機器視覺的概念內涵與系統(tǒng)特性
機器視覺的本質是為機器植入“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，并應用分析得到的結果來執(zhí)行相應的活動。
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)的算法庫由OpenCV等開源視覺算法庫，和Vision Pro（美國康耐視公司）、Halcon（德國MVTec公司）、VisionWare（凌云光）等第三方商業(yè)付費算法庫組成。因算法庫開發(fā)周期長、投入大，業(yè)內公司通常基于開源算法庫開發(fā)自身應用算法，或自主開發(fā)與第三方集成并舉，較少公司完全自主開發(fā)底層算法。為提高效率與降低成本，集成第三方成熟工具包作為輔助開發(fā)手段是比較常見的方式。 機器視覺行業(yè)的中游為視覺系統(tǒng)與智能裝備。視覺系統(tǒng)包含獨立完整的成像單元（光源、鏡頭、相機）和相應的算法軟件，集圖像采集、處理與通信功能于一身，可以靈活的進行配置和控制，適應各種復雜的應用，具有多功能、模塊化、高可靠性等特點。智能裝備以機器視覺的感知能力和分析決策能力為核心，在視覺系統(tǒng)的基礎上加入了自動化和智能化的功能，將設計、生產(chǎn)、檢測過程集成閉環(huán)，可實現(xiàn)多種功能。 機器視覺行業(yè)的下游為各行業(yè)集成應用和服務。下游應用行業(yè)的發(fā)展決定了機器視覺裝備及服務的市場需求量，目前下游應用領域以電子制造為主，其次為汽車、醫(yī)藥、印刷包裝等領域。下游產(chǎn)業(yè)豐富多樣，集成服務更加有的放矢，面向應用市場才 能更加蓬勃。
全球機器視覺市場情況 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)某調研機構統(tǒng)計，2015年至2020年，全球機器視覺器件市場以13.83%的復合增長率增長，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，歸屬于各下游應用行業(yè)的裝備市場，以機器視覺技術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)。
資料來源：某調研機構
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)服務各產(chǎn)業(yè)應用，已經(jīng)被廣泛應用于新型顯示、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。
中國機器視覺市場情況
中國市場已成為全球機器視覺市場規(guī)模增長最快的市場之一。根據(jù)中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計，中國機器視覺行業(yè)的銷售額從2018年的101.80億元增長至2020年的144.20億元，復合增長率達19.02%。得益于宏觀經(jīng)濟回暖、新基建投資增加、數(shù)據(jù)中心建設加速、制造業(yè)自動化推進等因素，預計2020年至2023年，中國機器視覺行業(yè)的銷售額將以27.15%的復合增長率增長，至2023年銷售額將達296.00億元。
從下游應用行業(yè)角度考慮，根據(jù)中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，機器視覺已經(jīng)在電子/電氣、半導體、汽車、印刷包裝、食品加工等領域得到廣泛應用。其中，電子/電氣行業(yè)是目前中國機器視覺行業(yè)最大的下游應用領域，2020年其銷售額占比為52.90%。
資料來源：中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
機器視覺行業(yè)發(fā)展趨勢
（1）應用領域持續(xù)拓寬過去十年是中國機器視覺行業(yè)快速發(fā)展的十年，經(jīng)過一段時間的普及與推廣，機器視覺應用范圍逐漸擴大。目前，機器視覺的應用范圍已從最初的消費電子等領域，逐步拓展至印刷包裝、汽車、運輸、醫(yī)療等領域。預計未來，除了傳統(tǒng)的應用領域外，在AI、自動駕駛、人臉識別等新興技術興起的帶動下，機器視覺將進一步拓寬應用領域。
（2）嵌入式視覺應用持續(xù)增長嵌入式視覺系統(tǒng)是指在嵌入式系統(tǒng)中使用機器視覺技術，是嵌入式系統(tǒng)和機器視覺兩種技術的整合，可獨立完成從接收光信號到系統(tǒng)輸出的整個信號處理過程。處理能力、存儲器密度和系統(tǒng)集成度的提升，促進了嵌入式視覺在傳統(tǒng)和新興應用領域的滲透。未來，得益于越來越多的行業(yè)應用程序的支持，嵌入式視覺將被更廣泛地應用在自動駕駛等領域新興領域。
