中国工业视觉技术实践系列报告

Part01高技术创造高价值，工业视觉成就“制造之眼” 目录 Part02工业视觉加快泛半导体行业的质量管理升级 Part03突破造就未来，国产代表厂商的突破与实践 Part04技术前行，未来仍有无限可能 机器视觉的技术优势 机器视觉在速度、精度等指标上远高于人类，非常适合工业领域应用 机器视觉在色彩识别能力、灰度分辨率、空间分辨率、速度、感光范围、环境适应性、观测精度等方面比人类视觉更具优势。机器视觉利用相机、镜头、光源和光源控制系统采集目标物体数据，借助视觉控制系统、智能视觉软件和数据算法库进行图形分析和处理，软硬系统相辅相成，为下游行业赋予视觉能力。 项目 人类视觉 机器视觉 色彩识别能力 容易受人的心理影响，不能量化 具有可量化的特点 灰度分辨率 差，一般只能分辨64个灰度 强，目前一般使用256灰度级，采集系统可具有10bit，12bit，16bit等灰度级 空间分辨率 分辨率较差，不能观看微小的目标 分辨率高，可观测微米级的目标 速度 速度慢，0.1秒的视觉暂留使人眼无法看清较快运动的目标 速度快，快门时间可达10微秒左右，高速相机帧率可达到1000以上，处理器的速度越来越快 感光范围 范围窄，400nm-750nm范围的可见光 范围宽，从紫外到红外的较宽光谱范围，另外有X光等特殊摄像机 环境适应性 对环境适应性差，另外有许多场合对人有损害 对环境适应性强，另外可加装防护装置 观测精度 精度低，无法量化 精度高，可到微米级，容易量化 其他 主观性，受心理影响，易疲劳 客观性，可连续工作 www.jazzyear.com 工业视觉产业概念分析 软硬一体，深度学习赋能制造业全场景应用能力 工业视觉是将硬件如光源，传感器，相机等集成综合性仪器同时辅以底层算法用于工业制造方向，协助制造业实现引导、识别、检测和测量功能， 最终促进工业制造智能化，是自动化到智能化的关键拼图，兼具状态感知（视觉）和自主决策（边缘控制和AI）的能力。 底层元件 电子元件：CMOS、 CCD、LED等 图：工业视觉产业链关系图 光学元件：镜片、镀膜 等 机械元件：五金、结构 件 零部件集成 上游光源及其控制器镜头工业相机软件和算法 设备组装与软件部署 工业视觉系统 中游工业视觉设备 视觉引导设备视觉检测设备视觉测量设备视觉识别设备 装备应用 下游3C电子汽车及零部件新能源半导体食品…… www.jazzyear.com 工业视觉市场的发展背景 制造业及智能制造规模同步上升，中国制造产业迎来“质”与“量”的同步发展 从中国制造业增加值来看，2017年至2022年持续上升，并且在GDP的比重持续上升。 从中国智能制造业产值规模来看，2022年中国智能制造业产值447亿元，预计2026年可达1000亿元，持续迎来高于20%的增长。 图：2017-2022年中国制造业增加值及GDP占比图：2016-2026年中国智能制造业产值规模 市场规模（亿元）占GDP比重（%） 27.7% 智能制造产值（百亿元）增速（%） 25%22%22%22%22%22% 178 28.1%29.4%27.1%26.2%27.4% 23%20%25%30% 76 101 139 223 59 122150 366 818 1000 180 225 293 447 546 668 201720182019202020212022 20162017201820192020202120222023E2024E2025E2026E www.jazzyear.com 工业视觉的市场规模 工业视觉搭上智能制造产业“快车”，中国工业视觉市场持续增长 伴随全球制造升级需求与中国制造业的高质量发展，工业视觉市场规模稳步增加。 中国工业视觉2022年市场规模为184亿，到2025年将达到470亿，行业整体发展增速快。 