國內機器視覺產業(yè)概況講解

張紫達

2021年7月21-22日，北京機器視覺助力智能制造創(chuàng)新發(fā)展大會在北京國際會議中心召開，大會以智能制造引領高質量發(fā)展為主題，關注智能制造創(chuàng)新方面的話題及其相關技術。咱們今天借此來剖析一下國內的機器視覺產業(yè)現(xiàn)狀。

定義

機器視覺：通過光學裝置和非接觸式的傳感器，自動地接受和處理一個真實物體地圖像，以獲得所需信息用于控制機器人運動的裝置。機器視覺技術主要采用適合被測物體的多角度光源及傳感器獲取檢測對象地圖像，通過計算機從圖像中提取信息，進行分析、處理，最終用于實際檢測和控制。

機器視覺有三個重要環(huán)節(jié)：成像——信號處理與分析——決策及執(zhí)行。

機器視覺的本質是為機器植入“眼睛”和“大腦”。

為機器植入眼睛，代表機器視覺利用環(huán)境和物體對光的反射來獲取及感知信息。

為機器植入大腦，代表機器視覺需要對信息進行智能處理分析，并應用分析得到的結果來執(zhí)行相應的活動。

機器視覺的基本功能

尺寸測量

外觀檢測

視覺定位

識別計數(shù)

我國機器視覺的發(fā)展歷程

萌芽期

我國在70年代后由國防軍工率先開始機器視覺的應用研究，比如導引、探測方面。80年代后我國開始逐步應用到航空航天和高精度測量研究比如天文、力學研究等。90年代開始中國出現(xiàn)了機器視覺的代理企業(yè)，主要從事機器視覺期間及技術的代理服務。

起步期

2000年后中國的機器視覺開始起步，并且出現(xiàn)一批專業(yè)的機器視覺公司。涉及的業(yè)務主要有：人民幣印鈔質量檢測、煙草異物剔除、郵政分揀等。

發(fā)展初期

2009年開始以蘋果為代表的手機加工制造為核心的3C電子制造業(yè)需求巨大，直接推動了中國機器視覺高速發(fā)展。

在2009-2015年，產業(yè)中批量涌現(xiàn)出了近百家機器視覺新公司，包括很多來自自動化設備及安防監(jiān)控的公司。

發(fā)展期（發(fā)展中期）

AI算法的發(fā)展促進了中國機器視覺產業(yè)高速發(fā)展。2010年之后整個產業(yè)近十年持續(xù)著20%-30%的增速，并在2020你那成為與歐洲體量相當?shù)闹匾鍓K。

機器視覺的技術架構

分為六個部分

主要支撐技術

精密光學

計算攝像學

光電半導體

電子學技術

5G移動通信

精密機械

深度學習等

主要產品形態(tài)

智能機器人

智能設備

視覺應用專機

可配置視覺系統(tǒng)

工業(yè)智能相機

視覺器件

圖像信息獲取

光源

相機

圖像采集

控制器

配件

圖像分析處理

信息處理平臺

機器視覺軟件算法平臺

智能決策執(zhí)行

AI能力平臺

現(xiàn)場應用

典型行業(yè)應用

電子制造

生物制藥

汽車制造

半導體

物流

軌道交通

新零售等

機器視覺的核心技術

其核心技術主要有：光學照明、光學成像、圖像采集、傳輸存儲、算法算力、自動執(zhí)行這六塊。

關鍵技術—視覺照明

經歷了第一代傳統(tǒng)光源（鹵素燈、熒光燈）、第二代LED光源、第三代激光光源。未來發(fā)展趨勢是視覺智能光源。

關鍵技術—光路成像

經歷了攝影鏡頭、安防鏡頭、支持4K鏡頭、百萬像素級鏡頭、鏡頭智能化鏡頭。未來趨勢是光學自動化鏡頭。

關鍵技術—圖像感知

芯片技術經歷了1969-2014年CCD為主導、1990-至今CMOS迎頭趕上的時代。未來的發(fā)展趨勢是TOF（Timeof light）芯片技術。

工業(yè)相機經歷了2000年前模擬相機——2000-2015年數(shù)字化轉型——2010年后智能相機。未來的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)8K/10億像素級別的相機、可見光譜向非可見光譜擴展、單一光譜到多光譜擴展。空間維度向上增加。

關鍵技術—圖像采集

經歷了模擬采集卡到數(shù)字采集卡階段。未來會出現(xiàn)具備預處理能力的數(shù)字采集卡。

關鍵技術—算法

經歷了第一代模式識別的圖像處理、第二代模式識別的圖像分析、第三代圖像理解深度學習。未來趨勢是云端智能計算。

關鍵技術—算法平臺

經歷了基于圖像算子的視覺開發(fā)軟件到基于算法組件的視覺軟件平臺到基于組態(tài)思想的視覺開發(fā)平臺。未來趨勢是基于云端計算的視覺平臺。

關鍵技術—信息處理平臺

經歷了DSP處理平臺到x86處理平臺到AI處理平臺。未來趨勢是云處理平臺。

國內產業(yè)現(xiàn)狀—市場規(guī)模

在營收方面中國的機器視覺器件和系統(tǒng)年銷售額在2019年突破了103.1億元人民幣。2012-2018年復合增長率近似為31.7%。相關預測2025年中國機器視覺市場規(guī)模會接近400億。

關于產品銷量，與2016年相比，2019年關鍵產品增長率：工業(yè)相機27.4%；采集卡14%；光源43.5%；軟件310%；視覺系統(tǒng)324%；3D視覺產品602%；智能嵌入式系統(tǒng)367%。

截至2020年，進入中國市場的國際品牌已經有200多家，中國本土的機器視覺品牌超過了100家各類產品代理商超過300家系統(tǒng)集成商也已經超過100家。中國的機器視覺企業(yè)主要集中在廣東、上海、北京、減速和福建等地。

機器視覺的產業(yè)圖譜

（太多了，見下圖）

機器視覺應用案例

智慧印刷

半導體加工

軌道交通

機器視覺產業(yè)面臨的機遇

計算成像技術的發(fā)展為機器視覺提供更多可能

新型三維成像技術滿足了更復雜的機器視覺檢測需求

衍射光學提高了相關產品的核心競爭力

大數(shù)據(jù)與知識圖譜的發(fā)展

深度學習與小樣本處理技術發(fā)展

算力與互聯(lián)網平臺的發(fā)展

機器視覺的發(fā)展展望

優(yōu)勢：廣泛的應用需求帶來良好的發(fā)展環(huán)境；AI算法等領域的技術優(yōu)勢推動產業(yè)加速發(fā)展。

問題：我國在半導體生產重要環(huán)節(jié)上的技術水平、相關生產測試設備與國際仍存在較大差距；沒有國產的可應用于機器視覺的大型工控管理軟件和聯(lián)結各子系統(tǒng)的通用管理平臺；國際局勢的變化對我國的機器視覺發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

（全文完）

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