得益(yì)于AI和3D技术,工业视觉已具(jù)备快速成长要素,2018年(nián)规模(mó)100亿+,预计将有更多工业场景被开拓。以下为华兴资本(běn)AI行研(yán)报告(gào)的具体(tǐ)内容。
写在前(qián)面:计算机视(shì)觉是(shì)一门研究“教”机器(qì)“看”的学科,让机器代替人(rén)眼来作各种测量和判(pàn)断(duàn),包括定(dìng)位、识别、测量、检验等。除此之(zhī)外,计算(suàn)机视觉(jiào)还可做(zuò)图形处理,产生更(gèng)适合人眼(yǎn)观察或传送给(gěi)仪器检测(cè)的图像。
报告全文:
简单来说,工业视觉(机器视觉)就是(shì)利用机(jī)器代替人眼来作各种测(cè)量和判断,比如(rú)定位、识别、测量和检验(yàn)等。
工业(yè)视觉系统的高(gāo)速和稳定性是人所望尘莫及的。例如在高流量物流分发中心内扫描包裹,机器系统处理的效率要远超人工。
而对于像在“不接触物体的情况下(xià)进行(háng)高精(jīng)度测(cè)量”这种人无(wú)法(fǎ)完成(chéng)的高难度工作中,工业视(shì)觉系(xì)统可以(yǐ)轻松(sōng)解(jiě)决。
1. 行业趋势:中国(guó)自动化潜力巨(jù)大
在工业视觉最大的(de)应用行(háng)业消费电子(zǐ)和汽车制造中,一条生产线需要的视觉系统数量可能高达(dá)十几套(tào)。在这两个重点行业(yè)中,中(zhōng)国的工业机器人密(mì)度(dù)对比美国、日本、韩国、德国等发达(dá)国家仍有(yǒu)较大(dà)差距。
2.经济效益:人力成本上涨,工业(yè)视觉效益凸显
一般(bān)来说,如果设备的回本周期在12个月(yuè)以内,对(duì)工厂有较高吸引力(lì)。以食品包装(zhuāng)检测(cè)为例,工厂安装工业视觉系(xì)统的回本周期普遍在2-8个月,具有明显的经济性。未来随着用工成(chéng)本的(de)不断增加,以及工业视觉零部件国产(chǎn)化使得设备价格的不(bú)断降低,工(gōng)业视觉系统的经济性将更加显著。
3.劳动力需求:服(fú)务业吸引(yǐn)力渐增(zēng),工业(yè)劳动力紧缺
2015年(nián),美(měi)团外(wài)卖骑手人数(shù)仅为1.5万人,但到了(le)2018年第四季度,日均活跃骑手人数已(yǐ)接近60万(wàn)人(rén),而饿了么旗(qí)下蜂鸟骑手的(de)注册人数早已(yǐ)突破300万人。
80、90后为美团骑手群体的中坚力量,占比高达82%。值得注意的(de)是,31%的骑手的上一份工作是产业(yè)工人。而(ér)离(lí)开的原因普遍是工作时间不灵活、收入低。而外卖骑手(shǒu)这一岗位对他们最大(dà)的吸引力(lì)就是多劳多得(一般6-8千),其次(cì)是工作时间自由(yóu)。
4.底层技术推动(dòng):人工智能(néng)掀起(qǐ)行业变革旋风
首先,传统工业视觉在(zài)很(hěn)多复杂的环境下(xià)无能为力(lì)。而人工(gōng)智能尤其(qí)是深(shēn)度(dù)学习的出现,在很多方面(如字符识别能力)给工业视觉(jiào)系统带来了大幅度(dù)提升(shēng)。
其次(cì),深度学习视觉(jiào)系统则大大解放(fàng)了(le)程序员生产(chǎn)力。
一些传(chuán)统的工业视觉(jiào)检测(cè)系(xì)统的(de)编程难(nán)度(dù)超乎想象。传统的工业(yè)视觉系统依赖于rule-based algorithm,即(jí)由程序员手动编写(xiě)缺陷特征。当(dāng)缺陷数据(jù)库越来越庞大时,算法将变得高度复(fù)杂。
但在有“已知合格元件”图(tú)像集的情况下,深度(dù)学习视觉系(xì)统只需 10-30 分钟的学习(xí)时间(jiān)即可开工(gōng)检测(cè),无(wú)需任何特定的软件开发和缺陷数据(jù)库建立。
此(cǐ)外(wài),令(lìng)人振奋(fèn)的(de)是,人工智能引领的新技术不仅能解决(jué)工业视(shì)觉已有应用行(háng)业未解(jiě)决(jué)的问题,也为我们开拓了全新的应(yīng)用领域。
未来,传统算法(fǎ)和AI将(jiāng)互相配合,使(shǐ)工业视觉系统达到更优效果(guǒ)。
