2020年中國紅外線軍用領域與民用領域應用分析[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，是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，波長在 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，所有溫度高于絕對零度（-273℃）的物質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，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 測系統(tǒng)，是一種用來探測目標物體的紅外輻射，并通過光電轉換、電信號處理等手段， 將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的高科技產(chǎn)品。紅外圖像轉換成可見圖像分 三步進行，第一步是利用對紅外輻射敏感的紅外探測器把紅外輻射轉變?yōu)槲⑷蹼娦盘枺?該信號的大小可以反映出紅外輻射的強弱；第二步是利用后續(xù)電路將微弱的電信號進行 放大和處理，從而清晰地采集到目標物體溫度分布情況；第三步是通過圖像處理軟件對 上述放大后的電信號進行處理，得到電子視頻信號，電視顯像系統(tǒng)將反映目標紅外輻射 分布的電子視頻信號在屏幕上顯示出來，得到可見圖像。

    紅外熱像儀組成部件及技術包括紅外光 學系統(tǒng)、紅外焦平面探測器、后續(xù)電路、圖像處理軟件。其中，紅外焦平面探測器是紅 外熱像儀的核心部件，探測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相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數(shù) 情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出來的電學效應。它也是熱像儀主要成本構成，在制 冷熱像儀中，探測器成本高達 70%，在非制冷熱像儀中，探測器成本占據(jù)了 1/3-1/2 左右。

    紅外探測器的設計、生產(chǎn)及研發(fā)涉及到材料、集成電路設 計、制冷和封裝等多個學科，技術難度很大。自 20 世紀 40 年代德國研制出硫化鉛探測 器以來，紅外技術有了很大的發(fā)展。紅外探測器發(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，有線列和小面陣結構；第二代為掃描型和凝視型焦平面 結構，在美國出現(xiàn) LADAⅠ、LADAⅡ、LADAⅢ型陣列應用的基礎上發(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，且強調雙波長（雙 色）或多波長（多色）響應和更強的智能化邏輯處理功能，以及價格較低的非制冷焦平面陣列等。

三代紅外探測器代表產(chǎn)品

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    根據(jù)探測機理不同，紅外探測器可分為光子紅外探測器和熱敏紅外探測器；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器；根據(jù)響應波長，可分為近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外探測器。劃分維度之間不是完全的相互分離，只是維度不同，在實際中，一種探測器往往兼具上述的幾個特征。
非制冷探測器與制冷探測器各有優(yōu)勢：制冷型紅外焦平面探測器的優(yōu)勢在于靈敏度高，能夠分辨更細微的溫度差別，探測距離遠，但是其結構復雜且成本高昂，主要應用于高端軍事裝備；非制冷紅外焦平面探測器無需制冷裝置，能夠在室溫狀態(tài)下工作，具有啟動快、功耗低、體積小、重量輕、壽命長、成本低等諸多優(yōu)點?？梢詽M足一般軍事需求 及大部分民用需求。

    晶圓級封裝決定紅外探測器的成本：金屬管殼封裝是最早開始采用的封裝技術，技術已非常成熟，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用受到限制。陶瓷管殼封裝是近年來逐 漸普及的紅外探測器封裝技術，可顯著減小封裝后探測器的體積和重量，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。

    晶圓級封裝是與陶瓷管殼封裝技術相比，晶圓級封裝技術的集成度更高，工藝步驟也 有所簡化，更適合大批量和低成本生產(chǎn)。晶圓級封裝技術的應用為紅外熱成像的大規(guī)模市場（如車載、監(jiān)控、手持設備等）提供了具有足夠性價比的探測器。晶圓級封裝技術的實現(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，給拓展民用領域提供了更多可能性。應用領域涵蓋個人視覺、工業(yè)檢測、檢驗檢疫、智慧 家居、消費電子、警用執(zhí)法等。

    紅外熱成像儀最早運用在軍事領域：紅外熱成像儀能在完全黑暗的環(huán)境下探測到物體， 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 儀以被動的方式探測物體發(fā)出的紅外輻射，比其他帶光源的主動成像系統(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、目標識別能力強、全天候工作等特點，所 以被應用于軍事偵察、監(jiān)視和制導等方面，在武器裝備中得到廣泛應用。

紅外成像在軍用領域應用

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    世界軍用紅外未來市場被歐美主導：出于紅外熱成像儀的軍事敏感性，軍用產(chǎn)品往往以國家為單位實施產(chǎn)品和技術壟斷，尤其各技術領先國對軍用紅外熱像產(chǎn)品和技術高度保密，導致不同國家的紅外熱成像儀企業(yè)之間在軍用領域一般不會產(chǎn)生直接的市場競爭。

    具體看來，本行業(yè)的競爭主體集中在美國、法國、英國和以色列等國。其中美國以強大的科研優(yōu)勢保持領先，在國際軍品市場占據(jù)絕對主導地位。

    世界軍用紅外未來市場空間：軍用紅外產(chǎn)品從上世紀70-80年代起就逐步應用于海陸空戰(zhàn)場上，經(jīng)過多年的技術迭代及產(chǎn)品換代，目前紅外產(chǎn)品在美國、法國等發(fā)達國家軍隊的 普及率較高，市場趨于穩(wěn)定。同時，西方發(fā)達國家對于紅外成像采取嚴格的技術封鎖及 產(chǎn)品禁運政策，也制約了全球軍品市場規(guī)模的大幅增長。預測，2023年全球軍用紅外市場規(guī)模將達到107.95億美元。目前國際軍用 紅外熱成像儀市場主要被歐美發(fā)達國家企業(yè)主導占據(jù)，因各國保持高度軍事敏感性，限制或禁止向國外出口，大部分市場集中在歐美地區(qū)。統(tǒng)計，2014 年全球軍用紅外熱成像儀系統(tǒng)市場中，北美占50%，歐洲占18%，亞洲地區(qū)目前市場份額占12%，未來市場空間巨大。

