机器视觉之三：工业视觉打开智能制造新“视界”.pdf

证券研究报告 新三板高端装备 专题报告 机器 视觉 之三 ： 工业视觉 打开 智能制造 新“视界” 2018.10.31 司 伟 (分析师 ) 于栋 (分析师 ) 电话： 020-88832292 020-88836136 邮箱： si.weigzgzhs yu.donggzgzhs 执业编号： A1310518080001 A1310518100001 我国工业视觉处于上行阶段 ：从我国工业视觉发展现状来看，无论是技术层面还是市场层面行业都处于上行阶段。 我国工业视觉技术蓬勃发展，从2011 年开始相关专利申请了就保持快速增长， 2016 年年申请量已经突破1000 项，但很大一部分停留在高校，距离商业化应用仍有一定时间。而受到制造业人口红利消退、智能制造利好政策刺激以及工业视觉渗透率亟待提高多重因素共同作用下市场正不断扩张。 2016 年市场规模超 30 亿元，最近几年在消费电子产业带动下保持 25%以上的年增长，远超全球 7.7%的增速，行业仍处于快速成长期。 产业链各端发展 不一，国产之路任重道远 ： 1) 上游底层开发：核心软硬件中价值量较高的部分国外产品较为强势，国内厂商正在奋起直追，但目前仍有较大差距。 核心软硬件成本占据工业视觉总成本 80%，国外企业凭借深厚的研发背景和技术优势，抢占绝大部分市场，且普遍享有高利润。尤其在成本最高的工业相机、工业镜头、图像处理软件上国外 的产品还是具有相当的优势。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、从代理和集成向核心零部件生产延伸等，一些优质产品也纷纷出现。国产替代虽难以一蹴而就，但已有苗头。 2) 下游设备组装和集成：工业视觉下游应用领域不断拓展，电子和半导体制造仍为核心。国内厂商在下游设备组装和集成领域更容易获得机会和优势。 工业视觉可以应用于电子、汽车、医药、食品等诸多领域，其中半导体和电子产业的应用最早且最主要，占据 46.57%的市场 ，也是工业视觉巨头最主要的营收来源。由于半导体和电子设备制造对工业视觉存在刚性需求，产品迭代速度快，未来仍然是推动我国工业视觉产业整体发展主要动力，目前这一领域市场增速在 25%左右。广泛的应用也赋予我国设备制造和集成厂商诸多机遇，企业可以从细分领域切入，利用性价比与深度定制和服务优势抢夺细分市场，布局高成长赛道构筑壁垒，再继续寻求纵向发展。 投资建议：短期关注在高成长下游应用领域具有良好布局的设备组装和集成服务厂商，中长期关注上游底层开发领域国产替代趋势下在核心技术有所突破的优质企业。 在设备组装和集成服务方 面我国企业具有高性价比和服务优势。对于设备组装和集成厂商来说，下游应用领域的成长性便十分关键，如爆发则能够带动相关工业视觉设备的放量。短期来看半导体和电子设备制造仍然是一条好赛道 ，如 OLED 面板检测、锂电池 领域短期仍有较大增长空间 。上游底层开发方面可以看到国内大中小企业正积极参与底层开发环节，加上集成服务厂商的崛起，国产替代终将实现。中长期在核心技术以及 3D 视觉和深度学习等新技术有所突破的企业值得关注。 建议 关注 标的： 精测电子（ 300567.SZ） 、天远三维（ 872587.OC）、思泰克（ 839448） 风险提示： 工业视觉 渗透不及预期风险 、下游应用行业周期性波动风险 相关报告 1、机器视觉：让中国制造 2025“看”得更远 2、机器视觉之二： 计算机视觉为驾驶保驾护航 广证恒生 做中国新三板研究极客 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 2 页 共 31 页 新三板高端装备 专题 报告 目录 目录 . 2 图表目录 . 3 1. 智能制造需求大，技术市场齐发展 . 5 1.1 工业视觉 ：为智能制造打开新 “视界 ” . 