机器视觉产业链价值涌现

1、目 录 HYPERLINK l _TOC_250025 机器视觉：人类的“机器之眼” 3 HYPERLINK l _TOC_250024 机器替代人眼，高效、高速、高精度优势显著 3 HYPERLINK l _TOC_250023 产业链：上游核心零部件，下游应用广泛 4 HYPERLINK l _TOC_250022 机器视觉由外到内全球加速，国内企业奋起直追 5 HYPERLINK l _TOC_250021 机器视觉概念出现于海外，全球产业技术持续发展 5 HYPERLINK l _TOC_250020 中国本土企业奋起直追，海外企业主导下仍有差距 7 HYPERLINK l _TOC_

2、250019 产业链上游：核心零部件和软件提供商 10 HYPERLINK l _TOC_250018 光源：视觉照明的重要设计 10 HYPERLINK l _TOC_250017 相机：工业专用的图像捕捉工具 12 HYPERLINK l _TOC_250016 镜头：工业相机成像的核心部件 16 HYPERLINK l _TOC_250015 图像处理软件：通过底层算法实现目标适配 20 HYPERLINK l _TOC_250014 图像采集卡：获取信号的重要工具 21 HYPERLINK l _TOC_250013 产业链下游：行业应用场景丰富 22 HYPERLINK l _TOC

3、_250012 电子及半导体：机器视觉助力制造自动化、精确化 23 HYPERLINK l _TOC_250011 汽车产业：汽车制造与智能驾驶齐头并进 25 HYPERLINK l _TOC_250010 汽车制造已实现自动化，机器视觉应用场景丰富 26 HYPERLINK l _TOC_250009 汽车智能驾驶浪潮汹涌，机器视觉为其保驾护航 26 HYPERLINK l _TOC_250008 食品包装：机器视觉为食品安全巩固防线 27 HYPERLINK l _TOC_250007 药品医疗：机器视觉助力生命安全 28 HYPERLINK l _TOC_250006 服务机器人：机器视

4、觉提供外部信息 29 HYPERLINK l _TOC_250005 发展动力：多重引擎驱动，机器视觉产业蓬勃发展 30 HYPERLINK l _TOC_250004 机器视觉以固有的核心优势扎根智能浪潮前沿 30 HYPERLINK l _TOC_250003 人口老龄化加剧，机器视觉是重要解决方案 31 HYPERLINK l _TOC_250002 劳动力成本上升，机器替代需求升级 32 HYPERLINK l _TOC_250001 机器视觉政策利好，智能制造潮流势不可挡 33 HYPERLINK l _TOC_250000 风险提示 34机器视觉：人类的“机器之眼”机器替代人眼，高

5、效、高速、高精度优势显著美国制造工程师协会（SME）机器视觉分会和美国机器人工业协会（RIA)自动化视觉分会对于“机器视觉”的定义是，“机器视觉使用光学器件进行非接触感知，自动接收并解释一个来自真实场景的图像，以获取信息并控制机器与流程”。即通过机器实现人眼视觉和理解的技术。机器视觉作为一项综合技术可以代替人眼做识别、测量、判断。其包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术等。一个完整的机器视觉系统通常是指通过工业相机、镜头、光源等设备的配合，将被摄取目标转换为图像信号，传递给图像处理系统，根据像素分布和亮度、灰度等信息，转变为数字化信

6、号；图像系统再对这些信号进行针对需求的运算抽取目标特征，从而根据判别结果来控制现场设备的运行动作。目前，机器视觉主要应用在智能制造，其下游应用广泛，已经在汽车制造、消费电子、医疗制药、食品包装、服务机器人、无人驾驶等领域逐步实现放量，未来前景可期。机器视觉按照功能可以大致区分为识别、定位、测量、检测、引导五类。识别：机器视觉可以对图像进行处理、分析和理解，用于对一些一维码或二维码的解码、光学字符的识别与确认、颜色及形状的识别等；机器视觉采用先进的图像视觉检测技术，对高速运动的工业产品进行实时全面视觉定位分析，主要用于自动生产及装配；机器视觉可以在非接触的情况下，对产品尺寸进行高精度的测量，以确

7、定产品外观的尺寸是否存在误差；机器视觉可以用于产品表面的精密检测，包括目标方向及位置检测，检测产品表面的压伤、破损、刮伤、脏污、变形等问题，及印刷表面的瑕疵检测等；机器视觉普遍应用于智能制造的工业机器人领域，当前工业机器人已经大范围应用于自动化流水线，机器视觉系统可以在机器人操作过程中帮助机器人实时了解工作环境的变化，相应的调整动作以保证任务的正确完成。图1：机器视觉识别、定位、测量、检测、引导五大功能示例数据来源：中国工控网相对于人类视觉，机器视觉具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度和速度。尤其是机器视觉的灰度分辨率很强，一般可以使用 256 灰度级，其采集系统具有 10b

8、it、12bit、16bit 等灰度，可以弥补人类视觉在灰度分辨上的缺陷（64 灰度级）；机器视觉现有 4K*4K 的面阵摄像机和 8K 的线阵摄像机，通过备置各种光学镜头，可以观测小到微米、大到天体的目标；另外随着工业相机技术进步，机器快门时间速度加快达 10 微秒级别，高速相机帧率可超过 1000 以上。表1：机器视觉与人类视觉对比机器视觉人类视觉效率效率高效率低速度速度快速度慢精度高精度主观影响，精度一般可靠性效果稳定可靠易疲劳，有情绪波动工作时间24 小时持续性工作工作时间受限信息集成方便信息集成不易信息集成成本成本逐渐降低，一次性投入人力、管理成本逐渐上升环境适应性强，恶劣、危险环境

