圖像采集卡行業(yè)發(fā)展基本情況

圖像采集卡行業(yè)發(fā)展基本情況

機器視覺行業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)（一）機器視覺行業(yè)面臨的機遇1、機器視覺行業(yè)國家政策鼓勵行業(yè)為機器視覺行業(yè)，應(yīng)用于智能制造的各個領(lǐng)域。近年來，國家為了大力支持和鼓勵智能制造產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，先后頒布了一系列的鼓勵及支持政策。其中，2021年12月，工信部、發(fā)改委等八部門發(fā)布的《十四五智能制造發(fā)展規(guī)劃》中提到深入實施智能制造工程，著力提升創(chuàng)新能力、供給能力、支撐能力和應(yīng)用水平，加快構(gòu)建智能制造發(fā)展生態(tài)，持續(xù)推進制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化變革，構(gòu)建虛實融合、知識驅(qū)動、動態(tài)優(yōu)化、安全高效、綠色低碳的智能制造系統(tǒng)。2021年8月，國資委召開會議，強調(diào)要把科技創(chuàng)新擺在更加突出的位置，針對工業(yè)母機、高端芯片、新材料、新能源汽車等加強關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。2021年3月，第十三屆全國人大第四次會議發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》中提到培育壯大人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、網(wǎng)絡(luò)安全等新興數(shù)字產(chǎn)業(yè)，提升通信設(shè)備、核心電子元器件、關(guān)鍵軟件等產(chǎn)業(yè)水平。這些政策的頒布為智能制造在我國的發(fā)展樹立了鮮明的發(fā)展方向。整體來看，智能制造對設(shè)備的精度、速度、環(huán)境適應(yīng)性等條件都提出了更高要求，這種要求也是機器視覺行業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力。智能制造行業(yè)中關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的提升離不開機器視覺，核心產(chǎn)品的創(chuàng)新也離不開機器視覺，機器視覺作為智能制造的眼睛，為其提供強有力的技術(shù)支持，也為其進一步發(fā)展?fàn)I造一個有利的客觀環(huán)境。此外，自動化設(shè)備作為機器視覺產(chǎn)品的重要載體，機器視覺系統(tǒng)為這些自動化設(shè)備收集、理解應(yīng)用信息提供了一個主要途徑，自動化智能設(shè)備只有在仔細分析及評估這些信息后，才能觸發(fā)相應(yīng)機器設(shè)備進行可靠的、有智慧的、甚至自主的行動。因此，隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略的推進，我國工業(yè)制造領(lǐng)域的自動化和智能化程度的加深，機器視覺將得到更廣泛的發(fā)展空間。2、機器視覺行業(yè)提供巨大發(fā)展?jié)摿σ环矫妫捎谖覈鴩鴥?nèi)機器視覺企業(yè)起步時間較晚，在技術(shù)方面的實力有待提升；另一方面，國內(nèi)很多終端用戶出于使用習(xí)慣和安全性考慮，通常會要求設(shè)備制造商采用進口或國際品牌產(chǎn)品，使得國際品牌機器視覺企業(yè)在我國市場上仍舊占據(jù)優(yōu)勢地位。但近年來，隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)、新冠疫情等不確定性事件頻發(fā)，國內(nèi)裝備制造企業(yè)在采購海外品牌產(chǎn)品時，會發(fā)生交貨周期長、售后服務(wù)不及時等問題，從而在一定程度上影響這些企業(yè)的交付進度，令企業(yè)蒙受損失。未來，隨著國內(nèi)機器視覺相關(guān)企業(yè)研發(fā)技術(shù)水平的提高、國產(chǎn)品牌智能制造設(shè)備商實力的增強，國產(chǎn)品牌機器視覺企業(yè)可以利用更為先進的生產(chǎn)制造技術(shù)不斷加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度。同時，國產(chǎn)品牌企業(yè)還可以利用自身更便捷、靈活、及時的服務(wù)特點，在穩(wěn)固占據(jù)機器視覺核心部件中低端市場的優(yōu)勢地位的基礎(chǔ)上，加速搶占高端機器視覺部件市場，從而獲得更大規(guī)模的發(fā)展空間。