機器視覺雖只幾十年發(fā)展時間，但隨著全球新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革浪潮的興起，機器視覺行業(yè)順勢迎來快速發(fā)展。機器視覺的應(yīng)用已經(jīng)從最初的汽車制造領(lǐng)域，擴展至如今消費電子、制藥、食品包裝等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，全球機器視覺市場規(guī)模從2008 年的25 億美元增長至2017年70 億美元，年復(fù)合增速為12.3%。我國機器視覺市場從2008 年進入快速發(fā)展階段，至2017 年市場規(guī)模達65 億元，2008-2017 年復(fù)合增速32.7%，顯著高于全球水平。

國際機器視覺市場的高端市場主要被美、德、日品牌占據(jù)。美國康耐視（Cognex）、國家儀器（NI），德國巴斯勒（Basler）、伊斯拉視像（ISRA Vision），日本基恩士（Keyence）、歐姆龍（Omron）等都是在機器視覺領(lǐng)域擁有技術(shù)積累和良好客戶口碑的國際巨頭公司。其中康耐視和基恩士作為全球機器視覺行業(yè)的兩大巨頭，壟斷了近50%的全球市場份額。

國內(nèi)機器視覺行業(yè)競爭格局較分散，在核心零部件上國外企業(yè)占據(jù)更大的市場份額與銷售優(yōu)勢。據(jù)《中國機器視覺產(chǎn)業(yè)全景圖譜》，目前進入中國的國際機器視覺品牌已有200 多家，中國本土的機器視覺品牌有100 多家，各類產(chǎn)品代理商超過300 家，系統(tǒng)集成商也有超過100 家?？梢?，國內(nèi)機器視覺企業(yè)以產(chǎn)品代理商與系統(tǒng)集成商為主，在機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈上游領(lǐng)域布局較少，在機器視覺核心零部件的研發(fā)能力上不及國外老牌公司雄厚，因此中高端市場主要由國際一線品牌主導(dǎo)。

根據(jù)中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2017 年度企業(yè)調(diào)查結(jié)果，國內(nèi)機器視覺企業(yè)銷售額在1000-3000 萬的占比最高（31.8%），其余依次為1000 萬以下（19.8%），5000萬-1 億（18.7%），1 億以上（16.5%），3000-5000 萬（13.2%）。2017 年，康耐視在大中華區(qū)實現(xiàn)6.76 億元收入，相比之下，我國大部分機器視覺企業(yè)銷售規(guī)模較小。

1、 工業(yè)相機：捕捉和分析對象的核心部件

圖像分析的前提是由鏡頭捕捉光信號并轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻碾娦盘?。區(qū)別于民用相機，工業(yè)相機具有更高的圖像穩(wěn)定性、傳輸能力和抗干擾能力，是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。目前市面上的工業(yè)相機產(chǎn)品主要有線陣相機、面陣相機、3D 相機和智能相機等。智能相機將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內(nèi)，已成為工業(yè)相機發(fā)展的趨勢。

圖像傳感器是相機的核心，根據(jù)芯片類型可劃分為CCD 和CMOS 圖像傳感器，兩者都使用光敏二極管進行光電轉(zhuǎn)化，但在工作原理和產(chǎn)品特性上都存在較大區(qū)別。

CCD 圖像傳感器是一個由光電二極管和存儲區(qū)構(gòu)成的矩陣，每一個感光元件在將光線轉(zhuǎn)化為電荷后，直接輸出到下一個感光元件的存儲單元，依此類推到最后一個感光元件形成統(tǒng)一的輸出，再由放大器放大電信號以及專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。而CMOS 傳感器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯（ADC），當感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號之后，電信號首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號。

CMOS 傳感器在應(yīng)用于機器視覺初期，由于在處理快速變化的影像時，容易因電流變化過于頻繁而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，使得噪聲難以抑制，因此僅應(yīng)用在影像畫質(zhì)要求較低的中低端工業(yè)產(chǎn)品；而CCD 由于圖像質(zhì)量更高、抗噪能力更強的優(yōu)勢多應(yīng)用于高端場合。

隨著CMOS 傳感器在消費電子設(shè)備上的大量應(yīng)用推動了CMOS 技術(shù)的發(fā)展，其性能已顯著提高，而制造成本大幅下降。CMOS 傳感器的分辨率和圖像質(zhì)量正在逼近CCD 傳感器，并且憑借高速度（幀速率）、高分辨率（像素數(shù)）、低功耗以及最新改良的噪聲指數(shù)、量子效率及色彩觀念等各方面優(yōu)勢，CMOS 傳感器建立了穩(wěn)固的市場地位，在工業(yè)圖像處理的眾多領(lǐng)域正逐步取代CCD 傳感器。

