機器視覺是什麼
機器視覺是利用機器替代人眼，形成視覺能力，實現引導、定位、測量、檢測、識別等基本功能。
機器視覺在感光範圍、觀測精度、觀測準確性、環境適應性、高速物體可見能力等方面具有優越性，廣泛應用於汽車、消費電子、半導體、醫藥、食品、包裝、農業等。
機器視覺賦能傳統行業，小到果凍零食的在線質檢，大到民航客機的部裝和總裝生產線，都能夠通過機器視覺技術，提高生產效率、提升產品質量。
圖1 | 機器視覺和分類視覺的比較
資料來源：華泰證券研究所
機器視覺產業鏈的上遊包括光源、鏡頭、視覺傳感器、圖像處理軟體等軟硬體供應商。中遊環節主要是系統集成商，基於對垂直行業的深度理解將上述軟硬體和其他配套設施進行集成，形成一套切實有用的解決方案或整機設備。下遊環節則是垂直行業應用，涵蓋汽車、消費電子、半導體、醫藥、印刷、食品、農業等各個領域。當然，機器視覺的產業鏈開放，環節之間相互交叉，上遊軟硬體供應商會在某些行業開展系統集成業務，新興的系統集成商投入資源研發上遊關鍵軟硬體。
機器視覺被認為是人工智慧的分支，需要通過人工智慧算法將圖像信號進行處理和分析。深度學習構建深度神經網絡對海量的圖像數據進行學習，能夠實現對待測物體的精確分析。優異的人工智慧算法賦能機器視覺，能夠讓機器視覺整機設備實現更佳效果。
圖2 | 機器視覺的工作示意圖和主要硬體
資料來源：國泰君安證券研究所、華泰證券研究所
機器視覺的技術情況
| 上遊
機器視覺上遊環節是光源、鏡頭、視覺傳感器、圖像採集卡和圖像處理軟體。
在強反光的玻璃的表面缺陷、生物體的表面活性質量、三維物體測量、複雜環境光幹擾等應用場景下，高質量的光源直接影響被測物的細節特徵提取能力。尤其是隨著3D視覺技術的發展，結構光等對光源提出了更高的要求。
鏡頭的選擇需要結合應用場景和成本要求進行考慮，定焦鏡頭由於價格低廉是諸多機器視覺系統的主要選擇，變焦、縮放、遠心等高端鏡頭的應用將進一步提高機器視覺系統的整體性能。
視覺傳感器是感知外界信息的最關鍵元器件，包括雷射傳感器、顏色傳感器、光譜共焦傳感器、3D視覺傳感器等，涉及CMOS成像技術、高速數據壓縮存儲數據、基於FPGA的動態視覺技術、優化光學設計技術、矢量標定算法等，當集成商面臨較為複雜的應用需求時，甚至需向上遊供應商定製特殊的視覺傳感器。
圖像處理軟體是將輸入的圖像數據進行處理，得到符合要求的運算結果，包含定位、測量、字符/條碼識別、斑點檢測等功能的通用目的，也包含適用於面板檢測、封裝檢測等專用目的。圖像處理軟體具有較高的技術壁壘。以康耐視Vision pro軟體為例，能夠覆蓋半導體和電子、汽車、食品和飲料、太陽能、製藥、機器人導引和部件定位等行業，為開發者提供豐富、強大、可靠的視覺工具庫，並且兼容各類相機、圖像採集卡等硬體，是機器視覺圖像處理軟體的標杆性產品。2018年，康耐視還推出基於深度學習的ViDi套件，能夠對零部件的缺陷檢測構建客制化網絡模型，解決傳統機器視覺難於處理的複雜應用，甚至能夠檢測不可預知的缺陷，對機器視覺的技術發展具有重要意義。
| 中遊
在系統集成層面，客戶質量和客戶評價是檢驗技術先進性、經濟性、可靠性的「金標準」。
系統集成商的技術實力相差各異，通過採購上遊設備，「攢」出一套設備的難度似乎不大。但是，大型製造業客戶不僅對機器視覺的功能要求高，還有嚴苛的經濟性和可靠性要求，對合格系統集成商的技術能力要求也非常高。
在消費電子領域，進入蘋果、華為、三星等巨頭的供應鏈體系直接體現了企業的技術能力。
在汽車領域，汽車的應用環境複雜，安全性、穩定性要求嚴苛，疊加相對封閉的供應鏈體系增加了進入壁壘，能夠進入大型整機廠、頭部Tier 1供應商的生產線，能夠體現機器視覺企業的產品實力。
在半導體領域，進入臺積電、三星、英特爾、中芯國際等巨頭的生產線將最具代表性意義。