3、機器視覺行業(yè)下游需求持續(xù)旺盛目前，機器視覺已應(yīng)用在國民經(jīng)濟的眾多行業(yè)中，根據(jù)機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2021年度對153家企業(yè)調(diào)查的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國機器視覺應(yīng)用以制造業(yè)為主，2021年銷售額占比為79．8%，其中又以電子行業(yè)、新型顯示、汽車、電池等行業(yè)為主。同時，在全球疫情爆發(fā)的大背景下，生物醫(yī)藥、交通運輸、智能制造等領(lǐng)域?qū)C器視覺的需求量大增。預(yù)計未來，得益于我國經(jīng)濟快速回暖、城鎮(zhèn)化進程的加速、居民生活水平的進一步提高，機器視覺行業(yè)的主要下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)保持較快增長。下游應(yīng)用行業(yè)規(guī)模的擴大以及智能制造的推進，將會吸引更多行業(yè)引入機器視覺參與生產(chǎn)制造。同時，隨著技術(shù)的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，一些新興產(chǎn)業(yè)的興起，也有望進一步拓展機器視覺的市場空間?？v向上，機器視覺在現(xiàn)有領(lǐng)域的深度拓展將帶來新的行業(yè)增長。機器視覺在各行業(yè)的初始應(yīng)用往往配置在要求較高的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的檢測中。隨著機器視覺技術(shù)的普及、成本的下降，機器視覺在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用逐漸得到深化，充分發(fā)揮除機器視覺定位、測量和識別之外的復(fù)雜檢測功能。以手機的生產(chǎn)制造為例，機器視覺從最初只應(yīng)用在個別關(guān)鍵環(huán)節(jié)的檢測中，發(fā)展到如今，已經(jīng)幾乎應(yīng)用在從零部件到模組再到整機等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，參與從零部件到整機裝配的手機制造全工藝流程。類似手機行業(yè)的這種深化過程，將會出現(xiàn)在其他行業(yè)中，從而進一步擴大機器視覺的行業(yè)應(yīng)用市場空間。（二）機器視覺行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)1、機器視覺行業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)相對薄弱機器視覺行業(yè)在我國起步較晚，目前，國內(nèi)專注于機器視覺領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)規(guī)模普遍偏小，相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量有待提高及進步，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈整體基礎(chǔ)較為薄弱。2、機器視覺行業(yè)高端技術(shù)研發(fā)人才不足近年來，我國機器視覺行業(yè)雖然在飛速發(fā)展，但行業(yè)內(nèi)國產(chǎn)品牌企業(yè)主要在中低端市場相互競爭，無法通過品牌溢價獲得高額利潤，使得企業(yè)難以提供充足的資金對相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新及人才的培養(yǎng)。另一方面，高校等科研機構(gòu)與機器視覺行業(yè)相關(guān)的光學(xué)、算法等復(fù)合型人才的培養(yǎng)不僅需要大量的理論知識學(xué)習(xí)，還需要在實踐生產(chǎn)中進行探索研發(fā)，而行業(yè)內(nèi)企業(yè)難以提供合適、完善的實踐環(huán)境。因此，我國在機器視覺領(lǐng)域的高端技術(shù)研發(fā)人才存在大量缺口，難以為行業(yè)提供充足的人才資源，將對行業(yè)的未來發(fā)展構(gòu)成一定的挑戰(zhàn)。3、機器視覺行業(yè)供應(yīng)鏈安全的不確定性，制約發(fā)展速度我國在圖像傳感器、處理器相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展還有待完善，因此相關(guān)原材料的需求主要依賴于進口。未來，隨著全球貿(mào)易不確定性對供應(yīng)鏈安全保障的影響，將會對行業(yè)快速發(fā)展形成一定的挑戰(zhàn)。