2020年中國(guó)紅外線軍用領(lǐng)域與民用領(lǐng)域應(yīng)用分析[圖]

    紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，又稱紅外光、 紅外熱輻射，是波長(zhǎng)介乎微波與可見光之間的電磁波，波長(zhǎng)在 0.76 至 1,000 微米之間。 紅外線是自然界中存在最為廣泛的輻射，所有溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的物質(zhì)都不斷地輻射紅外線，紅外線能量的大小與物體表面的溫度和材料特性直接相關(guān)，溫度越高， 紅外線能量就越大。

    紅外熱成像儀也叫紅外成像系統(tǒng)或紅外探 測(cè)系統(tǒng)，是一種用來探測(cè)目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理等手段， 將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的高科技產(chǎn)品。紅外圖像轉(zhuǎn)換成可見圖像分 三步進(jìn)行，第一步是利用對(duì)紅外輻射敏感的紅外探測(cè)器把紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷蹼娦盘?hào)， 該信號(hào)的大小可以反映出紅外輻射的強(qiáng)弱；第二步是利用后續(xù)電路將微弱的電信號(hào)進(jìn)行 放大和處理，從而清晰地采集到目標(biāo)物體溫度分布情況；第三步是通過圖像處理軟件對(duì) 上述放大后的電信號(hào)進(jìn)行處理，得到電子視頻信號(hào)，電視顯像系統(tǒng)將反映目標(biāo)紅外輻射 分布的電子視頻信號(hào)在屏幕上顯示出來，得到可見圖像。

    紅外熱像儀組成部件及技術(shù)包括紅外光 學(xué)系統(tǒng)、紅外焦平面探測(cè)器、后續(xù)電路、圖像處理軟件。其中，紅外焦平面探測(cè)器是紅 外熱像儀的核心部件，探測(cè)器水平直接決定了最終形成的可見圖像的清晰度和靈敏度。 它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù) 情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出來的電學(xué)效應(yīng)。它也是熱像儀主要成本構(gòu)成，在制 冷熱像儀中，探測(cè)器成本高達(dá) 70%，在非制冷熱像儀中，探測(cè)器成本占據(jù)了 1/3-1/2 左右。

    紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及研發(fā)涉及到材料、集成電路設(shè) 計(jì)、制冷和封裝等多個(gè)學(xué)科，技術(shù)難度很大。自 20 世紀(jì) 40 年代德國(guó)研制出硫化鉛探測(cè) 器以來，紅外技術(shù)有了很大的發(fā)展。紅外探測(cè)器發(fā)展至今可以被劃分為三代，第一代以 分立型為主，元數(shù)在 103 元以下，有線列和小面陣結(jié)構(gòu)；第二代為掃描型和凝視型焦平面 結(jié)構(gòu)，在美國(guó)出現(xiàn) LADAⅠ、LADAⅡ、LADAⅢ型陣列應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的焦平面 陣列，規(guī)模在 103～106 元；第三代以凝視型為主，規(guī)模在 106元以上，且強(qiáng)調(diào)雙波長(zhǎng)（雙 色）或多波長(zhǎng)（多色）響應(yīng)和更強(qiáng)的智能化邏輯處理功能，以及價(jià)格較低的非制冷焦平面陣列等。

三代紅外探測(cè)器代表產(chǎn)品

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    根據(jù)探測(cè)機(jī)理不同，紅外探測(cè)器可分為光子紅外探測(cè)器和熱敏紅外探測(cè)器；根據(jù)工作溫度和制冷需求，分為制冷型和非制冷紅外探測(cè)器；根據(jù)響應(yīng)波長(zhǎng)，可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外探測(cè)器。劃分維度之間不是完全的相互分離，只是維度不同，在實(shí)際中，一種探測(cè)器往往兼具上述的幾個(gè)特征。
非制冷探測(cè)器與制冷探測(cè)器各有優(yōu)勢(shì)：制冷型紅外焦平面探測(cè)器的優(yōu)勢(shì)在于靈敏度高，能夠分辨更細(xì)微的溫度差別，探測(cè)距離遠(yuǎn)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高昂，主要應(yīng)用于高端軍事裝備；非制冷紅外焦平面探測(cè)器無需制冷裝置，能夠在室溫狀態(tài)下工作，具有啟動(dòng)快、功耗低、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。可以滿足一般軍事需求 及大部分民用需求。

