機器視覺可以說是工業(yè)智能控制設(shè)備的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、產(chǎn)品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設(shè)備定位，都是機器視覺技術(shù)發(fā)揮的舞臺。隨著微處理器、半導(dǎo)體技術(shù)的進步，以及勞動力成本上升和高質(zhì)量產(chǎn)品的需求，機器視覺在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，市場規(guī)模不斷擴大。讓我們一起來看一下機器視覺的基本內(nèi)涵、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢。

什么是機器視覺？

機器視覺系統(tǒng)的原理是計算機或圖像處理器以及相關(guān)設(shè)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(guān)視覺信息，并加以理解，最終用于實際檢測和控制等領(lǐng)域。機器視覺是將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行分析處理的技術(shù)，涉及人工智能、計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)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(xiàn)各種檢測、測量、識別和判斷功能。隨著各類技術(shù)的不斷完善，機器視覺下游應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓寬，從最開始主要用于電子裝配檢測，已發(fā)展到在識別、檢測、測量和機械手定位等越來越廣泛的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。速度快、信息量大、功能多也日益成為機器視覺技術(shù)的主要特點。

表1：機器視覺的主要應(yīng)用領(lǐng)域

資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)

與人類視覺相比，機器視覺的優(yōu)勢極為明顯。如，機器視覺可以在各種惡劣環(huán)境下進行高速在線檢測，同時還能夠在長時間內(nèi)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(yè)從萌芽到壯大

一般而言，機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的零部件級市場、中游的系統(tǒng)集成/整機裝備市場和下游的應(yīng)用市場。其中，上游零部件市場主要包括光源、鏡頭、工業(yè)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(shè)備提供商;行業(yè)下游市場主要是電子制造業(yè)、汽車、物流、印刷包裝、煙草、食品飲料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

相比發(fā)達國家，我國機器視覺起步較晚，市場規(guī)模不大。近年來，隨著智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求、國家政策的大力扶持，我國機器視覺行業(yè)迎來了快速發(fā)展，行業(yè)專利數(shù)量不斷增加，市場快速增長。據(jù)高工產(chǎn)業(yè)機器人研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示，2011年我國機器視覺行業(yè)市場規(guī)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(guī)模達到69.4億元，同比增長13.4%，約占全球市場15%的份額。預(yù)計到2020年，市場規(guī)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(yè)市場規(guī)模(單位：億元)

資料來源：高工產(chǎn)業(yè)機器人研究所(GGII)

那么，迅猛發(fā)展的機器視覺行業(yè)，什么是推動其長期增長的關(guān)鍵因素呢?主要是應(yīng)用需求空間廣。隨著工廠內(nèi)部對質(zhì)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(yè)迎來快速發(fā)展。在智能制造過程中，人們通常將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。目前機器視覺產(chǎn)品終端市場2/3為電子制造、汽車制造和市政交通行業(yè)所占據(jù)，其余市場份額包括食品、包裝機械、印刷等行業(yè)需求，并且這些行業(yè)對機器視覺產(chǎn)品的需求仍然在大幅增長。從行業(yè)應(yīng)用來看，電子制造行業(yè)仍然是拉動需求的主要因素。但從未來發(fā)展前景來看，食品、包裝機械等行業(yè)自動化水平會進一步提升，對機器視覺產(chǎn)品需求值得期待。此外，機器視覺行業(yè)的技術(shù)進步等也是其快速發(fā)展的主要因素。

全球機器視覺行業(yè)的“逐鹿者”

目前，全球機器視覺行業(yè)呈現(xiàn)“寡頭”主導(dǎo)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(lǐng)域提供視覺系統(tǒng)、視覺軟件、視覺傳感器和工業(yè)讀碼器的全球領(lǐng)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(fù)合年均增長率高達22%。其中，機器視覺及工業(yè)讀碼產(chǎn)品在消費電子(顯示屏制造、移動和可穿戴設(shè)備裝配等)、汽車、物流等行業(yè)的銷售收入占比分別為40%、25%、10%，在上述行業(yè)典型的機器視覺應(yīng)用主要包括檢測缺陷、監(jiān)控生產(chǎn)線、引導(dǎo)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(yè)占比