機器視覺行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀隨著國內(nèi)機器視覺相關(guān)企業(yè)研發(fā)技術(shù)水平的提高、國產(chǎn)品牌智能制造設(shè)備商實力的增強，國產(chǎn)品牌機器視覺企業(yè)可以利用更為先進的生產(chǎn)制造技術(shù)不斷加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度。同時，國產(chǎn)品牌企業(yè)還可以利用自身更便捷、靈活、及時的服務(wù)特點，在穩(wěn)固占據(jù)機器視覺核心部件中低端市場的優(yōu)勢地位的基礎(chǔ)上，加速搶占高端機器視覺部件市場，從而獲得更大規(guī)模的發(fā)展空間。機器視覺是指利用計算機視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)等，實現(xiàn)機器自動獲取外界圖像信息并作出相應(yīng)反應(yīng)的技術(shù)。機器視覺的應(yīng)用可以大大提高工廠的生產(chǎn)效率，從而提升企業(yè)的競爭力。中國機器視覺行業(yè)發(fā)展前景廣闊，未來將繼續(xù)保持良好發(fā)展態(tài)勢。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器視覺行業(yè)將會受到更多的關(guān)注，從而推動其發(fā)展。全球機器視覺行業(yè)市場概況機器視覺的本質(zhì)是為機器植入眼睛和大腦。為機器植入眼睛，代表著機器視覺利用環(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，意味著機器視覺需要對信息進行智能處理與分析，并應(yīng)用分析得到的結(jié)果來執(zhí)行相應(yīng)的活動。機器視覺行業(yè)的上游包括相機、鏡頭、光源等硬件及算法軟件。相機是包含完整的機器視覺組成功能模塊（光源可自帶或借用外部光源），能獨立完成機器視覺信息處理的全流程，為系統(tǒng)輸出有效信息；鏡頭是機器視覺圖像采集部分重要的成像部件，其作用是把被攝物體成像于攝像機內(nèi)的感光元件上；光源對于機器視覺中的圖像采集部分具有重要影響，為場景提供合適的照明，突出目標(biāo)的圖像特征并與背景圖像分離；機器視覺算法與軟件緊密結(jié)合，軟件平臺是實現(xiàn)機器視覺算法的載體，使機器視覺在處理數(shù)據(jù)量和實時檢測效率性能上不斷地突破，匹配工業(yè)智能發(fā)展的需求。機器視覺行業(yè)的下游為各行業(yè)集成應(yīng)用和服務(wù)。下游應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展決定了機器視覺裝備及服務(wù)的市場需求量，目前下游應(yīng)用領(lǐng)域以電子制造為主，其次為汽車、醫(yī)藥、印刷包裝等領(lǐng)域。機器視覺市場包括視覺器件、可配置視覺系統(tǒng)和智能視覺裝備三個細分市場。根據(jù)MarketsandMarkets統(tǒng)計，2015年至2020年，全球機器視覺器件市場以13．83%的復(fù)合增長率增長，市場規(guī)模至2020年達到107億美元；2021年至2025年，全球機器視覺器件市場規(guī)模將以6．56%的復(fù)合增長率增長，至2025年市場規(guī)模將達147億美元。可配置視覺系統(tǒng)與智能視覺裝備具備較強的行業(yè)屬性，歸屬于各下游應(yīng)用行業(yè)的裝備市場，以機器視覺技術(shù)賦能于制造裝備的智能化，因此暫時沒有單獨的市場規(guī)模數(shù)據(jù)。機器視覺以視覺器件、可配置視覺系統(tǒng)和智能視覺裝備等形態(tài)服務(wù)各產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于新型顯示、消費電子、印刷包裝、新能源等眾多行業(yè)，成為這些行業(yè)必不可少的數(shù)字化和智能化變革的支撐。機器視覺行業(yè)新技術(shù)未來發(fā)展趨勢高精度光學(xué)成像是機器視覺行業(yè)始終追求的技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。高精度光學(xué)成像需要光源、鏡頭、相機、圖像采集卡等各部分的精密配合，要求新型光源、更全面的波長覆蓋和創(chuàng)新的光源布局等光源技術(shù)，以及提供更大靶面和更小像元的新型鏡頭和相機產(chǎn)品。高精度光學(xué)成像技術(shù)增強了機器視覺的圖像信息獲取能力，通過多樣化光學(xué)成像技術(shù)，獲取到傳統(tǒng)成像中難以獲取的圖像信息，并通過高速、高靈敏度的圖像采集技術(shù)深度挖掘圖像中隱含的內(nèi)部信息，滿足更高分辨率、更多維度、更大空間帶寬積的光電成像需求。目前機器視覺主要采用的2D機器視覺技術(shù)僅能獲取固定平面內(nèi)的形狀及紋理信息等二維圖像，這主要基于物體在灰度或者彩色圖像中對比度的特征提供處理分析結(jié)果。