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我国机器视觉产业链已经逐渐完善,且我国工业视觉企业数量目前每年保持20%左右的数量增加

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▌国内机器视觉产业链从下游向上延伸

一、我国企业数量稳增,主要分布于价值链低端

原标题:国机器视觉产业大而不强,技术附加值较高领域自给率低!
摘要:通过研究发现,我国机器视觉产业链已经逐渐完善,但是国内企业集中在光源以及图像采集卡等技术附加值相对较低的细分领域,而在工业相机以及图像处理软件等高技术附加值领…

简单的,我们可以把机器视觉产业链可以分为底层开发商(核心零部件和软件提供商)、集成和软件服务商,核心零部件及软件又可以再细分为光源、镜头、工业相机、图像采集卡、图像处理软件等。

目前进入中国市场的国际机器视觉企业和中国本土的机器视觉企业都已经超过200家,产品代理商超过300家,专业的机器视觉系统集成商超过70家,覆盖全产业链各端,且我国工业视觉企业数量目前每年保持20%左右的数量增加。尽管企业数量呈增长态势,但从总体竞争格局来看,国外大多数工业视觉制造商具备从核心软硬件到系统集成的产业链优势,中高端市场几乎全部由国外具有深厚行业背景的品牌产品垄断,拥有较为稳定的市场份额和利润水平。中国制造商多集中在技术含量和价值量都相对较低机器视觉系统集成及设备组装上,且企业规模和集中度也相对较低。ggii的调研显示,我国工业视觉前20公司营收约占中国整体市场规模37%左右,国内尚未出现有主导地位的龙头企业。

原标题:国机器视觉产业大而不强,技术附加值较高领域自给率低!

在目前的整个机器视觉系统成本构成中,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。

二、基于pc的工业视觉系统:核心软硬件为国外品牌主导

摘要:通过研究发现,我国机器视觉产业链已经逐渐完善,但是国内企业集中在光源以及图像采集卡等技术附加值相对较低的细分领域,而在工业相机以及图像处理软件等高技术附加值领域尚不具备竞争优势,目前我国机器视觉行业处于完全竞争阶段,珠三角区域产业集中度最高。下游应用主要集中在电子以及汽车领域。

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底层开发是工业视觉价值量最高的部分,核心软硬件成本占据工业视觉总成本80%。在底层开发方面,尤其是在工业镜头、工业相机、底层软件系统等技术壁垒高,利润率高的部分,康耐视和基恩士等国外企业有着深厚的研发背景,具备核心软硬件的技术优势,抢占绝大部分市场,且毛利率较高,基恩士的毛利率近几年毛利率可达50%以上,也普遍享有20%-30%的高净利。

机器视觉是人工智能以及物联网的关键技术构成,近些年来我国机器视觉飞速发展,部分技术位居世界领先地位,已经形成了集底层开发、软硬件集成以及各行业应用为一体的完整产业链,如图1所示。并且随着政策的大力推动以及产学研的紧密结合,我国机器视觉产业生态环境将会愈发完善。

从技术壁垒来看,1)软件是主要壁垒,底层算法库是核心。目前是外资企业垄断,做得好例如康耐视以及MVTec,主要是靠国外几十年的自动化进程培养起来的;国内自动化进程时间不长,软件算法还多处于研发阶段,应用做得好的不多,2)应用层面的技术也非常关键,主要是要掌握不同应用环境的Know-How,做出适应性的产品。

在光源和图像采集卡领域我国企业价格和规模生产优势明显,但市场容量相对较小。鉴于工业视觉行业大有可为,国内厂商也试图采用多种路径进入底层开发市场对国外产品进行替代,例如从安防等视觉相关行业向工业领域渗透、从光源等低价值硬件向高价值硬件布局、从中下游代理和系统集成向上游核心零部件延伸等。

图1 机器视觉产业链全景图

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1、光源行业竞争较为激烈,国产化相对充分。

(资料来源:金智创新行业研究中心)

目前来看,国内机器视觉行业的市场参与者主要有四种类型:国际综合自动化公司、国际专业机器视觉公司、国内专业机器视觉公司(如天准科技、华洲测控)以及国内自动化设备公司(如精测电子、华兴源创)。