9、工作不适合恶劣、危险环境数据来源：CSDN，产业链：上游核心零部件，下游应用广泛机器视觉的产业链可以按上中下游进行区分。上游是机器视觉底层开发商，即核心零部件及软件提供商。核心零部件主要包括光源、相机、镜头、图像采集卡，其中软件主要是指图像处理软件。在目前整个机器视觉系统的成本构成中，零部件及软件开发占据了 80%的比例，是产业链中绝对的核心环节和价值获取者。中游是机器视觉二次开发的系统集成和软件服务商，主要根据上游产品以及下游需求进行集成整合，越来越多上游企业向中游业务扩展延伸，形成自有的完整解决方案。机器视觉下游的应用领域十分广泛，涉及到多种制造及服务行业，主要应用于汽车制造、消费电子、食

10、品包装、医疗制药以及服务机器人。图2：机器视觉产业链概况数据来源：前瞻产业研究院机器视觉产业链的关键是上游与下游。由于中国国产品牌的核心技术逐步追赶，逐渐推出一系列国产核心零部件及底层软件，本土的机器视觉上游企业市场地位不断提高，可以制造并维护自有产品，直接对接于下游的多样化需求，中游单纯的系统集成商的空间相对缩小。而机器视觉系统产品成本构成的主要部分是核心零部件以及软件开发，两项分别占据整体成本的 45%与 35%，而组装集成与维护共占据成本的 20%，为上游企业向中游业务拓展提供了便利，因为相对于额外的成本，完整的机器视觉产品对其更具有吸引力。图3：机器视觉系统成本主要来自核心零部件以及软

11、件开发软件开发，35%维护 , 5%组装集成, 15%零部件, 45%数据来源：工控客，机器视觉由外到内全球加速，国内企业奋起直追机器视觉概念出现于海外，全球产业技术持续发展1947 年，贝尔实验室中威廉肖克利与团队共同发明晶体管，翻开半导体行业的篇章，半导体行业的发展为机器视觉奠定了重要的技术基础。1950 年 Gibson 首先提出“光流”的概念，即空间运动物体在观察成像平面上的像素运动的瞬时速度，利用图像序列中像素在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性来找到上一帧跟当前帧之间存在的对应关系，从而衍生出计算相邻帧之间物体的运动信息的方法，这标志着“像素”作为最小单位开始进入影像统计的计算模

12、式。1969 年，第一片 CCD 图像传感器诞生，为机器视觉行业开启了数码图像采集的大门，自此人类社会进步的各个领域都与图像和视觉结下了不解之缘。在半导体行业诞生与发展的同时，机器视觉领域的发展也已拉开帷幕。20 世纪 70 年代，麻省理工学院人工智能实验室创立了计算机视觉研究小组，并开设了“机器视觉”课程，吸引了许多知名学者参与机器视觉的理论、算法、系统设计等研究。机器视觉的研究继续深入。在 60 年代 Roberts 提出的“积木世界”及 70 年代 Marr提出的“自下而上”捕捉视觉信息并通过三个层次进行过程处理等基础上，从二维图像提取三维信息的研究加速；图像处理和分析的并行算法、目标制

13、导的图像处理等分支出现。20 世纪 80 年代，机器视觉蓬勃发展，CPU、DSP 芯片等图像处理硬件技术飞速进步，OCR 识别、智能摄像头等技术问世。新理念、新方法、新理论不断涌现，最具代表性的是出现了主动视觉学派、目的视觉学派等。90 年代，视觉企业成立，第一代图像处理产品进入市场。LED 灯、传感器、工业相机、镜头及视觉控制结构逐步发展，机器视觉行业迅速扩张，产业链逐步完整，吸引大量企业进入机器视觉系统市场，也推动相关技术投入生产制造实践。2000 年以来，机器视觉进入快速发展期。高速3D 扫描系统和热影像系统逐步问世， LED 光源广泛运用于智能制造场景，机器视觉渗透各种行业的生产制造应

14、用中。按照应用的领域与细分技术的特点，机器视觉进一步可以分为工业视觉、计算机视觉两类，相应的，其应用领域可以划分为智能制造和智能生活两类，涵盖工业制造、自动焊接、医学诊断、跟踪报警、移动机器人、指纹识别、模拟战场、智能交通、医疗、无人机与无人驾驶、智能家居等等。目前，机器视觉技术正处于不断突破、走向成熟的阶段，仍处于高速发展时期，具有良好的发展潜力。图4：全球机器视觉发展历程数据来源：CSDN，全球机器视觉市场规模处于扩张期。虽然机器视觉属于新兴技术，发展时间不长，但已经形成了从上到下、多行业领域并行的市场。数据显示，2018年全球机器视觉市场规模超过 88 亿美元，2019 年超过 100

15、亿美元。Grand View预测，2025 年全球机器视觉市场空间将超过 180 亿美元，年复合增长率达 7.7%。图5：全球机器视觉市场仍处于扩张期市场规模(亿美元)120100806040200201420152016201720182019数据来源：，中国本土企业奋起直追，海外企业主导下仍有差距相比全球，中国的机器视觉相关技术由于起步较晚而发展较慢。国内机器视觉的发展进程起步于中国工业化加速时期，1999-2003 年是我国机器视觉发展的启蒙阶段，国内开始出现跨专业的机器视觉人才；2004 年后迈入产业发展初期，机器视觉企业 开始探索和研发自主产品并取得一些突破；近十年，中国机器视觉产业

