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机器视觉:工业智能制造之眼的优势与困境

       近日,三胎政策试水引起大规模的讨论,先不论效果,从政策推出的背景来看,人口红利消退正在成为一个不争的事实。如同多米诺骨牌一样,人口红利的消退仅是一个触发条件,其引发的种种后续之一就是劳动力减少,智能制造的话题被一再提及。

       作为智能制造的“眼睛”,机器视觉存在感不小。机器视觉具有精确性高、速度快、成本低、易于信息集成等多重优势,能够在各种生产环境中替代人工进行高强度连续精准作业,大幅提高工作效率及质量。

       本文将围绕三个方面进行阐述:

       和人类视觉相比,机器视觉的优势在哪里?

       搭上智能制造快车,机器视觉的市场几何?

       并非一本万利,机器视觉当前的困境有哪些?

       01 是替代,更是延伸

       作为眼睛的替代品,机器视觉用专业术语来说,是一种应用于工业和非工业领域的硬件和软件组合,它基于捕获并处理的图像为设备执行其功能提供操作指导,属于智能装备感知、分析部分的关键零部件。

       机器视觉系统的工作原理与人比较相似,镜头、摄像机与图像采集卡相当于眼睛,图像处理系统则相当于大脑,具体的工作过程为图像获取、图像传输、图像处理,根据图像处理结果选择执行决策、传输控制信息、执行机构执行命令。

       硬件方面分别由光源及光源控制器、镜头、相机,视觉控制系统等。其中成像功能由光源、镜头、工业相机、图像采集卡等硬件构成。

       光源直接影响视觉系统采图质量和缺陷检测、分类系统性能。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。

       镜头的成像原理与人眼的生理结构相似,镜头的选取直接影响图像呈现的清晰度、畸变程度等。

       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。

       图像采集卡的主要功能是对待测目标进行图像信号采集,并将这种信号转换成数据文件进行传输存储。图像采集卡需要与相机协调工作来实时完成图像数据的高速采集与读取等任务。

       软件部分则由视觉控制系统负责,主要负责对成像结果进行处理分析、输出分析结果至智能设备的其他执行机构。

       机器视觉的产业链如下图:

       02 背靠大树好乘凉?

       机器视觉从应用上来看,主要依附于自动化生产线。伴随着我国自动化生产线智能技术的普及,未来市场需求将从个别领域的头部客户往多领域多客户渗透。包括电子、平板显示、汽车、印刷等。

       从政策上来看,由于和智能制造深度绑定,相关的政策支持不少。

       政策加持与数字化转型的大趋势裹挟下,机器视觉的市场规模不容小觑。

       根据中国产业信息网、中商产业研究院数据,全球机器视觉市场规模2014年达到50亿美元左右,预计2019年预计达到近百亿美元,复合增速有望达到14%,而同期国内市场规模的复合增速约为21%,超过全球增速。

       具体来看,第一类是特定应用视觉系统,第二类主要是硬件,包括相机、光学、照明、智能相机紧凑型系统/视觉传感器等,第三类是软件、线缆、其他配件、采集卡。根据中国机器视觉产业联盟统计数据显示,销售额占比最大的是视觉系统,达到33.2%(粗略统计,实际占比更大);硬件类合计占比超过50%,其中相机占比为25.6%;其他软件类占比为13.3%。

       智能制造虽是当下的热点,但从目前来看,中国市场对智能制造,尤其是机器视觉的使用并没有做好充分的准备:根据亿欧智库调研,当前90%制造业企业有自动生产线,但仅40%实现数字化管理,5%打通工厂数据,1%使用智能化技术,多数场景下仍靠人工或简单设备进行识别、检测。

       更别说,相对于其它自动化项目而言,机器视觉的优先级别不够高。

       机器视觉的下游应用主要在于电子制造和汽车等领域,需求占比过半。以康耐视科技2019年年报披露为例,目前有近50%的收入来源于消费电子和汽车行业。而根据民生证券预测,未来市场需求将从个别领域的头部客户往多领域多客户渗透,其中半导体及电子制造将占据大头。

       本质上,机器视觉作为人类视觉的延伸品,在未来的自动化场景中,无论是制造行业还是无人驾驶方面都有用武之地。在可预见的未来,机器视觉成为热门的趋势不会改变,只会加速到来。

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