中國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)發(fā)展歷程

中國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)發(fā)展歷程

一、機(jī)器視覺(jué)在智能制造中的地位向“必選”邁進(jìn)

機(jī)器視覺(jué)（MachineVision）指的是通過(guò)光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動(dòng)的接收和處理真實(shí)物體的圖像,以獲得所需信息或控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置,通俗的說(shuō)就是應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的視覺(jué)應(yīng)用.

機(jī)器視覺(jué)概念在20世紀(jì)50年代提出,20世紀(jì)80年代開(kāi)始逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化,到2000年后進(jìn)入快速發(fā)展期.經(jīng)歷了近20年的飛速增長(zhǎng),我們認(rèn)為機(jī)器視覺(jué)仍然是一個(gè)有較強(qiáng)成長(zhǎng)動(dòng)力的行業(yè),主要驅(qū)動(dòng)因素來(lái)自兩個(gè)方面,一是對(duì)機(jī)器代人過(guò)程的不斷進(jìn)行、二是技術(shù)進(jìn)步使得更多需求得以釋放,前者的底層邏輯主要是人口紅利的消失以及人生理能力的局限性,后者的底層邏輯主要是生產(chǎn)過(guò)程向更高效、更精確、更優(yōu)質(zhì)的進(jìn)化.且隨著時(shí)間推移,上述驅(qū)動(dòng)因素的作用力不斷增長(zhǎng),使得機(jī)器視覺(jué)在智能制造中的地位從“可選”逐步向“必選”邁進(jìn).全球機(jī)器視覺(jué)發(fā)展歷程

1、對(duì)經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)效的追求是推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)代人的基礎(chǔ)動(dòng)力：從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看,市場(chǎng)上大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)單價(jià)在3-5萬(wàn)元水平（主要取決于系統(tǒng)的復(fù)雜程度,簡(jiǎn)單的1-3萬(wàn)元,高參數(shù)或者3D系統(tǒng)可達(dá)20-30萬(wàn)元）.在發(fā)達(dá)國(guó)家,一個(gè)典型的10000萬(wàn)美元機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用可以替代3個(gè)年工資在20000萬(wàn)美元左右的工人,投入回收期非常短,且后續(xù)維護(hù)費(fèi)用較低,具備明顯的經(jīng)濟(jì)性.

隨著人工成本上漲、人口紅利逐步消失,對(duì)經(jīng)濟(jì)性的追求將推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)滲透率快速提升.從生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量和效率來(lái)看,由于人眼天生的物理局限性以及人主觀的情緒波動(dòng),在高通量、飛速率、高精度等的生產(chǎn)環(huán)境中,機(jī)器視覺(jué)優(yōu)勢(shì)更加明顯,有些需求甚至只有機(jī)器視覺(jué)才能滿足.人眼與機(jī)器視覺(jué)的對(duì)比

2、技術(shù)進(jìn)步不斷打開(kāi)下游需求市場(chǎng)空間：機(jī)器視覺(jué)技術(shù)從1980s開(kāi)始逐步產(chǎn)業(yè)化,經(jīng)歷了基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)、模式視覺(jué)系統(tǒng)、條碼掃描視覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)傳感器,發(fā)展到目前最先進(jìn)的結(jié)合AI以及深度學(xué)習(xí)的3D視覺(jué)系統(tǒng),技術(shù)的持續(xù)進(jìn)入不斷釋放下游需求,推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)成長(zhǎng).機(jī)器視覺(jué)的技術(shù)發(fā)展歷史

以全球機(jī)器視覺(jué)龍頭康耐視為例,基于在條形碼掃描、3D機(jī)器視覺(jué)以及AI和深度學(xué)習(xí)等方面的技術(shù)進(jìn)步,其近年來(lái)在物流、生物科學(xué)等領(lǐng)域的收入快速增長(zhǎng),2018年康耐視將自己的目標(biāo)市場(chǎng)空間從29億美元上調(diào)到了35.5億美元,且未來(lái)還有進(jìn)一步上調(diào)的潛力.康耐視不斷打開(kāi)新的目標(biāo)市場(chǎng)空間（百萬(wàn)美元）

展望未來(lái),機(jī)器視覺(jué)行業(yè)主要有幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：1）更多更快的圖像數(shù)據(jù)傳輸、更先進(jìn)的軟件算法帶來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、實(shí)時(shí)化和智能化的性能提升；2）硬件性能的提升（更高分辨率、更快掃描率等）和產(chǎn)品軟件價(jià)格的下降推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)滲透率提升；3）產(chǎn)品向著小型化、集成化發(fā)展.