5 1.2 视觉技术蓬勃发展，商业化应用仍存在瓶颈 . 6 1.2.1 专利数量迅速增长，但多有待商业化落地 . 6 1.2.2 3D 视觉和深度学习成为技术主战场 . 6 1.3 市场现状：多重因素共振驱动工业视觉产业发展 . 8 1.3.1 制造业人口红利消退，机器代替人眼势在必行 . 8 1.3.2 政府频频出台利好政策，工业视觉得到重点关注 . 9 1.3.3 我国工业视觉渗透率较低，对比发达国家市场潜力巨大 . 10 1.3.4 我国市场正不断扩张，增速高于全球水平 .11 2. 上游底层开发外企强势，国内厂商急起直追 . 12 2.1 产业链概况：我国企业数量稳增，主要分布于价值链低端 . 12 2.2 基于 PC 的工业视觉系统：核心软硬件为国外品牌主导 . 13 2.2.1 光源 . 13 2.2.2 工业镜头 . 14 2.2.3 工业相机 . 15 2.2.4 图像采集卡和图像处理软件 . 16 2.3 智能相机：嵌入式技术提高产品性能，国内企业切入中低端市场 . 18 3. 下游应用领域十分广泛，我国集成厂商机遇多多 . 20 3.1 工业视觉下游应用不断拓展，新应用领域成长迅速 . 20 3.2 半导体和电子设备制造最为主要，且仍将持续引领产业发展 . 21 3.3 下游集成服务领域机会多，我国企业具备多重优势 . 23 3.2.1 民营企业自动化改造需求大，国内集成厂商具备性价比优势 . 23 3.2.2 下游空白领域多，国内集成厂商具备深度定制和服务优势 . 24 4. 投资建议 . 26 4.1 投资建议：关注在高成长下游应用领域具有良好布局的设备组装和集成服务厂商 . 26 4.2 建议关注标的 . 26 5. 风险提示 . 29 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 3 页 共 31 页 新三板高端装备 专题 报告 图表目录 图表 1. 工业视觉与人眼相比有明显优势 . 5 图表 2. 工业视觉可实现功能 . 5 图表 3. 中国机器视觉相关专利申请量和公开数量迅速增加 . 6 图表 4. 截至 2017年我国机器视觉相关专利申请人前十名 . 6 图表 5. 2D视觉线扫描原理 . 7 图表 6. 3D视觉基本原理 . 7 图表 7. 全球 3D视觉市场规模增长较快 . 7 图表 8. 全球数据储量增长迅猛 . 8 图表 9. ViDi Suite满足多种精确检测需求 . 8 图表 10. 我国人口结构变化 . 9 图表 11. 制造业就业人数下降，人力成本提升 . 9 图表 12. 近两年地方智能制造相关政策频频出台 . 9 图表 13. 我国制造业体量庞大 . 10 图表 14. 我国 3C电子制造产能占比 .11 图表 15. 2016年全球机器视觉行业区域格局 .11 图表 16. 我国工业视觉市场规模（亿元） .11 图表 17. 全球工业视觉市场规模（亿美元） .11 图表 18. 工业视觉产业链 . 12 图表 19. 我国工业视觉企业数量 . 12 图表 20. 工业视觉成本构成 . 12 图表 21. 基恩士营业收入和毛利率（每年 3月披露） . 13 图表 22. 康耐视营业收入和毛利率 . 13 图表 23. 工业视觉光源工作原理 . 13 图表 24. 国内外部分光源厂商 . 14 图表 25. 工业镜头相对普通镜头工艺要求更高 . 14 图表 26. 国内外部分工业镜头厂商 . 15 图表 27. 受中国市场推动 Basler亚洲地区营收增长迅猛 . 16 图表 28. 国内外部分工业相机厂商 . 16 图表 29. 通过 VisionPro自定义解决方案 . 17 图表 30. 国内外部分工业视觉开发包产品 . 17 图表 31. 智能相机的组成部分和功能 . 18 图表 32. 