16、从发展中期 迈向高速发展时期。目前，中国已有近百家机器视觉相关企业，从事消费电子、汽 车制造、安防、医疗、食品及金融等各个领域。（1）启蒙阶段（1999-2003）：中国企业主要通过代理业务对客户进行服务，机器视觉技术首先进入品质要求较高的行业。中国企业在代理机器视觉服务的同时对国际吸纳进的机器视觉理念和技术进行吸收消化；国内跨专业的机器视觉人才作为该阶段的先行者，从了解图像的采集和传输过程、理解图像的品质优劣，到初步利用国外视觉软硬件产品搭建简单的机器视觉初级应用系统，逐渐掌握了国外简单的机器视觉产品的功能及应用。通过极为广泛而艰辛的市场宣传和推广、技术交流和培训、项目辅导等过程，引导客户对

17、机器视觉的理解和认知，培养客户需求与丰富产品品类同步进行，开启了中国机器视觉的历史进程。一些对成本不敏感又对品质要求较高的工业领域率先引入了机器视觉技术，如特种印刷及烟草行业。机器视觉为人民币的印刷质量和自动化水平提升、统一质量标准等做出了杰出的贡献。烟草行业是中国的优势产业之一，机器视觉技术进入烟叶异物剔除、包装检测等方面工序，替代人工的同时也大幅提升了产品的质量和生产效率。在特种印刷和烟草这两个行业机器视觉技术的成功应用让更多工程技术人员和企业家关注到视觉技术带给自动化产业独特的价值和应用前景，行业进入发展阶段。（2）发展阶段（2004-2007）：中国本土企业开始探索研发自主核心技术，投

18、入机器视觉软硬件，多个应用领域取得了关键的突破。继 Cognex、Balser、Data Translation 等国际机器视觉顶级厂商在国内选择在本地合作伙伴之后，国内厂商开始自主研发核心技术及软硬件，陆续推出了全系列模拟接口和 USB2.0 接口的相机和采集卡，逐渐占据了入门级市场； PCB 检测、SMT 检测等国产设备迅速兴起，凭借产品性价比和服务的优势填补了国内相关市场需求；同时 LCD 的前道检测设备等高端设备也开始在国内落地。随着国内市场需求勃发，越来越多客户开始寻求视觉检测方案，机器视觉可以解决精确测量问题并更好的提高他们的产品质量。汽车、制药、包装等行业由于国外制造业逐渐向国内

19、转移，客户对产品质量要求提升，大批自动化领域的系统集成商熟悉并使用机器视觉技术；国内棉纺、农作物分类、钢铁、纸张等传统产业也开始广泛尝试机器替代人工，提升质量与效率。（3）高速发展阶段（2008 年至今）：国内机器视觉技术水平奋起直追，大量专业人才推动行业高速发展。中国国内本土机器视觉企业经过近十年的沉淀积累，涌现了大批优秀的机器视觉核心器件研发厂商，机器视觉技术研发培养了大量的系统工程师。视觉技术在半导体、PCB 板材、 SMT 贴片、LCD 屏、军工、汽车部件等精加工行业广泛应用，尤其在消费电子类产品如手机、电脑硬件产品组装生产的引导、测量、检验中贡献了重要力量。随全球制造中心向我国转移，

20、中国已经是继美国、日本之后第三大机器视觉领域应用市场。图6：中国机器视觉发展历程数据来源：CSDN，机器视觉在全球的发展历史不过半个多世纪，我国的发展历程更为短暂而飞速。伴随我国经济发展、工业水平进步，特别是 3C 电子行业自动化的普及和深入，本土的机器视觉行业获得了空前的发展机遇，进入了高速发展阶段。根据中国视觉产业联盟对其会员单位的统计，2018 年中国机器视觉行业销售额达到 83 亿元，较 2013年翻了 3 倍，年均复合增长率达到 33.54%。图7：我国机器视觉行业销售额飞速扩张行业销售额(亿元)1601401201008060402002013 2014 2015 2016 201

21、7 2018 2019 2020E 2021E数据来源：中国机器视觉产业联盟，国内机器视觉行业竞争格局较分散，在上游核心零部件方面国外企业占据更大的市场份额和规模优势。虽然经过近 30 年的发展，机器视觉行业在我国已经取得了一定的成绩，行业也初步形成一定的规模，但本土机器视觉企业在研发技术实力、市场竞争力上较国际品牌产品仍有较大差距和未来发展空间。一部分原因是本土机器视觉行业起步于产品代理，自主研发基础较为薄弱。根据中国机器视觉产业联盟统计，2018 年以代理销售其他厂商产品为主的企业的销售额占到行业销售额的 32.4%。该部分企业普遍缺乏自主研发能力及核心技术，虽然其中规模较大的代理商有一定

22、的集成服务的能力，但基础仍然相对薄弱，缺乏持续创新的能力。而以销售自有产品为主的企业，相对国际知名品牌来说，其经营时间较短、技术积累相对薄弱、人员储备相对不足，仍然存在差距。中国机器视觉产业全景图谱显示，目前进入中国的国际视觉品牌超过 200 家，中国本土的机器视觉品牌为 100 余家，各类产品代理商超过 300 家，系统集成商超过 100 家。可见国内机器视觉企业主要在产品代理以及系统集成领域进行竞争，在机器视觉上游的核心零部件领域布局较少，中高端市场依赖国际一线品牌供应。国内大部分机器视觉企业销售规模较小。2017 年，美国康耐视作为全球最具代表性的机器视觉公司营业收入达到 48.9 亿元