二、機(jī)器視覺(jué)行業(yè)發(fā)展歷程

國(guó)外發(fā)展歷程

起源于20世紀(jì)50年代的機(jī)器視覺(jué),早期研究主要是從統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別開(kāi)始.工作主要集中在二維圖像分析與識(shí)別上,如光學(xué)字符識(shí)別OCR（0pticalCharacterRecognition）、工件表面圖片分析、顯微圖片和航空?qǐng)D片分析與解釋.20世紀(jì)60年代的研究前沿是以理解三維場(chǎng)景為目的的三維機(jī)器視覺(jué).1965年,Roberts從數(shù)字圖像中提取出諸如立方體、楔形體、棱柱體等多面體的三維結(jié)構(gòu),并對(duì)物體形狀及物體的空間關(guān)系進(jìn)行描述.他的研究工作開(kāi)創(chuàng)了以理解三維場(chǎng)景為目的的三維機(jī)器視覺(jué)的研究.

對(duì)積木世界的創(chuàng)造性研究給人們以極大的啟發(fā),許多人相信,一旦由白色積木玩具組成的三維世界可以被理解,則可以推廣到理解更復(fù)雜的三維場(chǎng)景.于是,人們對(duì)積木世界進(jìn)行了深入的研究.研究的范圍從邊緣、角點(diǎn)等特征提取,到線條、平面、曲面等幾何要素分析,一直到圖像明暗、紋理、運(yùn)動(dòng)以及成像幾何等,并建立了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和推理規(guī)則.

積木世界研究之后,機(jī)器視覺(jué)的理念逐步清晰,發(fā)展日益迅速：起步發(fā)展：20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一些視覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（Guzmanl969,Mackworthl973）.與此同時(shí),美國(guó)麻省理工大學(xué)的人工智能（AI,ArtificialIntelligence）實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)設(shè)“機(jī)器視覺(jué)”的課程,由國(guó)際著名學(xué)者B．K．EHorn教授講授.大批著名學(xué)者進(jìn)入麻省理工大學(xué)參與機(jī)器視覺(jué)理論、算法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究.

1977年,DavidMarr教授在麻省理工大學(xué)的人工智能（AI）實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)以博士生為主體的研究小組,于1977年提出了不同于“積木世界”分析方法的計(jì)算視覺(jué)理論,該理論在80年代成為機(jī)器視覺(jué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)十分重要的理論框架.

蓬勃發(fā)展：20世紀(jì)80年代至今,機(jī)器視覺(jué)獲得蓬勃的發(fā)展,新概念、新方法、新理論不斷涌現(xiàn).如：基于感知特征群的物體識(shí)別理論框架、主動(dòng)視覺(jué)理論框架、視覺(jué)集成理論框架等.

從地區(qū)分布來(lái)看,機(jī)器視覺(jué)發(fā)展早期,主要集中在歐美和日本；隨著全球制造中心向中國(guó)轉(zhuǎn)移,中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)正在繼北美、歐洲和日本之后,成為國(guó)際機(jī)器視覺(jué)廠商的重要目標(biāo)市場(chǎng),而歐美市場(chǎng)的份額穩(wěn)中有降.不過(guò)整體來(lái)看,北美仍然是機(jī)器視覺(jué)最大的市場(chǎng),比重在35-40%左右.