隨著高速動態成像技術、高精度的3D視覺技術、多傳感融合技術、多功能模塊化智能化的圖像處理軟體等技術的不斷發展，尤其是基於智能相機的嵌入式機器視覺系統正在醞釀之中，未來，機器視覺的功能將更廣泛、性能將更強大、行業滲透將更深入。
機器視覺的市場情況
| 全球市場
全球機器視覺賦能傳統行業的滲透率快速提升，機器視覺行業進入高速發展期。根據Markets and Markets的統計數據，2017年全球機器視覺市場規模突破80億美元。
在消費電子行業，產品更新換代快、產品質量可靠性要求高，直接刺激了機器視覺在生產流程的廣泛應用。在汽車行業，一方面汽車電子的不斷升級提升了對高精度在線監測設備的需求，另一方面，標準化程度高的傳統汽車企業競爭激烈，通過機器視覺能夠降低製造成本。在半導體行業，大量採用的微納技術對高精度測量和檢測的應用需求極大，這正是機器視覺的技術優勢所在。
全球最大的機器視覺企業是美國康耐視，主要定位於產業鏈上遊環節，技術實力強悍，2D傳感器、3D傳感器、應用軟體等核心零部件均處於全球領先地位，能夠享受到高毛利。並且，康耐視豐富的產品管線、顯著的規模效應和深度的行業滲透，在整個產業鏈中處於核心地位。2018年，康耐視的營收高達55億元人民幣，毛利率高達74%。其他國際知名企業還包括基恩士、海克斯康、Werth、DWFritz、Hennecke、日本三豐等。
圖3 | 全球機器視覺市場規模
資料來源：天準科技招股書
| 國內市場
我國機器視覺處於行業生命曲線的成長期。一方面，隨著需求側對消費品的微型化、多功能化、高性價比等要求越來越高，機器視覺對降本增效提質具有顯著作用;另一方面，我國傳統製造業整體「大而不強」，智能化改造是實現製造業轉型升級的重要手段，視覺能力是智能製造實現設備自動化、生產效率化、流程聯網化的必要基礎設施。
2011~2017年，我國機器視覺行業市場規模從10億元增至80億元，年均複合增長率40%。由於我國具有全球最大的汽車市場、消費電子市場，以及快速增長的半導體市場、醫藥市場等，隨著機器視覺在製造業的滲透率逐步加快，2023年我國市場規模將達197億元，CAGR達14%。從企業數量來看，我國機器視覺企業數量迅速增加，目前國際企業和本土企業(不包括代理商)超過200家，代理商超過300家，系統集成商超過70家，並且我國工業視覺企業數量(不超過代理商)保持20%的增長率。
圖4 | 我國機器視覺市場規模
資料來源：天準科技招股書
我國機器視覺行業基本呈現國外企業佔據優勢，國內企業奮起直追的格局。
國外知名企業的技術能力強，規模效應顯著，產業鏈深度滲透，具備更強的競爭優勢，佔據價值鏈的高端，滲透到汽車、消費電子、半導體等主要應用領域。
國內企業近年來的發展十分迅速，尤其是在產業鏈中遊系統集成環節，國內企業基於對複雜垂直行業的深度理解、更加及時到位的客戶服務、定製化設備的供貨周期相對較短等競爭優勢，不斷提高企業實力，同時加強研發投入，在光源、鏡頭、相機、3D傳感器、應用軟體等軟硬體方面取得了明顯的突破，向產業鏈上遊不斷滲透的趨勢明顯。
我國本土企業百花齊放，但是龍頭尚未出現。
2017年，國內機器視覺企業平均銷售額是7269萬元，年銷售額在平均線以上的企業佔比26.4%，營業收入超過1億元的佔比16.5%。
天準科技，作為我國領先的機器視覺企業，將登陸科創板，2018年營收5億元，市佔百分比仍是個位數。
究其原因，一方面不同垂直行業的需求呈現「碎片化」特點，要求集成商要對具體垂直行業市場有深度理解，並且需要提供更具針對性的持續服務保障，從而導致在集成商層面不會出現「贏家通吃」的現象;另一方面，上遊軟硬體供應商直接面向康耐視、基恩士、海克斯康等國際巨頭的競爭，本區市場歷來就被這些巨頭所佔據，因此本土企業尚處於追趕階段。