3D機器視覺技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)和智能化的重要組成部分，其發(fā)展歷程可以追溯到1969年美國貝爾實驗室開發(fā)的第一片CCD圖像傳感器。從那時起，機器視覺技術(shù)經(jīng)歷了從黑白到彩色、從低分辨率到高分辨率的發(fā)展，直至今天的3D機器視覺，被稱為“第四次視覺革命”。如今，3D機器視覺技術(shù)已在刷臉支付、智能機器人等多個應(yīng)用場景中得到應(yīng)用，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合進一步提升了其商業(yè)價值。

3D機器視覺是通過傳感器獲取三維空間信息，并對其進行處理和分析的技術(shù)。主要方法包括雙目立體視覺、結(jié)構(gòu)光和飛行時間法（TOF）。雙目立體視覺利用兩個攝像頭從不同角度拍攝同一物體，通過視差計算出物體的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光則通過投射已知結(jié)構(gòu)的光線，并分析光線在物體表面的變形情況來獲取三維信息。飛行時間法通過測量光線從發(fā)射到反射回傳感器的時間差來計算距離。

雙目立體視覺方案利用兩臺攝像機從不同視角拍攝同一物體，通過計算圖像間的視差獲得三維信息。這種方法具備成本低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，但對于紋理較少或光照變化較大的場景，精度較低。結(jié)構(gòu)光方案通過投射已知結(jié)構(gòu)的光線（如條紋、網(wǎng)格）到物體表面，攝像機捕捉變形后的光線圖案，結(jié)合投射圖案的已知信息來重建物體的三維形狀。這種方法精度高、抗干擾能力強，適用于多種復(fù)雜環(huán)境。飛行時間法（TOF）通過發(fā)射光脈沖到物體表面并接收反射光，計算光脈沖往返時間來測量距離。這種方法速度快、適應(yīng)性強，但受限于環(huán)境光和反射率的影響。

3D機器視覺技術(shù)最早用于工業(yè)自動化和智能化進程中，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、軍工、物流和商業(yè)等領(lǐng)域?？v觀當(dāng)下最受關(guān)注的幾大領(lǐng)域，智能機器人、自動駕駛汽車、XR（包含VR、AR、MR），還有元宇宙，都需要3D感知。相比傳統(tǒng)2D視覺系統(tǒng)，3D機器視覺提供更精準(zhǔn)的三維點云數(shù)據(jù)，顯著提升機器人作業(yè)的靈活性和精度，滿足現(xiàn)代工業(yè)對高精度和高效率的需求。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)的發(fā)展，3D機器視覺將與這些技術(shù)深度融合，進一步提升其應(yīng)用潛力。

3D機器視覺應(yīng)用表，來源：與非研究院整理

通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展，3D視覺將為工業(yè)自動化、物流、無人機、增強現(xiàn)實和智能家居等領(lǐng)域帶來深遠的影響，成為未來科技發(fā)展的重要推動力量。在工作和生產(chǎn)中，3D視覺感知技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人和特種機器人，替代人類在高風(fēng)險、高強度的工作環(huán)境中完成任務(wù)，降低了職業(yè)傷害風(fēng)險。這項技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了國家的科技研發(fā)能力，也推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的智能化和數(shù)字化升級。

在工業(yè)領(lǐng)域，3D機器視覺技術(shù)尤為關(guān)鍵。在工業(yè)自動化領(lǐng)域，3D機器視覺系統(tǒng)可以進行精確的尺寸測量和缺陷檢測，特別是在汽車制造和電子制造業(yè)中，確保產(chǎn)品符合設(shè)計要求和生產(chǎn)質(zhì)量。在生產(chǎn)線應(yīng)用中，3D機器視覺技術(shù)已從單一場景（如質(zhì)檢）拓展到全產(chǎn)線，涵蓋上下料、焊接、噴涂等環(huán)節(jié)，尤其在柔性制造中，為機器人和自動化設(shè)備提供了極高的靈活性和準(zhǔn)確性。智慧物流也受益于3D機器視覺的高度柔性和精準(zhǔn)性，通過與AI結(jié)合，實現(xiàn)對海量SKU貨品的精準(zhǔn)識別和分揀，突破智慧物流增長的瓶頸，拓展其應(yīng)用范圍。