國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程

相比全球,中國(guó)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展較慢,1999-2003年是中國(guó)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的啟蒙階段,開(kāi)始出現(xiàn)跨裝也得機(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)展中期邁向飛速發(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),從事安防、醫(yī)療及金融等各個(gè)領(lǐng)域.中國(guó)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展歷程可劃分為啟蒙、發(fā)展和飛速發(fā)展三個(gè)階段,目前正處于飛速發(fā)展階段.

啟蒙階段：在1999年到2003年的中國(guó)機(jī)器視覺(jué)的啟蒙階段,中國(guó)企業(yè)主要通過(guò)代理業(yè)務(wù)對(duì)客戶進(jìn)行服務(wù).中國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)跨專業(yè)的機(jī)器視覺(jué)人才,從了解圖像的采集和傳輸過(guò)程、理解圖像的品質(zhì)優(yōu)劣開(kāi)始,到初步的利用國(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).早期的機(jī)器視覺(jué)從業(yè)人員同國(guó)外先進(jìn)企業(yè)一起,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)等等過(guò)程,不斷地培訓(xùn)和引導(dǎo)中國(guó)客戶對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和產(chǎn)品的理解和認(rèn)知,從而啟發(fā)客戶發(fā)現(xiàn)使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的場(chǎng)合,開(kāi)啟了中國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的歷史歷程.

在機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的啟蒙階段,一些對(duì)品質(zhì)有特別高要求同時(shí)對(duì)成本不特別敏感的工業(yè)領(lǐng)域,開(kāi)始成為最早的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的收益者.如機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)入了中國(guó)的特種印刷行業(yè),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)等等做出了杰出的貢獻(xiàn).在中國(guó)的另一個(gè)全球優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)煙草行業(yè),機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)入煙葉異物剔除,包裝檢測(cè)等等方面的工序,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)用以及類似技術(shù)后續(xù)在其他行業(yè)的擴(kuò)展,也讓更多工程技術(shù)人員和企業(yè)家第一次關(guān)注到視覺(jué)技術(shù)帶給自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的獨(dú)特價(jià)值和廣泛應(yīng)用前景,整個(gè)行業(yè)進(jìn)入發(fā)展階段.

發(fā)展階段：從2004年到2007年是機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展階段,這一階段本土機(jī)器視覺(jué)企業(yè)開(kāi)始起步探索更多由自主核心技術(shù)承載的機(jī)器視覺(jué)軟硬件器件的研發(fā),同時(shí)在機(jī)器視覺(jué)設(shè)備和系統(tǒng)集成領(lǐng)域新應(yīng)用也不斷涌現(xiàn),多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域取得關(guān)鍵性突破.從器件層面說(shuō),國(guó)內(nèi)廠商陸續(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)入門級(jí)市場(chǎng),也出現(xiàn)了像凌云這樣,專注于機(jī)器視覺(jué)平臺(tái)軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的企業(yè).

在設(shè)備和系統(tǒng)集成方面,隨著電子制造產(chǎn)業(yè)全面轉(zhuǎn)向”中國(guó)制造”,視覺(jué)技術(shù)在相關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用也蓬勃發(fā)展,例如PCB檢測(cè),SMT檢測(cè)等等設(shè)備國(guó)產(chǎn)設(shè)備迅速興起,憑借產(chǎn)品性價(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；隨著部分海外從業(yè)人員回國(guó)創(chuàng)業(yè),一些高端設(shè)備,如LCD的前道檢測(cè)設(shè)備也開(kāi)始在國(guó)內(nèi)落地;在部分產(chǎn)業(yè),如汽車,制藥包裝等等行業(yè).隨著國(guó)外產(chǎn)線逐漸向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求提升,這一階段大批自動(dòng)化領(lǐng)域的系統(tǒng)集成商開(kāi)始熟悉并使用視覺(jué)技術(shù);與此同時(shí),國(guó)內(nèi)的很多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),如棉紡,農(nóng)作物分級(jí),鋼鐵,紙張等等行業(yè),視覺(jué)技術(shù)作為提升質(zhì)量和效率、取代人工的工具也開(kāi)始了廣泛的應(yīng)用嘗試.總體上視覺(jué)應(yīng)用呈現(xiàn)百花齊放的旺盛狀態(tài).

