得益于AI和(hé)3D技(jì)术,工业视觉已具备(bèi)快速成(chéng)长(zhǎng)要素,2018年规模100亿+,预计(jì)将有更多工业场景被开拓。以下为华兴资本AI行研报告的具体内容(róng)。
写在前(qián)面:计算机视觉是一门研究“教”机器“看”的学科,让机(jī)器代(dài)替人(rén)眼(yǎn)来作各(gè)种(zhǒng)测量(liàng)和判断(duàn),包括定(dìng)位、识别、测(cè)量、检验等。除此之外,计算机视觉还可做图形处理,产生更适合人眼(yǎn)观察或传送给仪器检测的图(tú)像。
报告全文:
简(jiǎn)单(dān)来说,工业视觉(jiào)(机器视(shì)觉)就(jiù)是(shì)利用机器代(dài)替(tì)人眼来作各种测量和判断,比如定位(wèi)、识别、测量和检验等。
工业视觉系统的高速和稳定性是人(rén)所望尘莫及的。例如在高(gāo)流量(liàng)物流分发(fā)中心内扫描包裹,机器系统处理的效率要远超人工。
而对(duì)于像在(zài)“不接触物体的情(qíng)况下进行高精度(dù)测量”这种人(rén)无法完成的高难(nán)度工作中(zhōng),工(gōng)业(yè)视(shì)觉系统可以轻松解决(jué)。
1. 行业趋势:中国自动化潜(qián)力巨大
在(zài)工业视觉最大的(de)应(yīng)用行(háng)业消费电子和(hé)汽车制造(zào)中(zhōng),一条(tiáo)生产(chǎn)线需(xū)要的视觉(jiào)系统数量可(kě)能高达十几套(tào)。在这两个重点行(háng)业中,中国的工(gōng)业机器人密度对(duì)比美(měi)国、日本、韩国、德国等(děng)发达(dá)国家仍有较大差(chà)距。
2.经济效益:人力成本上涨,工业视觉效益凸显
一般来说,如果设(shè)备的(de)回本周期在12个月以内,对工厂有较高吸引力。以食品包(bāo)装(zhuāng)检(jiǎn)测(cè)为(wéi)例(lì),工(gōng)厂安装(zhuāng)工业视觉系统的(de)回本周期普遍(biàn)在(zài)2-8个月(yuè),具有明显的经济性。未来随着用(yòng)工(gōng)成本(běn)的(de)不断增加,以及(jí)工(gōng)业视觉零部件国产化使(shǐ)得(dé)设(shè)备价格的不(bú)断(duàn)降低,工(gōng)业视觉系(xì)统的(de)经济性将更加显著(zhe)。
3.劳动力需求:服务(wù)业吸引力渐增,工(gōng)业劳动力紧缺
2015年,美团(tuán)外卖骑(qí)手人数仅为1.5万人(rén),但到了2018年第四季度(dù),日均(jun1)活跃骑手(shǒu)人数已接(jiē)近60万人,而饿了(le)么旗下(xià)蜂鸟骑手(shǒu)的注册人数早(zǎo)已突破300万(wàn)人。
80、90后为(wéi)美(měi)团骑手(shǒu)群体的中坚力(lì)量,占(zhàn)比高达(dá)82%。值得注意的是,31%的骑手的上一份工(gōng)作是产业工人。而(ér)离开(kāi)的原因普遍是(shì)工(gōng)作时间不灵活、收(shōu)入低。而外卖骑手这(zhè)一岗位对他们(men)最大的吸引力就是多劳(láo)多得(一般6-8千),其次是工作时(shí)间自由。
4.底层技(jì)术推动(dòng):人工智能掀起行业变(biàn)革旋风
首(shǒu)先,传统(tǒng)工业视觉在很多复(fù)杂的环境下无能为力(lì)。而人工智(zhì)能尤其是(shì)深度学(xué)习的出现(xiàn),在很多方面(如字符识别能力)给工业视(shì)觉系统带来(lái)了大(dà)幅(fú)度提升(shēng)。
其次,深度(dù)学习视觉系统则大大解放了程序员生产(chǎn)力。
一(yī)些(xiē)传统(tǒng)的工业视(shì)觉检测系统的编程难度超(chāo)乎想象。传(chuán)统的工业(yè)视(shì)觉系统依(yī)赖于rule-based algorithm,即由程(chéng)序员手动编写缺陷(xiàn)特征。当(dāng)缺陷数据库越(yuè)来越庞大时,算法将变(biàn)得高度复杂(zá)。
但在有“已知合(hé)格元件”图(tú)像集的情况下,深度学习视(shì)觉系统只需 10-30 分钟的(de)学习时间即可(kě)开工检测,无(wú)需任何特定的软件(jiàn)开发和缺陷数据库建立(lì)。
此外(wài),令(lìng)人振奋的是,人(rén)工智能引领的新技术不仅(jǐn)能解决工业视觉(jiào)已有应用行业未解决的(de)问题(tí),也为我们开拓了全新的应用领域。