此外，3D視覺技術(shù)在機器人領(lǐng)域用于識別和定位物體，實現(xiàn)高效抓取和操作，提高生產(chǎn)線的自動化程度和靈活性。根據(jù)預(yù)測，未來幾年內(nèi)傳感器需求的復(fù)合增長率預(yù)計超過30%，其中3D機器視覺傳感器占比將接近80%。2D機器視覺雖然已廣泛應(yīng)用且年銷售量高達百萬臺，但3D機器視覺技術(shù)盡管成本較高，具備巨大潛力和應(yīng)用前景。在無人駕駛汽車領(lǐng)域，3D空間計算芯片通過集成RGB攝像頭、深度傳感器和慣性測量單元，實時捕獲車輛周圍的三維空間信息，為無人駕駛汽車提供高精度的導(dǎo)航和控制信息。在無人機領(lǐng)域，3D空間計算芯片能夠在復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)高精度的定位和地圖構(gòu)建，提高無人機的自主飛行能力。在智能家居領(lǐng)域，高端的掃地機器人和智能門鎖都可以用到3D機器視覺芯片。在消費領(lǐng)域，3D視覺感知行業(yè)屬于新興行業(yè)，目前尚未形成穩(wěn)定的競爭格局，企業(yè)之間既有競爭關(guān)系也有合作關(guān)系。例如，蘋果和華為擁有智能手機等終端產(chǎn)品，采用自研的3D視覺感知技術(shù)方案，但不排除未來會同步采用外部企業(yè)的產(chǎn)品。

3D機器視覺市場應(yīng)用空間，來源：圖漾科技

機器視覺市場規(guī)模多大？

隨著人工智能技術(shù)的不斷進步，3D視覺感知行業(yè)正在全球范圍內(nèi)迅速崛起。根據(jù)法國市場研究公司Yole發(fā)布的報告，全球3D視覺感知市場預(yù)計在2028年將達到172億美元。主要的市場參與者包括蘋果、微軟、索尼、英特爾、華為、三星和奧比中光等企業(yè)。這些公司在技術(shù)創(chuàng)新和市場拓展方面展開了激烈的競爭，共同推動了行業(yè)的發(fā)展。

根據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所的數(shù)據(jù)，2022年中國機器視覺市場規(guī)模為170.5億元 (該數(shù)據(jù)未包含自動化集成設(shè)備規(guī)模)，同比增長23.6%。 其中，2D視覺市場規(guī)模約為152.0億元，3D視覺市場約為18.5億元。 前瞻初步測算，2023年我國機器視覺市場規(guī)模達到215億元左右。根據(jù)Markets and Markets預(yù)測顯示，到2027年，中國機器視覺市場的總規(guī)模將達到560億元人民幣，其中3D機器視覺市場規(guī)模將近160億元。

全球市場方面，預(yù)計2022至2025年間，全球機器視覺市場的復(fù)合年增長率將達到13%，到2025年市場規(guī)?？赡苓_到1276億元人民幣。這一增長主要得益于人工智能和邊緣計算能力的提升。根據(jù)GGII的數(shù)據(jù)，2021年中國機器視覺市場規(guī)模為138.16億元，其中2D視覺市場規(guī)模為126.65億元，3D視覺市場為11.51億元。預(yù)計到2025年，中國機器視覺市場規(guī)模將達到469億元，2021-2025年復(fù)合增速為36%。

