自動化產線轉型加速，視覺應用迎來騰飛

作者：2022.10.12

機器視覺，為機器裝上“眼睛”和“大腦”。機器視覺的本質是為機器植入“眼睛”和“大腦”，“眼睛”指圖像采集硬件（相機、鏡頭、光源等）為機器植入眼睛，“大腦”指圖像處理軟件。

機器視覺系統通過圖像采集硬件將環境中的光信號轉化成圖像信號，緊接著圖像處理軟件對圖像信號進行特征提取，給出判斷結果，進而給出執行動作的輸出。

一個典型的機器視覺系統一般包括光源及光源控制器、鏡頭、相機、視覺控制系統（視覺處理分析軟件及視覺控制器硬件）等部件。其中，光源及光源控制器、鏡頭、相機等硬件部分負責成像功能，視覺控制系統負責對成像結果進行處理分析、輸出分析結果至智能設備的其他執行機構。

機器視覺將取代人眼處理的單一復雜工作。

機器視覺發展的初衷是用來代替人眼所處理的重復單一的勞動。機器視覺四大基本功能是識別、測量、定位和檢測，四項功能的技術實現難度依次上升。

識別是基于目標物的特征（外形、顏色、字符等）進行甄別，識別的準確度和速度是關鍵指標。

測量是通過獲取目標物的圖像信息精確地計算出幾何尺寸，高精度以及復雜形態的測量是機器視覺的優勢領域。

定位是獲得目標物體的位置信息，定位的精度和速度是關鍵指標。檢測，一般指外觀檢測，如產品裝配后的完整性檢測、外觀缺陷檢測等，是四項功能中實現難度最高的。

以檢測為例，機器視覺檢測相比人工檢測具備全天候工作、效率高、準確性和可靠性高等顯著優勢。在人工成本持續攀升及工業制造精細度持續提升的背景下，機器視覺在識別、測量、定位、檢測等各方面代替人眼的不斷提升。

視覺控制系統居于行業中游核心，約占機器視覺成本的35%。

上游包括芯片、光源、光源控制器、工業鏡頭、工業相機等基礎硬件及算法軟件；中游視覺系統和智能裝備；下游為電子半導體、汽車、醫藥、印刷包裝等應用領域。上游來看，光源及光源控制器搭配使用，用來照亮目標，突出特征；鏡頭相當于人眼的晶狀體，是機器視覺采集和傳遞被攝物體信息過程的起點；相機相當于人眼的視網膜，其作用是將通過鏡頭的光線聚集于像平面，生成圖像。

根據前瞻經濟學人統計數據，機器視覺成本結構中，零部件、軟件開發、組裝集成、維護分別占比45%/35%/15%/5%。軟件開發主要是實現視覺系統，視覺系統將光源、鏡頭、相機等零部件采集的圖像進行處理，根據處理結果和判決條件實現指令輸出。視覺系統相當于人的“大腦”，其處理性能的好壞直接影響到指令輸出的準確性和可靠性，故視覺系統在機器視覺產業鏈中占據核心位置。

中國機器視覺市場增速遠快于全球市場。

2010-2020年，全球機器視覺器件市場規模由 31.7 億美元增至 107 億美元，CAGR 為12.9%；預計至2025年將達到 147 億美元，2020-2025年 CAGR 為 6.6%。中國在全球的機器視覺產業鏈中占據重要地位。2016-2021年，中國機器視覺市場規模由 47 億元增至178 億元，CAGR 為 30.5%；預計至2026年將達到 543 億元，2021-2026年 CAGR 為25.0%，增速遠快于全球。

驅動機器視覺行業發展的兩大因素：宏觀政策的推動和微觀用工成本的提升。

機器視覺憑借效率與成本優勢取代人工。近年來，我國老齡人口占比持續提升，至2021年65 歲以上人口達到 2 億，占人口總數的14.2%。與此同時，勞動力平均工資也在持續替身，2015-2021年就業人員平均工資同比增長普遍保持在7%以上，2021年就業人員平均工資達到8.8萬元/年。人口老齡化+勞動力成本的上升凸顯了機器視覺在工業產線上的優勢。

宏觀層面來看，2017年以來，國家部委和各省市均出臺了一系列政策鼓勵制造業高端轉型，而高端轉型的進程中則少不了機器視覺對人工的取代。

與德美相比，中國機器視覺滲透率還有巨大提升空間。

定義機器視覺密度=機器視覺市場規模/當年制造業增加值。2019年，德國、美國、全球、中國機器視覺密度分別為0.16%、0.12%、0.07%、0.03%，中國機器視覺密度遠低于德美。在中國制造業高端轉型進程中，中國機器視覺滲透率有望持續提升。

機器視覺應用領域廣泛，電子/電氣為最大應用場景。

相較于人眼而言機器視覺的精度更高，更適合在精密的電子/電氣產業中應用。2020年，電子/電氣占據 52.9%的應用份額。在電子/電氣領域，機器視覺主要用于 3C 表面檢測、觸摸屏制造、AOI 光學檢測、PCB 印刷電路等。