    晶圓級(jí)封裝決定紅外探測(cè)器的成本：金屬管殼封裝是最早開始采用的封裝技術(shù)，技術(shù)已非常成熟，由于采用了金屬管殼、TEC和吸氣劑等成本較高的部件，導(dǎo)致金屬管殼封裝 的成本一直居高不下，使其在低成本器件上的應(yīng)用受到限制。陶瓷管殼封裝是近年來逐 漸普及的紅外探測(cè)器封裝技術(shù)，可顯著減小封裝后探測(cè)器的體積和重量，且從原材料成本和制造成本上都比傳統(tǒng)的金屬管殼封裝大為降低，適合大批量電子元器件的生產(chǎn)，但是尺寸仍過大，成本仍然較高。

    晶圓級(jí)封裝是與陶瓷管殼封裝技術(shù)相比，晶圓級(jí)封裝技術(shù)的集成度更高，工藝步驟也 有所簡(jiǎn)化，更適合大批量和低成本生產(chǎn)。晶圓級(jí)封裝技術(shù)的應(yīng)用為紅外熱成像的大規(guī)模市場(chǎng)（如車載、監(jiān)控、手持設(shè)備等）提供了具有足夠性價(jià)比的探測(cè)器。晶圓級(jí)封裝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以提高封裝效率，降低核心器件體積，做到了小型化、低功耗、低成本，給拓展民用領(lǐng)域提供了更多可能性。應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋個(gè)人視覺、工業(yè)檢測(cè)、檢驗(yàn)檢疫、智慧 家居、消費(fèi)電子、警用執(zhí)法等。

    紅外熱成像儀最早運(yùn)用在軍事領(lǐng)域：紅外熱成像儀能在完全黑暗的環(huán)境下探測(cè)到物體， 即使在有煙霧、粉塵的情況下也不需要可見光光源，因此可以全天候使用。紅外熱成像 儀以被動(dòng)的方式探測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射，比其他帶光源的主動(dòng)成像系統(tǒng)更具有隱蔽性。 由于紅外熱成像具有隱蔽性好、抗干擾性強(qiáng)、目標(biāo)識(shí)別能力強(qiáng)、全天候工作等特點(diǎn)，所 以被應(yīng)用于軍事偵察、監(jiān)視和制導(dǎo)等方面，在武器裝備中得到廣泛應(yīng)用。

紅外成像在軍用領(lǐng)域應(yīng)用

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    世界軍用紅外未來市場(chǎng)被歐美主導(dǎo)：出于紅外熱成像儀的軍事敏感性，軍用產(chǎn)品往往以國(guó)家為單位實(shí)施產(chǎn)品和技術(shù)壟斷，尤其各技術(shù)領(lǐng)先國(guó)對(duì)軍用紅外熱像產(chǎn)品和技術(shù)高度保密，導(dǎo)致不同國(guó)家的紅外熱成像儀企業(yè)之間在軍用領(lǐng)域一般不會(huì)產(chǎn)生直接的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

    具體看來，本行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)主體集中在美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)和以色列等國(guó)。其中美國(guó)以強(qiáng)大的科研優(yōu)勢(shì)保持領(lǐng)先，在國(guó)際軍品市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。

    世界軍用紅外未來市場(chǎng)空間：軍用紅外產(chǎn)品從上世紀(jì)70-80年代起就逐步應(yīng)用于海陸空戰(zhàn)場(chǎng)上，經(jīng)過多年的技術(shù)迭代及產(chǎn)品換代，目前紅外產(chǎn)品在美國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家軍隊(duì)的 普及率較高，市場(chǎng)趨于穩(wěn)定。同時(shí)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于紅外成像采取嚴(yán)格的技術(shù)封鎖及 產(chǎn)品禁運(yùn)政策，也制約了全球軍品市場(chǎng)規(guī)模的大幅增長(zhǎng)。預(yù)測(cè)，2023年全球軍用紅外市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到107.95億美元。目前國(guó)際軍用 紅外熱成像儀市場(chǎng)主要被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)主導(dǎo)占據(jù)，因各國(guó)保持高度軍事敏感性，限制或禁止向國(guó)外出口，大部分市場(chǎng)集中在歐美地區(qū)。統(tǒng)計(jì)，2014 年全球軍用紅外熱成像儀系統(tǒng)市場(chǎng)中，北美占50%，歐洲占18%，亞洲地區(qū)目前市場(chǎng)份額占12%，未來市場(chǎng)空間巨大。

