機(jī)器視覺(jué)行業(yè)研究

機(jī)器視覺(jué)行業(yè)研究1.

機(jī)器視覺(jué)：人類(lèi)的“機(jī)器之眼”1.1.

機(jī)器替代人眼，高效、高速、高精度優(yōu)勢(shì)顯著美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（SME）機(jī)器視覺(jué)分會(huì)和美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RIA)自動(dòng)化視

覺(jué)分會(huì)對(duì)于“機(jī)器視覺(jué)”的定義是，“機(jī)器視覺(jué)使用光學(xué)器件進(jìn)行非接觸感知，自動(dòng)

接收并解釋一個(gè)來(lái)自真實(shí)場(chǎng)景的圖像，以獲取信息并控制機(jī)器與流程”。即通過(guò)機(jī)器

實(shí)現(xiàn)人眼視覺(jué)和理解的技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)作為一項(xiàng)綜合技術(shù)可以代替人眼做識(shí)別、測(cè)量、判斷。其包括圖像處理、

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(jì)

算機(jī)軟硬件技術(shù)等。一個(gè)完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常是指通過(guò)工業(yè)相機(jī)、鏡頭、光源

等設(shè)備的配合，將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，傳遞給圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分

布和亮度、灰度等信息，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行針對(duì)需求

的運(yùn)算抽取目標(biāo)特征，從而根據(jù)判別結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作。目前，機(jī)器

視覺(jué)主要應(yīng)用在智能制造，其下游應(yīng)用廣泛，已經(jīng)在汽車(chē)制造、消費(fèi)電子、醫(yī)療制

藥、食品包裝、服務(wù)機(jī)器人、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)放量，未來(lái)前景可期。機(jī)器視覺(jué)按照功能可以大致區(qū)分為識(shí)別、定位、測(cè)量、檢測(cè)、引導(dǎo)五類(lèi)。（1）識(shí)別：機(jī)器視覺(jué)可以對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，用于對(duì)一些一維碼或二維

碼的解碼、光學(xué)字符的識(shí)別與確認(rèn)、顏色及形狀的識(shí)別等；（2）機(jī)器視覺(jué)采用先進(jìn)的圖像視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)全面

視覺(jué)定位分析，主要用于自動(dòng)生產(chǎn)及裝配；（3）機(jī)器視覺(jué)可以在非接觸的情況下，對(duì)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行高精度的測(cè)量，以確定產(chǎn)品

外觀的尺寸是否存在誤差；（4）機(jī)器視覺(jué)可以用于產(chǎn)品表面的精密檢測(cè)，包括目標(biāo)方向及位置檢測(cè)，檢測(cè)產(chǎn)品

表面的壓傷、破損、刮傷、臟污、變形等問(wèn)題，及印刷表面的瑕疵檢測(cè)等；（5）機(jī)器視覺(jué)普遍應(yīng)用于智能制造的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)大范圍

應(yīng)用于自動(dòng)化流水線，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以在機(jī)器人操作過(guò)程中幫助機(jī)器人實(shí)時(shí)了解

工作環(huán)境的變化，相應(yīng)的調(diào)整動(dòng)作以保證任務(wù)的正確完成。相對(duì)于人類(lèi)視覺(jué)，機(jī)器視覺(jué)具有高效率、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨

率精度和速度。尤其是機(jī)器視覺(jué)的灰度分辨率很強(qiáng)，一般可以使用

256

灰度級(jí)，其

采集系統(tǒng)具有

10bit、12bit、16bit等灰度，可以彌補(bǔ)人類(lèi)視覺(jué)在灰度分辨上的缺

陷（64

灰度級(jí)）；機(jī)器視覺(jué)現(xiàn)有

4K*4K的面陣攝像機(jī)和

8K的線陣攝像機(jī)，通過(guò)備

置各種光學(xué)鏡頭，可以觀測(cè)小到微米、大到天體的目標(biāo)；另外隨著工業(yè)相機(jī)技術(shù)進(jìn)

步，機(jī)器快門(mén)時(shí)間速度加快達(dá)

10

微秒級(jí)別，高速相機(jī)幀率可超過(guò)

1000

以上。1.2.

產(chǎn)業(yè)鏈：上游核心零部件，下游應(yīng)用廣泛機(jī)器視覺(jué)的產(chǎn)業(yè)鏈可以按上中下游進(jìn)行區(qū)分。上游是機(jī)器視覺(jué)底層開(kāi)發(fā)商，即核心

零部件及軟件提供商。核心零部件主要包括光源、相機(jī)、鏡頭、圖像采集卡，其中

軟件主要是指圖像處理軟件。在目前整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的成本構(gòu)成中，零部件及軟

件開(kāi)發(fā)占據(jù)了

80%的比例，是產(chǎn)業(yè)鏈中絕對(duì)的核心環(huán)節(jié)和價(jià)值獲取者。中游是機(jī)器

視覺(jué)二次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)集成和軟件服務(wù)商，主要根據(jù)上游產(chǎn)品以及下游需求進(jìn)行集成

整合，越來(lái)越多上游企業(yè)向中游業(yè)務(wù)擴(kuò)展延伸，形成自有的完整解決方案。機(jī)器視

覺(jué)下游的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涉及到多種制造及服務(wù)行業(yè)，主要應(yīng)用于汽車(chē)制造、

消費(fèi)電子、食品包裝、醫(yī)療制藥以及服務(wù)機(jī)器人。機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵是上游與下游。由于中國(guó)國(guó)產(chǎn)品牌的核心技術(shù)逐步追趕，逐

漸推出一系列國(guó)產(chǎn)核心零部件及底層軟件，本土的機(jī)器視覺(jué)上游企業(yè)市場(chǎng)地位不斷

提高，可以制造并維護(hù)自有產(chǎn)品，直接對(duì)接于下游的多樣化需求，中游單純的系統(tǒng)

集成商的空間相對(duì)縮小。而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)品成本構(gòu)成的主要部分是核心零部件以

及軟件開(kāi)發(fā)，兩項(xiàng)分別占據(jù)整體成本的

45%與

35%，而組裝集成與維護(hù)共占據(jù)成本

的

20%，為上游企業(yè)向中游業(yè)務(wù)拓展提供了便利，因?yàn)橄鄬?duì)于額外的成本，完整的

機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品對(duì)其更具有吸引力。2.

機(jī)器視覺(jué)由外到內(nèi)全球加速，國(guó)內(nèi)企業(yè)奮起直追2.1.