国外较大的光源厂商有日本ccs和美国ai等,由于国内的厂商在整个领域进入较早,行业技术门槛相对较低且具有性价比优势,光源成为我国工业视觉产业链中国产化最为充分的一环。整体来看光源产业市场竞争还是相对激烈,企业利润率较低,还没有专门从事光源生产的挂牌企业。工业视觉光源厂家主要坐落在华南地区的东莞、深圳,也有不少企业分布在江浙沪和北京。东莞的opt是国内市场占有率最大的生产商,拥有38大系列标准光源产品和100000种型号非标光源,并将业务延伸至系统集成服务和其他核心零部件的研发。其他出货量较大的企业包括东莞的沃德普、上海的纬朗光电等。

我国机器视觉企业集中在产业链下游,技术附加值较高领域自给率较低

其中,在底层开发商层面还是国际企业占主导地位,国内公司更多是在附加值更低的二次开发层面布局(形式包括系统集成以及组装生产自动化专机),并在此基础上逐渐向上游核心环节进行尝试。

2、国内厂商具有生产各类镜头的能力,但高端的工业镜头仍大量依赖进口

我国在机器视觉光源领域发展较为成熟,产品自给率充足。机器视觉系统基于前端图像的捕捉,对采集到的信息进行一系列的处理和分析决策,因此前端图像捕捉的仿真程度直接决定了机器视觉系统的精准度。机器视觉所用光源需要具有高稳定性、高亮度以及对物体位置变化敏感的特点,目前普遍使用的是LED光源。而我国LED产业经过几十年的发展,已经形成了十分完善的产业链,技术水平大幅跃升,已经基本实现了国产替代,涌现出了诸如奥普特、沃德普以及纬朗光电等优秀企业。

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国产镜头在在光学指标上随已经具备一定竞争力,但也仅低端市场的应用相对比较成熟。目前我国工业镜头市场的国外品牌有德国施耐德、linos、美国navitar、意大利opto、日本cbc
computar、kowa等,大多是老牌镜头厂商,技术积累雄厚,品牌影响力较大,在高端市场优势仍较大。但国内厂商在工业镜头领域发展迅速,大多体量相对较小,走高性价比路线,布局中低端市场,如东莞普密斯。但也已经有一些企业能够提供全系列工业镜头,涉足高端产品,如深圳东正光学、昆山慕藤光等,东正光学的线扫系列镜头已应用华为、比亚迪、富士康的生产检测当中。从技术来看,国内厂商的镜头制作工艺虽然和国外老牌厂商相比还有差距,但已经能够满足工业视觉系统的基本需要,品牌知名度和市场信任度或成为国产镜头需要攻克的难点。

高端镜头以及工业相机国产化程度较低,并且短时间难以实现进口替代。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;工业相机则是将光信号转换为电信号。机器视觉使用的镜头以及工业相机均是技术附加值较高领域,我国在技术水平上落后于国外,并且这一现状短时间内较难改变,目前国内机器视觉集成商主要使用的是欧美以及日本的产品,比如美国的Navitar,德国的施耐特、卡尔蔡司以及Basler,日本的Moritex、KOWA。

▌视觉产业链梳理

3、工业相机市场由欧美品牌主导,且欧美品牌近年在中国市场获得快速增长

图像采集卡国内发展比较完善。工业相机与PC端通过图像采集卡相互链接,图像采集卡接收工业相机的模拟信号或数字信号,并将信号处理转换为适用于PC端的信息。目前我国在图像采集卡领域发展较为成熟,代表性企业有埃科光电、嘉恒图像、维视图像、嘉恒图像以及大恒图像。

光源

工业相机主要依赖进口,以欧美品牌为主,如瑞士baumer、德国basler、德国avt、加拿大pointgrey等。国外品牌由于布局早,在近年国内工业相机需求增长下率先收益。国内厂商也在一些关键技术上取得突破,如大恒图像、海康威视和大华股份等。大恒图像是大恒科技间接控股子公司,主要从事代理业务,但也注重自主研发,已有自己的工业相机系列。海康威视和大华股份两家企业自身在安防监控以及图像处理领域有深厚的积累,依托自身在软件、算法、硬件、结构以及测试等方面的研发优势,布局工业相机市场,已经获得一定的知名度。海康威视定位提供工业视觉全套解决方案,2015年发布国内首款工业立体相机和工业面阵相机;大华股份定位核心零部件提供商,2017年旗下子公司华睿科技与英特尔联合再次发布大面阵相机、ai智能工业相机等新品。工业相机技术门槛较高,研发需要投入巨大的人力、财力,国内小产商难以和国际知名品牌竞争,但具有相关技术背景和充裕现金流的安防龙头积极布局工业相机这类路径值得关注。