以Basler 的工業(yè)相機產(chǎn)品為例，在分辨率相近的情況下，CMOS的幀速率比CCD顯著更高，并且具有更高的量子效率、信噪比、動態(tài)范圍以及更低的暗噪聲?？梢?，CMOS 在某些性能指標上已達到或者優(yōu)于CCD 水準，具備替代CCD 的能力。

近些年工業(yè)相機行業(yè)在全球市場和中國市場均呈現(xiàn)快速增長趨勢。全球工業(yè)相機行業(yè)規(guī)模由2011 年15.2 億元增長至2018 年的40.3 億元，年均復(fù)合增速為14.95%；中國工業(yè)相機行業(yè)規(guī)模2011 年僅有0.8 億元，2018 年達7.3 億元，實現(xiàn)了37.14%的復(fù)合增長率。中國工業(yè)相機市場正以遠超全球市場的增速迅速擴張。

目前，全球工業(yè)相機行業(yè)由歐美品牌占據(jù)主要市場。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2018年北美品牌占據(jù)全球工業(yè)相機市場62%的份額，歐洲品牌占15%，國外知名企業(yè)如德國Basler、加拿大DALSA、美國康耐視等。從細分領(lǐng)域來看，工業(yè)智能相機市場相較于板卡式相機市場呈現(xiàn)更高的集中度。

我國對于工業(yè)相機的研究起步較晚，最初主要由大恒圖像等幾家老牌相機公司代理國外品牌。近些年我國也逐步發(fā)展出一批自主研發(fā)工業(yè)相機的國產(chǎn)品牌，如大恒圖像、?？禉C器人、華?？萍己途S視圖像等。目前我國工業(yè)相機行業(yè)主要布局于中低端市場，可逐步實現(xiàn)進口替代；而在高分辨率、高速的高端工業(yè)相機領(lǐng)域仍以進口品牌為主。根據(jù)中國海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2018 年我國工業(yè)相機進口數(shù)量為8159 臺，進口金額為4483 萬美元，同比增長8.3%。

2、 鏡頭：清晰成像的核心

鏡頭是機器視覺圖像采集部分重要的成像部件，鏡頭的主要作用是將目標成像在圖像傳感器的光敏面上，分辨率、對比度、景深以及像差等指標對成像質(zhì)量具有關(guān)鍵性影響。

工業(yè)鏡頭按焦距可分為定焦鏡頭和變焦鏡頭；根據(jù)光圈可分為固定光圈和可變光圈；根據(jù)視場大小可分為攝遠鏡頭、普通鏡頭和廣角鏡頭。此外，還有幾種具有特殊用途的鏡頭，如遠心鏡頭、顯微鏡頭、微距鏡頭、紫外鏡頭和紅外鏡頭等。由于傳統(tǒng)鏡頭存在視差現(xiàn)象（即鏡頭的放大倍數(shù)隨物距的變化而變化），且通常有高于1~2%的畸變，遠心鏡頭應(yīng)用而生。它可以在一定物距范圍內(nèi)糾正視差的影響，并將畸變系數(shù)嚴格控制在0.1%以下。遠心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應(yīng)用場合所青睞，適應(yīng)精密檢測需求。

據(jù)QYResearch，2019 年全球工業(yè)鏡頭市場總值達到33 億元，預(yù)計2026 年將增至58 億元，年均復(fù)合增長率為8.3%。海外品牌在鏡頭領(lǐng)域投入較早，經(jīng)過多年的業(yè)務(wù)積累與技術(shù)升級，在全球范圍內(nèi)形成了德系徠卡、施耐德、卡爾蔡司和日系CBC、Kowa、尼康、富士等光學(xué)巨頭。由于光學(xué)鏡頭行業(yè)集成了精密機械設(shè)計、幾何光學(xué)、薄膜光學(xué)、色度學(xué)、熱力學(xué)等多學(xué)科技術(shù)，并且制作工序和工藝復(fù)雜，具有較高的技術(shù)門檻。

我國由于起步較晚，2008 年之前國內(nèi)光學(xué)鏡頭市場基本被日本、德國品牌所壟斷。近些年，我國工業(yè)鏡頭行業(yè)國內(nèi)廠商快速增長，主要從中低端市場切入，憑借高性價比優(yōu)勢對于外資品牌具有一定競爭力。在高端市場，我國仍以進口日本、德國等老牌廠商的產(chǎn)品為主，但也有一部分企業(yè)如東正光學(xué)、慕藤光等逐步走向高端。東正光學(xué)的遠心鏡頭畸變小于0.02%，倍率齊全，微距鏡頭產(chǎn)品也能夠?qū)⒒兛刂圃?.1%的超低量級下。