機(jī)器視覺(jué)概念出現(xiàn)于海外，全球產(chǎn)業(yè)技術(shù)持續(xù)發(fā)展1947

年，貝爾實(shí)驗(yàn)室中威廉·肖克利與團(tuán)隊(duì)共同發(fā)明晶體管，翻開(kāi)半導(dǎo)體行業(yè)的篇

章，半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展為機(jī)器視覺(jué)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。1950

年

Gibson首先提

出“光流”的概念，即空間運(yùn)動(dòng)物體在觀察成像平面上的像素運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，利

用圖像序列中像素在時(shí)間域上的變化以及相鄰幀之間的相關(guān)性來(lái)找到上一幀跟當(dāng)前

幀之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而衍生出計(jì)算相鄰幀之間物體的運(yùn)動(dòng)信息的方法，這標(biāo)

志著“像素”作為最小單位開(kāi)始進(jìn)入影像統(tǒng)計(jì)的計(jì)算模式。1969

年，第一片

CCD圖像傳感器誕生，為機(jī)器視覺(jué)行業(yè)開(kāi)啟了數(shù)碼圖像采集的大

門(mén)，自此人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的各個(gè)領(lǐng)域都與圖像和視覺(jué)結(jié)下了不解之緣。在半導(dǎo)體行業(yè)

誕生與發(fā)展的同時(shí)，機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的發(fā)展也已拉開(kāi)帷幕。20

世紀(jì)

70

年代，麻省理

工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立了計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究小組，并開(kāi)設(shè)了“機(jī)器視覺(jué)”課程，

吸引了許多知名學(xué)者參與機(jī)器視覺(jué)的理論、算法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等研究。機(jī)器視覺(jué)的研究繼續(xù)深入。在

60

年代

Roberts提出的“積木世界”及

70

年代

Marr提出的“自下而上”捕捉視覺(jué)信息并通過(guò)三個(gè)層次進(jìn)行過(guò)程處理等基礎(chǔ)上，從二維

圖像提取三維信息的研究加速；圖像處理和分析的并行算法、目標(biāo)制導(dǎo)的圖像處理

等分支出現(xiàn)。20

世紀(jì)

80

年代，機(jī)器視覺(jué)蓬勃發(fā)展，CPU、DSP芯片等圖像處理硬

件技術(shù)飛速進(jìn)步，OCR識(shí)別、智能攝像頭等技術(shù)問(wèn)世。新理念、新方法、新理論不

斷涌現(xiàn)，最具代表性的是出現(xiàn)了主動(dòng)視覺(jué)學(xué)派、目的視覺(jué)學(xué)派等。90

年代，視覺(jué)企業(yè)成立，第一代圖像處理產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。LED燈、傳感器、工業(yè)相

機(jī)、鏡頭及視覺(jué)控制結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)迅速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完整，吸引大量企業(yè)進(jìn)入機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)市場(chǎng)，也推動(dòng)相關(guān)技術(shù)投入生產(chǎn)制造實(shí)踐。2000年以來(lái)，機(jī)器視覺(jué)進(jìn)入快速發(fā)展期。高速3D掃描系統(tǒng)和熱影像系統(tǒng)逐步問(wèn)世，

LED光源廣泛運(yùn)用于智能制造場(chǎng)景，機(jī)器視覺(jué)滲透各種行業(yè)的生產(chǎn)制造應(yīng)用中。按

照應(yīng)用的領(lǐng)域與細(xì)分技術(shù)的特點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)進(jìn)一步可以分為工業(yè)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)

兩類(lèi)，相應(yīng)的，其應(yīng)用領(lǐng)域可以劃分為智能制造和智能生活兩類(lèi)，涵蓋工業(yè)制造、

自動(dòng)焊接、醫(yī)學(xué)診斷、跟蹤報(bào)警、移動(dòng)機(jī)器人、指紋識(shí)別、模擬戰(zhàn)場(chǎng)、智能交通、

醫(yī)療、無(wú)人機(jī)與無(wú)人駕駛、智能家居等等。目前，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)正處于不斷突破、

走向成熟的階段，仍處于高速發(fā)展時(shí)期，具有良好的發(fā)展?jié)摿ΑＨ驒C(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模處于擴(kuò)張期。雖然機(jī)器視覺(jué)屬于新興技術(shù)，發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，

但已經(jīng)形成了從上到下、多行業(yè)領(lǐng)域并行的市場(chǎng)。中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2018

年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)

88

億美元，2019

年超過(guò)

100

億美元。GrandView預(yù)測(cè)，2025

年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)空間將超過(guò)

180

億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)

7.7%。2.2.

中國(guó)本土企業(yè)奮起直追，海外企業(yè)主導(dǎo)下仍有差距相比全球，中國(guó)的機(jī)器視覺(jué)相關(guān)技術(shù)由于起步較晚而發(fā)展較慢。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)的發(fā)

展進(jìn)程起步于中國(guó)工業(yè)化加速時(shí)期，1999-2003

年是中國(guó)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的啟蒙階段，

國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)的機(jī)器視覺(jué)人才；2004

年后邁入產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，機(jī)器視覺(jué)企業(yè)

開(kāi)始探索和研發(fā)自主產(chǎn)品并取得一些突破；近十年，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)從發(fā)展中期

邁向高速發(fā)展時(shí)期。目前，中國(guó)已有近百家機(jī)器視覺(jué)相關(guān)企業(yè)，從事消費(fèi)電子、汽

車(chē)制造、安防、醫(yī)療、食品及金融等各個(gè)領(lǐng)域。（1）啟蒙階段（1999-2003）：中國(guó)企業(yè)主要通過(guò)代理業(yè)務(wù)對(duì)客戶(hù)進(jìn)行服務(wù)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)首先進(jìn)入品質(zhì)要求較高

的行業(yè)。中國(guó)企業(yè)在代理機(jī)器視覺(jué)服務(wù)的同時(shí)對(duì)國(guó)際吸納進(jìn)的機(jī)器視覺(jué)理念和技術(shù)

進(jìn)行吸收消化；國(guó)內(nèi)跨專(zhuān)業(yè)的機(jī)器視覺(jué)人才作為該階段的先行者，從了解圖像的采

集和傳輸過(guò)程、理解圖像的品質(zhì)優(yōu)劣，到初步利用國(guó)外視覺(jué)軟硬件產(chǎn)品搭建簡(jiǎn)單的

機(jī)器視覺(jué)初級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，逐漸掌握了國(guó)外簡(jiǎn)單的機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品的功能及應(yīng)用。通過(guò)

極為廣泛而艱辛的市場(chǎng)宣傳和推廣、技術(shù)交流和培訓(xùn)、項(xiàng)目輔導(dǎo)等過(guò)程，引導(dǎo)客戶(hù)

對(duì)機(jī)器視覺(jué)的理解和認(rèn)知，培養(yǎng)客戶(hù)需求與豐富產(chǎn)品品類(lèi)同步進(jìn)行，開(kāi)啟了中國(guó)機(jī)

器視覺(jué)的歷史進(jìn)程。一些對(duì)成本不敏感又對(duì)品質(zhì)要求較高的工業(yè)領(lǐng)域率先引入了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，如特種

印刷及煙草行業(yè)。機(jī)器視覺(jué)為人民幣的印刷質(zhì)量和自動(dòng)化水平提升、統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

等做出了杰出的貢獻(xiàn)。煙草行業(yè)是中國(guó)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)入煙葉異

物剔除、包裝檢測(cè)等方面工序，替代人工的同時(shí)也大幅提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效

率。在特種印刷和煙草這兩個(gè)行業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的成功應(yīng)用讓更多工程技術(shù)人員和