智能相机在使用成本和学习成本上有明显优势 . 19 图表 33. 全球智能工业相机市场格局 . 19 图表 34. 全球基于 PC的板卡式相机市场格局 . 19 图表 35. 我国电子及半导体领域工业视觉市场规模 . 20 图表 36. 工业视觉部分下游应用 . 20 图表 37. 我国汽车制造领域工业视觉市场规模 . 21 图表 38. 机器视觉应用领域分布 . 22 图表 39. 康耐视 2017年营收占比 . 22 图表 40. 2018年 3月各行业就业人数 . 22 图表 41. 汽车工业自动化率相对较高 . 22 图表 42. 摩尔定律 . 23 图表 43. 劳动力成本成为妨碍民营制造业企业发展的首要因素 . 24 图表 44. 规模以上中小企业自动化改造需求巨大 . 24 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 4 页 共 31 页 新三板高端装备 专题 报告 图表 45. 超音速营业收入受益于锂离子电池产业增长 . 25 图表 46. 精测电子 AOI业务收入受益于 OLED产业增长 . 25 图表 47. 精测电子近三年营业收入 和同比增长率 . 27 图表 48. 精测电子近三年归母净利和同比增长率 . 27 图表 49. 天远三维近三年营业收入和同比增长率 . 27 图表 50. 天远三维近三年归母净利和同比增长率 . 27 图表 51. 思泰克近三年营业收入和同比增长率 . 28 图表 52. 思泰克近三年归母净利和同比增长率 . 28 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 5 页 共 31 页 新三板高端装备 专题 报告 1. 智能制造需求大， 技术市场齐 发展 1.1 工业视觉： 为 智能制造 打开新 “视界 ” 机器视觉是采用机器代替人眼来做测量与判断，其功能不仅局限于通过计算机 摄取图像接收信息，也包括对信息的处理和判断，实现人眼视觉的延伸 。作为机器视觉的一大分支， 工业视觉更多注重广义图像信号（激光，摄像头）与自动化控制（生产线）方面的应用，即 “眼睛对着机器 ”， 具有自动化和非接触性的特点。与人眼相比，工业视觉在精确程度、客观程度、可重复性、成本以及效率上都有明显的优势 。 图表 1. 工业视觉与人眼相比有明显优势 资料来源：互联网、广证恒生 工业视觉 可用于实现对产品表面信息进行检测、非接触式测量产品外观尺寸、判断物体位臵坐标以及识别判断物体的颜色、形状等特征。从应用工艺来看，工业视觉既可以和机器人配合，实现分拣、装配、印刷等工艺，也可以进行高性能和精密组件的检测和测量，后者对精密程度要求更高，但也恰恰是人眼难以实现的，需求也更大。 工业视觉相当于给赋予生产过程一双眼睛，让制造智能化，打开了智能制造的新“视界”。 图表 2. 工业视觉可实现功能 资料来源：广证恒生 机器视觉 缺陷检测 尺寸测量 模式识别 视觉定位 人眼 工业视觉 精确性 受物理条件限制 精度高，特别是对高速移动的物体更具优 势 客观性 人易疲劳，做出判断时具有情绪带来的主 观性 没有情感，稳定可靠 重复性 人眼每次做出的判断都有细微的不同，难 以始终达到同一标准 可以始终用相同的方法和标准完成工作 成本 人力成本不断上升 硬件成本降低，一次性投入 效率 产品质量效率低，且工作时间有限 快速获取大量信息，能够承担多人的任务，且能够连续工作 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 6 页 共 31 页 新三板高端装备 专题 报告 1.2 视觉技术蓬勃发展，商业化应用仍存在瓶颈 1.2.1 专利数量迅速增长， 但 多 有待商业化落地 我们从专利角度对我国工业视觉产业技术现状进行解读 ， 截至 2018 年 5 月，有关 “机器视觉 ”的申请专利共有 5968 项，机器视觉技术水平从 2011 起进入高速发展期。 