工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节,相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等,同时也与整个系统的运行模式直接相关。
相比于传统的民用相机(摄像机)而言,它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等,市面上工业相机大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相机。
CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体,是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号,而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包,而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件,与真空管相比,具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初,90 年代初期,随着超大规模集成电路 (VLSI) 制造工艺技术的发展,CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上,还具有局部像素的编程随机访问的优点。CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。
工业相机主要包括镜头、感光传感器、网络芯片编码器、滤光片等。目前全球镜头厂商主要有:富士能、施耐德、卡尔蔡司、东正光学、普密斯;CMOS/CDD的生产厂商有日本索尼、日本松下、美国Aptina;网络芯片编码器生产厂商有:华为海思、美国TI、台湾智源、NXP等;而整机厂商有:中国海康、大华、云从、大恒等,国外Sony、BASLER、BAUMER等。
从全球市场来看,工业智能相机市场的集中度远高于板卡式相机市场,率先布局智能相机的康耐视和基恩士目前市场占比总计已超过70%,而板卡式相机前八大企业的市场份额之和仅为61%。智能相机的一大优势就在于易用性,而易用性主要通过软件的使用来反映,许多国外知名企业有视觉软件的开发经验,通常会配套相应的定制软件方便系统开发人员编程智能相机,如康耐视的In-Sight系列智能相机的配套软件EasyBuilder就允许开发者从菜单中选择一系列功能,来实现模式图像匹配和OCR等任务。国外产品软硬件优势明显,但产品价格相对较高,对中国市场的应用针对性开发还不足,国内企业如维视图像、朗锐智科、凌华科技等也推出智能相机系列产品从中低端市场切入。
2008-2018年全球工业相机行业市场规模呈现稳定上升趋势,2018年达到5.87亿元,2019年达到6.34亿美元。
2011-2019年,我国工业相机市场规模年均复合增长率达到36.8%,2019年接近10亿元。我国工业相机需求高速增长,但由于现阶段我国工业智能化水平较低,其市场规模较小,未来随着工业转型升级持续推进,其发展空间巨大。
图表 2016-2019年我国工业相机规模
图表 2016-2019年工业相机价格
图表 2016-2019年镜头价格