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2018年機器視覺產業技術現狀、發展趨勢分析及發展前景預測

機器視覺的界定以及構成

機器視覺就是用機器來代替人眼做測量和判斷的系統,它通過光學裝置和非接觸感測器自動獲取目標物件的影象,並由影象處理裝置根據所得影象的畫素分佈、亮度和顏色等資訊進行各種運算處理和判別分析,以提取所需的特徵資訊或根據判別分析結果對某些現場裝置進行運動控制。機器視覺系統中的影象處理裝置一般都採用計算機,所以機器視覺有時也稱為計算機視覺。

一個典型的機器視覺系統包括:光源、鏡頭、相機(CCD或COMS相機)、影象採集卡、影象處理軟體等。在搭建視覺系統時,使用者需採購系統中的各個元件,但市場上機器視覺產品及裝置生產廠家多數只生產其中的部分原件,如AVT的工業攝像機、Computar的工業鏡頭、CCS的光源等。在這種狀況下,組建機器視覺系統需要大量的時間與精力來選購不同廠家的產品,無論是在人力還是資源成本上都會有更多的付出。

圖表1:機器視覺基本組成

資料來源:前瞻產業研究院整理

機器視覺產業技術發展現狀

根據前瞻產業研究院釋出的《2018-2023年中國機器視覺產業發展前景與投資預測分析報告》資料顯示,截至2017年末,機器視覺產業專利數量達到了5349件,特別是2011年以來,機器視覺技術快速發展,專利數量節節攀升。

機器視覺產業專利數量分析

從申請量來看,2011-2017年,我國機器視覺相關專利申請數量的增長速度呈先緩後急的趨勢,2011-2010年增長較為平緩,2011年之後增長幅度加大。2016年,我國機器視覺相關專利申請數量為933個,2017年下降為545個。

圖表2:2001-2017年機器視覺相關專利申請數量變化圖(單位:個)

資料來源:前瞻產業研究院整理

從公開量來看,2001-2017年我國機器視覺相關專利公開數量變化趨勢與申請數量基本一致。2016年公開數量為933個;2017年達到有史以來最高值,為1281個。

圖表3:2001-2017年機器視覺相關專利公開數量變化圖(單位:個)

資料來源:前瞻產業研究院整理

機器視覺產業專利申請人分析

截至2017年底,我國機器視覺相關專利申請人前十名全部為高等學校,其中,排名前三位的依次是浙江大學、江南大學和江蘇大學。從所佔比例來看,我國機器視覺產業的技術集中度偏低。

圖表4:截至2017年我國機器視覺相關專利申請人前十名情況(單位:個,%)

資料來源:前瞻產業研究院整理

機器視覺產業熱門技術分析

從我國機器視覺產業熱門技術來看,G01N21/88(測試瑕疵、缺陷或汙點的存在)是當前研究最多的技術,專利數量達到371個。此外影象分析技術和計量裝置的研究也是機器視覺產業的熱門技術。

圖表5:截至2017年中國機器視覺專利構成分析(單位:%)

資料來源:前瞻產業研究院整理

機器視覺產業技術發展趨勢

(1)影象處理器將會不斷地向PC機以及嵌入式系統靠攏

機器視覺處理器的處理功能,將會不斷地向PC機以及嵌入式系統靠攏;處理的能力會繼續遵循摩爾定律,18個月將會增長一倍;隨著處理功能不斷的增強,處理器散發出的熱量也會隨著越來越高,這會影響系統的功能,散熱問題將成為嚴重的阻礙性因素。

(2)機器視覺演算法工具平穩與緩和發展

驅動影象處理軟體發展的因素不僅僅包括使用者們對簡單、方便軟體的需求,還包括供應商們對他們的軟體在市場上受到產權保護的期望。機器視覺演算法工具的發展趨勢是比較平穩與緩和發展的。未來大家將看到很多機器學習的應用,用各種演算法工具來實現應用功能和任務。

(3)光學物理方面將會成為相機及感測器發展的一個阻礙因素

光學物理方面將會成為相機及感測器發展的一個阻礙因素。它的發展趨勢是:CMOS相機會取代CCD相機;會有超高速的相機出現;在相機上會融入更多的智慧;會有更多更小的相機出現;更多的相機可以直接連在PC機上。

(4)解析度與更小光源將驅動成像光學系統的發展

對於成像光學的發展有兩個主要驅動力量,一是越來越高解析度的要求;二是更小光源的需求。但是尋求更小的光源目前來看是非常困難的。同樣阻礙成像光學發展的因素仍然是對機器視覺方面、物理光學方面的研究力量不夠,另外也缺少相應的設施。對於成像光學的發展趨勢,35mm鏡頭在早期就已經流行,但是可能將會被更小的鏡頭所取代。