企業(yè)家關(guān)注到視覺(jué)技術(shù)帶給自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)獨(dú)特的價(jià)值和應(yīng)用前景，行業(yè)進(jìn)入發(fā)展階段。（2）發(fā)展階段（2004-2007）：中國(guó)本土企業(yè)開(kāi)始探索研發(fā)自主核心技術(shù)，投入機(jī)器視覺(jué)軟硬件，多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域取

得了關(guān)鍵的突破。繼

Cognex、Balser、DataTranslation等國(guó)際機(jī)器視覺(jué)頂級(jí)廠商

在國(guó)內(nèi)選擇在本地合作伙伴之后，國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)始自主研發(fā)核心技術(shù)及軟硬件，陸續(xù)

推出了全系列模擬接口和

USB2.0

接口的相機(jī)和采集卡，逐漸占據(jù)了入門(mén)級(jí)市場(chǎng)；

PCB檢測(cè)、SMT檢測(cè)等國(guó)產(chǎn)設(shè)備迅速興起，憑借產(chǎn)品性?xún)r(jià)比和服務(wù)的優(yōu)勢(shì)填補(bǔ)了國(guó)

內(nèi)相關(guān)市場(chǎng)需求；同時(shí)

LCD的前道檢測(cè)設(shè)備等高端設(shè)備也開(kāi)始在國(guó)內(nèi)落地。隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求勃發(fā)，越來(lái)越多客戶(hù)開(kāi)始尋求視覺(jué)檢測(cè)方案，機(jī)器視覺(jué)可以解決

精確測(cè)量問(wèn)題并更好的提高他們的產(chǎn)品質(zhì)量。汽車(chē)、制藥、包裝等行業(yè)由于國(guó)外制

造業(yè)逐漸向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移，客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求提升，大批自動(dòng)化領(lǐng)域的系統(tǒng)集成商熟

悉并使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)；國(guó)內(nèi)棉紡、農(nóng)作物分類(lèi)、鋼鐵、紙張等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始廣

泛嘗試機(jī)器替代人工，提升質(zhì)量與效率。（3）高速發(fā)展階段（2008

年至今）：國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)水平奮起直追，大量專(zhuān)業(yè)人才推動(dòng)行業(yè)高速發(fā)展。中國(guó)國(guó)內(nèi)本土

機(jī)器視覺(jué)企業(yè)經(jīng)過(guò)近十年的沉淀積累，涌現(xiàn)了大批優(yōu)秀的機(jī)器視覺(jué)核心器件研發(fā)廠

商，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)研發(fā)培養(yǎng)了大量的系統(tǒng)工程師。視覺(jué)技術(shù)在半導(dǎo)體、PCB板材、

SMT貼片、LCD屏、軍工、汽車(chē)部件等精加工行業(yè)廣泛應(yīng)用，尤其在消費(fèi)電子類(lèi)產(chǎn)

品如手機(jī)、電腦硬件產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的引導(dǎo)、測(cè)量、檢驗(yàn)中貢獻(xiàn)了重要力量。隨全球

制造中心向中國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)已經(jīng)是繼美國(guó)、日本之后第三大機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)。機(jī)器視覺(jué)在全球的發(fā)展歷史不過(guò)半個(gè)多世紀(jì)，中國(guó)的發(fā)展歷程更為短暫而飛速。伴

隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)水平進(jìn)步，特別是

3C電子行業(yè)自動(dòng)化的普及和深入，本土的

機(jī)器視覺(jué)行業(yè)獲得了空前的發(fā)展機(jī)遇，進(jìn)入了高速發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較分散，在上游核心零部件方面國(guó)外企業(yè)占據(jù)更大的市

場(chǎng)份額和規(guī)模優(yōu)勢(shì)。雖然經(jīng)過(guò)近

30

年的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)在中國(guó)已經(jīng)取得了一定

的成績(jī)，行業(yè)也初步形成一定的規(guī)模，但本土機(jī)器視覺(jué)企業(yè)在研發(fā)技術(shù)實(shí)力、市場(chǎng)

競(jìng)爭(zhēng)力上較國(guó)際品牌產(chǎn)品仍有較大差距和未來(lái)發(fā)展空間。一部分原因是本土機(jī)器視

覺(jué)行業(yè)起步于產(chǎn)品代理，自主研發(fā)基礎(chǔ)較為薄弱。國(guó)內(nèi)大部分機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷(xiāo)售規(guī)模較小。2017

年，美國(guó)康耐視作為全球最具代表性

的機(jī)器視覺(jué)公司營(yíng)業(yè)收入達(dá)到

48.9

億元，同比增長(zhǎng)

35.3%。而根據(jù)中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)

業(yè)聯(lián)盟企業(yè)

2017

年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷(xiāo)售額絕大部分集中于

1

億

元一下。國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷(xiāo)售額在

1000-3000

萬(wàn)范圍的企業(yè)數(shù)量最多，占國(guó)內(nèi)機(jī)

器視覺(jué)企業(yè)總數(shù)的

31.8%；3000-5000

萬(wàn)的企業(yè)數(shù)量最少，占比

13.2%；銷(xiāo)售額

1

億以上的企業(yè)占比為

16.5%；1000

萬(wàn)以下的企業(yè)占比

19.8%；銷(xiāo)售額

5000

萬(wàn)-1

億的企業(yè)占比

18.7%。3.

產(chǎn)業(yè)鏈上游：核心零部件和軟件提供商3.1.

光源：視覺(jué)照明的重要設(shè)計(jì)光源在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中是重要的外部環(huán)境器件，對(duì)圖像采集的精確度與適配度具有

重要影響，可以為后續(xù)的圖像識(shí)別、分析與測(cè)量提供基礎(chǔ)的圖像信息。合適的視覺(jué)

照明方案將被測(cè)物體與環(huán)境背景盡量區(qū)分，同時(shí)清楚的顯示被測(cè)目標(biāo)的關(guān)鍵信息。照明的質(zhì)量和適宜性是創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大和及時(shí)的視覺(jué)檢查的關(guān)鍵方面。為了設(shè)計(jì)一個(gè)

有效的視覺(jué)照明解決方案，除了解照明類(lèi)型、技術(shù)、幾何形狀、濾波、傳感器特性

和顏色之外，還需要對(duì)檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行全面的分析，包括樣品表現(xiàn)和樣品與光線的相

互作用。設(shè)計(jì)并遵循嚴(yán)格的照明分析序列提供了一致和強(qiáng)大的環(huán)境，從而最大限度

的利用時(shí)間、精力和資源，在視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試和實(shí)施的其他關(guān)鍵方面得到更好

的使用。中國(guó)機(jī)器視覺(jué)光源市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張迅速，主要應(yīng)用的

LED照明產(chǎn)品是中國(guó)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。中國(guó)是

LED照明產(chǎn)品最大的生產(chǎn)制造國(guó)，隨著國(guó)內(nèi)

LED照明市場(chǎng)滲透率快速攀升

至七成以上，LED照明已基本成為照明應(yīng)用的剛需，國(guó)內(nèi)的

LED照明市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)

出較全球平均水平更快的增長(zhǎng)勢(shì)頭。視覺(jué)照明系統(tǒng)的基石是幾何、結(jié)構(gòu)、波長(zhǎng)及濾波器。幾何即樣本、光照和相機(jī)之間

