機(jī)器視覺(jué)雖只幾十年發(fā)展時(shí)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(jī)器視覺(jué)行業(yè)順勢(shì)迎來(lái)快速發(fā)展。機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用已經(jīng)從最初的汽車制造領(lǐng)域，擴(kuò)展至如今消費(fèi)電子、制藥、食品包裝等多個(gè)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(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模從2008 年的25 億美元增長(zhǎng)至2017年70 億美元，年復(fù)合增速為12.3%。我國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)從2008 年進(jìn)入快速發(fā)展階段，至2017 年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)65 億元，2008-2017 年復(fù)合增速32.7%，顯著高于全球水平。

國(guó)際機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的高端市場(chǎng)主要被美、德、日品牌占據(jù)。美國(guó)康耐視（Cognex）、國(guó)家儀器（NI），德國(guó)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(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域擁有技術(shù)積累和良好客戶口碑的國(guó)際巨頭公司。其中康耐視和基恩士作為全球機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的兩大巨頭，壟斷了近50%的全球市場(chǎng)份額。

國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較分散，在核心零部件上國(guó)外企業(yè)占據(jù)更大的市場(chǎng)份額與銷售優(yōu)勢(shì)。據(jù)《中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)全景圖譜》，目前進(jìn)入中國(guó)的國(guó)際機(jī)器視覺(jué)品牌已有200 多家，中國(guó)本土的機(jī)器視覺(jué)品牌有100 多家，各類產(chǎn)品代理商超過(guò)300 家，系統(tǒng)集成商也有超過(guò)100 家?？梢?，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)以產(chǎn)品代理商與系統(tǒng)集成商為主，在機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈上游領(lǐng)域布局較少，在機(jī)器視覺(jué)核心零部件的研發(fā)能力上不及國(guó)外老牌公司雄厚，因此中高端市場(chǎng)主要由國(guó)際一線品牌主導(dǎo)。

根據(jù)中國(guó)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2017 年度企業(yè)調(diào)查結(jié)果，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷售額在1000-3000 萬(wàn)的占比最高（31.8%），其余依次為1000 萬(wàn)以下（19.8%），5000萬(wàn)-1 億（18.7%），1 億以上（16.5%），3000-5000 萬(wàn)（13.2%）。2017 年，康耐視在大中華區(qū)實(shí)現(xiàn)6.76 億元收入，相比之下，我國(guó)大部分機(jī)器視覺(jué)企業(yè)銷售規(guī)模較小。

1、 工業(yè)相機(jī)：捕捉和分析對(duì)象的核心部件

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

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

CMOS 傳感器在應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)初期，由于在處理快速變化的影像時(shí)，容易因電流變化過(guò)于頻繁而產(chǎn)生過(guò)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)多應(yīng)用于高端場(chǎng)合。

隨著CMOS 傳感器在消費(fèi)電子設(shè)備上的大量應(yīng)用推動(dòng)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?cái)?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(shì)，CMOS 傳感器建立了穩(wěn)固的市場(chǎng)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(jī)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(dòng)態(tài)范圍以及更低的暗噪聲?？梢?，CMOS 在某些性能指標(biāo)上已達(dá)到或者優(yōu)于CCD 水準(zhǔn)，具備替代CCD 的能力。

近些年工業(yè)相機(jī)行業(yè)在全球市場(chǎng)和中國(guó)市場(chǎng)均呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。全球工業(yè)相機(jī)行業(yè)規(guī)模由2011 年15.2 億元增長(zhǎng)至2018 年的40.3 億元，年均復(fù)合增速為14.95%；中國(guó)工業(yè)相機(jī)行業(yè)規(guī)模2011 年僅有0.8 億元，2018 年達(dá)7.3 億元，實(shí)現(xiàn)了37.14%的復(fù)合增長(zhǎng)率。中國(guó)工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)正以遠(yuǎn)超全球市場(chǎng)的增速迅速擴(kuò)張。

目前，全球工業(yè)相機(jī)行業(yè)由歐美品牌占據(jù)主要市場(chǎng)。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(jī)市場(chǎng)62%的份額，歐洲品牌占15%，國(guó)外知名企業(yè)如德國(guó)Basler、加拿大DALSA、美國(guó)康耐視等。從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，工業(yè)智能相機(jī)市場(chǎng)相較于板卡式相機(jī)市場(chǎng)呈現(xiàn)更高的集中度。