图：2020-2025年全球工业视觉市场规模及预测图：2020-2025年中国工业视觉市场规模及预测 市场规模（亿元）同比增速（%） 14% 12%9%13%13% 46% 市场规模（亿元）同比增速（%） 32% 35% 43% 32% 720 808 883 994 1124 1281 139 184 264 356 470 95 2020202120222023E2024E2025E2020202120222023E2024E2025E www.jazzyear.com 工业视觉产业的相关政策 利好的宏观环境和政策将助力工业视觉产业蓬勃发展 工业机器视觉是人工智能产业和制造业转型升级的重要环节，是国家政策重点关注和发展的行业；2016年以来，在人工智能产业和智能制造业升级相关的政策文件中被多次提及，2020年的《工业互联网创新发展规划》和2021年的《“十四五”智能制造发展规划》等文件中均提出重点突破计算机视觉、视觉传感相关技术，为工业视觉产业发展提供了政策助力。 表：近年来工业视觉相关政策 发布时间 发文单位 文件 重点内容 2023年4月 全国人大 《对数字经济发展情况报告的意见和建议》 国家支持人工智能算法、框架等基础技术的自主创新、推广应用、国际合作，鼓励优先采用安全可信的软件、工具、计算和数据资源。 2022年8月 国家科技部等部门 《关于加快场景创新以人工智能高水平应用促进经济高质量发展的指导意见》 要在制造领域优先探索工业大脑、机器人协助制造、机器视觉工业检测、设备互联管理等智能场景。 2022年1月 国务院 《“十四五”数字经济发展规划》 要推动农林牧渔业基础设施和生产装备智能化改造，推进机器视觉、机器学习等技术应用 2021年12月 工信部等 《“十四五”机器人产业发展规划》 研制三维视觉传感器、六维力传感器和关节力矩传感器等力觉传感器、大视场单线和多线激光雷达、智能听觉传感器以及高精度编码器等产品，满足机器人智能化发展需求。 2021年7月 工信部等十部门 《5G应用“扬帆”行动（2021-2023年）》 推进5G模组与AR/VR、远程操控设备、机器视觉、AGV等工业终端的深度融合，加快利用5G改造工业内网，打造5G全连接工厂标杆，形成信息技术网络与生产控制网络融合的网络部署模式，推进“5G+工业互联”服务于生产核心环节。 2021年3月 工信部、国家发展和改革委员会、教育部、科技部、财政部等 《“十四五”智能制造发展规划》 提出研发高分辨视觉传感器、工业现场定位设备，实现泛在感知、数据贯通、集成互联、人机协作和分析优化。 2020年11月 工业互联网专项工作组 《工业互联网创新发展规划》 提出要加强工业互联网基础支撑技术攻关。支持工业视觉传感器等基础软硬件研发突破。 2020年2月 科技部 《关于科技创新支撑复工复产和经济平稳运 行的若干措施》 提出以新技术赋能智能工厂建设。鼓励支持企业在研发设计、生产运营、供应链管理等方面应用机器视觉智能传感、 深度学习等新技术。 www.jazzyear.com 工业视觉的算法技术 深度学习赋能制造业全场景应用能力 机器视觉系统的算法软件部分是利用计算机视觉算法对获取围像进行分析，进而为进一步决策提供所需信息。根据集成程度和开发难度的不同，可以细分为供集成商和设备商开发使用的底层算法和供最终客户使用的二次开发好的算法包，由于不同工业应用场景之间的差异性以及对精度的高要求，往往需要专门设计对应的软件算法以满足工业场景下的视觉需求。 