2014-2023年全球軍用紅外市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

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全球軍用紅外熱像儀系統(tǒng)銷售區(qū)域占比

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    我國(guó)軍用紅外市場(chǎng)潛力巨大：與國(guó)際市場(chǎng)相比，我國(guó)的軍用市場(chǎng)由于底子薄，仍處在大力追趕階段。近年來紅外熱像儀在我國(guó)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用處于快速提升階段，包括單兵、坦克裝甲車輛、艦船、軍機(jī)和紅外制導(dǎo)武器在內(nèi)的紅外裝備市場(chǎng)將迎來快速發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)軍用紅外熱像儀市場(chǎng)正快速發(fā)展，屬于朝陽行業(yè)，市場(chǎng)容量巨大。我國(guó)軍用紅外市 場(chǎng)規(guī)模約 340 億：我國(guó)的軍隊(duì)人員數(shù)量約為 200 萬人，如果未來我軍 10%的部隊(duì)裝備紅 外熱像儀，則我國(guó)單兵用紅外熱像儀市場(chǎng)容量可達(dá)到 20 萬套，以每套 2 萬元來計(jì)算，其市場(chǎng)容量可達(dá) 40 億元。此外，考慮到軍機(jī)、坦克等市場(chǎng)，我國(guó)軍用紅外市場(chǎng)總?cè)萘炕蜻_(dá) 300 億元以上，假設(shè)紅外系統(tǒng)更新周期為 10 年，每年的市場(chǎng)規(guī)模平均在 30 億元以上。

    紅外在民用領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛：在民用領(lǐng)域，紅外熱成像儀行業(yè)已充分實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化 競(jìng)爭(zhēng)，各企業(yè)面向市場(chǎng)自由競(jìng)爭(zhēng)。隨著非制冷紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，紅外熱成像儀在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其民用市場(chǎng)保持著很快的增長(zhǎng)速度，增長(zhǎng)幅度要遠(yuǎn)大于軍用領(lǐng)域。紅外熱成像儀在民用市場(chǎng)消費(fèi)額的快速增長(zhǎng)主要來源于產(chǎn)品成本下降帶來新應(yīng) 用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，隨著紅外熱成像儀在電力、建筑、執(zhí)法、消防、車載等行業(yè)應(yīng)用的推廣，國(guó)際民用紅外熱成像儀行業(yè)將迎來市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)期。

紅外成像在民用領(lǐng)域應(yīng)用

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    2023 年全球民用紅外市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 74.65 億美元。預(yù)測(cè)，在全球民用紅外市場(chǎng)主要細(xì)分領(lǐng)域中，增長(zhǎng)最迅速的是個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域，2014 年至 2019 年預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 17.41%，其中智能 手機(jī)熱像儀更是達(dá)到 40.99%。安防監(jiān)控及輔助駕駛市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率也在 10%以上。

2014-2023年全球民用紅外市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

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    目前北美市場(chǎng)占據(jù)了全球 60%以上的紅外熱像產(chǎn)品份額， 歐洲和亞洲市場(chǎng)則正處于快速發(fā)展階段。民用領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力最強(qiáng)的業(yè)內(nèi)公司為 FLIR，該公司于 20 世紀(jì) 80 年代推出第一臺(tái)民用紅外熱成像儀，目前已成為世界上規(guī)模最大、品 種最齊全的紅外熱成像儀產(chǎn)品供應(yīng)商。2014 年該公司占據(jù)了全球民用紅外熱成像儀市場(chǎng) 40%的市場(chǎng)份額，其中測(cè)溫類紅外熱成像儀領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率高達(dá) 61%。另外，F(xiàn)luke Corporation、ULIS、我國(guó)的高德紅外、大立科技公司等也都是民用紅外熱成像儀領(lǐng)域較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)者。