我國(guó)對(duì)于工業(yè)相機(jī)的研究起步較晚，最初主要由大恒圖像等幾家老牌相機(jī)公司代理國(guó)外品牌。近些年我國(guó)也逐步發(fā)展出一批自主研發(fā)工業(yè)相機(jī)的國(guó)產(chǎn)品牌，如大恒圖像、海康機(jī)器人、華?？萍己途S視圖像等。目前我國(guó)工業(yè)相機(jī)行業(yè)主要布局于中低端市場(chǎng)，可逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；而在高分辨率、高速的高端工業(yè)相機(jī)領(lǐng)域仍以進(jìn)口品牌為主。根據(jù)中國(guó)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2018 年我國(guó)工業(yè)相機(jī)進(jìn)口數(shù)量為8159 臺(tái)，進(jìn)口金額為4483 萬(wàn)美元，同比增長(zhǎng)8.3%。

2、 鏡頭：清晰成像的核心

鏡頭是機(jī)器視覺(jué)圖像采集部分重要的成像部件，鏡頭的主要作用是將目標(biāo)成像在圖像傳感器的光敏面上，分辨率、對(duì)比度、景深以及像差等指標(biāo)對(duì)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(chǎng)大小可分為攝遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yán)格控制在0.1%以下。遠(yuǎn)心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計(jì)一直為對(duì)鏡頭畸變要求很高的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)合所青睞，適應(yīng)精密檢測(cè)需求。

據(jù)QYResearch，2019 年全球工業(yè)鏡頭市場(chǎng)總值達(dá)到33 億元，預(yù)計(jì)2026 年將增至58 億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為8.3%。海外品牌在鏡頭領(lǐng)域投入較早，經(jīng)過(guò)多年的業(yè)務(wù)積累與技術(shù)升級(jí)，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(jī)械設(shè)計(jì)、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(guó)由于起步較晚，2008 年之前國(guó)內(nèi)光學(xué)鏡頭市場(chǎng)基本被日本、德國(guó)品牌所壟斷。近些年，我國(guó)工業(yè)鏡頭行業(yè)國(guó)內(nèi)廠商快速增長(zhǎng)，主要從中低端市場(chǎng)切入，憑借高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)對(duì)于外資品牌具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。在高端市場(chǎng)，我國(guó)仍以進(jìn)口日本、德國(guó)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(yuǎn)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(jí)下。

3、 光源：設(shè)計(jì)光路實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像

光源對(duì)于機(jī)器視覺(jué)中的圖像采集部分具有重要影響，為后續(xù)圖像識(shí)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(cè)物與背景盡量明顯區(qū)分，獲得高品質(zhì)、高對(duì)比度的圖像。在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的應(yīng)用中，由于應(yīng)用對(duì)象與檢測(cè)要求的不同，尚無(wú)通用的機(jī)器視覺(jué)照明系統(tǒng)，需針對(duì)特定案例設(shè)計(jì)相應(yīng)的照明方案，以達(dá)到最佳照明效果。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)使用的光源主要分為L(zhǎng)ED 光源、鹵素?zé)艉透哳l熒光燈三種，其中最為常用的為L(zhǎng)ED 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(dá)白熾燈10%的能耗，相比熒光燈也可以達(dá)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(zhǎng)、響應(yīng)速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價(jià)比高等特點(diǎn)，因此在機(jī)器視覺(jué)等工業(yè)領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用。

機(jī)器視覺(jué)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(diǎn)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(qiáng)度、照射角度、照射面積及顏色組合等，適用于不同的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)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(cè)物體表面，通過(guò)漫反射方式照亮一小片區(qū)域，工作距離在10-15MM 時(shí)，環(huán)形光源可以突出顯示被測(cè)物體邊緣和高度的變化，適合應(yīng)用于PCB 基板檢測(cè)、IC 元件檢測(cè)、集成電路印字檢查等情形。

國(guó)外機(jī)器視覺(jué)照明技術(shù)已較為成熟，國(guó)際上具有代表性的光源企業(yè)主要有日本CCS、Moritex 和美國(guó)Ai。國(guó)內(nèi)光源市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化程度較高，競(jìng)爭(zhēng)較為充分，涌現(xiàn)出奧普特、沃德普、康視達(dá)、緯朗光電等一批機(jī)器視覺(jué)光源制造商，能夠與國(guó)際品牌進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