中國機器視覺市場規(guī)模，來源：Markets and Markets

3D機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈介紹

3D機器視覺市場的參與者主要分為四類：國際自動化公司、國際機器視覺專業(yè)公司、國內(nèi)機器視覺專業(yè)公司和國內(nèi)自動化設(shè)備公司。盡管底層開發(fā)仍然由國際企業(yè)主導(dǎo)，但國內(nèi)公司在二次開發(fā)和系統(tǒng)集成方面表現(xiàn)出色，并正逐漸向上游核心環(huán)節(jié)擴展。國際市場的主要參與者包括蘋果、微軟、索尼、英特爾、三星和華為等科技巨頭。這些公司在3D視覺感知技術(shù)方面投入了大量資源，開發(fā)出先進的視覺傳感器和處理芯片。國內(nèi)市場的主要參與者則包括?？禉C器人、華?？萍肌⒋蠛銏D像等，它們在鏡頭、光源和相機方面逐漸超越外資品牌。目前國內(nèi)3D機器視覺廠商數(shù)量已達60-70家，并仍在增長。新興公司如庫柏特、靈西機器人等也在3D機器視覺領(lǐng)域嶄露頭角，并獲得了大量融資支持。傳統(tǒng)企業(yè)巨頭如ABB、安川、發(fā)那科和庫卡也紛紛進入這一市場，與AI視覺企業(yè)?？低暫蜁缫曔M行合作，共同推動技術(shù)進步。

3D機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈（部分），來源：華西證券研究所

上游：3D視覺傳感器硬件

上游產(chǎn)業(yè)鏈主要包括感光芯片、圖像傳感器、光源和鏡頭等核心元器件供應(yīng)商。這些廠商提供高精度、高性能的硬件，以滿足3D機器視覺系統(tǒng)的需求。例如，恩智浦和三星等知名半導(dǎo)體廠商提供CMOS圖像傳感器和圖像信號處理器，舜宇光學(xué)科技和歐菲光等中國企業(yè)也在這一領(lǐng)域表現(xiàn)出色。舜宇光學(xué)科技為科沃斯旗下的掃地機器人品牌Yeedi提供3D面陣TOF傳感器，而歐菲光則研發(fā)出RGB+ToF系統(tǒng)級產(chǎn)品，具備較高的雙體融合精度。舜宇智能光學(xué)與石頭科技合作多年，提供小型化3D線性結(jié)構(gòu)光傳感器及AI傳感器，為掃地機器人提供深度距離信息和彩色圖像信息。歐菲光在機器人業(yè)務(wù)領(lǐng)域的主要產(chǎn)品包括掃地機器人、仿生機器人和服務(wù)機器人等。其研發(fā)的RGB+ToF系統(tǒng)級產(chǎn)品，具有完全自主的ToF標(biāo)定方案，并能實現(xiàn)RGB+ToF的雙體標(biāo)定和融合，測距精度較高。

中游：3D視覺感知方案商

中游產(chǎn)業(yè)鏈主要由3D視覺感知方案商組成，這些公司基于深度引擎算法，設(shè)計和開發(fā)3D視覺傳感器解決方案，并負責(zé)對接上下游企業(yè)。它們在系統(tǒng)級理解能力方面非常強，是整個產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，一微半導(dǎo)體的AM680芯片采用AI+VSLAM定位導(dǎo)航技術(shù)，為掃地機器人提供高精度的導(dǎo)航和避障功能。該公司的芯片支持慣性導(dǎo)航、激光導(dǎo)航到視覺導(dǎo)航多種方案，全面覆蓋從入門級到高端級別的掃地機器人產(chǎn)品。

下游：應(yīng)用開發(fā)

機器視覺行業(yè)下游場景分布，來源：中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

下游產(chǎn)業(yè)鏈包括各種終端應(yīng)用開發(fā)商，涉及消費電子、汽車、工業(yè)自動化、醫(yī)療等領(lǐng)域。這些企業(yè)基于3D視覺傳感器和解決方案，開發(fā)出針對不同應(yīng)用場景的算法和系統(tǒng)。例如，奧比中光在服務(wù)機器人領(lǐng)域的3D機器視覺傳感市場市占率超過70%，為多家頭部服務(wù)機器人品牌提供技術(shù)和產(chǎn)品服務(wù)。奧比中光在3D機器視覺傳感技術(shù)方面有著深厚的技術(shù)積累和廣泛的市場應(yīng)用，具有明確的業(yè)務(wù)定位和強大的市場潛力。