機器視覺在工業領域的第二大應用場景為半導體（含太陽能電池），約占 10.3% 的份額，在半導體領域機器視覺主要是對芯片進行晶圓切割、定位組裝、尺寸測量和硅片表面缺陷的檢測。第三大應用領域是汽車產業，主要對汽車某些零部件進行高精度識別、測量、定位、檢測，這部分約占下游應用的 8.8%。

機器視覺應用領域廣泛，滲透率持續提升

PCB：消費電子原料，機器視覺應用成熟

PCB 機器視覺設備應用成熟，競爭廠商眾多。由于消費電子的元器件尺寸較小，普通肉眼難以對局部細微的地方進行識別、測量、定位、檢測，機器視覺通過高精度的工業級相機和獨特的光源技術結合機器視覺算法擁有微米級探測能力和 256 灰度級的視力，實現了 PCB 產業精細度的躍升。機器視覺在 PCB 的 SMT 段、FT 段、預組裝段都有非常廣泛的應用。

以蘋果公司為代表的知名消費電子公司不斷強化對機器視覺的技術在各產業鏈的應用，形成了一個促進行業發展的正向循環。

信息化滲透持續加速背景下，全球 PCB 市場規模穩健增長。

2015-2020年，全球 PCB 產值由 553 億美元增至 804 億美元，CAGR 為 7.8%。根據 Prismark 預測，預計至2026年全球 PCB 行業產值將達到1016億美元，2021-2026年 CAGR 為4.8%，在較高基數下保持平穩增長。

全球 PCB 行業已形成以亞洲為主導、中國大陸為核心的產業格局。

受益于中國在勞動力成本、生產制造環境、產業政策等方面的顯著優勢以及中國電子產業的完整產業鏈，全球印制電路板產業產能將繼續向中國大陸轉移。

PCB 高端升級將提升機器視覺檢測設備用量。

2020年中國大陸單雙面板、多層板等低端 PCB 產值占比 64%，日本僅占15%，我國高端 PCB 滲透空間巨大。在國內 PCB 制造邁向高端的過程中，機器視覺設備的不可替代性也會越來越大。根據 WECC 數據，單產線機器視覺設備配置數量有望由 1 臺提升至 3 臺。

顯示面板：OLED、Mini/Micro LED帶來新機遇

面板生產中采用機器視覺檢測可實現降本增效。面板生產過程分為 Array、Cell、Module 三段，AOI（自動光學檢測）設備在三段中均有應用。面板生產過程中使用 AOI 設備，首先可以對日益上升的勞動力成本形成一定對沖；其次可以有效提升產品良率。整體來說，采用 AOI 機器視覺對于面板的各項問題進行識別和檢測，將助力面板廠家實現降本增效。

AMOLED、Mini/Micro OLED 等出貨量持續提升。

目前 LCD 面板仍然是主流產品，出貨量仍然保持在 25 億片以上。LED 類面板相較 LCD 具有響應更快、色彩更豐富等優勢，近年來出貨量穩步提升。截至2021年，AMOLED 和其他（包括 Mini/Micro OLED 等產品）出貨分別為 8.83 億塊、5.43 億塊，預計在2022年出貨量兩者出貨量將分別達到 9.22 億塊、5.31 億塊。

OLED 小尺寸與高良品率要求提升機器視覺的應用占比。

與傳統的 LCD 屏相比，Mini/Micro LED 將 LED 燈的距離收縮到 10-300μm 左右的領域，更緊密的 LED 小燈排列對檢測精度提出了更高的要求，機器視覺檢測的優勢進一步凸顯。此外在當前面板行業，產品良品率是關鍵的競爭要素，提升良品率的一大關鍵就是要提高檢測效果，這需要更多應用機器視覺檢測。

半導體：機器視覺最早大規模應用領域

機器視覺在半導體前、中、后段生產過程中均有廣泛應用。半導體具有高集成度和高精度的特點，是機器視覺最早大規模應用的領域。在半導體前道晶圓制造工序中、中后道封裝測試環節中，機器視覺主要用于測量和缺陷檢測，涉及的設備包括量測設備和缺陷檢測設備。

半導體前道制程工藝匯中，缺陷檢測占比 45%。

半導體前道制程涉及的機器視覺設備包括膜厚量測設備、CD-SEM關鍵尺寸量測、光刻校準量測、圖形缺陷檢測設備等多種設備，其中缺陷檢測類占比 45%。

半導體設備出貨維持高增速，利好機器視覺企業。

受貿易摩擦及閃存半導體缺貨影響，全球和國內半導體設備銷量在2019年都有所下降，但2020年后隨著各行各業的信息化建設如火如荼進行，國內外半導體設備銷量深 V 反彈。

根據 SEMI 預測，到2025年，全球半導體設備銷售額將達到 1410 億美元，2020-2025年 CAGR 為 14.63%；到2025年，中國半導體設備銷售額將達到 708 億美元，2020-2025年 CAGR 為 30.47%，遠高于全球增速。國內半導體設備銷售額的高增速將顯著利好國內機器視覺類企業。