CCS 在全球光源市場(chǎng)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(bào)告，其在2017 年的營(yíng)業(yè)收入達(dá)5.2 億元，其中光源和光源控制器產(chǎn)品占總營(yíng)收的89.2%。

奧普特是成立于2006 年的國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)光源行業(yè)領(lǐng)先的本土品牌，并以光源為切入點(diǎn)，將產(chǎn)品延伸至機(jī)器視覺(jué)鏡頭、相機(jī)、視覺(jué)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(shí)現(xiàn)各種目標(biāo)

對(duì)所獲得的視覺(jué)信號(hào)進(jìn)行處理是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，機(jī)器視覺(jué)軟件類似“大腦”，通過(guò)圖像處理算法完成對(duì)被測(cè)物的識(shí)別、定位、測(cè)量、檢測(cè)等功能。機(jī)器視覺(jué)軟件主要分為兩類：一類是包含大量處理算法的工具庫(kù)，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(shí)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(guó)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。康耐視（Cognex）作為最具代表性的廠商之一，近10 年業(yè)績(jī)表現(xiàn)良好?？的鸵暊I(yíng)業(yè)收入由19.25 億元增長(zhǎng)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(guó)內(nèi)的機(jī)器視覺(jué)圖像處理軟件一般是在OpenCV 等開源視覺(jué)算法庫(kù)或者Halcon、VisionPro 等第三方商業(yè)算法庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。由于獨(dú)立底層算法具有非常高的技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)目前僅有創(chuàng)科視覺(jué)、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(jìn)行一定范圍的應(yīng)用。

以創(chuàng)科視覺(jué)為例，公司研發(fā)的CKVisionBuilder 是目前機(jī)器視覺(jué)行業(yè)內(nèi)最簡(jiǎn)單的視覺(jué)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，涵蓋了定位、測(cè)量、識(shí)別、讀碼、缺陷、顏色、3D、邏輯運(yùn)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(duì)不同種類的工業(yè)相機(jī)、PLC 等均留有對(duì)接接口，具有較好的兼容性。

5、機(jī)器視覺(jué)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(jī)器視覺(jué)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(jué)解決方案：通過(guò)其帶有獨(dú)有技術(shù)的“深度攝像頭”產(chǎn)品，采集真實(shí)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)硬件和軟件對(duì)相關(guān)圖像加以測(cè)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(guó)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(guó)郵政等，在集成商生態(tài)圈培養(yǎng)、場(chǎng)景打磨、技術(shù)積累等方面具備了明顯的先發(fā)優(yōu)勢(shì)和極高的壁壘。

所羅門

所羅門致力于成為3D機(jī)器視覺(jué)及工業(yè)用AI領(lǐng)導(dǎo)品牌，其產(chǎn)品透過(guò)先進(jìn)的3D視覺(jué)與最新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提供機(jī)器人強(qiáng)大功能，能有效解決以往機(jī)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(jī)器人“眼睛”和“大腦”，讓它們擁有類似人類的視覺(jué)與辨識(shí)判斷能力，透過(guò)所羅門的視覺(jué)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(jìn)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(jiǎng)金獎(jiǎng)肯定，所羅門運(yùn)用先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，讓機(jī)器人能快速精準(zhǔn)地進(jìn)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(yàn)。

歐姆龍

歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司是一家引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的跨國(guó)公司，作為歐姆龍全球事業(yè)的一部分，它已經(jīng)成為自動(dòng)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(yàn)，以及對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的深刻理解，不斷滿足客戶對(duì)產(chǎn)品多樣化和高品質(zhì)的追求。

視覺(jué)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(jī)器人3D視覺(jué)解決方案，致力于推動(dòng)3D視覺(jué)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(jī)器人3D視覺(jué)系統(tǒng)

康耐視

康耐視視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)（上海）有限公司是為制造自動(dòng)化領(lǐng)域提供視覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)軟件、視覺(jué)傳感器和工業(yè)讀碼器的先進(jìn)提供商。

視覺(jué)系統(tǒng) In-Sight 5600/5705

基恩士

隨著工業(yè)自動(dòng)化方面的迅速發(fā)展，KEYENCE作為傳感器和測(cè)量?jī)x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。