的三維空間關(guān)系；結(jié)構(gòu)或圖案即投射到樣品上的光的形狀；波長(zhǎng)或顏色即光線如何

被樣品及其直接背景差異反射或吸收；濾波器則是差分阻塞和通過(guò)波長(zhǎng)及光的方向。機(jī)器視覺(jué)光源從照明方式可以分為直接照明光源、散射照明光源、背光照明光源、

同軸照明光源和特殊照明光源。直接照明和散射照明又可以細(xì)分為不同角度或形式

的照明光源，根據(jù)其性能與特點(diǎn)的不同，可以服務(wù)于不同的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)

用場(chǎng)景。機(jī)器視覺(jué)中常用的照明光源是熒光燈、石英鹵素?zé)簟ED、金屬鹵化物（汞）和氙

氣燈。熒光燈、石英鹵素?zé)艉?/p>

LED是機(jī)器視覺(jué)中使用最廣泛的照明類(lèi)型，特別是對(duì)

于中小型檢測(cè)站。金屬鹵化物、氙氣和高壓鈉更典型的用于大規(guī)模應(yīng)用或需要非常

明亮光源的區(qū)域。金屬鹵化物也被稱(chēng)為汞，經(jīng)常用于顯微鏡，其有許多離散的波長(zhǎng)

峰，這補(bǔ)充了熒光研究的過(guò)濾器的使用。氙氣燈對(duì)于需要非常亮的頻閃燈的應(yīng)用非

常有用。盡管

LED發(fā)光二極管照明具有更長(zhǎng)的壽命，但石英鹵素照明可能是特定檢

查的選擇，因?yàn)樗峁┝烁蟮膹?qiáng)度。LED光源采用固體半導(dǎo)體芯片為發(fā)光材料，

能量轉(zhuǎn)換效率高，由于多年技術(shù)完善改進(jìn)，其響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)、顏色多樣

且性?xún)r(jià)比高，因此

LED光源在機(jī)器視覺(jué)等工業(yè)領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。機(jī)器視覺(jué)照明技術(shù)從世界范圍上看，國(guó)外的機(jī)器視覺(jué)光源技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。國(guó)際

上知名的機(jī)器視覺(jué)光源企業(yè)主要有日本

CCS和美國(guó)

Ai，國(guó)內(nèi)光源市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化充分，

主要有奧普特、沃德普、康士達(dá)和緯朗光電等。3.2.

相機(jī)：工業(yè)專(zhuān)用的圖像捕捉工具工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序

的電信號(hào)。選擇合適的相機(jī)也是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，相機(jī)的選擇不僅

直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接

相關(guān)。伴隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展、各類(lèi)攝像頭的廣泛應(yīng)用以及全球圖像視頻數(shù)據(jù)爆

炸式增長(zhǎng)，人類(lèi)社會(huì)正在進(jìn)入視覺(jué)信息的大數(shù)據(jù)時(shí)代。工業(yè)相機(jī)可說(shuō)是工業(yè)自動(dòng)化

系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件與條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂與傳動(dòng)

設(shè)備定位，都是工業(yè)相機(jī)技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺(tái)。全球工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定擴(kuò)張。據(jù)前瞻研究院數(shù)據(jù)顯示，2008-2018

年全球工業(yè)

相機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢(shì)，2018

年達(dá)到

5.87

億美元，2019

年達(dá)到

6.34億美元，而預(yù)計(jì)

2025

年將達(dá)到

12

億美元，6

年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為

11.22%。工

業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)可以部分歸因于制藥以及食品和包裝等最終用途行業(yè)對(duì)工業(yè)

相機(jī)不斷上升的需求。亞太地區(qū)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)是由于工業(yè)

4.0

日益普及以及

對(duì)人工智能的需求旺盛，全球市場(chǎng)工業(yè)智能相機(jī)行業(yè)的集中度較高，率先布局智能

相機(jī)的康耐視和基恩士目前市場(chǎng)占比總計(jì)已超過(guò)

70%。中國(guó)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模迅速追趕。在中國(guó)政策的大力扶持以及智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求

下，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)得以快速發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模不斷增長(zhǎng)。而中國(guó)視覺(jué)機(jī)器行業(yè)的

發(fā)展帶動(dòng)工業(yè)相機(jī)的需求，2011-2018

年中國(guó)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模呈穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì)。在完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，工業(yè)相機(jī)相比于民用相機(jī)具有更強(qiáng)的圖像穩(wěn)定性、工作

持續(xù)性以及環(huán)境適應(yīng)性，是機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，主要用于工業(yè)成像。數(shù)字相

機(jī)的工作原理是被檢物品反射光線，經(jīng)過(guò)鏡頭折射在感光傳感器上（CCD或CMOS）

產(chǎn)生模擬電流信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)，然后傳遞給圖像處理器得到圖像，最后通過(guò)工業(yè)相機(jī)通信接口傳入計(jì)算機(jī)中，以便后續(xù)進(jìn)行圖像處理分

析。工業(yè)相機(jī)按照不同的指標(biāo)有諸多分類(lèi)，按圖像處理器芯片類(lèi)型可以分為CCD相機(jī)、

CMOS相機(jī)；按輸出信號(hào)形式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)；按成像色彩可以分為

彩色相機(jī)、黑白相機(jī)；按像素排列方式可以分為面陣相機(jī)、線陣相機(jī)；按掃描方式

可以可以分成隔行掃描相機(jī)、逐行掃面相機(jī)；按圖像處理方式可以分為直接顯示工

業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)；按響應(yīng)頻率可以分成光相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等；按接口

類(lèi)型可以分為

USB2.0

相機(jī)、USB3.0

相機(jī)、1394A相機(jī)、1394B相機(jī)、GigE相

機(jī)、CameraLink相機(jī)。模擬相機(jī)的輸出格式是模擬信號(hào)，一般搭配模擬采集卡才能在圖像上進(jìn)行顯示，輸

出信號(hào)的分為

PAL制與

NTSC制，而對(duì)于黑白相機(jī)

PAL對(duì)應(yīng)

CCIR，NTSC對(duì)應(yīng)

EIA，相比于模擬相機(jī)，數(shù)字相機(jī)在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。彩色相機(jī)成像圖像

為彩色圖像，可以將色彩模式換成

MONO當(dāng)黑白相機(jī)使用，而黑白相機(jī)在機(jī)器視

覺(jué)應(yīng)用較為廣泛。面陣相機(jī)的像素分布是一個(gè)矩形或者正方形的。矩形傳感器一般

寬高比為

4：3，也有一些成正方形。線陣相機(jī)的像素傳感器排布成一條線狀。彩色相機(jī)主要的圖像傳感器，根據(jù)芯片可以劃分為

CCD和

CMOS圖像傳感器。兩

者都是使用光敏二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，但在工作原理和產(chǎn)品特性上都存在較大區(qū)別。CCD工作原理：CCD是電荷耦合器件的簡(jiǎn)稱(chēng)，在感光像點(diǎn)接受光照之后，感光元

件產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流，電流大小與光強(qiáng)對(duì)應(yīng)，因此感光元件直接輸出的電信號(hào)是模擬