23、，同比增长 35.3%。而根据中国机器视觉产业联盟企业 2017 年调查数据显示，国内机器视觉企业销售额绝大部分集中于 1 亿元一下。国内机器视觉企业销售额在 1000-3000 万范围的企业数量最多，占国内机器视觉企业总数的 31.8%；3000-5000 万的企业数量最少，占比 13.2%；销售额 1亿以上的企业占比为 16.5%；1000 万以下的企业占比 19.8%；销售额 5000 万-1亿的企业占比 18.7%。图8：本土机器视觉品牌聚集于代理与系统集成图9：国内大部分机器视觉企业销售规模较小数据来源：中国机器视觉产业全景图谱，数据来源：中国机器视觉产业联盟，图10：康耐视营业收入

24、及增速营业收入(亿元，左轴)48.876050403020100增速(右轴)50%40%30%20%10%0%-10%-20%2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019数据来源：Wind，产业链上游：核心零部件和软件提供商光源：视觉照明的重要设计光源在机器视觉应用中是重要的外部环境器件，对图像采集的精确度与适配度具有重要影响，可以为后续的图像识别、分析与测量提供基础的图像信息。合适的视觉照明方案将被测物体与环境背景尽量区分，同时清楚的显示被测目标的关键信息。照明的质量和适宜性是创建一个强大和及时的视觉检查的关键方面。为了设计一个有效的视觉

25、照明解决方案，除了解照明类型、技术、几何形状、滤波、传感器特性和颜色之外，还需要对检测环境进行全面的分析，包括样品表现和样品与光线的相互作用。设计并遵循严格的照明分析序列提供了一致和强大的环境，从而最大限度的利用时间、精力和资源，在视觉系统设计，测试和实施的其他关键方面得到更好的使用。中国机器视觉光源市场规模扩张迅速，主要应用的 LED 照明产品是中国优势产业。中国是 LED 照明产品最大的生产制造国，随着国内 LED 照明市场渗透率快速攀升至七成以上，LED 照明已基本成为照明应用的刚需，国内的 LED 照明市场规模呈现出较全球平均水平更快的增长势头。根据高工产研 LED 研究所（GGII）

26、的统计，中国 LED 照明市场产值规模由 2015 年的 2596 亿元增长到 2018 年的 4155 亿元，年均复合增长率达到 16.97%，增速高于全球平均水平。预计到 2021 年，中国 LED照明市场产值有望达到 5900 亿元，2019-2021 年仍有望能保持超过 12%的年均复合增长水平。图11：中国 LED 照明行业规模扩张迅速市场规模(亿元，左轴)增速(右轴)7000600050004000300020001000020162017201820192020E2021E数据来源：，25%20%15%10%5%0%视觉照明系统的基石是几何、结构、波长及滤波器。几何即样本、光照和

27、相机之间 的三维空间关系；结构或图案即投射到样品上的光的形状；波长或颜色即光线如何 被样品及其直接背景差异反射或吸收；滤波器则是差分阻塞和通过波长及光的方向。机器视觉光源从照明方式可以分为直接照明光源、散射照明光源、背光照明光源、同轴照明光源和特殊照明光源。直接照明和散射照明又可以细分为不同角度或形式的照明光源，根据其性能与特点的不同，可以服务于不同的机器视觉应用领域及应用场景。表2：光源性能特点对比方式特点直接照明光源沐光方式优点是亮度大、灵活、容易适应包装要求；缺点是阴影和反光；常见的应用是检测平面和有纹理的表面；低角度方式优点是凸显表面结构，增强图像的拓扑结构；缺点是热点和极度阴影；常见

28、的应用是检测平面和有纹理的表面；条形方式通过调节光线的角度方向，可以检测到被测物体表面是否有光泽，是否有纹路，也可以检测到表面特征；聚光方式线性聚光方式常常配合线阵相机获得高质量的图像；散射照明光源低角度方式与前述直接照明的低角度方式不同，散射方式的光源先经过内壁散射之后再均匀的照射到物体上，在提供均匀照明的同时，有效消除了边缘的反射；扁平环状扁平环状方式是在光源前面加了一块漫反射板，光源经过反射后再经过漫反射板，可以形成均匀漫射的顶光，避免了眩目光和阴影；圆顶方式最适合表面有起伏、光泽的被测物体的文字检查；背光照明光源光源均匀的从被检测物体的背面，可以获得高清晰的轮廓，常用于物体外形检测、尺

29、寸检测；同轴照明光源LED 的高强度均匀光线通过半镜面后成为与镜头同轴的光，如所示；具有特殊涂层的半镜面可以抑制反光和消除图像中的重影，特别适合检测镜面物体上的划痕；特殊照明光源特殊照明光源包括平行光光学单元、显微镜专用照明系统和按照客户要求定制的光源等。数据来源：CSDN，机器视觉中常用的照明光源是荧光灯、石英卤素灯、LED、金属卤化物（汞）和氙气灯。荧光灯、石英卤素灯和 LED 是机器视觉中使用最广泛的照明类型，特别是对于中小型检测站。金属卤化物、氙气和高压钠更典型的用于大规模应用或需要非常明亮光源的区域。金属卤化物也被称为汞，经常用于显微镜，其有许多离散的波长峰，这补充了荧光研究的过滤器