飛速發(fā)展階段：從2008到2012年,中國(guó)機(jī)器視覺(jué)進(jìn)入了飛速發(fā)展階段.眾多機(jī)器視覺(jué)各種核心器件研發(fā)廠商出現(xiàn),從相機(jī)、采集卡、光源、鏡頭到圖像處理軟件,數(shù)十家機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的踐行者,用他們的智慧和努力打造了中國(guó)創(chuàng)造的機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品.這些產(chǎn)品在廣泛實(shí)踐中不斷完善,國(guó)內(nèi)企業(yè)的視覺(jué)技術(shù)能力也得到了長(zhǎng)足的積累和進(jìn)步.

同時(shí),隨著視覺(jué)技術(shù)在PCB、SMT、半導(dǎo)體、太陽(yáng)能、LCD、煙草、印刷、表面檢測(cè)、制藥包裝、汽車等多個(gè)行業(yè)的廣泛深度應(yīng)用.特別值得一提的是消費(fèi)電子類產(chǎn)品,如手機(jī),電腦等等組裝生產(chǎn)過(guò)程中的引導(dǎo),測(cè)量,有無(wú)檢測(cè)等相關(guān)需求的不斷涌現(xiàn),使得一大批真正的系統(tǒng)級(jí)工程師被培養(yǎng)出來(lái).他們能夠從系統(tǒng)的角度設(shè)計(jì)相關(guān)的視覺(jué)系統(tǒng),掌握視覺(jué)和自動(dòng)化相關(guān)的綜合知識(shí),最終將視覺(jué)的價(jià)值發(fā)揮到更多的領(lǐng)域中解決各類實(shí)際問(wèn)題.

三、機(jī)器視覺(jué)主要應(yīng)用范圍

機(jī)器視覺(jué)可說(shuō)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的靈魂之窗,從物件/條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂/傳動(dòng)設(shè)備定位,都是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺(tái),因此它的應(yīng)用范圍十分廣泛,從作用看,主要包括圖像檢測(cè)應(yīng)用、視覺(jué)定位應(yīng)用、物體測(cè)量應(yīng)用、物體分揀應(yīng)用和圖像識(shí)別應(yīng)用.機(jī)器視覺(jué)主要應(yīng)用范圍

機(jī)器視覺(jué)的上游行業(yè)主要包括光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)（智能相機(jī)）、圖像采集卡和圖像處理軟件等.機(jī)器視覺(jué)上游行業(yè)分析

從下游應(yīng)用行業(yè)看,國(guó)外主要應(yīng)用于半導(dǎo)體及電子行業(yè),其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè),具體包括三大方面：PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板,覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等.SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測(cè)試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備.

子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位.

隨著中國(guó)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,機(jī)器視覺(jué)行業(yè)也在中國(guó)市場(chǎng)度過(guò)了發(fā)展的最初時(shí)期,不僅國(guó)際知名品牌紛紛在中國(guó)開(kāi)展業(yè)務(wù),中國(guó)本土的企業(yè)也逐漸興起,機(jī)器視覺(jué)已為廣大客戶所熟知,應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大,由起初的電子制造業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè),發(fā)展到了包裝,汽車,交通和印刷等多個(gè)行業(yè),目前以電子及半導(dǎo)體和汽車行業(yè)應(yīng)用居多.

工業(yè)4.0離不開(kāi)智能制造,智能制造離不開(kāi)機(jī)器視覺(jué).機(jī)器視覺(jué)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和智能化的必要手段,相當(dāng)于人類視覺(jué)在機(jī)器上的延伸.機(jī)器視覺(jué)具有高度自動(dòng)化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),將在中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用.國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)主要應(yīng)用領(lǐng)域占比

四、機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)

隨著技術(shù)的進(jìn)步以及應(yīng)用成本的下降,機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)中的滲透率日益提升,整個(gè)市場(chǎng)快速發(fā)展.2018年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模超88億美元,預(yù)計(jì)2019年這一數(shù)字將近100億美元.從國(guó)內(nèi)來(lái)看,2018年中國(guó)機(jī)