2D機器視覺技術(shù)的缺點包括無法提供物體高度、平面度、表面角度、體積等三維信息；容易受光照條件變化的影響；對物體的運動比較敏感等。隨著智能制造變革來臨，面對復(fù)雜的物件辨識和尺寸量度任務(wù)，以及人機互動所需要的復(fù)雜互動，2D視覺在精度和距離測量方面均出現(xiàn)技術(shù)限制。3D機器視覺技術(shù)相對于2D技術(shù)提供了更豐富的被攝目標(biāo)信息，可以識別物體的深度、形貌、位姿等3D信息。3D技術(shù)提供了豐富的三維信息，使機器能夠感知物理環(huán)境的變化，并相應(yīng)地進行調(diào)整，從而在應(yīng)用中提高了靈活性和實用性，擴大了機器視覺的應(yīng)用場景。多光譜技術(shù)，利用像元級的鍍膜技術(shù)實現(xiàn)對不同波長光譜信號的采集，從而得到高分辨率的多/高光譜的圖像信號，大大簡化了視覺系統(tǒng)的光學(xué)部件復(fù)雜性。光譜技術(shù)推動機器視覺實現(xiàn)目標(biāo)的多種特征分析。隨著機器視覺的快速發(fā)展和普及，機器視覺產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于3C、鋰電池、半導(dǎo)體、PCB、新型顯示、汽車零配件、光伏、物流、醫(yī)藥、包裝印刷、軌道交通等眾多產(chǎn)業(yè)中。各行業(yè)樣本的復(fù)雜性要求機器視覺從可見光光譜到非可見光光譜、從單一光譜到多光譜，不僅需要實現(xiàn)目標(biāo)的外觀檢測，也需要實現(xiàn)目標(biāo)的材料成分、顏色、溫度等復(fù)雜特征的分析。多光譜技術(shù)利用光的衍射和折射特性，通過光柵、棱鏡等分光元件，獲取到不同譜段的有效信號，實現(xiàn)目標(biāo)高維信息參量獲取，并通過相關(guān)分析算法將譜域信號與測量需求建立聯(lián)系，如物質(zhì)成分、溫度、三維面型等，進而滿足復(fù)雜多樣化的測量需求。在工業(yè)領(lǐng)域中，隨著機器視覺的應(yīng)用逐漸深入，自動化程度越來越高，機器視覺核心部件的智能化程度不斷提升，集成更多邊緣智能已經(jīng)成為工業(yè)相機未來發(fā)展的主要趨勢之一。智能工業(yè)相機是一個兼具圖像采集、圖像處理和信息傳遞功能的小型機器視覺檢測系統(tǒng)，是一種嵌入式計算機視覺檢測系統(tǒng)，提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機器視覺解決方案。它將圖像傳感器、處理模塊、通訊模塊和其他外設(shè)集成到一個單一的相機內(nèi)，由于這種一體化的設(shè)計，可降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，并提高可靠性，同時系統(tǒng)尺寸大大縮小，拓寬了機器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域。智能工業(yè)相機可以在特定的應(yīng)用環(huán)境中實現(xiàn)圖像處理并利用內(nèi)嵌的人工智能算法做出邏輯判斷，為自動化場景提供無需人工干預(yù)的智能方案，是工業(yè)自動化領(lǐng)域集成邊緣智能的重要手段。通過對智能芯片和算法的集成，智能工業(yè)相機具有強大的軟硬件功能，未來將在各個工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，例如可應(yīng)用于高端工業(yè)檢查、產(chǎn)品分類、質(zhì)量檢測、視覺傳感器網(wǎng)絡(luò)、條碼閱讀、入侵檢測和交通監(jiān)控等工業(yè)過程。深度學(xué)習(xí)方法作為傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓展，近年來在語音、圖像、自然語言等的語義認知問題上取得巨大的進展，為解決機器視覺大數(shù)據(jù)的表示和理解問題提供了通用的框架。隨著機器視覺在不同行業(yè)應(yīng)用的擴展，傳統(tǒng)算法的機器視覺在針對缺陷類型復(fù)雜化、細微化、背景噪聲復(fù)雜等外觀檢測以及分選定級應(yīng)用場景時，呈現(xiàn)通用性低、不易復(fù)制、對使用人員要求高等缺點?；谏疃葘W(xué)習(xí)的機器視覺采用更復(fù)雜的規(guī)則實現(xiàn)精細的量化評估，憑借AI深度學(xué)習(xí)更強的特征提取能力為機器視覺提供更多應(yīng)用可能，使得機器視覺能夠解決更加復(fù)雜背景下的定位與識別、工件的缺陷檢測和分割、畸變物體的分類、難辨字符與文本的讀取等復(fù)雜的工作任務(wù)。隨著工業(yè)機器視覺的檢測對象越來越復(fù)雜，應(yīng)用越來越廣泛，機器視覺應(yīng)用逐漸從傳統(tǒng)機器視覺向基于深度學(xué)習(xí)的機器視覺過渡，機器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域也會因深度學(xué)習(xí)技術(shù)而得到極大擴展。