的。在

CCD傳感器中，每一個(gè)感光元件都不對(duì)此作進(jìn)一步的處理，而是將它直接

輸出到下一個(gè)寄存器，結(jié)合該元件生成的模擬信號(hào)輸出給第三個(gè)寄存器，以此類(lèi)推，

直到結(jié)合最后一個(gè)寄存器后，才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號(hào)太過(guò)微弱，加上在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量電壓損耗而無(wú)法

直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，因此這些輸出數(shù)據(jù)必須做統(tǒng)一的放大處理。該任務(wù)是由

CCD傳感器中的放大器專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)，經(jīng)放大器處理之后，每個(gè)像點(diǎn)的電信號(hào)強(qiáng)度都獲得同樣幅度的增大；因信號(hào)只通過(guò)一個(gè)放大器放大，所以產(chǎn)生的噪點(diǎn)較少。且由于

CCD本身無(wú)法將模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，因此還需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯

片進(jìn)行處理，最終以二進(jìn)制數(shù)字圖像矩陣的形式輸出給專(zhuān)門(mén)的

DSP處理芯片。CMOS工作原理：CMOS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的簡(jiǎn)稱(chēng)，CMOS傳感器中每一

個(gè)感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)生模

擬的電信號(hào)之后，電信號(hào)首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)

的數(shù)字信號(hào)。換句話說(shuō)，在

CMOS傳感器中，每一個(gè)感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字

輸出，所得數(shù)字信號(hào)合并之后被直接送交

DSP芯片處理。但

CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件，無(wú)法保證每個(gè)像點(diǎn)的放大率都保持

嚴(yán)格一致，致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無(wú)法代表拍攝物體的原貌。體現(xiàn)在最終的輸出結(jié)

果上，就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲，品質(zhì)明顯低于

CCD傳感器，不過(guò)目前這方面

的技術(shù)已大幅改善。且由于

CCD是信號(hào)統(tǒng)一放大，所以噪聲小，CMOS是各個(gè)感

光元器件信號(hào)單獨(dú)放大，導(dǎo)致噪聲較大，但是

CMOS傳感器也有分辨率大、成本

低，體積小等優(yōu)勢(shì)。隨著

CMOS傳感器在消費(fèi)電子設(shè)備的大量應(yīng)用，CMOS技術(shù)發(fā)展加速，其性能已

經(jīng)顯著提高，且制造成本大幅下降。CMOS目前在傳感器的圖像質(zhì)量和分辨率已經(jīng)

逐漸不落后于

CCD，且其保持了本身的固有優(yōu)勢(shì)，目前在工業(yè)相關(guān)展會(huì)上，很難看

到

CCD的身影，也側(cè)面說(shuō)明

CMOS會(huì)是未來(lái)工業(yè)相機(jī)傳感器的主流。國(guó)外知名企業(yè)擁有世界領(lǐng)先的核心技術(shù)以及市場(chǎng)地位，中國(guó)企業(yè)近年也逐步出現(xiàn)一

批國(guó)產(chǎn)品牌。具有代表性的外國(guó)品牌有德國(guó)

Basler、加拿大

DALSA、瑞士

Baumer、

美國(guó)

Cognex、日本

Sony等。而中國(guó)對(duì)工業(yè)相機(jī)的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，近年出現(xiàn)

華?？萍肌⒋蠛銏D像、海康機(jī)器人、大華股份、云從科技、維視圖像等國(guó)產(chǎn)企業(yè)。

目前中國(guó)工業(yè)相機(jī)行業(yè)主要布局于中低端市場(chǎng)，逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；而在高分辨率、

高速的高端工業(yè)相機(jī)領(lǐng)域仍以進(jìn)口品牌為主。3.3.

鏡頭：工業(yè)相機(jī)成像的核心部件鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要組件，對(duì)成像質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。鏡頭的基本功

能是實(shí)現(xiàn)光束調(diào)制，將目標(biāo)成像在圖像傳感器的光敏面上完成信號(hào)傳遞。它對(duì)成像

質(zhì)量的幾個(gè)最主要指標(biāo)均有影響，包括分辨率、對(duì)比度、景深及各種像差。鏡頭在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的主要作用體現(xiàn)在通過(guò)工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像，其市場(chǎng)規(guī)模

與工業(yè)相機(jī)息息相關(guān)。而工業(yè)相機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件與條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂與傳動(dòng)設(shè)備定位，都是工業(yè)相機(jī)技術(shù)可以

發(fā)揮的舞臺(tái)，其由于技術(shù)本身存在的優(yōu)越性，在許多領(lǐng)域有很好的發(fā)展前景。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2008-2018年全球工業(yè)相機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢(shì)，2018

年達(dá)到

5.87

億美元，2019

年將會(huì)達(dá)到

6.34

億美元，2020

年達(dá)到

7

億美元，2025

年增長(zhǎng)到

12

億美元。QYResearch保守預(yù)測(cè)，2019

年全球工業(yè)

鏡頭市場(chǎng)總值超過(guò)

33

億元，

2026

年將增至

58

億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為

8.3%。全球光學(xué)鏡頭市場(chǎng)規(guī)模迅速增長(zhǎng)。隨著機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的豐富化，其下游包括消費(fèi)電

子、汽車(chē)制造等領(lǐng)域內(nèi)，光學(xué)鏡頭市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張有利于工業(yè)鏡頭更多的應(yīng)用于機(jī)器

視覺(jué)系統(tǒng)。工業(yè)鏡頭市場(chǎng)前期國(guó)外巨頭壟斷，近年國(guó)產(chǎn)廠商迅速發(fā)展。由于光學(xué)鏡頭行業(yè)集成

了精密機(jī)械設(shè)計(jì)、幾何光學(xué)、色度學(xué)、薄膜光學(xué)、熱力學(xué)等多種學(xué)科技術(shù)，并且制

作工藝和工序復(fù)雜，具有較高的技術(shù)門(mén)檻。海外品牌廠商布局光學(xué)鏡頭較早，經(jīng)過(guò)

多年的業(yè)務(wù)拓展和技術(shù)升級(jí)，在全球范圍中德系徠卡、Schneider、Zeiss和日系

CBC、Kowa、尼康、富士康等光學(xué)巨頭占據(jù)市場(chǎng)。中國(guó)起步較穩(wěn)，2008

年之前國(guó)

內(nèi)光學(xué)鏡頭市場(chǎng)基本被日本、德國(guó)品牌壟斷。近年中國(guó)工業(yè)鏡頭廠商快速增長(zhǎng)，主

要從中低端市場(chǎng)切入，憑借高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)對(duì)于外資品牌具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)廠商

如東正光學(xué)、葛藤光、普密斯逐步崛起。其中東正光學(xué)的遠(yuǎn)心鏡頭畸變率小于

0.02%，

倍率期權(quán)，微距鏡頭產(chǎn)品也能將畸變控制在

0.1%的水平下。3.4.