資料來源：康耐視公司2017年財務(wù)報告

圖3：康耐視公司主要產(chǎn)品展示

資料來源：康耐視公司網(wǎng)站

日本基恩士：機器視覺行業(yè)領(lǐng)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(fā)與制造傳感設(shè)備的世界領(lǐng)先者，主要產(chǎn)品包括傳感器、測量儀器、機器視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(PLC等)激光刻印機、數(shù)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(chǎn)品更加廣泛，機器視覺系統(tǒng)產(chǎn)品僅僅是其眾多產(chǎn)品中的一員?；魇抗镜臋C器視覺系統(tǒng)產(chǎn)品主要包括高速大容量智能引導(dǎo)式視覺系統(tǒng)產(chǎn)品系列、全定義視覺系統(tǒng)產(chǎn)品系列等。

圖4：基恩士公司主要產(chǎn)品展示

資料來源：基恩士公司網(wǎng)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(yè)相比，我國機器視覺公司規(guī)模較小。據(jù)高工產(chǎn)業(yè)機器人研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)機器視覺企業(yè)有近400家，主要分布在珠三角、長三角及環(huán)渤海地區(qū)，涵蓋從光源、工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、圖像采集卡以及智能相機等所有機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品。GGII通過對行業(yè)的梳理與調(diào)研，總結(jié)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(yè)務(wù)收入，中國機器視覺Top20公司營收約占中國整體市場規(guī)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(chǎn)業(yè)機器人研究所(GGII)

機器視覺行業(yè)的發(fā)展趨勢

機器視覺發(fā)展至今，早已不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品。機器視覺的軟硬件產(chǎn)品已逐漸成為生產(chǎn)制造各個階段的必要部分。在機器視覺行業(yè)，新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)正在以前所未有的速度發(fā)展。

一是人工智能(AI)技術(shù)將在機器視覺行業(yè)中得到深度應(yīng)用。AI技術(shù)的運用，將使機器視覺具有超越現(xiàn)有解決方案的能力，勝任更具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，使機器思考得更像人類。過去十年的一些發(fā)展使得在機器視覺中應(yīng)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)成為現(xiàn)實。如，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、圖形處理單元(GPU)足夠強大的計算能力以及豐富的數(shù)據(jù)，ViDi Systems公司(2017年4月被康耐視公司收購)開發(fā)了一款深度學(xué)習(xí)工業(yè)圖像分析軟件ViDi Suite。該軟件基于最先進的機器學(xué)習(xí)算法，是一款優(yōu)化可靠的可現(xiàn)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(wù)中諸多艱巨挑戰(zhàn)。

二是基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品。隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品可靠性高、可維護性好、易于升級換代?；谇度胧降漠a(chǎn)品將逐漸取代板卡式的產(chǎn)品是整個行業(yè)的發(fā)展趨勢。這并不是說板卡式產(chǎn)品已經(jīng)毫無意義，相比嵌入式系統(tǒng)開發(fā)產(chǎn)品而言，板卡式的產(chǎn)品需要更高的技術(shù)水平。引進更高技術(shù)水平的板卡式視覺產(chǎn)品對于提升國內(nèi)的機器視覺產(chǎn)品研發(fā)實力有很大的幫助。

三是非工業(yè)應(yīng)用或?qū)⒊蔀闄C器視覺增長的關(guān)鍵因素。無人駕駛汽車、自動農(nóng)場設(shè)備、無人機應(yīng)用、智能交通系統(tǒng)、引導(dǎo)性手術(shù)和機器視覺的其他非工業(yè)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(yè)應(yīng)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(biāo)簽，完成購物。當(dāng)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(fā)生排隊結(jié)賬的情況。阿里巴巴、京東等也都在部署這樣的無人超市。預(yù)計在未來的3-5年內(nèi)，越來越多的零售商會積極擁抱機器視覺技術(shù)，并希望這種“移動商店”會成為他們實體店的救星。

結(jié)語

當(dāng)下機器視覺技術(shù)已經(jīng)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(jīng)成為智能手機新產(chǎn)品的新標(biāo)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(shù)。在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機器人對物體準(zhǔn)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(shù)。機器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個重要分支。隨著人工智能的爆發(fā)，作為代表技術(shù)之一的機器視覺，有望迎來更大發(fā)展，在智能工廠、無人商店、自動駕駛、機器人等領(lǐng)域掀起新風(fēng)暴!