机器视觉原理、构成、功能、产业链、市场规模及国产替代分析

智能制造之眼，下游应用场景广泛。

机器视觉是通过硬件与软件的组合对目标物体进行识别、分析，最终达到特定功能的系统。机器视觉，是通过光学装置和非接触式的传感器，自动接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。机器视觉技术主要采用适合被测物体的多角度光源（可见光、红外光、X 射线等）及传感器（摄像机等）获取检测对象的图像，通过计算机软件从图像中提取信息，进行分析、处理，最终用于实际检测和控制。

机器视觉系统由成像和处理分析两大部分构成。机器视觉系统主要包括光源及光源控制器、镜头、相机及视觉控制系统（视觉处理分析软件及视觉控制器硬件）等。其中，光源及光源控制器、镜头、相机等硬件部分负责成像功能，视觉控制系统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。

机器视觉主要功能——识别、测量、定位及检测。识别是基于目标物的特征进行甄别，例如外形、颜色、字符、条码等。识别的准确度和速度是衡量识别功能的主要指标；测量是指把获取的图像像素信息标定成常用的度量衡单位，然后在图像中精确的计算出目标物的几何尺寸。高精度以及复杂形态的测量是机器视觉的优势领域；定位是获得目标物体的位置信息，可以是二维或者是三维的位置信息。定位的精度和速度是定位功能的主要指标；检测，一般是指外观检测，其内涵种类繁多。如产品装配后的完整性检测（如当元器件安放于印刷电路板后通过检测确保其产品装配是正确的，即正确的元器件被安装在正确的位置）、外观缺陷检测（如检测是否有划痕、凹凸不平等）等。通过以上这些主要功能，机器可代替人工进行测量与判断，将图像处理应用于工业自动化领域中。

机器视觉的性能优势是行业发展的根本动力。在以往大批量工业生产过程中，主要靠人工视觉对产品进行测量、识别和分析。由于人工视觉，效率低，稳定性差且精度不高，用机器视觉可以大幅度提高处理效率和自动化程度。同时，在一些不适合人工作业的危险工作环境或人眼难以满足要求的场合，也常用机器视觉来替代人眼，如核电站监控、晶圆缺陷检测。机器视觉与传统人眼视觉相比具有不可替代的优势，同时随着深度学习、3D视觉技术、高精度成像技术和机器视觉互联互通技术的持续发展，机器视觉的性能优势将进一步加大，应用场景也将进一步打开。

机器视觉属于产业链中游。产业链的上游主要为LED、CCD、CMOS、光学材料、电子元器件、五金结构件等原材料。由于机器视觉是由多个部件组成，每个部件的原材料均有不同，因此，产业链上游涉及的行业范围较为宽广。机器视觉产业链的下游主要为运用机器视觉技术的设备制造行业和终端用户，所涉范围十分广泛，如汽车、医药、化学、电子、半导体、印刷、食品饮料、物流、烟草、医疗、电池等等，几乎包括国民经济的各个领域。

机器视觉已在 3C 电子等多行业广泛应用。机器视觉解决方案广泛应用于3C 电子、锂电子电池、半导体、光伏等多个行业的智能装备。机器视觉产品和技术在 3C 电子行业的主要应用为：液晶屏AA 区(ActiveArea可操作区)定位、手机 LOGO 间隙、轮廓度检测、手机零件装配定位等；在新能源行业的主要应用为：极片表面缺陷检测、涂布或分条表面缺陷、极耳焊点检测、极耳位置和旋转角度检测、电池正负极检测等；在半导体行业中主要应用于 LED 晶圆切割定位、PCB 板、晶片和DIE 检测、LED检测等。

机器视觉下游 3C 为主，其他领域不断扩展。根据中商产业研究院数据，2022 年中国机器视觉细分应用市场中，3C 电子占比25%位列第一。其次是汽车、锂电池和半导体，占比依次为 10.9%、10.3%、10%。随着国内机器视觉技术与产品在实联中不断完善，机器视觉技术已经在医药行业、食品包装、物流仓储更多等领域，实现了较为广泛的应用。

全球机器视觉行业需求确定，规模稳步增长。随着工业自动化技术不断走向成熟，对于物体检测、增强分析、监控容差和准确的组件测量等能力要求也逐渐提升，越来越多的制造企业开始采用机器视觉系统来实现生产过程中检查、测量和自动识别等功能的优化。据 GGII 数据，2023 年全球机器视觉市场规模为 925.21 亿元，同比增长 5.8%。预计至2028 年全球市场规模有望接近 1400 亿元，2024 至 2028 年 CAGR 约8.20%。

国内市场规模增速高于全球，3D 视觉增速高于2D。据GGII 数据，2023年中国机器视觉市场规模（不包含自动化集成设备规模）为185.12亿元，同比增长 8.49%，高于全球增长。2024 年中国机器视觉市场规模有望突破200 亿元，至 2028 年我国机器视觉市场规模将超过395 亿元。2023年，2D 视觉市场规模约为 161.50 亿元，同比增长6.09%，3D视觉市场约为23.62 亿元，同比增长 28.35%，3D 视觉增速高于2D。预计2028年2D视觉市场规模将达到 315 亿元，3D 视觉市场规模接近80 亿元。

目前机器视觉行业两大国际巨头为基恩士及康耐视。基恩士及康耐视凭借先发优势，在 2023 年一共占有全球机器视觉54%左右的市场份额。基恩士目前已覆盖了机器视觉全产业链，可提供整个机器视觉解决方案。基恩士每年研发的新传感器等品中，有大约 70%的新产品是“世界首创”或“行业首创”。康耐视依托软硬件的技术优势，市占率保持行业领先。自1981年成立以来，已经销售 90 多万套基于视觉的产品，累计利润超过35亿美元。

机器视觉国产化持续推进。根据 GGII 数据显示，2023 国产品牌机器视觉市场份额预计占比 63%，相较于 2022 年略有提升。内外资品牌的竞争开始分庭抗礼，某些产业链环节，国产的份额已绝对领先于外资。如镜头、光源领域，国产代表厂商奥普特、东莞 RESS、长步道等；相机领域，国产代表厂商海康机器人、华睿科技、埃科光电、梅卡曼德、灵西机器人、迁移科技、图漾科技等。

国内机器视觉迅速发展，通过自主研发逐渐提升产品覆盖范围。由于机器视觉由多种硬件及软件共同组成，因此以前机器视觉企业难以做到完全覆盖全部产品线及各种产品型号。随着国内工业水平的不断提高，国内机器视觉行业已形成规模，覆盖产品相较以前更为全面。

机器视觉核心部件国产替代加速。在机器视觉核心部件中，光源，镜头，2D 相机，工控器等环节国产化率相对较高，其中光源最为充分，国产化率约 90%以上。其他环节目前基本为外资主导，国产化替代进程正在加速进行。

政策持续助推中国机器视觉行业发展。工业是国家发展的根基，智能制造产业是未来发展的大方向，受到国家高度重视。机器视觉归属于高端装备制造产业，是智能制造装备感知、分析部分的重要零部件，国家出台多项政策利好机器视觉行业发展。政策从拓展产业链应用场景、发展机器视觉底层技术等方向促进中国机器视觉产业的发展，同时AI+机器视觉技术与设备在“十四五”规划中受到高度重视，2022 年1 月《“十四五”数字经济发展规划》中重点推进机器视觉、机器学习等技术应用，良好的政策环境有利于为行业的可持续发展奠定良好的政策支持，为机器视觉行业的健康发展保驾护航。