未来,传统算法和AI将互相配合,使工业视觉系统达到更优(yōu)效果。
5. 3D工业视觉(jiào)技术(shù)进步:潜在应用增多
在2D的视觉系统中(zhōng),摄像头先拍到一个平面的(de)照(zhào)片,然后通过(guò)图像分析来识别物体平面上的特(tè)征。2D视(shì)觉不支持(chí)与形状相关的测量,如物体平面(miàn)度、表面角度、体积等,对被(bèi)测物体的移动十分敏感等(děng),测(cè)量精度也易受变量照明条件的影响。
3D视觉系(xì)统(tǒng)通常由多(duō)台不同(tóng)位(wèi)置(zhì)的(de)相机(jī)组成,可(kě)以测(cè)量与形状(zhuàng)相关的(de)特征,使(shǐ)用范围更广(例如工业机器人)。
目前,工业视觉行业在(zài)百亿规模,但未(wèi)来增长潜力巨大——眼下中国制造业(yè)从业(yè)人数为1亿人,按质检员工占比10%-20%、每位质(zhì)检员工年薪(xīn)4万(wàn)元、工业视觉在长远的未来(lái)能代(dài)替10%-20%的质检(jiǎn)人员计算,潜在的市场规(guī)模可能是千亿级别的(de)。
工业(yè)视觉产(chǎn)业链包括光源、镜头(tóu)、工业(yè)相机、图像采集卡、软件、设备制造商/代理商(shāng)/系统集(jí)成(chéng)商等(děng)。我(wǒ)们认为(wéi),其中软件算法和设备集成变(biàn)革机会最大,值得关注(zhù)。
不过(guò)需要注意的是,只能单纯提供(gòng)AI算(suàn)法软件(jiàn)并不能(néng)满(mǎn)足客户需(xū)求。因此,具(jù)有(yǒu)AI技术(shù)并能提供整套(tào)解(jiě)决方案的工业视觉企业(yè)将受到追(zhuī)捧,关键能力包括AI技术水平、行业理解、客户(hù)资源、提供整体解决方(fāng)案的能力(lì)。
软件算法
(1) 决定了系统最终(zhōng)价值,是(shì)整个系统中最重要的环节
软件算法是工(gōng)业视觉系统的“大脑(nǎo)”,决定了工业视觉的准确率和价值,是(shì)整个系统中最重要的环节,获利空间较大。过(guò)去由于(yú)盗版问题的存在(zài),因此国内厂(chǎng)商自行开发较少(目前版(bǎn)权(quán)保护有所(suǒ)好转)。国外MVTech开发的(de)Halcon和Cognex开(kāi)发的Vision Pro是当下最(zuì)常用(yòng)的视觉开发包。国(guó)内创科视觉(jiào)的CK Vision相对前面几个工具(jù)包来说价格优势比较明显(xiǎn),在(zài)国内用(yòng)量很(hěn)大。
(2)深度学习(xí)的出现给了AI创企进入(rù)行业(yè)的机会
工业(yè)视觉从当前(qián)的应用场景领域拓展到新的场景(jǐng)时需要克服2个“关卡”:技(jì)术关和经济性关。深度学习的出现使得技术(shù)关的通(tōng)过变(biàn)得更(gèng)加(jiā)容易。一方面,深度(dù)学习可以帮助视觉系统完成更加复杂的任务。另一方面(miàn),使用深度(dù)学(xué)习模型后(hòu),工作人(rén)员无需(xū)建立复杂的数(shù)据库和软件(jiàn)开发。
康耐视、MVTec打磨(mó)了几十年的rule-based软件无法(fǎ)实现AI-based工业视觉系统能实现的功(gōng)能。一些(xiē)AI初创企(qǐ)业如创(chuàng)新(xīn)奇智、阿丘科技、精锐视觉找准市场,发(fā)挥自(zì)己的技术(shù)特长获(huò)得了快速的(de)成长机会。
(3)头(tóu)部公司(sī)尾大(dà)不掉,是AI创企的机会
工业(yè)领域(yù)单纯提供AI算法(fǎ)并不(bú)能满足(zú)客户需求。例如OCR应用(yòng)如果不为用户提供定制化(huà)开发,深度学(xué)习算(suàn)法准确率只有80%-90%。在此基础上加上制定化(huà)软件开(kāi)发,识别率可以接近100%。康耐视虽然有AI软件平(píng)台,但是不为大(dà)陆客户(hù)提供定制化开发,为AI创企留足了机会。
整机/代理/系(xì)统(tǒng)集(jí)成商(shāng)
一(yī)般集成(chéng)商(shāng)会根据客户(hù)的(de)具(jù)体要求(qiú)选择(zé)最合适的机(jī)型和零部件,按(àn)实(shí)际(jì)需要解(jiě)决的问题进行软件二次开(kāi)发,最终为客户提供整套的解决方案。国内目前有(yǒu)集成业(yè)务的公司超过(guò)100家,其中上规(guī)模的公司并不多。