图：机器视觉相关底层算法 表：主要机器视觉软件开发包及其特点 机器视觉算法 数据结构 图像区域轮廓 边缘提取 边缘定义边缘提取边缘准确度 图像增强 灰度变换辐射标定图像平滑傅立叶变换 基元分割/拟合 直线拟合圆拟合轮廓分割 几何变换 仿射变换投影变换图像变换极坐标变换 摄像机标定 面阵相机线阵相机标定过程 图像分割 阈值分割提取连通区域亚像素分割 立体重构 立体几何结构立体匹配 特征提取 区域特征灰度值特征轮廓特征 模板匹配 灰度模版匹配圆形金字塔匹配灰度亚像素匹配旋转与缩放匹配 形态学 开发包 优/缺点 适用场景 VisionPro 入门容易、lisence费用低：无法GPU加速、图像处理算法工具少 需要快速开发的通用视觉类项目 HALCON 兼容性好：开发周期长、费用高支持视觉 图像采集设备、环境及平台 较为复杂的，拥有较长开发周期的项目 OpenCV 开源且可用于商用、便于定制化算法开发:代码能力要求高、周期长 有算法基础且项目周期长、预算有限的项目 eVision 基于灰度相关性的模板匹配效果好、基于图像比对的图像质量检测效果好：几何形状的匹配能力较差 适用于基于图像比对的图像质量检测 HexSight 定位和零件检测效果较好、恶劣环境适应性好;软件开发费用高 适用于恶劣工业环境的点位和检测项目 NIVision 入门简单、开发速度快，算法效率不高且准确性与稳定性依赖于图像质量 图像质量较好，且要求交货周期比较短的项目 区域形态学灰度形态学 字符识别 字符分割特征提取字符分类 www.jazzyear.com 工业视觉的核心功能 工业视觉的功能主要有识别、测量、定位、检测 机器视觉的功能主要分为四大类，从技术实现难度上来说，识别验证、引导定位、尺寸测量、外观检测的难度是递增的，而基于四大基础功能延 伸出的多种细分功能在实现难度上也有差异。 图：机器视觉基本功能技术实现的难易度情况表：机器视觉应用场景(按功能分类) 功能 应用行业(典型代表) 应用场景 具体应用 识别 3C电子、新能源、半导体、汽车、食品 基于目标物的外形、颜色或者字符特征进行甄别 轮廓度检测二维码识别宇符识别 测量 3C电子、新能源、半导体、汽车、食品、医药、光伏 将图像像素信息标定成常用的度量衡单位，精准计算出目标物的几何尺寸 缺陷检测识别防错产品测量 定位 3C电子、新能源、半导体、汽车、食品、医药、光伏 在识别出物体的基础上精准确定物体的坐标和角度信息，自动判别物体位置 贴合定位焊接定位 检测 3C电子、新能源、半导体、汽车、食品、医药、光伏 对目标物体进行表面装配检测、表面印刷缺陷检测及表面形状缺陷检测等 缺陷检测外观检测 难 识别 定位 测量 检测 有无 校正 点 形状/轮廓 颜色 引导 线 灰度/色彩 粗略位置 套准 弧/圆 装配质量 条码 对位 间距 统计信息 二维码 跟踪 几何组合 表面缺陷 文字识别 3D引导 3D尺寸 3D缺陷 易 难 www.jazzyear.com Part01高技术创造高价值，工业视觉成就“制造之眼” 目录 Part02工业视觉加快泛半导体行业的质量管理升级 Part03突破造就未来，国产代表厂商的突破与实践 Part04技术前行，未来仍有无限可能 泛半导体行业发展背景-3C电子 产品与产线升级迭代带来稳定增长 产品持续迭代升级带来稳定需求：产品精密度、对生产制造过程中的精度要求随3C电子产品的更新换代而提升，推动机器视觉进一步渗透。 消费电子产品产线进一步升级迭代：苹果作为龙头企业提高行业检测标准，各大电子产品生产厂商也逐步迭代生产质量标准，有望带来机器视觉 需求的扩大。 图：2015-2022年PCB行业规模保持稳步增长 全球PCB产值规模（亿美元）中国PCB产值规模（亿美元） 图：2013-2022年苹果iPhone出货量（百万台）及市占率 出货量（百万台）市场占有率 428 819 444 811 250 200 231.5 215.2215.8206.3 195.6201.1 237.9232 20% 272 544 269 554 298 590 331 614 329 626 352 654 150 100 50 10% 20152016201720182019202020212022 00% 20152016201720182019202020212022 www.jazzyea