圖像處理軟件：通過(guò)底層算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)適配圖像處理軟件是用于處理圖像信息的各種應(yīng)用軟件的總稱(chēng)，工業(yè)視覺(jué)軟件可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根基判別結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作，

自動(dòng)完成圖像采集、顯示、存儲(chǔ)、處理等流程。對(duì)獲取的圖像信息即視覺(jué)信號(hào)的處理是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，不同的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件有不同的目標(biāo)傾向，

最終通過(guò)圖像處理算法實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物的識(shí)別、定位、測(cè)量、檢測(cè)等功能。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在行業(yè)應(yīng)用中的功能主要有三大類(lèi)：定位、測(cè)量及缺陷檢測(cè)，而機(jī)器

視覺(jué)技術(shù)在完成這一系列應(yīng)用時(shí)都離不開(kāi)圖像處理這一重要環(huán)節(jié)。圖像處理包括圖

像識(shí)別、圖像描述、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和圖像分析等一系列具體功能，

而這些功能都為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用提供了不同的輔助手段。在定位過(guò)程中，圖像

識(shí)別強(qiáng)大的搜索功能可以在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確將目標(biāo)定位；在測(cè)量服務(wù)中，圖像增強(qiáng)有助于更好的提取測(cè)量目標(biāo)的主要特征；圖像分析是直接參與測(cè)量的有利工具；

在缺陷檢測(cè)的環(huán)節(jié)，沒(méi)有圖像處理缺陷的檢測(cè)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，對(duì)比更是無(wú)從談起。圖像處理軟件是處理圖像的重要工具，人們通過(guò)這一工具對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析

處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的監(jiān)控、檢測(cè)、篩選與測(cè)量等。因此，作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)接

力的最后一棒，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化最為關(guān)鍵的一步，圖像處理技術(shù)有著舉足

輕重的地位。目前圖像處理軟件主要由外國(guó)品牌廠商主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)廠商多進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。美、德系

的

Cognex、Keyence、NI等公司提供了主要的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件服務(wù)，軟件

的底層算法基本上被壟斷。國(guó)內(nèi)的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件一般是在

OpenCV等開(kāi)源算法庫(kù)或者

Halcon、VisionPro、NIvision等第三方商業(yè)算法庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二

次開(kāi)發(fā)。獨(dú)立的底層算法具有較高的技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)廠商僅有創(chuàng)科視覺(jué)、維視圖像、

奧普特、?？低?、眾為興等少數(shù)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)完成底層算法的研究并有一定應(yīng)用。4.

產(chǎn)業(yè)鏈下游：行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景豐富隨著人們意識(shí)到機(jī)器視覺(jué)在精確度和重復(fù)性上有人眼不可比擬的優(yōu)勢(shì)且機(jī)器視覺(jué)

核心技術(shù)的不斷完善，工機(jī)器視覺(jué)的下游應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展。在汽車(chē)行業(yè)，幾乎

所有的系統(tǒng)和零部件制造流程均有受益；在醫(yī)療器械和制藥行業(yè)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的高

要求也需要機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行參與；在食品飲料領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)能夠幫助企業(yè)快速實(shí)現(xiàn)

產(chǎn)品的準(zhǔn)確檢測(cè)，跟上生產(chǎn)線的速度，降本提效。無(wú)論是作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)還是與機(jī)器人配合，指引機(jī)器人的操作和行動(dòng)，機(jī)器視覺(jué)在生產(chǎn)過(guò)程中都展示

出巨大的作用。機(jī)器視覺(jué)廣泛應(yīng)用于不同下游領(lǐng)域，包括電子及半導(dǎo)體、汽車(chē)制造、食品包裝、制藥醫(yī)療等行業(yè)。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，其中電子及半導(dǎo)體領(lǐng)域占工業(yè)視覺(jué)總體

分布的

46.6%，汽車(chē)制造占15.3%，是機(jī)器視覺(jué)工業(yè)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。在電子行業(yè)，

機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于高精度制造及質(zhì)量檢測(cè)，包括晶圓切割、3C表面檢測(cè)、觸摸屏制

造、AOI光學(xué)檢測(cè)、PCB電路印制、電子分裝等；在汽車(chē)制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)幾乎

涉及全部制造流程，如面板印刷和質(zhì)量檢測(cè)、車(chē)身裝配檢測(cè)、零部件尺寸測(cè)量、表

面缺陷檢測(cè)等；在食品包裝領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)主要應(yīng)用于高速檢測(cè)，如外觀封裝檢測(cè)、

食品封裝缺漏檢測(cè)及分揀與色選等；制藥領(lǐng)域則是藥瓶封裝缺陷檢測(cè)、膠囊封裝質(zhì)

量檢測(cè)、生產(chǎn)日期打碼檢測(cè)及藥片識(shí)別與分揀等。4.1.

電子及半導(dǎo)體：機(jī)器視覺(jué)助力制造自動(dòng)化、精確化半導(dǎo)體及電子產(chǎn)業(yè)應(yīng)用較早，推動(dòng)工業(yè)視覺(jué)產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。縱觀全球機(jī)器視覺(jué)的崛

起，很大程度上是得益于半導(dǎo)體及電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)在半導(dǎo)體工業(yè)上的應(yīng)用在二十年前已經(jīng)開(kāi)始。半導(dǎo)體行業(yè)元器件尺寸較小，對(duì)產(chǎn)品精度、柔性化有較高的要求，如錫膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、AOI檢測(cè)這類(lèi)的設(shè)備必須使用高性能機(jī)器視覺(jué)組

件，因此工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)在半導(dǎo)體及電子制造、檢測(cè)等各個(gè)方面得以得到廣泛的應(yīng)用。

而半導(dǎo)體和電子產(chǎn)業(yè)對(duì)精細(xì)程度的高要求也反過(guò)來(lái)促進(jìn)了工業(yè)視覺(jué)技術(shù)的革新。電子及半導(dǎo)體行業(yè)的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用加速擴(kuò)張。中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，從市場(chǎng)規(guī)

模上看，2018年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模突破

20

億元，年增長(zhǎng)率在

25%左右。消費(fèi)類(lèi)電子

產(chǎn)品更新?lián)Q代快，需求量大，拉動(dòng)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，2019年市場(chǎng)規(guī)?；?qū)?/p>

近

30

億元。電子版半導(dǎo)體制造分為前中后三段，后端制造涉及晶圓電器檢測(cè)、切割、封裝、檢測(cè)等。晶圓在切割前必須使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)瑕疵并標(biāo)記。基于機(jī)器視覺(jué)的解決

方案，只需要較短時(shí)間就能定位硅片中心并對(duì)準(zhǔn)切口。切割過(guò)程中也需要利用機(jī)器

視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確快速定位，如果定位失誤將會(huì)導(dǎo)致晶圓整片報(bào)廢。切割后的

IC要保證在不相互接觸的前提下分裝到相應(yīng)的容器內(nèi)部，再繼續(xù)利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)

找找除非瑕疵品進(jìn)入封裝。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)技術(shù)，也稱(chēng)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)或自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)（MVI/AVI）。

從狹義上來(lái)說(shuō)，AOI等同于

MVI是一種集成了圖像傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng)

控制技術(shù)，是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中執(zhí)行測(cè)量、檢測(cè)、識(shí)別和引導(dǎo)等任務(wù)的一種新興的