3D視覺芯片主要玩家

近年來，3D機器視覺技術(shù)取得了顯著突破，推動了高端機器人應(yīng)用的發(fā)展。相比2D視覺，3D視覺具備測量速度快、精度高、抗干擾能力強、操作簡便等優(yōu)勢，能夠解決2D視覺在高度、厚度、體積、平面度等測量方面的不足。然而，3D視覺的應(yīng)用復(fù)雜度更高，涉及數(shù)據(jù)存儲、計算和算法的提升，需要更強的計算能力。因此，其中的3D機器視覺芯片成為了核心部件。與非研究院整理了一部分國內(nèi)的3D機器視覺芯片玩家：

肇觀電子：

肇觀電子的NE-D163A SoC芯片能夠?qū)崟r輸出深度圖像和計算機視覺特征處理，具備AI計算能力。該公司開發(fā)的N系列、D系列和V系列芯片廣泛應(yīng)用于安防、智能駕駛、工業(yè)機器視覺和消費領(lǐng)域。其3D感知和視覺實時定位與構(gòu)圖方面的獨特引擎應(yīng)用于機器人定位與環(huán)境感知等場景。

銀牛微電子：

銀牛微電子的NU4100視覺AI處理器采用芯原的雙通道ISP IP，具備3D深度感知、AI處理和片上實時定位與建圖（VSLAM）功能，能夠低功耗、低延遲地處理多個4K攝像頭的數(shù)據(jù)。2024年，銀牛微電子推出了NU4500芯片，集成了3D視覺感知、AI和SLAM技術(shù)，是全球唯一一款單芯片集成這些技術(shù)的系統(tǒng)級芯片。

中科融合：

中科融合基于自主研發(fā)的MEMS微振鏡芯片和3D AI VDPU SoC芯片提供3D視覺解決方案，應(yīng)用于機器人和醫(yī)療等領(lǐng)域。其3D智能相機模組在生物識別、機器視覺和智能家居等領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

神頂科技：

神頂科技的3D智能感知融合SoC芯片平臺基于Smart Fusion技術(shù)，應(yīng)用于移動機器人、AR/VR和自動駕駛等場景。其VC6801芯片在消費級和工業(yè)級市場中表現(xiàn)出色，并在AR/VR應(yīng)用中顯示出廣闊前景。

為旌科技：

為旌科技的海山VS839系列芯片具備4TOPS的NPU算力，能夠接入多路攝像頭和激光雷達等感知數(shù)據(jù)，實現(xiàn)融合感知。該系列芯片在雙光融合感知、熱成像感知和多模態(tài)感知方面具有創(chuàng)新應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于智能安防、智慧城市和自動駕駛領(lǐng)域。

奧比中光：

奧比中光自研的深度引擎芯片和專用感光芯片應(yīng)用于消費電子、刷臉支付和服務(wù)機器人等領(lǐng)域。其Femto系列iToF相機和結(jié)構(gòu)光產(chǎn)品在國際市場上取得成功，與微軟和英偉達的合作進一步提升了其技術(shù)和市場地位。

聚芯微電子：

聚芯微電子的背照式飛行時間（ToF）傳感器芯片SIF2310具備高精度和低功耗特點，廣泛應(yīng)用于人臉識別、手勢控制和機器視覺等領(lǐng)域。其產(chǎn)品組合包括iToF、dToF和車載激光雷達產(chǎn)品，滿足多樣化需求。

愛芯元智：

愛芯元智專注于高性能、低功耗的AI視覺處理器芯片，支持多種AI視覺任務(wù)。其最新的AX650N SoC芯片具備43.2TOPs的NPU算力，適用于智慧城市、智慧交通等領(lǐng)域。

埃瓦科技：

埃瓦科技以“3D AI視覺，賦能智慧終端”為發(fā)展使命，構(gòu)建了從芯片、算法到系統(tǒng)方案的產(chǎn)品矩陣。其3D視覺解決方案應(yīng)用于商用機器人、掃地機和AR/VR等智能場景，提供高效易用的3D視覺AI計算平臺。