我国在图像处理软件研发领域以二次开发为主,核心算法被康耐视、MVTec等国外企业垄断。图像处理软件是机器视觉系统中技术附加值最高的领域,如图2所示,在整个机器视觉系统中软件占比高达35%。图像处理软件通过提取数字信号特征,做出分析判断,并给控制设备下达操作指令,因此图像处理软件的智能化程度取决于底层的算法架构。由于我国工业化程度历来低于国外发达国家,因此我国针对工业化软件在算法优化方面缺乏深厚经验,目前国内的图像处理软件普遍以“开发平台+开发包”的二次开发模式为主,软件研发人员可以直接按需集成不同功能的开发包。

光源是国产化最充分环节。

4、国内图像采集卡厂商技术上并未落后,但整体市场规模已经不大

图2 机器视觉系统各组成部分占比

光源的好坏在于对比度、亮度和对位置变化的敏感程度,机器视觉行业主要采用LED光源产品。目前没有通用的机器视觉照明设备,针对每个特定的应用实例有个性化的方案,以达到最佳效果。目前光源行业国产化程度高,竞争比较激烈。

我国企业在图像采集卡领域发展得比较早,许多企业是从模拟图像采集卡做起进入视觉行业的,因此目前在技术上已经几乎不存在瓶颈,发展较为完善和成熟。但图像采集卡价值量也相对较低,国内单独做采集卡的厂商很少,通常有推出相关图像处理软件。图像采集卡也已经不是基于pc的视觉系统所必须的零部件。从2010年开始,大量工业数字相机的出现,图像采集卡的市场被迅速替代,尽管对图像质量和数据传输有高要求的应用仍需要图像采集卡,但整体市场规模不大。

(资料来源:公开资料整理,金智创新行业研究中心)

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5、图像处理软件获利空间较大,我国企业在软件包上较易赶超

电子及汽车是机器视觉主要应用领域,需求占比过半

镜头

工业视觉当前的比较流行的开发模式是软件平台+视觉开发包,开发包是基于软件平台对常用各种图像处理算法进行了封装,软件工程师可以直接调用封装好的算法实现各种复杂的图像处理功能,降低二次开发难度和工作量。使用最为广泛的软件平台有vc、c#、labview等,比较知名的视觉包有德国mvtech旗下的halcon,工业视觉巨头康耐视旗下的visionpro等。

机器视觉行业渗透率不断提高,电子及汽车是机器视觉市场主要需求点。当前机器视觉已经广泛地应用于安防、金融、工业、医疗以及交通等领域,其中机器视觉与半导体电子以及汽车领域结合度最深,如图3所示,在机器视觉下游需求中,电子及半导体领域需求占比47%,汽车行业需求占比15%,二者合计占比62%,其次为制药行业需求占比7%。机器视觉在电子领域主要应用于晶圆切割、3C表面检测、触摸屏制造、PCB印刷电路、SMT表面贴装等高精度制造和质量检测;在汽车领域则主要用于车身装配检测、面板印刷质量检测、零件尺寸的精密测量、工件表面缺陷检测、自由曲面检测等几乎所有系统和部件的制造流程。

低端镜头国内企业具备一定竞争力,高端镜头基本依赖进口。

视觉开发包的竞争优势取决于稳定性和易用性,在稳定性上我国软件已经达到较高水平,而在易用性上国内软件厂商对国情较为了解,相对国外产品能够发挥服务优势且价格较低而容易被本土中小集成厂商接受,只是在可实现功能上还不够全面。几年前国内由于版权保护意识不强,软件厂商面临盗版困局,相关企业和产品较少,如今由于版权保护情况好转,且工业视觉市场潜力较大,一些公司也推出具有价格优势的工业视觉软件产品,如深圳创科视觉的ckvision软件包能兼容多种采集卡,在国内自动化设备特别是批量设备上得到广泛使用。

