工业机器视觉市场规模保持逐年增长,根据中国机器视觉产业联盟(CMVU)调查数据,2017-2019 年机器视觉市场规模从 81.66 亿元增长到 103.06 亿元。随着国产品牌逐渐在自动化领域深耕, 机器视觉行业中的众多国外品牌的技术领先优势在不断减弱,国产工业机器视觉产品将凭借不输国外品牌的质量、更低的价格及更优质的服务,在国内市场中销售额占比从 2016 年的 39.0%提升到 2019 年的 48.7%。
从机器视觉成本分布来看,镜头、相机、图像采集卡等核心部件的制造以及图像处理软件的开发成本,合计占据机器视觉产品总成本的 80%以上;2)从销售额占比来看,软件 系统包括可配置视觉系统和特定应用视觉系统,分别为 25.22%和 21.94%,工业相机、镜
头和光源的销售额占比分别为 15.61%、12.13%和 9.37%;3)从产业链环节净利润率来 看,光源的净利润率达到 18.4%,为各核心部件中最高水平。光源是为工业机器视觉应用场景提供照明的系统,主要包括 LED 光源和光源控制器。光源产品需要满足高亮度、高均匀和高稳定的要求,恰当的光源照明可以突出待检测物体部分与非检测部分之间的明显差异, 增加对比度,有利于后续图像处理算法的精确分析定位。反之,图像处理分析难度会大大增加。相对于其他光源类型,LED 光源寿命长、发光稳定、耗电量也更低,更适合应用于机器视觉领域,所以 LED 光源是机器视觉领域中的主流光源。
镜头是将目标物体的光信号聚焦在相机芯片的光敏面阵上,并形成实相的部件。选 取合适的镜头需要考虑焦距、视场角、光圈以及景深等因素,选取恰当的机器视觉光学镜不仅有助于后续图像处理工作,而且可以有效降低设备成本。传统光学镜头主要由人工组装,难以避免效率低、误差率高、产品稳定性较低等问题。随着高精度、自动化设备的广泛应用, 光学流程化的自动组装将逐步替代人工组装,效率和产品稳定性将大幅提升。
海外机器视觉工业镜头细分领域发展较早,德国施耐德、日本茉丽特等公司占据着全球主要市 场份额。国内厂商在工业镜头领域目前体量较小,但许多企业依托高性价比优势布局中低端市场,且发展迅速,如东莞普密斯。同时,也有以深圳东正光学、江苏慕藤光为主的部分企业通过整合制造设备和多种技术平台,已经能够提供全系列工业镜头,进军高端产品领域。对于国产镜头而言,品牌知名度和市场信任度是需要攻克的难点,但从技术来看,国内厂商 的镜头制作工艺虽然和国外老牌厂商相比还有差距,但已经能够满足视觉系统的基本需要。
工业相机功能是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和显示的机器设备上, 将光信号转化为电信号,因此要求产品具有较高的传输力、抗干扰力、以及稳定的成像能力。根据传感器的芯片工艺,工业相机可分为 CMOS 相机和 CCD 相机,早期工业相机以 CCD 传感器为主,但是随着 CMOS 成像技术的不断提升,因其读取数据快、制造工艺相对简单、 成本低、分辨率易提升等特点,在工业领域中的应用越来越广泛,预计未来 CMOS 相机将成为市场主流。
图像处理软件是机器视觉技术的核心,软件将采集到的图像数据化以后,机器才能进行识别和检测等功能。优秀的机器视觉处理软件可以对图像进行快速、准确检查,从而减少对硬件技术的依赖。国外公司较早地开展研究机器视觉算法,所以在此基础上成功研发了许多成熟的图像处理软件,这些软件凭借功能强大、易操作、处理速度快、兼容性强、抗干扰等优点在机器视觉领域 获得较高需求量。
与国外企业相对比,国内机器视觉设备集成企业产品的性能及稳定性还具有一定差距。但国内企业对国内客户需求及市场更为了解,能够提供灵活化及定制化的服务,快速响应客户需求,供货周期短,且成本优势明显。目前国内的龙头企业产品的关键性指标已达到国际水平,国产化趋势明显。
消费电子、平板显示、汽车和半导体是当前机器视觉最主要的应用领域。2019 年这四
大应用的销售额分别占机器视觉产品制造业销售总额的 46.2%、7.0%、6.8%和 4.4%。其 中,电子信息制造行业自动化、标准化程度高,是机器视觉技术应用较早的行业,也是最大的下游市场;汽车制造中机器视觉主要用于车身装配检测、面板印刷质量检测等几乎所有系统和部件的制造流程;半导体行业工业机器视觉应用较为成熟,应用涉及到半导体外观缺陷、尺寸、数量等检测,尤其是晶圆制作中的检测、定位、切割和封装。电子行业和 半导体的净利润率较高,分别为13.0%和16.0%。
一方面,我国人口老龄化问题不断加剧,截至 2019 年,65 岁以上老人占比从 2011
年的 9.1%上涨到了 12.6%。在人口老龄化的同时,由于国内生育高峰所带来的适龄劳动力 充沛时期已经过去,劳动力供给的逐步下滑推动劳动用工成本不断上升。另一方面,城镇单位用工成本持续攀升:城镇单位就业人员平均工资从 2011 年的 4.18 万元上升为 2019 年的 9.05 万元,9 年间用工成本上升接近一倍。人口结构的变化、劳动力成本的持续上升,或将迫使制造企业不断加大在自动化、智 能化方面的投入,扩展自动化和智能化的深度,从而拉动机器视觉设备需求。
近年,高端装备制造业作为国民经济的中流砥柱,国家对于该行业的重视程度不言而 喻,并出台了一系列政策来支持行业发展,希望能摆脱对进口产品的依赖。高端装备制造
业对于精准度的严格要求,必须由机器智能技术层面识别来实现,因此,高端装备制造业 的发展需要机器视觉技术助阵。在国家政策的不断鼓励和支持下,通过我们对近年政策的梳理发现,多个省市结合自身产业特点出台相关的政策用以支持以工业机器视觉为代表的 智能制造细分领域发展,预计将助推行业规模快速提升。