2017 年，申请专利共有 1004 项，已连续两年专利申请量超过 1000 项。从机器视觉技术专利公开数量来看，从 2011 年开始同样保持逐年快速增长。2017 年专利公开数量突破 1000 项，达到 1313 项。而从专利申请人来看，专利申请前十名均为各大高校，且占比较低。 这一方面说明近年蓬勃发展的机器视觉技术大都还未达到应用预期，距离真正商业化仍需一定时间，另一方面也说明产业技术较为分散，不存在技术垄断格局。 图表 3. 中国机器视觉相关专利申请量和公开数量迅速增加 图表 4. 截至 2017 年我国机器视觉相关专利申请人前十名 资料来源：前瞻产业研究院、广证恒生 资料来源：前瞻产业研究院、广证恒生 下游应用领域的 不断 拓展也对工业视觉提出更高要求，就当前的技术来看，工业视觉仍存在如下技术和应用瓶颈，导致在一些领域工业视觉商业化落地进展较慢： 通用性和智能 性 欠佳。 机器视觉在通用性方面存在不足， 在一些集成应用中无法搭载 ，一台设备可能只适用于一家厂商或一种行业，导致开发成本过高。而在智能性方面，当库存量单位较高时，或者移动速度较快时，工业视觉在识别准确率上就难以达到要求 。 例如在分拣领域，工业视觉已经能够很好地适应小规模和品类较少的 固定 分拣，但对于 复杂堆叠物体的识别和分拣，依然有 90%以上通过人工方式完成 。 实际应用中 准确率仍不尽人意。 尽管从一些算法的测试结果来看，工业视觉的图像识别准确率已经能够达到极高的水平，但要实现工业上的应用，还需要保证能够快速完成批量化检测，同时 能够适应多样的环境（包括物体表面材质、工厂环境、工作距离等等）。只有在实际应用中能够达到 极小的误检率 ，工业视觉才能实现其 应用预期 ，从而满足客户的标准而得以推广 。 对 算法和算力 的 要求 不断 提高。 工业视觉是通过读取和分析真实场景的图像和视频来实现其功能的，图像和视频包含的数据量足够大，但也存在大量的冗余信息。 单一的简单特征提取算法难以满足算法对普适性的要求， 同时伴随应用场景和功能的复杂化， 在设计普适性的特征提取算法时对计算能力和存储速度的要求 不断提高 ，这 也带来 了开发成本 和产品价格相对较高的问题 。 1.2.2 3D 视觉和深度学习成为技术主战场 1） 3D 视觉 VS 2D 视觉： 3D 视觉未来将成为主流系统 2D 视觉方案为当前主流，但缺陷愈发突出。 大多数常见的检测相机执行的都是面阵扫描，需要采集不同分辨率的 2D 快照。对于狭小空间中连续运动状态产品的检测，也可以通过线扫描创建一个二维图像。020040060080010001200140020072008200920102011201220132014201520162017单位：项中国机器视觉相关专利申请量 中国机器视觉相关专利公开数量 1.87% 1.26% 1.23% 1.23% 1.09% 1.05% 1.04% 0.97% 0.92% 0.86% 0 50 100 1501. 浙江大学 2. 江南大学 3. 江苏大学 4. 华南理工大学 5. 广东工业大学 6. 浙江工业大学 7. 华中科技大学 8. 吉林大学 9. 北京航空航天大学 10. 上海交通大学 专利个数 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 7 页 共 31 页 新三板高端装备 专题 报告 2D 视觉根据在特征处理上已较为成熟，过去的 30 年中已被广泛采用，且其效果在自动化和产品质量控制过程中得到了验证。 但是由于对测量精度等方面的要求越来越高，被测物体条件越来越复杂， 2D 系统的缺陷也愈发突出，如无法测量形状、容易受到照明条件影响、 对被测物体的移动十分敏感等。 图表 5. 2D 视觉线扫描原理 资料来源： 康耐视 、广证恒生