5. 3D工业视觉技术进步(bù):潜(qián)在应用(yòng)增多
在2D的视觉系统中,摄像头先拍到一个平面(miàn)的照片,然(rán)后通过(guò)图像分析来识别物体平面上的特征。2D视觉不支持与形状相关的(de)测量,如物(wù)体平面度、表面角度、体积等,对(duì)被测物体的移动十分敏感(gǎn)等,测量(liàng)精度也易(yì)受(shòu)变量照明条件的影响。
3D视觉系统通常(cháng)由多台不同位置的相机(jī)组成,可以测量与形状相关的特征(zhēng),使用范(fàn)围(wéi)更广(guǎng)(例如工业机器人)。
目(mù)前,工业视觉行业在百亿(yì)规(guī)模,但未来增长(zhǎng)潜力巨(jù)大——眼下(xià)中国制造(zào)业从业人数为(wéi)1亿人,按(àn)质检(jiǎn)员(yuán)工占比10%-20%、每位(wèi)质(zhì)检员工年(nián)薪4万元(yuán)、工业视觉在长远的未来能代替10%-20%的质检(jiǎn)人员计(jì)算,潜在的市场(chǎng)规模可能是千亿级(jí)别的。
工业(yè)视觉产业链包括光源、镜头、工业相机、图像采集(jí)卡、软件(jiàn)、设备制造商/代理商/系(xì)统集(jí)成商等。我们认为,其中软件(jiàn)算法和设备(bèi)集(jí)成(chéng)变革机会最大,值得关注。
不过需要注意的是,只能单纯提供AI算(suàn)法软件并不能满足客户需(xū)求。因此,具有AI技术并能提供整套解决方案的工(gōng)业视觉企业将受到追捧,关键能力包括AI技术水平(píng)、行业理解、客户资源、提供整体解决方案的能力。
软件(jiàn)算法
(1) 决定了系统最终(zhōng)价(jià)值,是整个系统中(zhōng)最重要的(de)环节
软件算法是工业视觉系统(tǒng)的“大脑”,决定了工业视(shì)觉的准(zhǔn)确率和价值,是整个系统中最重要的环节,获利空(kōng)间较(jiào)大(dà)。过去由于盗版问题的存在,因此(cǐ)国内厂商自(zì)行开(kāi)发较少(目前版权(quán)保护有(yǒu)所好转)。国外MVTech开发的Halcon和(hé)Cognex开发的Vision Pro是(shì)当下最常用的视觉开发包。国内创科视觉的CK Vision相对前面几(jǐ)个工具包来说(shuō)价格优势比较明显,在国(guó)内用量很大(dà)。
(2)深度学(xué)习的出现给(gěi)了AI创企进入行业的机会
工(gōng)业视觉(jiào)从当(dāng)前的应用场(chǎng)景领域拓展到新的场景时需(xū)要克服2个“关卡”:技术关和经(jīng)济性关(guān)。深度(dù)学(xué)习的出现使(shǐ)得技术关的通过变得更加容易。一方面,深度学习(xí)可以(yǐ)帮(bāng)助视(shì)觉系统完成更加复杂的任务。另(lìng)一(yī)方面,使用深度学习(xí)模型后,工作人员无需建立复杂(zá)的数据库和软件(jiàn)开发。
康耐视、MVTec打磨了几十年的rule-based软件(jiàn)无法实现AI-based工业视觉系统能实现的功能(néng)。一些AI初创企业如创新(xīn)奇智、阿(ā)丘科技、精(jīng)锐视觉找准市场,发(fā)挥自己的技术(shù)特长获(huò)得了(le)快速的成长机会。
(3)头部(bù)公司尾大不掉,是AI创企的(de)机会
工业领域(yù)单纯提供AI算法并不能满足客户需求。例如OCR应用如(rú)果不为用户提供定制化开(kāi)发,深度学习(xí)算法准确率只有80%-90%。在此基础上加上制定化软件开发,识别率可以接近100%。康耐视虽然有AI软件(jiàn)平台(tái),但是不为大陆客户提供定制化开发,为AI创企留足了(le)机会。
整机/代理/系统(tǒng)集成商
一般集成商会根据客户的具体(tǐ)要求(qiú)选(xuǎn)择最合适的(de)机型和(hé)零部(bù)件(jiàn),按实际需要解决的(de)问(wèn)题进行软件(jiàn)二次开发(fā),最终为客(kè)户提供整(zhěng)套的解决(jué)方案。国内(nèi)目前有(yǒu)集成业务的公司超过(guò)100家(jiā),其中上规模(mó)的公(gōng)司并(bìng)不(bú)多。