    我國(guó)民用紅外市場(chǎng)快速增長(zhǎng)：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)紅外成像產(chǎn)品的普及，市場(chǎng)對(duì)于紅外熱成像儀的需求也日趨旺盛。除了傳統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)外，未來將有更多新興市場(chǎng)需求成為紅外成像市場(chǎng)新的增長(zhǎng)極。在安防監(jiān)控領(lǐng)域：據(jù)中國(guó)安防網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，美英兩國(guó)每千人配備監(jiān)控?cái)z像機(jī)的數(shù)量分別是96臺(tái)和75臺(tái)，而我國(guó)一線城市北上廣深四地的千人均監(jiān)控?cái)z像機(jī)數(shù)量均值約為41臺(tái)，僅為美國(guó)均值的43%。二線城市和三線城市的千人均數(shù)量均在10臺(tái)以下?？傮w來看，我國(guó)安防攝像頭滲透率仍有待提升，且隨著我國(guó)智慧城市、平安城市投建，二、三線城市安防市場(chǎng)空間打開，我國(guó)視頻安防仍有很大的提升空間。
紅外體溫檢測(cè)儀能夠檢測(cè)人體體溫，在新型冠狀病毒感染肺炎防護(hù)過程中可以起到初步篩查潛在感染患者的關(guān)鍵作用。體溫檢測(cè)是疫情檢測(cè)的第一關(guān)口，紅外體溫檢測(cè)儀在公眾場(chǎng)所對(duì)疑似患者甄別發(fā)揮了重要作用，是打贏疫情防控戰(zhàn)的重要裝備。紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。待測(cè)目標(biāo)的紅 外輻射信號(hào)，經(jīng)過光學(xué)接收器傳輸給調(diào)制器濾除大面積的背景干擾信號(hào)，然后經(jīng)過紅外 探測(cè)器將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路，并按照一定 的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后，最終可轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。紅外體溫檢測(cè)儀與水銀體溫計(jì)、電子體溫計(jì)等常見家用體溫計(jì)相比，效率更高，使用更加方便，且無需對(duì)人體直接接觸即可工作，使用過程更加衛(wèi)生。因此，在人流密集的交通關(guān)口、醫(yī)院、小區(qū)等 公共場(chǎng)合更為適用，也成為在當(dāng)前疫情防護(hù)過程中重要的醫(yī)療物資之一。

    此次疫情中廣泛使用的紅外體溫探測(cè)儀分為全自動(dòng)和手持紅外兩種類型，手持式市場(chǎng)需求量更大，但產(chǎn)值占比較小。其中，全自動(dòng)紅外體溫檢測(cè)儀分為立式、門式等形態(tài)，它的特點(diǎn)是不需要專人操作即可對(duì)體溫異常的目標(biāo)人群進(jìn)行主動(dòng)報(bào)警?？捎糜跈C(jī)場(chǎng)、地鐵、 車站等人流較大的公共場(chǎng)所。手持紅外體溫檢測(cè)儀則需要專門人員人為手持操作測(cè)量，一般需對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)人員額頭、耳朵等部位，結(jié)果可在短時(shí)間內(nèi)顯示。與全自動(dòng)檢測(cè)儀相比，手持式應(yīng)用場(chǎng)景更靈活，且價(jià)格更加低廉，因此其市場(chǎng)需求量要遠(yuǎn)大于全自動(dòng)式。2019 年手持式的產(chǎn)量約是全自動(dòng)式的 10 倍。然而由于單價(jià)差距明顯，手持式僅占總體產(chǎn)值的 5%，全自動(dòng)式占了剩下的 95%。 在疫情影響下，市場(chǎng)需求有望得到釋放，兩種體溫探測(cè)器產(chǎn)能都將得到進(jìn)一步刺激。

    2020 年受新型冠狀病毒感染的肺炎疫情影響，國(guó)內(nèi)紅外體溫檢測(cè)儀產(chǎn)能將有望得到空前釋放。

    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)品行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀及投資前景規(guī)劃報(bào)告》