鋰電：巨大裝機缺口帶動機器視覺設備放量

機器視覺在鋰電生產中被廣泛應用。新能源汽車安全性要求不斷提升，對鋰電池要求愈發提高，電池企業對于電池缺陷檢測的傳統方法是人工測量和判斷，容易受檢測人員主觀意愿、情緒、視覺疲勞等人為因素的影響，使檢測結果出現偏差疏漏。因此在鋰電池生產制造的過程中，機器視覺檢測重要性凸顯、應用增多。

以方形卷繞電芯為例，在電芯前段工序中，視覺檢測主要應用于涂布的涂覆糾偏、尺寸測量，極片的表面瑕疵檢測、尺寸測量，卷繞對齊度等。

在電芯后工序中，視覺檢測主要應用于裸電芯極耳翻折檢測、極耳裁切碎屑檢測、極耳焊接質量檢測、尺寸測量、貼膠定位，以及入殼頂蓋焊接質量檢測、密封釘焊接質量檢測、電芯外觀檢測等。

在模組和 PACK 段，以視覺檢測裝備為主，主要應用于底部藍膠檢測、BUSBAR 焊縫檢測、側焊縫檢測、模組全尺寸檢測、PACK 檢測等。

動力電池需求旺盛，有望帶動機器視覺等鋰電設備快速增長。

根據 GGII 預測數據，到2024年，全球動力電池需求將達到 901.9GWh，2021-2024年 CAGR 為 47.7%。動力電池旺盛的需求將帶動鋰電廠商擴產，帶動鋰電設備需求快速攀升。

此外，良品率成為鋰電生產中的核心考量指標，機器視覺檢測代替人工檢測將顯著提升鋰電良品率，后續鋰電擴產中機器視覺檢測的滲透率有望進一步提升。鋰電擴產高峰疊加機器視覺滲透率的快速提升，機器視覺設備的需求將快速放量。

2.3 機器視覺發展趨勢：2D到3D、嵌入式應用

機器視覺持續拓展新應用，技術不斷迭代升級。過去十年是中國機器視覺行業發展的黃金十年，大批機器視覺核心零部件研發廠商涌現。

隨著機器視覺技術在半導體、LCD、煙草、印刷、汽車等多個行業的廣泛應用，機器視覺的應用范圍已從最初的消費電子等領域，逐步拓展至印刷包裝、汽車、運輸、醫療等領域。

預計未來，除了傳統的應用領域外，在 AI、自動駕駛、人臉識別等新興技術興起的帶動下，機器視覺將有進一步拓寬能力邊界的可能。

機器視覺發展趨勢：2D 到 3D，嵌入式應用。

根據視覺產業聯盟數據，2020年我國機器視覺研發投入中 3D 解決方案、嵌入式視覺系統、AI 驅動的解決方案、高光譜成像技術方案占比分別為20.1%、29.8%、25.1%、4%。2D到3D和嵌入式應用成為機器視覺的重要方向。

3D 視覺檢測將逐步取代 2D。

相比 2D 機器視覺，3D 機器視覺具有顯著優勢，例如測量速度快、精度高、抗干擾能力強、操作簡便等，能有效解決 2D 機器視覺對于高度、厚度、體積、平面度等測量因素缺失的問題。3D 視覺技術的突破，將加速視覺技術在高端場景的應用，推動機器視覺市場持續增長。

電子產品微型化趨勢下，嵌入式視覺系統優勢凸顯。

嵌入式視覺系統是機器視覺的一個分支，嵌入式視覺系統包括嵌入式設備+相機，嵌入式設備可以對相機圖像或視頻進行編解碼，并且能夠實現一些智能算法。因此嵌入式視覺系統不但能夠完成普通工業相機的圖像采集任務，還可以直接運行圖像處理軟件完成對圖像的分析和處理，并完成與其他外部設備的直接互聯和通信。

對比基于計算機的視覺系統，基于智能相機的系統具有集成度高、運行穩定可靠、維護方便簡單、體積小、運行和構建成本低廉等優點。（報告來源：遠瞻智庫）

中低端國產化率較高，高端突破依賴技術和工藝積累

機器視覺國產化率較高，高端領域仍有待突破

機器視覺行業集中度較低，分散程度在加劇。

2020年，我國機器視覺行業CR5、CR10分別為30.1%、40.3%，較2019年分別下降 2.9%、4.3%。我國機器視覺行業目前集中度較低且分散程度仍在加劇。行業格局分散主要系下游應用場景差異化水平高導致。

機器視覺應用包括識別、定位、測量、檢測，被廣泛應用于消費電子、半導體、汽車、印刷、食品加工等領域，不同行業及應用對于機器視覺應用的要求均有較大差異。即使占比高達 52.9%的消費電子領域，由于產品（手機、手表、電池）及工序（顯示行業中的 Array、Cell、Module 制程）的不同導致應用差異也很大。