不(bú)过对于客户来说,整套解决(jué)方案并不等于单(dān)纯的软件平(píng)台。他们需要(yào)的方案里(lǐ)还(hái)要解(jiě)决如何打光、如何(hé)提高成(chéng)像质量(liàng)、如何设计自动化结构(gòu)等项目落地的(de)实际问题。软件供应商同时需(xū)要有集成能力才能获得客户的(de)认可,并将自己的产(chǎn)品落地。同理,设(shè)备供(gòng)应商(shāng)也需(xū)要具备软(ruǎn)件开发能力(例(lì)如(rú)集成商天准(zhǔn)科技目前大力开发软件(jiàn))。
1. 案例(lì)学习:康耐视(COGNEX)
美国康耐视成立于1981年,是为制(zhì)造(zào)自动化领域提供(gòng)视觉系统、视(shì)觉软件、视觉传感器和工业(yè)读码(mǎ)器的全球领先厂商,总(zǒng)部位(wèi)于美国。康耐视(shì)自主(zhǔ)掌握核心的图(tú)像处理软件以及传感器,主要产(chǎn)品线包括(kuò)条码读取器、2D工业视觉系统、3D工业视觉系统(tǒng)以及(jí)图像处理软件(jiàn)。
2018年(nián),康耐视实(shí)现营收8.06亿美(měi)元,净利润2.19亿美元。2013-2018年的五年(nián)间,公(gōng)司(sī)收入年化符合增长率(lǜ)21%,净利润复(fù)合增长率为24%。
在生产过程中公司主要采用轻资产模式,虽然为客(kè)户提供交(jiāo)钥匙工程(chéng),但公司产品的大部分零部件的购买(mǎi)、组装以及初测都是交由第三方代(dài)工厂(chǎng)(多数位于印度尼西亚)完成,公司(sī)只负责对整个供应链(liàn)体系进(jìn)行管理(例(lì)如提供(gòng)可(kě)选的(de)零部件生产厂商名单)。在产品完成初测(cè)后,会被拉回(huí)到公司位于马塞诸塞州的工厂(供(gòng)应美国国内(nèi))或位于(yú)爱尔兰的(de)工厂(供应海外(wài))安装软件及进行质量检(jiǎn)测,最后发货。
在销售方面公司主要在大(dà)批量(liàng)(重点做大客(kè)户)、高标准化(比如汽车)的行业(yè)进行重点布局,尽量(liàng)避免做(zuò)一些小的非标集(jí)成或(huò)应用。
公司形成了几个很深的护城河:(1) 强大的软件算(suàn)法实力(lì) (公司(sī)的(de)Vision Pro软件是行业最常用(yòng)的(de)平台之一) ,能够支(zhī)撑公司不断推出适用于市场的先进(jìn)产品、支撑公司不断进入新的下(xià)游领域 (例如之(zhī)前提到(dào)的物(wù)流行(háng)业);(2)完善的产品线;(3) 对行业(yè)技术的引领 (例如近年公司在深度学习和3D领域(yù)的(de)不断(duàn)研发(fā)和(hé)并购) 。
并购是康耐视不断做大并成为全球性公司(sī)的重要(yào)手段(duàn),并购主要在四个(gè)方向:(1)扩大产(chǎn)品线;(2)获取最(zuì)先进的技术;(3)扩大客户群或进入新领域(yù);(4)拓展经销商网络。2015-2017年,公司一共完(wán)成了7项小(xiǎo)并购,其(qí)中就包括2300万美元(yuán)收购深(shēn)度学习公司VidiSystems并推出相关系列产品。公(gōng)司目前仍旧处于(yú)0债务(wù)经(jīng)营的(de)状态。
2. 案例学(xué)习:基恩(ēn)士(KEYENCE)
基恩士是成立(lì)于日(rì)本大阪的宜家工业(yè)视觉厂商,是传(chuán)感(gǎn)器和测量仪器的主要供应商。基恩士提供(gòng)的产品包(bāo)括传感器、测量仪/测量(liàng)传感(gǎn)器(qì)、测量系统、安全保护器、流量(liàng)/液(yè)位传感器/压力(lì)传感器/记录仪、静电(diàn)消除器、视觉系统/图像传感器/条(tiáo)码读取、控制系统 (PLC、HMI、电机等) 、激(jī)光(guāng)打标机/激光雕刻(kè)机/喷(pēn)码机/喷墨打标机、显微镜(jìng)/3D显微(wēi)系统、手持终端。
2018 年,康耐视实现营收(shōu)49.5 亿(yì)美(měi)元(yuán),净利润 19.8 亿美(měi)元。2013-2018 年的五年(nián)间,公司(sī)收入年化符合增长率 17%,净利润复合增长率为 23%。