3、 光源：設(shè)計光路實現(xiàn)目標成像

光源對于機器視覺中的圖像采集部分具有重要影響，為后續(xù)圖像識別與分析奠定必要的基礎(chǔ)。合適的光源設(shè)備能夠使被測物與背景盡量明顯區(qū)分，獲得高品質(zhì)、高對比度的圖像。在機器視覺領(lǐng)域的應(yīng)用中，由于應(yīng)用對象與檢測要求的不同，尚無通用的機器視覺照明系統(tǒng)，需針對特定案例設(shè)計相應(yīng)的照明方案，以達到最佳照明效果。

機器視覺系統(tǒng)使用的光源主要分為LED 光源、鹵素?zé)艉透哳l熒光燈三種，其中最為常用的為LED 光源。LED 光源即發(fā)光二極管光源，其發(fā)光原理和白熾燈、氣體放電燈的原理都不同，LED 光源采用固體半導(dǎo)體芯片為發(fā)光材料，能量轉(zhuǎn)換效率高，理論上可達白熾燈10%的能耗，相比熒光燈也可以達到50%的節(jié)能效果。此外，LED 光源具有形狀自由度高、使用壽命長、響應(yīng)速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價比高等特點，因此在機器視覺等工業(yè)領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用。

機器視覺光源產(chǎn)品可按形狀劃分為多種類型，如環(huán)形光源、條形光源、平面光源、線光源、點光源、同軸光源等。不同的形狀結(jié)構(gòu)可提供不同的亮度、強度、照射角度、照射面積及顏色組合等，適用于不同的機器視覺應(yīng)用場景。例如環(huán)形光源是由LED 陣列成圓錐狀以斜角照射在被測物體表面，通過漫反射方式照亮一小片區(qū)域，工作距離在10-15MM 時，環(huán)形光源可以突出顯示被測物體邊緣和高度的變化，適合應(yīng)用于PCB 基板檢測、IC 元件檢測、集成電路印字檢查等情形。

國外機器視覺照明技術(shù)已較為成熟，國際上具有代表性的光源企業(yè)主要有日本CCS、Moritex 和美國Ai。國內(nèi)光源市場國產(chǎn)化程度較高，競爭較為充分，涌現(xiàn)出奧普特、沃德普、康視達、緯朗光電等一批機器視覺光源制造商，能夠與國際品牌進行競爭。

CCS 在全球光源市場上具有較高的市占率，主要產(chǎn)品為圖像處理用LED 光源和控制器。根據(jù)CCS 公司2017 年度報告，其在2017 年的營業(yè)收入達5.2 億元，其中光源和光源控制器產(chǎn)品占總營收的89.2%。

奧普特是成立于2006 年的國內(nèi)機器視覺光源行業(yè)領(lǐng)先的本土品牌，并以光源為切入點，將產(chǎn)品延伸至機器視覺鏡頭、相機、視覺控制系統(tǒng)等其他軟硬件產(chǎn)品。2019 年，奧普特光源及光源控制器產(chǎn)品收入為3.0 億元。奧普特光源產(chǎn)品的銷售額與CCS 相比仍存在一定差距，但其盈利能力比CCS 高。

4、 圖像處理軟件：算法實現(xiàn)各種目標

對所獲得的視覺信號進行處理是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，機器視覺軟件類似“大腦”，通過圖像處理算法完成對被測物的識別、定位、測量、檢測等功能。機器視覺軟件主要分為兩類：一類是包含大量處理算法的工具庫，用以開發(fā)特定應(yīng)用，主要使用者為集成商與設(shè)備商；另一類是專門實現(xiàn)某些功能的應(yīng)用軟件，主要供最終用戶使用。兩者主要在開發(fā)的靈活性上存在差別。

目前，圖像處理軟件領(lǐng)域主要由美、德等國主導(dǎo)，主要廠商包括Cognex、Mvtec、Adept 等，軟件的底層算法基本被以上廠商壟斷?？的鸵暎–ognex）作為最具代表性的廠商之一，近10 年業(yè)績表現(xiàn)良好。康耐視營業(yè)收入由19.25 億元增長至50.62 億元，復(fù)合增速10.15%；毛利率與凈利率基本穩(wěn)定，分別維持在75%和25%左右。