科學(xué)技術(shù)。AOI的基本原理是采用光學(xué)成像方法，如相機(jī)或者一個(gè)復(fù)雜的光學(xué)成像

系統(tǒng)，來(lái)模擬人眼的視覺(jué)成像功能，并用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)代替人腦執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，

最后把結(jié)果反饋給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如機(jī)械手來(lái)代替人手完成各種規(guī)定的任務(wù)。從廣義上來(lái)說(shuō)，MVI是一種模擬和拓展人類(lèi)眼、腦、手等功能的一種技術(shù)，在不同

的應(yīng)用領(lǐng)域其定義可能有著細(xì)微的差別，但都離開(kāi)不了兩個(gè)根本的方法與技術(shù)，即

從圖像中獲取所需信息，然后反饋給自動(dòng)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成特定的任務(wù)?？梢哉f(shuō)基于

任何圖像傳感方法（如可見(jiàn)光成像、紅外成像、X光成像、超聲成像等等）的自動(dòng)

化檢測(cè)技術(shù)都可以認(rèn)為是

MVI或

AVI。當(dāng)采用光學(xué)成像方法時(shí)，MVI實(shí)際上就變

為

AOI，因此

AOI也可以認(rèn)為是

MVI的一種特例。在

PCB印刷電路制造中必須檢查印刷電路的連接。在使用機(jī)器視覺(jué)測(cè)試之前，此檢查主要依靠肉眼檢查。但是手動(dòng)檢測(cè)有許多缺點(diǎn)，PCB線復(fù)雜而細(xì)小，因?yàn)檠劬ζ?/p>

勞之類(lèi)的不可抗拒的因素，會(huì)導(dǎo)致一些不良產(chǎn)品被遺漏。長(zhǎng)時(shí)間的檢查會(huì)影響員工

的視力，導(dǎo)致員工流失。

PCB機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備解決了上述難題，也大幅度提高了

PCB印刷線路板檢測(cè)的

效率以及產(chǎn)品的良率。PCB機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備可以自動(dòng)識(shí)別不合格品，對(duì)其進(jìn)行拾取；高清相機(jī)能分辨識(shí)別

0.01mm的細(xì)小差異；自動(dòng)檢查殘缺斷線、線寬或線窄、

批前短路，異物等不良問(wèn)題。可以大大降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，流失情況緩解；可以減

少檢查人員，降低產(chǎn)品反工的工時(shí)；可以在客戶(hù)中樹(shù)立廠商的科技形象，令其產(chǎn)品

質(zhì)量和信譽(yù)得到提升。4.2.

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)：汽車(chē)制造與智能駕駛齊頭并進(jìn)中國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量居于全球前列，汽車(chē)制造市場(chǎng)規(guī)模龐大。一方面，隨著汽車(chē)制造

自動(dòng)化的應(yīng)用深入，生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作；另一方面，自動(dòng)駕駛智能

交通的行業(yè)趨勢(shì)將引領(lǐng)打造汽車(chē)產(chǎn)業(yè)智能化新藍(lán)圖，推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)一步

深入汽車(chē)行業(yè)。4.2.1.

汽車(chē)制造已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景豐富汽車(chē)制造行業(yè)中，原先生產(chǎn)制造測(cè)量主要依靠三坐標(biāo)測(cè)量，但其時(shí)間長(zhǎng)、效率低、

成本高、數(shù)據(jù)量不足且只能離線測(cè)量。機(jī)器視覺(jué)的進(jìn)入通過(guò)其固有優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了原本

測(cè)量方式的缺陷，幾乎涉及所有系統(tǒng)和部件的制造流程，例如車(chē)身裝配檢測(cè)、面板

印刷和質(zhì)量檢測(cè)、零件尺寸的精密測(cè)量、工業(yè)零部件表面缺陷檢測(cè)等。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在汽車(chē)制造領(lǐng)域用途多種多樣。在汽車(chē)制造領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用包括從初始原料質(zhì)量檢測(cè)發(fā)展到汽車(chē)零部件100％在線測(cè)量，再對(duì)制造過(guò)程中的焊接、

涂膠、沖孔等工藝過(guò)程進(jìn)行把控，最后對(duì)車(chē)身總成、出廠的整車(chē)質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)。機(jī)器視覺(jué)引入非接觸測(cè)量技術(shù)，逐步發(fā)展成固定式在線測(cè)量站與機(jī)器人柔性在線測(cè)量

站等在線測(cè)量系統(tǒng)，可嚴(yán)格監(jiān)控車(chē)身尺寸波動(dòng)，提供數(shù)據(jù)支持。視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)逐漸

滲透到汽車(chē)制造的全過(guò)程，例如引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行最佳匹配安裝、精確制孔、焊縫引導(dǎo)及跟蹤、噴涂引導(dǎo)、風(fēng)擋玻璃裝載引導(dǎo)等。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行制造工藝檢測(cè)、自動(dòng)化跟蹤、追溯與控制等，包括通過(guò)光學(xué)字符識(shí)別（OCR）技術(shù)獲取車(chē)身零件編碼以保證零件在整個(gè)制造過(guò)程中

的可追溯性，通過(guò)識(shí)別零件的存在或缺失以保證部件裝配的完整性，以及通過(guò)視覺(jué)

技術(shù)識(shí)別產(chǎn)品表面缺陷或加工工具是否存在缺陷以保證生產(chǎn)質(zhì)量。4.2.2.

汽車(chē)智能駕駛浪潮洶涌，機(jī)器視覺(jué)為其保駕護(hù)航智能駕駛指汽車(chē)至少在某些具有關(guān)鍵安全性的控制功能方面（如轉(zhuǎn)向、油門(mén)或制動(dòng)），

無(wú)需駕駛員直接操作即可自動(dòng)完成控制動(dòng)作。國(guó)際汽車(chē)工程學(xué)會(huì)

SAE將汽車(chē)自動(dòng)駕

駛劃分為輔助駕駛、部分自動(dòng)化、有條件自動(dòng)化、高度自動(dòng)化、完全自動(dòng)化?；A(chǔ)的輔助駕駛的核心是高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS），一個(gè)利用雷達(dá)、攝像頭等傳

感器采集汽車(chē)行駛、停放過(guò)程中周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)物體識(shí)別、跟蹤并

結(jié)合內(nèi)部或?qū)崟r(shí)的地圖數(shù)據(jù)做出汽車(chē)駕駛行為決策的主動(dòng)安全功能集成控制系統(tǒng)。隨著

ADAS相關(guān)技術(shù)不斷成熟，人們對(duì)駕駛安全水平需求也不斷提高，ADAS市

場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。美國(guó)高速公路安全管理局（NHTSA）甚至建議，到

2022

年美國(guó)新車(chē)強(qiáng)制加裝

ADAS系統(tǒng)。RolandBerger預(yù)計(jì)到

2025

年，ADAS能夠基

本覆蓋前裝市場(chǎng)，整體市場(chǎng)規(guī)模近

300

億歐元，而中國(guó)

ADAS市場(chǎng)規(guī)模保守估計(jì)

2020

年能達(dá)到

200

億元以上。車(chē)載傳感器是汽車(chē)實(shí)現(xiàn)周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集分析的核心部件，尤其攝像頭由于其

適用性和不可替代性為自動(dòng)駕駛奠定了底層基礎(chǔ)。車(chē)載攝像頭的應(yīng)用主要包括單目

視覺(jué)、雙目視覺(jué)、多目視覺(jué)、全景視覺(jué)及混合視覺(jué)，不同的視覺(jué)方式服務(wù)于自動(dòng)駕

駛的不同應(yīng)用領(lǐng)域。4.3.

