機(jī)器視覺催動工業(yè)自動化革命 機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)陷入競爭格局

麥姆斯咨詢：機(jī)器視覺（Machine Vision, MV）是這場自動化革命的核心。機(jī)器視覺相機(jī)市場將從2017年的20億美元增長到2023年的40億美元左右，復(fù)合年增長率（CAGR）為12%。自動化不僅限于機(jī)器人技術(shù)，還涉及制造周期的幾乎所有機(jī)器。

機(jī)器視覺是自動化革命的核心

工廠里正在進(jìn)行一場悄無聲息的革命。我們面臨的變革力量與以前的工業(yè)革命時期發(fā)生的變化相似，但是這種變革力量不是蒸汽或電力相關(guān)技術(shù)。如今的發(fā)展趨勢是自主性和按需生產(chǎn)，對人類和機(jī)器都是如此。工廠內(nèi)部的轉(zhuǎn)型升級是來源于自動化相關(guān)技術(shù)。

機(jī)器視覺（Machine Vision, MV）是這場自動化革命的核心。機(jī)器視覺相機(jī)市場將從2017年的20億美元增長到2023年的40億美元左右，復(fù)合年增長率（CAGR）為12%。自動化不僅限于機(jī)器人技術(shù)，還涉及制造周期的幾乎所有機(jī)器。對質(zhì)量的需求，促進(jìn)了機(jī)器視覺在汽車、電子、半導(dǎo)體、食品和包裝行業(yè)的發(fā)展。食品分揀是推動自動化發(fā)展的一個有趣例子?？傮w而言，分揀水果和食品的能力有助于增加農(nóng)業(yè)食品的營收，特別是在亞洲市場。事實(shí)上，機(jī)器視覺已經(jīng)“飛躍”工廠，現(xiàn)身于農(nóng)場、牧場、道路和停車場（如車牌識別）等多種環(huán)境中。最近資本市場上最為火熱的機(jī)器視覺領(lǐng)域非“自動駕駛汽車”莫屬，Yole預(yù)計(jì)該機(jī)器視覺細(xì)分市場未來五年的復(fù)合年增長率將高達(dá)140%。

機(jī)器視覺相機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域及市場預(yù)測

在我們上一版報告中提到，斯沃琪集團(tuán)（Swatch Group）于2014年宣布推出Sistem51系列手表，該表是一款全自動化生產(chǎn)制造的機(jī)械表。自那時起，其它公司也采取了類似的舉措，如佳能在相機(jī)制造方面引入自動化和富士康在消費(fèi)電子產(chǎn)品制造方面部署一百萬臺機(jī)器人。因此，自動化產(chǎn)品的銷售增速超過了工業(yè)生產(chǎn)的增速。展望未來，由于西方國家便宜的勞動力短缺，而中國的工人薪水也在增長，因此這種自動化生產(chǎn)的趨勢可能會加速推進(jìn)。

高度活躍的市場和廠商生態(tài)系統(tǒng)

自動化革命創(chuàng)造了一個高度活躍的市場和廠商生態(tài)系統(tǒng)。在2014年至2017年的三年中，并購（M&A）活動在圖像傳感器和相機(jī)模組級均有所加快。該趨勢的最新例子是，FLIR于2016年以2.15億美元收購了Pointgrey公司，Teledyne則于2017年以7.90億美元收購了e2v公司。其它值得注意的收購包括：2016年ams以2.35億美元收購CMOSIS公司；2014年安森美（ON Semiconductor）以4億美元整合Aptina公司，并以9000萬美元收購Truesense公司。最近，私募股權(quán)公司Lakesight整合了機(jī)器視覺相機(jī)制造商Tattile、Microtron和Chromasens。據(jù)麥姆斯咨詢估算，這段時間內(nèi)的并購總額超過17億美元。