30、的使用。氙气灯对于需要非常亮的频闪灯的应用非常有用。尽管 LED 发光二极管照明具有更长的寿命，但石英卤素照明可能是特定检查的选择，因为它提供了更大的强度。LED 光源采用固体半导体芯片为发光材料，能量转换效率高，由于多年技术完善改进，其响应速度快、使用寿命长、颜色多样且性价比高，因此 LED 光源在机器视觉等工业领域有更广泛的应用。图12：机器视觉常用照明光源示例数据来源：中国工控网机器视觉照明技术从世界范围上看，国外的机器视觉光源技术已经相对成熟。国际上知名的机器视觉光源企业主要有日本CCS 和美国Ai，国内光源市场国产化充分，主要有奥普特、沃德普、康士达和纬朗光电等。表3：国内外光源参与

31、公司公司地点简介CCS日本CCS 成立于 1993 年，是日本JASDAQ 上市公司，是国际领先的机器视觉LED 光源制造厂商。从其在生产现场用于进行质量控制的图像处理检查 LED 灯产品开始，已广泛发展我们的 LED 照明装置和 LED 装置产品包括用于树脂固化和曝光的紫外线照明装置，用于艺术展品和博物馆的照明以及用于医疗和农业生物技术的照明。在国内设有上海和深圳代表处，并于 2017 年设立全资子公司“CCS CHINA Inc.”。Ai美国Ai 专注制造各种 LED 照明光源，自上世纪 90 年代就开始在机器视觉工业中开发可靠高效的 LED 光源，产品线齐全，质量可靠，在世界机器视觉领域

32、积累了良好的声誉，主要合作伙伴包括 Cognex、Keyence、NI、Omron 等。Moritex日本Moritex 集团成立于 1973 年，其总部设在日本，已有 40 多年的历史。是国际知名的光纤光源、LED 光源、光学镜头的供应商。其产品广泛应用于机器视觉和各类检测应用中。产品线非常丰富完整，产品系列包括机器视觉远心镜头（MML），抗震微距镜头，线扫镜头，CCTV 镜头，LED 照明设备，光源设备及光纤光导等产品。通过高性价比的产品及服务，已在行业内建立了良好的口碑。奥普特广东东莞是国内视觉行业起步最早发展最快的机器视觉光源品牌，2009 年开始开拓海外光源市场，在工业相机、工业镜头

33、和集成领域也有布局。光源产品包括 38 大系列、近 1000 款标准化产品，同时拥有 30000 多个定制设计案例经验，具备最快在 3 个工作日内定制光源的快速响应能力。沃德普广东东莞沃德普自动化 2014 年成立，总部东莞，2017 年在苏州设立办事处，是机器视觉光源及光源控制器的生产制造商。沃德普可生产的机器视觉光源包括环形光源、条形光源、背光源、同轴光源、圆顶光源、线形光源、紫外/红外光源、无影光源、光源配件、条形组合光源、光纤冷光源、点光源和 AOI 光源，光源控制器产品包括数字控制器、模拟控制器和增量模块。康视达广东东莞东莞康视达自动化科技有限公司（CST），成立于 2007 年 2

34、 月，是国内著名的机器视觉成像解决方案提供商，主要产品有环形光源、条形光源、面光源，线光源，紫外光源，平行光源，UV 光源，等视觉光源。具备近万种光源的研发设计及制造经历，累积有着万余种案例的机器视觉成像数据库。纬朗光电上海纬朗光电成立于 2007 年 1 月份，迄今为止已经经历了近 13 年的发展，是国内非常早的第一批专业机器视觉行业的公司，专注于 LED 视觉光源集研发、制造生产、销售于一体的视觉企业，具有根据客户需求特殊定做生产 LED 照明的能力。数据来源：电子发烧友网、各公司官网，相机：工业专用的图像捕捉工具工业相机作为机器视觉系统的关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电

35、信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。伴随着电子信息技术的高速发展、各类摄像头的广泛应用以及全球图像视频数据爆炸式增长，人类社会正在进入视觉信息的大数据时代。工业相机可说是工业自动化系统的灵魂之窗，从物件与条码辨识、产品检测、外观尺寸量测到机械手臂与传动设备定位，都是工业相机技术可以发挥的舞台。全球工业相机市场规模稳定扩张。据前瞻研究院数据显示，2008-2018 年全球工业相机行业市场规模呈现稳定上升趋势，2018 年达到 5.87 亿美元，2019 年达到 6.34亿美元，而预计 2

36、025 年将达到 12 亿美元，6 年复合年增长率预计为 11.22%。工业相机市场规模增长可以部分归因于制药以及食品和包装等最终用途行业对工业相机不断上升的需求。亚太地区工业相机市场的增长是由于工业 4.0 日益普及以及对人工智能的需求旺盛，全球市场工业智能相机行业的集中度较高，率先布局智能相机的康耐视和基恩士目前市场占比总计已超过 70%。图13：全球工业相机市场规模不断上升图14：全球智能工业相机行业集中度高市场规模(亿美元)126.3414121086422008200920102011201220132014201520162017201820192020E2021E2022E202

37、3E2024E2025E0数据来源：前瞻产业研究院，数据来源：前瞻产业研究院，中国工业相机市场规模迅速追赶。在我国政策的大力扶持以及智能产业发展的需求下，我国机器视觉行业得以快速发展，市场规模不断增长。而我国视觉机器行业的发展带动工业相机的需求，2011-2018 年我国工业相机市场规模呈稳定上升态势。根据前瞻产业研究院数据，2011 年我国工业相机市场规模仅 0.8 亿元，但 2018 年达 7.3 亿元，复合增长率为 37.14%。2019 年会达到 9.8 亿元，同比增长 34.2%。图15：中国工业相机市场规模高速扩张市场规模(亿元)1098765432102011 2012 2013