靈明光子：

靈明光子的高性能光電3D傳感芯片（dToF）應(yīng)用于手機3D模組、激光雷達和其他高性能深度傳感系統(tǒng)。其ADS6401系列SPAD dToF芯片在消費電子設(shè)備中表現(xiàn)出色，并與高通和虹軟合作實現(xiàn)了全球首款dToF電影模式。

元橡科技：

元橡科技的雙目立體視覺芯片及解決方案在自動駕駛技術(shù)中具有重要應(yīng)用。其雙目相機產(chǎn)品搭載自研芯片，內(nèi)置避障和跟隨功能，應(yīng)用于L1-L2級別自動駕駛解決方案。

視海芯圖：

視海芯圖的多模態(tài)AI芯片SH1580具備4TOPS算力，支持CNN、Transformer和點云神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其產(chǎn)品在智能門鎖、金融支付和服務(wù)機器人等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

國產(chǎn)3D機器視覺芯片廠商（部分），來源：與非研究院整理

總結(jié)：3D機器視覺發(fā)展面臨的趨勢和挑戰(zhàn)

3D機器視覺技術(shù)相比2D視覺技術(shù)更為復(fù)雜，涉及高度和深度的信息處理，需要多核CPU和GPU的強大計算能力以及復(fù)雜的光學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計。這使得3D機器視覺能夠捕捉三維空間的完整幾何信息，識別物體的平面信息，并獲取高度、深度等空間信息。盡管3D機器視覺技術(shù)在多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，其市場規(guī)模目前相對較小，但增長潛力巨大。預(yù)計未來五年內(nèi)，3D機器視覺領(lǐng)域?qū)⒂兄辽?0倍的增長空間，尤其在物流科技領(lǐng)域，增長空間可能超過一百倍。然而，高成本仍然是其普及的一大障礙。目前國內(nèi)3D相機價格一般在5-7萬元人民幣，進口相機價格則在10萬元以上。這一高成本導(dǎo)致批量應(yīng)用困難，從而減緩了市場拓展速度。盡管3D機器視覺技術(shù)的優(yōu)勢明顯，2D視覺系統(tǒng)并未被完全淘汰。實際上，3D機器視覺通常作為2D視覺的補充，在需要高精度和復(fù)雜處理的場合發(fā)揮作用。因此，2D和3D視覺系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中相輔相成，共同推動視覺技術(shù)的發(fā)展。

3D機器視覺技術(shù)趨勢，來源：與非研究院整理

3D機器視覺在中國的崛起以傳統(tǒng)機器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)，正在迎來爆發(fā)期。越來越多的國產(chǎn)芯片廠商開始推出集3D視覺感知、人工智能及SLAM于一體的高級集成度3D視覺芯片，通過高精度傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合算法、人工智能算法和SLAM技術(shù)，實現(xiàn)對三維空間信息的高效、精準(zhǔn)計算和分析。

筆者認為，雖然目前3D機器視覺技術(shù)在多個領(lǐng)域擁有廣闊前景，但仍存在不同的挑戰(zhàn)。一方面是市場需求，目前用量最多的領(lǐng)域仍然集中在掃地機器人、智能門鎖等消費類領(lǐng)域，其余細分市場單一用量太小。另一方面是供應(yīng)鏈問題，過往產(chǎn)業(yè)鏈中的大多數(shù)公司從低維度切入3D相機硬件集成和機器視覺算法優(yōu)化，未能解決國產(chǎn)3D視覺芯片“缺芯少魂”的困境，依賴于國外芯片供貨周期長和供應(yīng)鏈不可控問題。第三是競爭激烈，資本涌入加劇了內(nèi)卷和盲目擴張問題，改變了公司之間的合作與競爭格局。芯片廠商面臨激烈競爭不得不也下場去做模塊和方案，業(yè)務(wù)模式越來越重，也給中小企業(yè)和集成商帶來壓力。

展望未來，隨著低空經(jīng)濟、服務(wù)/人形機器人產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)，3D機器視覺芯片的需求還將面臨新的增長，而國產(chǎn)芯片廠商則需要找準(zhǔn)自己的定位，深耕某一個細分市場，才能構(gòu)筑起自己的護城河，避免“內(nèi)卷”和資源浪費。