食品包裝：機(jī)器視覺(jué)為食品安全鞏固防線食品包裝是保證食品質(zhì)量的重要手段，可以確保食品在流通過(guò)程中不受污染，提高

食品品質(zhì)，避免食品安全事故發(fā)生。目前，絕大多數(shù)中小型企業(yè)依舊依靠人工實(shí)現(xiàn)

食品包裝檢測(cè)，其中管理不規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)不明確、檢測(cè)精度低、工作強(qiáng)度大等諸多問(wèn)

題導(dǎo)致人工檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度都有很大缺陷。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，部分企

業(yè)開(kāi)始引進(jìn)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)代替人眼完成檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)速度

和精度。機(jī)器視覺(jué)幫助食品包裝實(shí)現(xiàn)安全智能生產(chǎn)。通過(guò)相機(jī)獲取待檢測(cè)物圖像，利用圖像

處理技術(shù)進(jìn)行處理、分析得到的控制參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制的一種人工智能

技術(shù)。在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)設(shè)備不會(huì)直接接觸食品，可以避免二次損失或污染。

依靠紅外線、微波等掃描技術(shù)，可以最大程度的擴(kuò)展檢測(cè)范圍。機(jī)器檢測(cè)的穩(wěn)定性

較好，能夠長(zhǎng)時(shí)間工作且不受環(huán)境因素影響。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)瓶子分類(lèi)、液位測(cè)量、標(biāo)簽盒蓋檢測(cè)、包裝形狀尺寸、密封性與完成性檢測(cè)等領(lǐng)域。4.4.

藥品醫(yī)療：機(jī)器視覺(jué)助力生命安全藥品生產(chǎn)是關(guān)系到人的生命健康，如果在只要過(guò)程中出現(xiàn)微小的缺陷，隨著藥品流

通到市場(chǎng)并進(jìn)入使用環(huán)節(jié)，可能就會(huì)導(dǎo)致醫(yī)療事故并對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)、患者及社會(huì)造成

無(wú)法彌補(bǔ)的損失。機(jī)器視覺(jué)在藥品生產(chǎn)包裝、質(zhì)量檢測(cè)及控制等多個(gè)方面貢獻(xiàn)巨大，幫助藥品生產(chǎn)逐步進(jìn)入智能安全的現(xiàn)代化進(jìn)程。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)粒、打碼、泡罩版缺粒、

藥品殘缺、斷片、泄露、加裝說(shuō)明書(shū)、編碼識(shí)別、藥品管理等環(huán)節(jié)。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)

技術(shù)精確穩(wěn)定，提供豐富應(yīng)用場(chǎng)景選擇，滿足醫(yī)藥行業(yè)包裝線變換包裝產(chǎn)品的常規(guī)需求。例如，在藥品包裝后的檢測(cè)環(huán)節(jié)中，可以利用機(jī)器視覺(jué)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到

對(duì)象是否完好無(wú)缺，通過(guò)設(shè)定圖像傳感器獲取包裝后的對(duì)象圖片信息，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的面積參數(shù)對(duì)每個(gè)藥?；蛘咚幤窟M(jìn)行檢測(cè)對(duì)比。最終破損藥?；蛉逼堪b都將被

檢測(cè)出來(lái)，正常的藥品則正確通過(guò)。在醫(yī)療影像診斷方面，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)發(fā)揮重要作用。分子影像學(xué)是指從分子或細(xì)胞

水平上對(duì)人體生物過(guò)程和代謝變化特征進(jìn)行無(wú)創(chuàng)且實(shí)時(shí)功能成像的技術(shù)。在醫(yī)療影

像完成對(duì)圖像新的采集、存儲(chǔ)、管理、處理、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)通過(guò)采集卡、攝像頭等硬件以及控制、算法等軟件，配套專(zhuān)業(yè)的醫(yī)療影像設(shè)備，如

X光機(jī)、

PET/SPECT-CT、MR、B超、彩超等影像設(shè)備，可以幫助醫(yī)生高效清晰準(zhǔn)確的掌握

患者體表、體內(nèi)情況。機(jī)器視覺(jué)輔助的結(jié)果分辨率高，檢測(cè)過(guò)程中可以避免諸多可能存在的失誤，提升診斷醫(yī)治的正確率與成功率。5.

發(fā)展動(dòng)力：多重引擎驅(qū)動(dòng)，機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展機(jī)器視覺(jué)的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)是機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的根本動(dòng)力，而當(dāng)前中國(guó)宏觀上面臨人口老齡

化、勞動(dòng)力成本上升等壓力，同時(shí)機(jī)器視覺(jué)相關(guān)政策利好不斷，總體推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)

下游需求持續(xù)擴(kuò)張，未來(lái)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)有望持續(xù)增長(zhǎng)。5.1.

機(jī)器視覺(jué)以固有的核心優(yōu)勢(shì)扎根智能浪潮前沿機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)是其可以獲取圖像數(shù)據(jù)信息，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)精密控制，并

自動(dòng)化、智能化的完成計(jì)算機(jī)集成制造及服務(wù)，其優(yōu)勢(shì)可以概括為精確性、持續(xù)性、

高效性以及可重復(fù)性。1）機(jī)器視覺(jué)在制造以及服務(wù)過(guò)程中十分精確。囿于人類(lèi)身體條件以及勞動(dòng)方式的

限制，人類(lèi)難以實(shí)現(xiàn)批量、完全的精密視覺(jué)信息獲取；而機(jī)器在精確性上僅受到既

定程序以及設(shè)備強(qiáng)度的影響，相對(duì)于人類(lèi)具有顯著優(yōu)勢(shì)。視覺(jué)方面，即使可以使用

加強(qiáng)人眼視覺(jué)的工具，機(jī)器仍然更勝一籌，例如人眼能發(fā)現(xiàn)最小瑕疵

0.3mm，機(jī)器

視覺(jué)檢測(cè)精度可達(dá)千分之一英寸。其次，人眼視覺(jué)的觀測(cè)中帶有觀測(cè)主體的主觀性，往往人工觀測(cè)結(jié)果會(huì)反應(yīng)觀測(cè)人員的主觀傾向；而機(jī)器不會(huì)因?yàn)榍榫w或者預(yù)先判斷

影響工作性能，其測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定客觀。最后機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常屬于非接觸測(cè)量，對(duì)

于觀測(cè)者與被觀測(cè)者的脆弱部件都不會(huì)產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。2）機(jī)器視覺(jué)可以適應(yīng)性的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作。在機(jī)器視覺(jué)的工作環(huán)境中，制造物品或

提供服務(wù)的目標(biāo)物靜態(tài)與動(dòng)態(tài)變化較多，尤其是連續(xù)的制造或服務(wù)過(guò)程，同時(shí)在光

源、位置、機(jī)器