38、 2014 2015 2016 2017 2018 2019数据来源：工信部，在完整的机器视觉系统中，工业相机相比于民用相机具有更强的图像稳定性、工作持续性以及环境适应性，是机器视觉领域的关键部件，主要用于工业成像。数字相机的工作原理是被检物品反射光线，经过镜头折射在感光传感器上（CCD 或CMOS）产生模拟电流信号，此信号经过模数转换器转换至数字信号，然后传递给图像处理器得到图像，最后通过工业相机通信接口传入计算机中，以便后续进行图像处理分析。表4：工业相机及民用相机对比工业相机民用相机稳定性强弱工作时间长短工作环境可选择多可选择少帧率高低分辨率低高体积小大接口标准接口接口多样应用领域工业应

39、用消费应用数据来源：CSDN，工业相机按照不同的指标有诸多分类，按图像处理器芯片类型可以分为CCD 相机、 CMOS 相机；按输出信号形式可以分为模拟相机、数字相机；按成像色彩可以分为彩色相机、黑白相机；按像素排列方式可以分为面阵相机、线阵相机；按扫描方式可以可以分成隔行扫描相机、逐行扫面相机；按图像处理方式可以分为直接显示工业相机、智能相机；按响应频率可以分成光相机、红外相机、紫外相机等；按接口类型可以分为 USB2.0 相机、USB3.0 相机、1394A 相机、1394B 相机、GigE 相机、Camera Link 相机。模拟相机的输出格式是模拟信号，一般搭配模拟采集卡才能在图像上进行

40、显示，输出信号的分为 PAL 制与 NTSC 制，而对于黑白相机 PAL 对应 CCIR，NTSC 对应 EIA，相比于模拟相机，数字相机在机器视觉领域应用更为广泛。彩色相机成像图像为彩色图像，可以将色彩模式换成 MONO 当黑白相机使用，而黑白相机在机器视觉应用较为广泛。面阵相机的像素分布是一个矩形或者正方形的。矩形传感器一般宽高比为 4：3，也有一些成正方形。线阵相机的像素传感器排布成一条线状。例如 1024*1（1K）分辨率的黑白线阵相机、彩色线阵相机一般会有 3 行像素。直接显示相机，即不需要使用计算机，直接连接到显示器即可进行显示。智能相机一般为嵌入式系统，内部集成了处理器、内存、存

41、储设备等。优点有集成高、体积小巧、开发速度快。缺点有处理性能不足、灵活性差等。不同数字相机接口在传输速度、距离、成本上具有差异。表5：数字相机接口比较USB2.0USB3.01394A1394BGigECameraLink理论速度480Mbps5Gbps400Mbps800Mpbs1000Mbps5.4Gbps实际速度30Mbps900MBps28.8MBps62.4MBps114.4MBps737MBps传输距离5m3m10m100m100m10m成本*市场占有率常见较常见较常见较常见常见不常见数据来源：CSDN，彩色相机主要的图像传感器，根据芯片可以划分为 CCD 和 CMOS 图像传感器

42、。两 者都是使用光敏二极管进行光电转化，但在工作原理和产品特性上都存在较大区别。CCD 工作原理：CCD 是电荷耦合器件的简称，在感光像点接受光照之后，感光元件产生对应的电流，电流大小与光强对应，因此感光元件直接输出的电信号是模拟的。在 CCD 传感器中，每一个感光元件都不对此作进一步的处理，而是将它直接输出到下一个寄存器，结合该元件生成的模拟信号输出给第三个寄存器，以此类推，直到结合最后一个寄存器后，才能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号太过微弱，加上在此过程中会产生大量电压损耗而无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理。该任务是由 CCD 传感器中的放大器专门负

43、责，经放大器处理之后，每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大；因信号只通过一个放大器放大，所以产生的噪点较少。且由于 CCD 本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的 DSP 处理芯片。CMOS 工作原理：CMOS 是互补金属氧化物半导体的简称，CMOS 传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。换句话说，在 CMOS 传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，所得数字信号合并之后

44、被直接送交 DSP 芯片处理。但 CMOS 感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率都保持严格一致，致使放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌。体现在最终的输出结果上，就是图像中出现大量的噪声，品质明显低于 CCD 传感器，不过目前这方面的技术已大幅改善。且由于 CCD 是信号统一放大，所以噪声小，CMOS 是各个感光元器件信号单独放大，导致噪声较大，但是 CMOS 传感器也有分辨率大、成本低，体积小等优势。随着 CMOS 传感器在消费电子设备的大量应用，CMOS 技术发展加速，其性能已经显著提高，且制造成本大幅下降。CMOS 目前在传感器的图像质量和分辨率已经逐渐不落后于 C

45、CD，且其保持了本身的固有优势，目前在工业相关展会上，很难看到 CCD 的身影，也侧面说明 CMOS 会是未来工业相机传感器的主流。图16：CCD 与CMOS 区别数据来源：传感器专家网国外知名企业拥有世界领先的核心技术以及市场地位，中国企业近年也逐步出现一批国产品牌。具有代表性的外国品牌有德国 Basler、加拿大 DALSA、瑞士 Baumer、美国 Cognex、日本 Sony 等。而我国对工业相机的研究开发起步较晚，近年出现华睿科技、大恒图像、海康机器人、大华股份、云从科技、维视图像等国产企业。目前我国工业相机行业主要布局于中低端市场，逐步实现进口替代；而在高分辨率、高速的高端工业相机

