我国机器视觉行业发展情况概述

机器视觉系统(Machine Vision)指的是通过光学的装置和非接触的传感器自动接收和处理真实物体的图像,从而获得所需信息或控制机器人运动的装置。在工业制造领域,降低生产和设备的成本、减少停机时间、降低车间占用空间、降低废品率、加强流程控制等需求长期存在,而机器视觉技术作为20世纪70年代中期开始受到重视的一种相对新兴的、糅合了光学、图像处理等众多学科的一种多学科交叉的综合应用技术,能够在很大程度上满足工业界的这些需求。另外,现代工业自动化生产中涉及到的各种检测、定位及识别工作,如零配件批量加工中的尺寸检测, 自动装备中的完整性检测,电子装配线中的元件自动定位等都是人眼很难完成的高重复性和高精确度要求的工作,因此,数十年来机器视觉技术被越来越广泛地应用于各类工业生产场景。

一个典型的机器视觉设备,包含光源、镜头、含有传感器的工业相机、如图像采集卡这样的输入单元,以及安装有图像分析软件的图像分析系统。事实上,机器视觉系统的工作过程是和人眼视觉系统非常相似的,机器视觉系统的传感器等组件在机器视觉系统中所发挥的功能也和人眼视觉系统的视网膜等组织在人眼视觉系统中发挥的功能相近。以机器视觉常用的一个领域,检测领域来举例。如果任务目标是检测一块刚刚生产出来的手机屏幕是否是残缺的,人眼的工作过程是:自然光源或者人造光源产生的光线照射在手机屏幕上, 手机屏幕反射的光透过人眼球的晶状体折射到视网膜上,人视网膜上的感光细胞受到刺激将光信号转化为电信号,再经过神经网络把这种信号传到人类处理信息的中枢,即人类的大脑中,大脑再根据各种人类预先掌握的标准,对这一信息做出分析处理,得出手机屏幕是否残缺的结论。而机器视觉系统的工作过程是:特别设计的人工光源发出的光以合适的角度照射到待检测的手机屏幕上,手机屏幕反射的光透过工业镜头折射到工业相机专用的传感器上,传感器上的CCD感光芯片上的感光元器件把光信号转成电信号,这种电信号再通过机器视觉系统中的A/D转换装置转成数字信号,而这一数字信号再输入到计算机系统中后,如同大脑处理信息一样,安装了特别图像分析软件的计算机系统会依据预先设定好的标准对传过来的数字信号进行分析判断,从而得出手机屏幕是否残缺的结论。在这一对比中,显而易见,机器视觉系统的工业镜头实际代替了人眼的晶状体,传感器实际代替了人眼的视网膜, 安装了图像分析软件的计算机系统实际就代替了人的大脑。相比人的视觉系统来说, 机器视觉系统虽然灵活性有所不及,但是在速度、稳定性方面远超人眼视觉系统, 因此特别适合工业生产。

机器视觉行业的产业链由上至下来看, 依次是主要提供核心零部件和核心软件算法的底层开发商、主要在底层开发商提供的基础硬件和软件基础上进行二次开发的集成和软件服务商以及下游各行各业的客户。底层开发商层面上,又可以分为主要提供硬件的底层开发商和主要提供软件的底层开发商两类,其中硬件主要指光源、镜头、工业相机、图像采集卡等,软件主要指的是各类图像处理软件。就机器视觉各组成部分来说:光源方面目前我国国产化比较充分,竞争比较激烈;工业镜头方面目前高端基本依赖进口,国产产品多集中在中低端;包含视觉传感器的工业相机方面,目前我国仍然以进口为主,国产品牌的国产化替代正在进行;图像采集卡方面,国内发展较完善;图像处理软件方面, 目前基本被外国厂商垄断,国内厂家多是在外国软件平台系统的基础上进行二次开发。

国内机器视觉产业的整体发展来看, 因为中国已经成为全球制造业的加工中心,高要求的零部件加工及其相应的先进生产线的引入,使许多国际先进水平的机器视觉系统和应用经验也进入中国,因此近年机器视觉行业增长十分迅速。根据中国机器视觉产业联盟统计,2015~2017年,机器视觉行业快速增长,销售额年均复合增长率达到36.40%,远高于同期中国GDP增长率。就具体的下游行业来说,目前机器视觉相关应用在汽车行业渗透率较高,在电子设备及半导体、制药、食品与包装及印刷等行业的渗透率尚有较大的提升空间。

根据智研咨询数据,目前进入中国市场的国际机器视觉企业和中国本土的机器视觉企业(不包括代理商)都已经超过200家,产品代理商超过300家,专业的机器视觉系统集成商超过70家,覆盖全产业链各端,且我国工业视觉企业数量(不包括代理商)目前每年保持20%左右的数量增加。

尽管数量众多,但由于技术上的后发劣势以及进入市场较晚等因素,目前我国机器视觉产业整体上仍处在下游,行业内企业多以系统集成商为主。通常来讲,在一套机器视觉设备的成本中,零部件成本和软件开发成本合计占比达到近80%,这也就意味着核心图像处理软件和核心元器件需要依靠外采、只能从事机器视觉设备集成业务的厂商很难控制自身的产品成本, 这种情况叠加上国产机器视觉设备企业在品控、宣传上的相对弱势导致的产品溢价空间有限,最终导致了我国机器视觉产业内的企业大多数利润空间较小。根据中国机器视觉产业联盟2017年度企业调查结果,2017年,国内机器视觉企业平均销售额约为7269.3万元,年销售额在平均线以上的企业数量占全部被访企业总数的比例约为26.4%,营业收入超过1亿元以上的企业占比16.5%。

未来,国内相对优秀、掌握一定核心技术的机器视觉企业在地位相对稳固之后, 逐步向产业链上游延伸的过程,将是行业发展的重要看点之一。