图3 2018年全球机器视觉各领域需求占比

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。工业镜头主要可以分为定焦镜头、定倍镜头、远心镜头、连续变倍镜头等,不同的镜头根据要求应用于不同的工业现场,价格差距也较大。

三、智能相机国外产品软技术优势明显,中低端市场成为突破口

(资料来源:中商产业研究院)

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从全球市场来看,智能相机市场的集中度远高于板卡式相机市场,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%,而板卡式相机前八大企业的市场份额之和仅为61%。智能相机的一大优势就在于易用性,而易用性主要通过软件的使用来反映,许多国外知名企业有视觉软件的开发经验,通常会配套相应的定制软件方便系统开发人员编程智能相机,如康耐视的in-sight系列智能相机的配套软件easybuilder就允许开发者从菜单中选择一系列功能,来实现模式图像匹配和ocr等任务。国外产品软硬件优势明显,但产品价格相对较高,对中国市场的应用针对性开发还不足,国内企业如维视图像、朗锐智科、凌华科技等也推出智能相机系列产品从中低端市场切入。

我国机器视觉行业以国外厂商为主,珠三角地区产业集中度最高

工业相机

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院《2019-2024年中国机器视觉产业发展前景与投资预测分析报告》。

国内机器视觉市场参与者主要分为四类:国际综合自动化公司、国际专业机器视觉公司、国内自动化设备公司以及国内专业机器视觉公司。由于我国机器视觉起步较晚,整体上落后于国外发达国家,康耐视、基恩士等国际知名厂商基于自身的技术优势以及品牌优势抢占了我国大部分市场,分享我国机器视觉行业高增长红利。而国内机器视觉企业尚处于完全竞争阶段,尽管涌现出了天准、商汤、旷视等一批优秀企业,但是在软件算法等核心技术领域依然落后于国外,行业竞争力较弱。目前国内机器视觉企业有近400家,如图4所示,珠三角区域机器视觉产业集中度最高,容纳了行业内39%的企业,其次是长三角区域占比31%,环渤海地区机器视觉企业则主要集中在北京。

工业相机以欧美进口为主,国产品牌从低端市场开始逐步进口替代。

我国机器视觉产业链已经逐渐完善,且我国工业视觉企业数量目前每年保持20%左右的数量增加。更多深度行业分析尽在,还可以与500+经济学家/资深行业研究员交流互动。

图4 我国机器视觉产业区域分布

工业相机是工业视觉系统的核心部件,其本质功能完成是将光信号转变成电信号的过程,要求更高的传输力、抗干扰力以及稳定的成像能力。

(资料来源:前瞻产业研究院)

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结语

图像采集卡

近些年我国在机器视觉领域取得了长足的进步,实现了从无到有的跃升,目前我国机器视觉已经形成了产业化的发展趋势,但是在工业相机、底层算法等核心领域研发积累较浅,严重拖累了我国向机器视觉强国迈进的步伐,建议国内厂商在利用好本土服务优势的基础上,加大研发投入力度,不断积累自身实力,从而增强自身的市场竞争力。

图像采集卡国内发展较为完善和成熟,也称为视频抓取卡,这个部件通常是一张插在PC上的卡。这张采集卡的作用将摄像头与PC连接起来。它从摄像头中获得数据(模拟信号或数字信号),然后转换成PC能处理的信息。

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图像处理软件

图像处理软件基本被国外企业垄断,国内企业在二次开发中有所布局。工业视觉软件则对数字信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作,自动完成对图像采集、显示、存储和处理。

当前比较流行的开发模式是“软件平台+视觉开发包”,开发包是基于软件平台对常用各种图像处理算法进行了封装,软件工程师可以直接调用封装好的算法实现各种复杂的图像处理功能,降低二次开发难度和工作量。

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系统集成国内厂商在集成端发展迅速,尤其是在一些外资还没有布局的领域、或者非标自动化领域如3C等。国内集成厂商单纯进行二次开发利润空间较小,在某一行业下游完成良好布局之后,会尝试逐步向上游底层开发延伸,进行核心软硬件的进口替代。

报告来源:太平洋证券

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