機器視覺行業前景預測

目前在我國隨著配套基礎建設的完善,技術、資金的積累,各行各業對採用影象和機器視覺技術的工業自動化、智慧需求開始廣泛出現,國內有關大專院校、研究所和企業近兩年在影象和機器視覺技術領域進行了積極思索和大膽的嘗試,逐步開始了工業現場的應用。

其主要應用於製藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領域。這些應用大多集中在如藥品檢測分裝、印刷色彩檢測等。真正高階的應用還很少,因此,以上相關行業的應用空間還比較大。當然、其他領域如指紋檢測等等領域也有著很好的發展空間。

據前瞻產業研究院釋出的《機器視覺產業發展前景與投資預測分析報告》資料顯示,未來幾年,行業若按照年均16%左右的增長率,預計到2020年,我國機器視覺行業市場規模將突破150億元,到2022年達到179億元。

中國機器視覺行業市場規模預測

資料來源:前瞻產業研究院整理

行業發展驅動因素

應用需求空間廣

在製造業以及不斷拓寬的其他領域應用,帶來了對機器視覺需求的提升。廣泛的應用也決定了機器視覺將由過去單純的採集、分析、傳遞資料,判斷動作,逐漸朝著開放性的方向發展,這一趨勢也預示著機器視覺將與自動化更進一步的融合。雖然製造業容易受到經濟環境惡化的影響,但是機器視覺在其他領域如交通、安保等應用越來越廣泛。

成本節約推動

人力成本上升,機器視覺應用可有效降低成本。隨著現代工業自動化技術日趨成熟,越來越多的製造企業考慮如何採用機器視覺來幫助生產線實現檢查、測量和自動識別等功能,以提高效率並降低成本,從而實現生產效益最大化。

技術驅動

機器視覺系統由多種技術構成,所以也就需要多個領域的專業知識。視覺系統的開發需要關注硬體、軟體以及它們的跨界整合,為終端使用者提供高性價比、可靠的解決方案。在過去的幾年中,成像系統、照明系統、處理器等領域的持續進步,它們的成本在下降,而尺寸也在變得越來越小。由於機器視覺領域的創新,以及集成了先進的影象處理演算法,世界系統正在工業自動化的更多領域得到應用。

行業發展阻礙因素

機器視覺產品在中國市場應用的主要障礙有:預算限制、不易使用、工程實施資源限制、操作人員的接受程度、視覺技術的瞭解、相對於其他自動化專案的優先級別不夠高。其中由於對視覺技術不夠了解以及預算的限制是當

機器視覺產品在中國市場推廣的主要障礙

資料來源:前瞻產業研究院整理

機器視覺行業投資建議

1、專業性與使用者需求相結合

與其他自動化產品相比,機器視覺產品屬於專業性非常高的產品,對多數使用者而言可能較為陌生,提高了應用門檻。產品生產商比較熟悉產品和技術本身的功能與引數,而消費者則從自身需求角度出發,往往二者存在一定得錯位或者矛盾。如何將兩方面結合起來,既要提高產品的效能,又要滿足使用者的應用需求,這是打造成功視覺方案的前提,因為產品終究是使用者說了算,使用者的體驗才最終推動技術和產品的不斷變革。

2、主要市場與新應用市場相結合

根據機器視覺市場的跟蹤調研分析,目前機器視覺產品中端市場2/3為電子製造、汽車製造和市政交通行業所佔據,其餘市場份額包括食品、包裝機械、印刷等行業需求,並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,電子製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。

3、市場競爭擴散蔓延

機器視覺行業是一個崛起的新興行業,全球製造中心——中國開始了工業轉型升級過程,對過度依賴低廉勞動成本的粗加工和製造模式向全面自動化、高附加值和高生產率轉型,中國機器視覺市場正在繼北美、歐洲和日本之後,成為國際機器視覺廠商的重要目標市場。

目前,境內國際機器視覺品牌大約100家,民族機器視覺品牌也接近前者,產品代理商超過200家,專業機器視覺系統整合商超過50家,涵蓋從光源、工業相機、工業鏡頭、影象採集卡和智慧相機等所有機器視覺行業鏈產品。

對於競爭日益激烈的內地市場,機器視覺廠商推出產品的速度加快,產品技術發展迅猛,這必然對競爭者提出了更高的要求,以往簡單的模仿複製以不再可行,自己的技術和產品特色才是廠商們需要考慮和挖掘的重點。