46、领域仍以进口品牌为主。根据中国海关总署数据，2018 年我国工业相机进口数量为 8159 台，进口金额为 4483 万美元，同比增长 8.3%。表6：国内外工业相机参与公司公司地点简介Basler德国Balser 全球领先的高品质工业相机制造商，产品包括Basler 工业相机、Basler 网络相机、Basler 面阵相机、Basler 线阵相机和配件，可应用于工厂自动化、交通系统、零售以及医疗和生命科学。Basler在相机设计和相机生产领域拥有十分丰富的经验，提供 Basler 面阵相机、Basler 线阵相机和 Basler网络相机。Cognex美国Cognex 成立于 1981 年，是制

47、造自动化领域提供视觉系统、视觉软件、视觉传感器和表面检测系统，是全球领先的提供商，其生产的工业智能相机在全球市占率排名第一。康耐视产品包括广泛应用于全世界的工厂、仓库及配送中心的条码读码器、机器视觉传感器和机器视觉系统，能够在产品生产和配送过程中引导、测量、检测、识别产品并确保其质量。Keyence意大利Keyence 是传感器和测量仪器的主要供应商，在不断开发制造更新、更可靠的产品，以满足各制造行业的需求，其工业镜头市占率居全球前列。DALSA加拿大DALSA 是世界上一流的高性能数字成像设备和半导体产品制造商，凭借其高端 CCD 和 CMOS 芯片研发生产能力，可以为用户提供线阵、面阵、T

48、DI 等各种类型的工业数字相机。华睿科技浙江绍兴华睿科技是一家专注于机器视觉产品研发、生产与销售的专业性公司，是全球领先的以视频为核心的智慧物联解决方案提供商和运营服务商大华股份旗下机器视觉子公司，产品涵盖全系列工业相机、镜头、视觉传感器、智能工业相机、视觉控制器、算法软件等，已广泛应用于 SMT、物流、铁路、安检、3C、半导体等相关行业。大恒图像北京大恒图像成立于 1991 年，作为中科院下属上市公司大恒科技的全资子公司，是国内较早从事图像处理和机器视觉行业的公司之一。拥有超过二十年的图像采集硬件研发和生产经验， 旗下的CCD/CMOS 工业数字相机产品线覆盖多种接口及分辨率。海康机器人浙江

49、杭州海康机器人是海康威视的子公司，是面向全球的移动机器人、机器视觉产品提供商。机器视觉业务线聚焦工业视觉传感应用，专注底层算法软件和硬件技术，为客户提供卓越的机器视觉产品和算法平台，可广泛应用于 3C、电子半导体、物流等工业自动化各领域，实现定位引导、测量、缺陷检测、读码、OCR 识别等应用。数据来源：电子发烧友网、各公司官网，镜头：工业相机成像的核心部件镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量起着关键性的作用。镜头的基本功能是实现光束调制，将目标成像在图像传感器的光敏面上完成信号传递。它对成像质量的几个最主要指标均有影响，包括分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头在机器视觉系统中的主要作用体

50、现在通过工业相机实现光学成像，其市场规模与工业相机息息相关。而工业相机是工业自动化系统的灵魂之窗，从物件与条码辨识、产品检测、外观尺寸量测到机械手臂与传动设备定位，都是工业相机技术可以发挥的舞台，其由于技术本身存在的优越性，在许多领域有很好的发展前景。前瞻产业研究院数据显示，2008-2018 年全球工业相机行业市场规模呈现稳定上升趋势，2018 年达到 5.87 亿美元，2019 年将会达到 6.34 亿美元，2020 年达到 7 亿美元，2025 年增长到 12 亿美元。QYResearch 保守预测，2019 年全球工业镜头市场总值超过 33 亿元， 2026 年将增至 58 亿元，年均

51、复合增长率为 8.3%。图17：全球工业相机市场规模持续扩张市场规模(亿美元)126.3414121086422008200920102011201220132014201520162017201820192020E2021E2022E2023E2024E2025E0数据来源：前瞻产业研究院，全球光学镜头市场规模迅速增长。随着机器视觉应用的丰富化，其下游包括消费电子、汽车制造等领域内，光学镜头市场规模扩张有利于工业镜头更多的应用于机器视觉系统。根据 TSR2017 市场调研数据，全球光学镜头模组在手机、视频监控、车载镜头领域的合并收益为 57.31 亿美元，预计到 2021 年可达 73.67

52、 亿美元。工业镜头的基本参数包括视场、工作距离、分辨率、景深、焦距以及光圈。视场也叫视野范围，指可以观测到的物体的可视范围；工作距离指从镜头前部到受检物体表面的距离，在该距离下镜头可以清晰成像；分辨率指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力；景深指在景物空间中，能获得相对清晰影像的景物精简深度范围；焦距是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离；光圈是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面光量的装置。表7：工业镜头基本参数介绍特点介绍视场也叫视野范围，指可以观测到的物体的可视范围。工作距离指从镜头前部到受检物体表面的距离，在该距离下镜头可以清晰成像。分辨率指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节

53、的能力，在像平面 1mm 内可以分辨开的黑白相间的线条对数，分辨率的单位是“线对/毫米”（lp/mm）。一般说的百万象素级的镜头，分辨率为 100 线对/mm。景深在景物空间中，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离，也就是在实际像平面上获得相对清晰影像的景物精简深度范围。焦距是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离，焦距数值 小，视角大，所观察到的范围也大，但距离远的物体成像不是很清晰，焦距数值大，视角小，观察范围小，但距离较远的物体也可以清晰成像，有定焦和变焦两种镜头型号。相见的工业镜头焦距有：5mm、8mm、12mm、25mm、35mm、50mm、75mm 等。光