此外，基于深度學(xué)習(xí)方法的機器視覺系統(tǒng)對機器視覺核心部件的軟硬件水平提出了更高要求，與深度學(xué)習(xí)算法相匹配的工業(yè)相機和圖像采集卡等機器視覺核心部件的技術(shù)發(fā)展將成為機器視覺未來發(fā)展趨勢之一。全球機器視覺行業(yè)現(xiàn)狀機器視覺市場前景廣闊。全球機器視覺市場規(guī)模近年來不斷擴張，市場規(guī)模從2016年的62億美元增長至2019年的102美元，2020年，受新冠肺炎疫情影響，全球供應(yīng)鏈中斷，項目停擺，給全球機器視覺行業(yè)帶來了沖擊，市場規(guī)模下降至96億美元，同比下滑5．9%。在智能制造的浪潮下，下游應(yīng)用中的消費電子市場、汽車市場、半導(dǎo)體市場、醫(yī)療市場等行業(yè)的不斷發(fā)展，主要國家的工業(yè)自動化水平穩(wěn)步提升，機器視覺的市場規(guī)模將持續(xù)擴大，預(yù)計到2025年全球機器視覺市場規(guī)模將達到130億美元。機器視覺率先發(fā)生和發(fā)展在基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)水平領(lǐng)先的北美、歐洲和日本等發(fā)達地區(qū)。從2020年的區(qū)域分布上看，歐洲地區(qū)是全球最大的機器視覺市場，占比達37%。北美、亞太地區(qū)緊隨其后，占比分別為29%、25%。與德美相比，中國機器視覺行業(yè)滲透率尚有巨大提升空間。定義機器視覺密度=機器視覺市場規(guī)模/當(dāng)年制造業(yè)增加值。數(shù)據(jù)顯示，2019年，德國、美國、全球、中國機器視覺密度分別為0．16%、0．12%、0．07%、0．03%，中國機器視覺密度遠低于德美。在中國制造業(yè)高端轉(zhuǎn)型進程中，中國機器視覺滲透率有望持續(xù)提升，未來發(fā)展空間廣闊。機器視覺行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域目前主要識別的內(nèi)容有人、車輛等各類目標(biāo)物。在工業(yè)領(lǐng)域?qū)в忻鞔_信息的標(biāo)識，OCR、一維碼、二維碼等常有識別需求。醫(yī)療數(shù)據(jù)中有超過90%的數(shù)據(jù)來自醫(yī)療影像。醫(yī)療影像領(lǐng)域擁有孕育深度學(xué)習(xí)的海量數(shù)據(jù)，醫(yī)療影像診斷可以輔助醫(yī)生，提升醫(yī)生的診斷的效率。在工業(yè)應(yīng)用中，利用機器視覺對部件或產(chǎn)品進行定位。這種定位應(yīng)用多會輔助機器人或者其他執(zhí)行機構(gòu)以實現(xiàn)相關(guān)的動作。一般來說，定位可協(xié)助機器人實現(xiàn)噴漆、涂膠、抓取、焊接等動作。機器視覺是一項綜合技術(shù)，包括圖像處理、機械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)（圖像增強和分析算法、圖像卡、I/O卡等）。一個典型的機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械控制執(zhí)行模塊。2021年中國工業(yè)機器視覺市場規(guī)模達到150億元，其中國內(nèi)品牌超過75億元，實現(xiàn)對國際品牌的超越。機器視覺行業(yè)發(fā)展概況機器視覺系統(tǒng)是集光學(xué)、機械、電子、計算、軟件等技術(shù)為一體的工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，它通過對電磁輻射的時空模式進行探測及感知，可以自動獲取一幅或多幅目標(biāo)物體圖像，對所獲取圖像的各種特征量進行處理、分析和測量，根據(jù)測量結(jié)果做出定性分析和定量解釋，從而得到有關(guān)目標(biāo)物體的某種認識并作出相應(yīng)決策，執(zhí)行可直接創(chuàng)造經(jīng)濟價值或社會價值的功能活動。我國機器視覺行業(yè)屬于技術(shù)更新較快、受市場主導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)，行業(yè)內(nèi)企業(yè)競爭程度較高。機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈中相關(guān)企業(yè)主要分為三類：上游的機器視覺部件提供商、中游的相關(guān)裝備制造商及機器視覺系統(tǒng)商、下游的機器視覺產(chǎn)品的終端應(yīng)用商。機器視覺行業(yè)內(nèi)上游企業(yè)專注于與機器視覺相關(guān)的軟硬部件的生產(chǎn)與研發(fā)。其中，硬件包括光源、鏡頭、工業(yè)相機、圖像采集卡以及控制器及配件等；軟件包括圖像處理軟件以及底層算法平臺