机器视觉的本质是为机器植入“眼睛”和“大脑”。为机器植入眼睛,代表着机器视觉利用环境和物体对光的反射来获取及感知信息;为机器植入大脑,意味着机器视觉需要对信息进行智能处理与分析,并应用分析得到的结果来执行相应的活动。
一.机器视觉产业全貌
机器视觉行业的上游包括相机、镜头、光源等硬件及算法软件。相机是包含完整的机器视觉组成功能模块(光源可自带或借用外部光源),能独立完成机器视觉信息处理的全流程,为系统输出有效信息;镜头是机器视觉图像采集部分重要的成像部件,其作用是把被摄物体成像于摄像机内的感光元件上。
光源对于机器视觉中的图像采集部分具有重要影响,为场景提供合适的照明,突出目标的图像特征并与背景图像分离;机器视觉算法与软件紧密结合,软件平台是实现机器视觉算法的载体,使机器视觉在处理数据量和实时检测效率性能上不断地突破,匹配工业智能发展的需求。
AI算法作为常见的智能算法,逐步应用于机器视觉系统中,能够有效地提高智能水平。软件与算法平台与视觉硬件相辅相成,助力可配置视觉系统、智能视觉装备实现相应的功能。
机器视觉行业的中游为视觉系统与智能装备。视觉系统包含独立完整的成像单元(光源、镜头、相机)和相应的算法软件,集图像采集、处理与通信功能于一身,可以灵活地进行配置和控制,适应各种复杂的应用,具有多功能、模块化、高可靠性等特点。
智能装备以机器视觉的感知能力和分析决策能力为核心,在视觉系统的基础上加入了自动化和智能化的功能,将设计、生产、检测过程集成闭环,可实现多种功能。
机器视觉行业的下游为各行业集成应用和服务。下游应用行业的发展决定了机器视觉装备及服务的市场需求量,目前下游应用领域以电子制造为主,其次为汽车、医药、印刷包装等领域。下游产业丰富多样,集成服务更加有的放矢,面向应用市场才能更加蓬勃。
二.中国机器视觉市场
1.发展起步晚,应用驱动产业进一步完善
与国外机器视觉的发展历程相比,我国的机器视觉产业起步较晚,1995年才开始有初步应用。我国机器视觉发展历程可基本分为以下四个阶段:
20世纪70年代后,中国机器视觉市场由国防军工应用率先推动。1995年至1999年,在国外技术发展引领下,我国机器视觉进入了萌芽期,在航空、航天、军工及高端科研等行业开始应用,但主要依赖进口。
2000年至2008年,在行业应用和算力的双轮驱动下,我国机器视觉进入了起步期。中国机器视觉企业通过技术引进,快速掌握了国外机器视觉企业的先进经验,利用进口视觉器件在各应用领域进行系统集成和智能设备研发。
2009年是我国机器视觉产业发展划时代的一年,以苹果手机加工制造为核心的消费电子制造产业进入100μm高精度时代,迫切需要使用机器替代人工以保障产品的加工精度。苹果手机加工制造的应用需求直接推动了我国机器视觉产业进入发展初期,我国机器视觉系统和设备的研发、应用开始提速,同时在市场驱动下,机器视觉企业开始进行芯片、相机、光源等核心部件的研发,机器视觉器件市场逐步形成中低端逐步国产化、中高端依赖进口的局面。
2016年至金,AI算法的发展使我国机器视觉进入发展中期,机器视觉应用领域更为广泛,核心器件、系统、设备的国产化率进一步提高。
2.机器视觉已被广泛应用于半导体检测
在半导体领域,机器视觉已被应用于半导体外观缺陷、尺寸、数量、平整度、距离、定位、校准、焊点质量、弯曲度等检测,广泛应用于晶圆制造和封装测试中的检测、定位、切割和封装过程。
中国半导体产业发展迅速,根据SEMI统计,2020年中国大陆半导体设备行业市场规模达187.2亿美元,同比增长39.18%,首次成为全球最大的半导体设备市场。随着中国半导体产业的兴起,半导体技术的更新换代,未来国产半导体视觉装备必然会得到广泛应用,中国本土企业的发展巨大。
3.印刷包装成为机器视觉应用的重要增长点
包装行业对印刷品质要求较高,包装印刷厂须具备独特的技术和质量优势方能满足该行业对质量和色彩的特殊要求。当前印刷机最快生产速度已达800 m/min,且检测精度高,已超出人眼识别极限,现有人工检测已无法满足要求,因此必须采用高速、高精度、一致性和稳定性的机器视觉检测设备才能保障印刷质量。
4.机器视觉与人工智能和5G等新兴技术融合和创新
近年来,随着信息技术、生物技术、制造技术、新材料技术、新能源技术等技术不断发展,人工智能、互联网、大数据等新兴技术与传统技术相结合带动新一轮产业变革,为制造行业带来了新的机遇。
机器视觉行业在新技术的推动下也迎来了产业变革。机器视觉赋予了机器视觉感知的能力,是智能制造的基础产业,也是实现工业自动化和智能化的必要手段。机器视觉与5G、人工智能、工业互联等技术加速融合与创新,有利于其坚实的服务于全产业,推动中国制造业加速完成智能转型,同时也会带动机器视觉产业链的发展,为具备创新能力的国产机器视觉厂商带来国产替代机会。