54、圈是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面光量的装置，在拍摄高速运动物体时候，由于曝光时间短，需要使用大光圈。光圈大小一般用F 表示，以镜头焦距 f 和通光孔径直径D 的比值来衡量，当光圈物理孔径不变时，镜头中心与感光器件距离越远，F 值越大，光圈越小；反之，F 值越小，光圈越大。一般通过调整通光孔径大小调节光圈，完整的光圈数值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。数据来源：CSDN，工业镜头按不同关键指标分类情况复杂。工业镜头按光圈可以分为手动光圈与自动光圈镜头；按焦距可以分为短焦、中焦、长焦以及变焦镜头，变焦镜头又

55、可以分为手动变焦与电动变焦镜头；按视场可以分为标准、广角与超广角、远摄与超远摄镜头等，也包括鱼眼镜头、反射式镜头；按镜头接口可以为分 C 接口、CS 接口、F 接口、V 接口、T2 接口、徕卡接口、M42 接口、M50 接口等；特殊的镜头还包括透视调整镜头、皮腔镜头、远心镜头、微距镜头、针孔镜头等，在不同应用领域以满足特殊要求。表8：工业镜头分类及特介绍分类介绍以视场分类标准镜头指视角 30左右，焦距长度接近相机画幅对角线长度的镜头。在 2/3 英寸 CCD 摄像机中，标准镜头焦距为 16mm；在 1/2 英寸 CCD 摄像机中，标准镜头焦距为 12mm；在 1/3 英寸 CCD 摄像机中，标

56、准镜头焦距为8mm。广角与超广角镜头视角 55以上，广角与超广角镜头的焦距短于、视角大于标准镜头。对 135 相机来说，焦距在 30mm 左右、视角在 70左右称为广角镜头；焦距在 22mm 左右、视角在 90左右称为超广角镜头。远摄与超远摄镜头视角 20以内，远摄与超远摄镜头的焦距长于、视角小于标准镜头。对 135 相机来说，焦距在 20mm 左右、视角在 12左右的称为远摄镜头；焦距在 300mm 以上、视角在 8以下的称为超远摄镜头。鱼眼镜头是一种极端的超广角镜头，它利用镜头的畸变获取极大的视角，视角在 180左右，因其巨大的视角类似鱼眼视角而名。反射式镜头又称折反射式镜头，实际上是一种

57、超远摄镜头，外观特征是短而胖，比同焦距远摄镜头短一半左右，重量也较轻，因而手持相机拍摄显得灵活、方便。以光圈分类手动光圈镜头手动光圈镜头适合于亮度变化较小场所，自动光圈镜头因光照度发生大幅度变化时，其光圈亦作自动调整，可提供必要的动态范围，使摄像机产生优质的视频信号，故适合于亮度变化较大场所。自动光圈镜头自动光圈有两类:一类是通过视频信号控制镜头光圈，称为视频输入型，另一类是利用机上直流电压直接控制光圈，称为 DC 输入型。以焦距分类短焦距镜头因入射角较宽，故可提供一个较宽阔的视景，主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合。中焦距镜头即标准镜头，焦距的长度视 CCD 靶面的尺寸而定。长焦距

58、镜头因入射角较窄，故仅能提供一个狭窄的视景，适用于远距离监视，主要用于监视较远处的景物。变焦镜头镜头焦距可在较大的幅度内自由调节，起到了若干只不同焦距的定焦镜头的作用。有手动变焦和电动变焦两类，可对所监视场景的视场角及目标物进行变焦距摄取图像，适合长距离变化观察和摄取目标。变焦镜头的特点是在成像清晰的情况下，通过镜头焦距的变化来改变图像大小与视场大小。以接口分类C/CS 接口是工业摄像机最常见的国际标准接口，为 1 英寸32UN 英制螺纹连接口，C 型接口和 CS 型接口的螺纹连接是一样的，区别在于 C 型接口的后截距为 17.5mm，CS 型接口的后截距为 12.5mm。所以 CS 型接口的

59、摄像机可以和C 口及 CS 口的镜头连接使用，只是使用C 口镜头时需要加一个 5mm 的接圈，而 C 型接口的摄像机不能用 CS 口的镜头。F 接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业摄像机中常用的类型，一般摄像机靶面大于 1 英寸时需用F 口的镜头。V 接口镜头是著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准，一般也用于摄像机靶面较大或特殊用途的镜头。T 接口镜头拥有较长的后截距，可以通过换接口来用在所有品牌的单反机上，通用性极强。扳机镜头价格便宜，适用于对分辨率要求不高的场合。特殊镜头透视调整镜头又称移轴镜头，是用于调整影像透视效果或景深效果的特殊镜头。皮腔镜头是指采用软管式皮

60、腔连接 135 相机的镜头。远心镜头可以在一定物距范围内纠正视差的影响，并将畸变系数严格控制在 0.1%以下。远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐，适应精密检测需求。微距镜头又称巨像镜头，是能产生巨像效果的一种镜头。针孔镜头适用于有遮盖物或有特殊要求的环境中，此时标准镜头或容易受损、或容易被发现，采用针孔镜头可满足类似特殊要求，比如在工业窑炉及精神病院等场所。数据来源：CSDN，工业镜头市场前期国外巨头垄断，近年国产厂商迅速发展。由于光学镜头行业集成 了精密机械设计、几何光学、色度学、薄膜光学、热力学等多种学科技术，并且制 作工艺和工序复杂，具有较高