機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈廠商的競爭格局

2017年機(jī)器視覺相機(jī)廠商的市場份額

從電荷耦合器件（CCD）到互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的轉(zhuǎn)變對機(jī)器視覺的圖像傳感器產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，掀起了上述的并購浪潮。雖然這在多年前就開始影響了其它市場，例如20世紀(jì)90年代的消費(fèi)類圖像傳感器和21世紀(jì)初的攝影用傳感器，但直到現(xiàn)在，從CCD到CMOS的技術(shù)轉(zhuǎn)變才觸及圖像傳感器市場的高峰。

銷售“高成本/小批量”產(chǎn)品的公司無法投資或維持生產(chǎn)設(shè)施。由于建設(shè)生產(chǎn)設(shè)施的固定投入較高，所以需要高產(chǎn)量的產(chǎn)品支撐。并且與之前的垂直整合CCD廠商相比，實(shí)現(xiàn)CMOS圖像傳感器制造的入門成本更高，因此，除了索尼（Sony）之外，很多廠商都轉(zhuǎn)向無晶圓廠（Fabless）的商業(yè)模式。這也導(dǎo)致CMOS圖像傳感器專用代工廠的興起，如TPSCo、Dongbu Hitek 和收購LFoundry的中芯國際（SMIC）。

從CCD到CMOS：在相機(jī)模組級有可能導(dǎo)致新廠商出現(xiàn)的主要變化

在技術(shù)方面，圖像傳感器從CCD到CMOS的轉(zhuǎn)變極大地簡化了相機(jī)設(shè)計(jì)，更容易商品化。將相機(jī)功能集成到CMOS圖像傳感器中也導(dǎo)致相機(jī)可用單個電路板實(shí)現(xiàn)。這種單板相機(jī)反過來又會影響供應(yīng)鏈，把機(jī)器視覺相機(jī)廠商的地位提升。因此，我們可以看到新興的相機(jī)廠商將這些單板相機(jī)集成到新的系統(tǒng)、新的應(yīng)用和智能相機(jī)中。

工業(yè)相機(jī)的演進(jìn)

注：在CCD應(yīng)用中，大部分功能都是在相機(jī)的電路板上進(jìn)行的。當(dāng)應(yīng)用需要修改時，設(shè)計(jì)人員可以改動板級電路而無需重新設(shè)計(jì)圖像傳感器芯片。在CMOS圖像傳感器中，電荷轉(zhuǎn)換成電壓的工作是在每一像素上進(jìn)行的。CMOS圖像傳感器芯片在像素級把電荷轉(zhuǎn)換成電壓，而大部分的功能則集成進(jìn)芯片。這樣所有功能可通過單一電源工作，并能夠?qū)崿F(xiàn)依照感興趣區(qū)域或是開窗靈活讀出圖像。 一般來說，CCD采用NMOS技術(shù)，因而能夠通過如雙層多晶硅、抗暈光（Anti-blooming）、金屬屏蔽和特定起始物料互相覆蓋等特定工藝實(shí)現(xiàn)性能。而CMOS則是基于集成電路的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)生產(chǎn)，再根據(jù)客戶要求加入成像功能。

板級相機(jī)

將相機(jī)模組集成到系統(tǒng)和智能相機(jī)中也受到來自智能手機(jī)技術(shù)的推動。片上系統(tǒng)（SoC）和移動產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）使得開發(fā)智能視覺系統(tǒng)變得更加容易。智能相機(jī)流行的一個例子是Specim公司最近發(fā)布的多光譜相機(jī)產(chǎn)品。

機(jī)器視覺的十字路口

機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning，ML）是使智能相機(jī)能夠廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)。例如，2017年康耐視（Cognex）收購了深度學(xué)習(xí)軟件公司Vidi Systems，目的是將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用到智能相機(jī)中。機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)對自動駕駛汽車將產(chǎn)生重要的影響，推動相關(guān)市場迅速成長。預(yù)計(jì)到2023年，自動駕駛汽車領(lǐng)域的機(jī)器視覺相機(jī)市場將超過9億美元，占據(jù)整個機(jī)器視覺相機(jī)市場的四分之一。