不过对于客(kè)户来说,整(zhěng)套(tào)解决方案并不等(děng)于单纯(chún)的软件平台。他们需要的(de)方案里还要解决(jué)如何打光(guāng)、如何提高成(chéng)像质量(liàng)、如何设计(jì)自动化结(jié)构(gòu)等项(xiàng)目落地的实际问题。软(ruǎn)件供应商(shāng)同(tóng)时需(xū)要(yào)有集成能力才能获得客户(hù)的(de)认可,并(bìng)将自己的(de)产品落(luò)地。同(tóng)理(lǐ),设备供应商也需要(yào)具备软件(jiàn)开发能力(例如集成商(shāng)天准科技(jì)目前大力开(kāi)发软件)。
1. 案例学习:康耐视(COGNEX)
美国(guó)康耐(nài)视成立于1981年,是为制造自动化领域提供视觉系(xì)统、视觉软件、视觉(jiào)传(chuán)感器和(hé)工业读码器的全球领先厂商,总部位于美(měi)国。康耐视(shì)自(zì)主掌握(wò)核心的图(tú)像处理软件以及传感器,主要产(chǎn)品线(xiàn)包括条(tiáo)码读取器、2D工业视觉(jiào)系统、3D工业视觉系统以及图像处(chù)理软件。
2018年,康耐(nài)视实现营收8.06亿美元,净利润2.19亿美元。2013-2018年的五年间,公(gōng)司收入年化符合增长(zhǎng)率21%,净利润复合增长(zhǎng)率为24%。
在生产过程中公司主要采用轻(qīng)资产(chǎn)模式(shì),虽(suī)然为客户提供交钥匙工程(chéng),但公司产品的大部分零部(bù)件的购买、组装以及初测都是交由第三(sān)方代工厂(多数位于印度(dù)尼西亚)完成,公司只负责对整个供应链体(tǐ)系进行管(guǎn)理(例如提供可选的零部(bù)件生产厂商名单)。在产品完成(chéng)初测后(hòu),会被拉(lā)回到公司位于(yú)马塞诸塞(sāi)州的工厂(供应美国国内)或位于爱尔兰的工厂(供应海外)安(ān)装软件及进行质量检测,最后发货。
在销售方面公司(sī)主要在大批(pī)量(重点做大客户(hù))、高标(biāo)准化(比(bǐ)如汽车)的行业(yè)进行重点布局,尽量避免做一些小的非标集成或(huò)应用。
公司形成了几个(gè)很(hěn)深的护城河:(1) 强大的软件算法实力 (公司的Vision Pro软件是行(háng)业最常(cháng)用的平台之一) ,能够支撑公司不断(duàn)推出适用于市场的先进产品(pǐn)、支(zhī)撑公司不断进入新的下游领(lǐng)域(yù) (例如之前提到(dào)的物流(liú)行业);(2)完善的产品线(xiàn);(3) 对行业技(jì)术的引领 (例如近年公司在(zài)深度学习(xí)和3D领(lǐng)域的不断研发和并购) 。
并购(gòu)是康耐视不断(duàn)做大并成为全(quán)球性(xìng)公司(sī)的重要(yào)手段,并购主要在四个(gè)方向(xiàng):(1)扩大产品线(xiàn);(2)获取(qǔ)最先(xiān)进的技术;(3)扩大客户群或进入(rù)新领(lǐng)域;(4)拓展经(jīng)销商网络(luò)。2015-2017年(nián),公司一共完成了(le)7项小并购,其中就包括2300万美元(yuán)收购深度学习公司VidiSystems并(bìng)推出相关系列产(chǎn)品。公(gōng)司目前仍(réng)旧处于0债务经营的状态。
2. 案例学习:基恩士(KEYENCE)
基恩(ēn)士是成立于日本大阪的宜家工业视觉厂(chǎng)商,是传感(gǎn)器和测量仪器的主(zhǔ)要供(gòng)应商。基恩士提供的产品(pǐn)包括(kuò)传感器、测量仪/测(cè)量(liàng)传(chuán)感器、测量系统(tǒng)、安全保护器、流量(liàng)/液(yè)位传感器/压力传感(gǎn)器/记录仪、静电消除器(qì)、视觉系统/图(tú)像传感器/条码读(dú)取、控制系统 (PLC、HMI、电机等) 、激光打标(biāo)机/激光雕刻机/喷码机/喷墨(mò)打标机、显微镜(jìng)/3D显微系(xì)统、手持终端。
2018 年,康耐视实现营(yíng)收49.5 亿美元,净利润 19.8 亿美元。2013-2018 年的五年(nián)间,公司收入(rù)年化符合增长率 17%,净利润复合增长率为 23%。