（3）2D機器視覺向3D機器視覺升級相比2D機器視覺，3D機器視覺具有顯著優(yōu)勢，例如測量速度快、精度高、抗干擾能力強、操作簡便等，能有效解決2D機器視覺對于高度、厚度、體積、平面度等測量因素缺失的問題。3D視覺技術的突破，將進一步推動視覺技術在高端場景的應用，傳統(tǒng)的2D機器視覺將快速向3D機器視覺升級，推動機器視覺市場持續(xù)增長。
機器視覺技術面臨的機遇與挑戰(zhàn)
（1）下游應用的發(fā)展給機器視覺帶來的機遇與挑戰(zhàn)隨著生產(chǎn)工藝的精進及產(chǎn)品質量要求的提高，消費電子等行業(yè)對檢測精度的要求越發(fā)嚴苛。例如，半導體生產(chǎn)制造已使用5nm工藝，對芯片的檢測精度要求也已提升至納米量級。受限于衍射極限，單純采用顯微放大的方式已經(jīng)難以滿足檢測精度需求，導致加工良率難以提高，影響產(chǎn)品質量。因此，急需高精度的機器視覺技術解決更精 準的測量問題，保證加工工藝符合要求，降低封裝成本，確保出廠產(chǎn)品質量。上述下游應用的發(fā)展推動了對機器視覺產(chǎn)品和服務需求的提升，但也對機器視覺廠商提出了更高標準的要求。隨著下游應用的生產(chǎn)、加工、檢測等環(huán)節(jié)的效率和品質要求不斷提升，機器視覺廠商需要加大技術投入，以提高機器視覺系統(tǒng)的精度、檢測效率等參數(shù)。
（2）業(yè)內新技術發(fā)展給機器視覺帶來的機遇與挑戰(zhàn)行業(yè)內的新技術的發(fā)展為機器視覺廠商推出高品質的產(chǎn)品和服務提供了有力的支持，這也對業(yè)內廠商的技術研發(fā)能力提出了更高的要求。首先，光譜技術推動機器視覺實現(xiàn)目標的多種特征分析。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)廣泛應用于智慧農(nóng)業(yè)、礦石分選、食品安全等眾多產(chǎn)業(yè)中。各行業(yè)樣本的復雜性要求機器視覺不僅需要實現(xiàn)目標的外觀檢測，也需要實現(xiàn)目標的材料成分、顏色、溫度等特征的分析。光譜技術利用光的衍射和折射特性，通過光柵、棱鏡等分光元件，在譜域獲取有效信號，實現(xiàn)目標高維信息參量獲取，并通過相關分析算法將譜域信號與測量需求建立聯(lián)系，如物質成分、溫度、三維面型等，通過對光譜的測量解決復雜多樣化的測量需求。其次，計算成像技術的提升增強了機器視覺的圖像信息獲取能力。計算成像技術通過多樣化數(shù)據(jù)采集，并通過特定算法解析，獲取到傳統(tǒng)成像中難以獲取的圖像信息，深度挖掘圖像中隱含的內部信息，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。隨著新型光電器件的發(fā)展和硬件計算能力的提升, 計算成像技術在光電成像領域呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。此外，新型光學元器件的發(fā)展驅動了機器視覺性能的提升。機器視覺成像系統(tǒng)由照明光源、成像器件、圖像采集器件組成，各類器件的性能升級都會推動機器視覺系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性提升，從而實現(xiàn)高像質的圖像采集。另外，豐富的元器件為提供個性化的圖像采集和智能方案奠定了基礎。
（3）上下游技術的發(fā)展給機器視覺帶來的機遇與挑戰(zhàn)機器視覺系統(tǒng)不僅包括光學成像系統(tǒng)，還包括決策系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。算力、算法、 傳輸技術的快速發(fā)展也為機器視覺帶來了機遇與挑戰(zhàn)。算力的提升使機器視覺的決策變得更為迅速，基于云平臺的信息處理可以提供幾乎無限的算力，解決各種復雜運算問題，提升了機器視覺系統(tǒng)的決策速度；分析算法的優(yōu)化升級也使機器視覺的識別和分類變得更加準確；5G通信技術增加了信號數(shù)據(jù)通量、降低了信號時延、緩解了信號干擾等問題，使機器視覺在自動駕駛、精密自動控制、智慧工廠等領域中發(fā)揮重要作用。該等相關技術的發(fā)展提升了機器視覺系統(tǒng)的性能和使用效率，但也對相關硬件廠商的技術研發(fā)能力提出了更高的要求。
來源：儀器信息網(wǎng)
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