國內(nèi)的機器視覺圖像處理軟件一般是在OpenCV 等開源視覺算法庫或者Halcon、VisionPro 等第三方商業(yè)算法庫的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)。由于獨立底層算法具有非常高的技術(shù)壁壘，國內(nèi)目前僅有創(chuàng)科視覺、海康威視、奧普特、維視圖像等少數(shù)企業(yè)完成底層算法研究并進行一定范圍的應(yīng)用。

以創(chuàng)科視覺為例，公司研發(fā)的CKVisionBuilder 是目前機器視覺行業(yè)內(nèi)最簡單的視覺系統(tǒng)開發(fā)平臺，涵蓋了定位、測量、識別、讀碼、缺陷、顏色、3D、邏輯運算等所有圖像處理功能。該系統(tǒng)具有極高的通用性，具體表現(xiàn)為：不要求用戶具有編程基礎(chǔ)，適用于各種人群；適用于3C 電子、汽車制造等多種行業(yè)；對不同種類的工業(yè)相機、PLC 等均留有對接接口，具有較好的兼容性。

5、機器視覺領(lǐng)域代表企業(yè)

圖漾科技

圖漾科技位于上海張江，是一家專注于3D機器視覺技術(shù)的科技公司，為客戶提供集硬件和算法于一體的工業(yè)視覺解決方案：通過其帶有獨有技術(shù)的“深度攝像頭”產(chǎn)品，采集真實準確有效的信息數(shù)據(jù)（周邊環(huán)境&物件尺寸、位置等），再借助于計算機硬件和軟件對相關(guān)圖像加以測量分析并輸出結(jié)果，從源頭層面助推相關(guān)行業(yè)逐步數(shù)字化。

深度傳感器DS 460

目前，圖漾科技已經(jīng)為國內(nèi)數(shù)百家企業(yè)提供了產(chǎn)品服務(wù)，包括abb、京東、新北洋、順豐、菜鳥、韓國郵政等，在集成商生態(tài)圈培養(yǎng)、場景打磨、技術(shù)積累等方面具備了明顯的先發(fā)優(yōu)勢和極高的壁壘。

所羅門

所羅門致力于成為3D機器視覺及工業(yè)用AI領(lǐng)導(dǎo)品牌，其產(chǎn)品透過先進的3D視覺與最新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提供機器人強大功能，能有效解決以往機器人做不到或難以執(zhí)行的任務(wù)。所羅門的使命是賦予機器人“眼睛”和“大腦”，讓它們擁有類似人類的視覺與辨識判斷能力，透過所羅門的視覺產(chǎn)品與完善服務(wù)，幫助客戶提高生產(chǎn)力與質(zhì)量，邁向先進智能制造。

3D掃描儀

2019年榮獲全球華人企業(yè)第一家Vision Systems Design′s 2019 Innovators Awards創(chuàng)新獎金獎肯定，所羅門運用先進的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，讓機器人能快速精準地進行取放任務(wù)，并能廣泛應(yīng)用于許多產(chǎn)業(yè)，帶給使用者全新的應(yīng)用體驗。

歐姆龍

歐姆龍自動化（中國）有限公司是一家引領(lǐng)工業(yè)自動化產(chǎn)品和應(yīng)用先進技術(shù)的跨國公司，作為歐姆龍全球事業(yè)的一部分，它已經(jīng)成為自動化領(lǐng)域的佼佼者。歐姆龍以其特有的"傳感與控制"技術(shù)，利用多年的經(jīng)驗，以及對生產(chǎn)現(xiàn)場的深刻理解，不斷滿足客戶對產(chǎn)品多樣化和高品質(zhì)的追求。

視覺傳感器 FQ-M系列

埃爾森

埃爾森智能科技為用戶提供專業(yè)的機器人3D視覺解決方案，致力于推動3D視覺技術(shù)在全球工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)推廣和應(yīng)用。

固定式機器人3D視覺系統(tǒng)

康耐視

康耐視視覺檢測系統(tǒng)（上海）有限公司是為制造自動化領(lǐng)域提供視覺系統(tǒng)、視覺軟件、視覺傳感器和工業(yè)讀碼器的先進提供商。

視覺系統(tǒng) In-Sight 5600/5705

基恩士

隨著工業(yè)自動化方面的迅速發(fā)展，KEYENCE作為傳感器和測量儀器的主要供應(yīng)商，在不斷開發(fā)制造更新、更可靠的產(chǎn)品，以滿足各制造行業(yè)的需求。