冊分類，到支付寶面部識別身份驗證、儲物柜人臉識別、人臉識別門禁……人臉識別解鎖已經成為智能手機新產品的新標配，曠視科技、商湯科技、云從科技等人工智能新貴無不以機器視覺為其核心技術。在工業領域，工業機器人對物體準確抓取、物流機器人障礙避讓等等都是運用了機器視覺技術。機器視覺是人工智能正在快速發展的一個重要分支。隨著人工智能的爆發，作為代表技術之一的機器視覺，有望迎來更大發展，在智能工廠、無人商店、自動駕駛、機器人等領域掀起新風暴！ 
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