2014-2023年全球軍用紅外市場規(guī)模及預測

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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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    我國軍用紅外市場潛力巨大：與國際市場相比，我國的軍用市場由于底子薄，仍處在大力追趕階段。近年來紅外熱像儀在我國軍事領域的應用處于快速提升階段，包括單兵、坦克裝甲車輛、艦船、軍機和紅外制導武器在內的紅外裝備市場將迎來快速發(fā)展階段。國內軍用紅外熱像儀市場正快速發(fā)展，屬于朝陽行業(yè)，市場容量巨大。我國軍用紅外市 場規(guī)模約 340 億：我國的軍隊人員數(shù)量約為 200 萬人，如果未來我軍 10%的部隊裝備紅 外熱像儀，則我國單兵用紅外熱像儀市場容量可達到 20 萬套，以每套 2 萬元來計算，其市場容量可達 40 億元。此外，考慮到軍機、坦克等市場，我國軍用紅外市場總容量或達 300 億元以上，假設紅外系統(tǒng)更新周期為 10 年，每年的市場規(guī)模平均在 30 億元以上。

    紅外在民用領域的應用更加廣泛：在民用領域，紅外熱成像儀行業(yè)已充分實現(xiàn)市場化 競爭，各企業(yè)面向市場自由競爭。隨著非制冷紅外熱成像技術的發(fā)展，紅外熱成像儀在民用領域得到了廣泛的應用，其民用市場保持著很快的增長速度，增長幅度要遠大于軍用領域。紅外熱成像儀在民用市場消費額的快速增長主要來源于產(chǎn)品成本下降帶來新應 用領域的不斷擴大，隨著紅外熱成像儀在電力、建筑、執(zhí)法、消防、車載等行業(yè)應用的推廣，國際民用紅外熱成像儀行業(yè)將迎來市場需求的快速增長期。

紅外成像在民用領域應用

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    2023 年全球民用紅外市場規(guī)模將達到 74.65 億美元。預測，在全球民用紅外市場主要細分領域中，增長最迅速的是個人消費領域，2014 年至 2019 年預計年復合增長率達到 17.41%，其中智能 手機熱像儀更是達到 40.99%。安防監(jiān)控及輔助駕駛市場的年復合增長率也在 10%以上。

2014-2023年全球民用紅外市場規(guī)模及預測

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    目前北美市場占據(jù)了全球 60%以上的紅外熱像產(chǎn)品份額， 歐洲和亞洲市場則正處于快速發(fā)展階段。民用領域競爭實力最強的業(yè)內公司為 FLIR，該公司于 20 世紀 80 年代推出第一臺民用紅外熱成像儀，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)品供應商。2014 年該公司占據(jù)了全球民用紅外熱成像儀市場 40%的市場份額，其中測溫類紅外熱成像儀領域的市場占有率高達 61%。另外，F(xiàn)luke Corporation、ULIS、我國的高德紅外、大立科技公司等也都是民用紅外熱成像儀領域較強的競爭者。

    我國民用紅外市場快速增長：隨著我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，國內紅外成像產(chǎn)品的普及，市場對于紅外熱成像儀的需求也日趨旺盛。除了傳統(tǒng)應用行業(yè)外，未來將有更多新興市場需求成為紅外成像市場新的增長極。在安防監(jiān)控領域：據(jù)中國安防網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年，美英兩國每千人配備監(jiān)控攝像機的數(shù)量分別是96臺和75臺，而我國一線城市北上廣深四地的千人均監(jiān)控攝像機數(shù)量均值約為41臺，僅為美國均值的43%。二線城市和三線城市的千人均數(shù)量均在10臺以下?？傮w來看，我國安防攝像頭滲透率仍有待提升，且隨著我國智慧城市、平安城市投建，二、三線城市安防市場空間打開，我國視頻安防仍有很大的提升空間。
紅外體溫檢測儀能夠檢測人體體溫，在新型冠狀病毒感染肺炎防護過程中可以起到初步篩查潛在感染患者的關鍵作用。體溫檢測是疫情檢測的第一關口，紅外體溫檢測儀在公眾場所對疑似患者甄別發(fā)揮了重要作用，是打贏疫情防控戰(zhàn)的重要裝備。紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。待測目標的紅 外輻射信號，經(jīng)過光學接收器傳輸給調制器濾除大面積的背景干擾信號，然后經(jīng)過紅外 探測器將紅外輻射信號轉變成電信號，該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照一定 的算法和目標發(fā)射率校正后，最終可轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。紅外體溫檢測儀與水銀體溫計、電子體溫計等常見家用體溫計相比，效率更高，使用更加方便，且無需對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口、醫(yī)院、小區(qū)等 公共場合更為適用，也成為在當前疫情防護過程中重要的醫(yī)療物資之一。

    此次疫情中廣泛使用的紅外體溫探測儀分為全自動和手持紅外兩種類型，手持式市場需求量更大，但產(chǎn)值占比較小。其中，全自動紅外體溫檢測儀分為立式、門式等形態(tài)，它的特點是不需要專人操作即可對體溫異常的目標人群進行主動報警?？捎糜跈C場、地鐵、 車站等人流較大的公共場所。手持紅外體溫檢測儀則需要專門人員人為手持操作測量，一般需對準目標人員額頭、耳朵等部位，結果可在短時間內顯示。與全自動檢測儀相比，手持式應用場景更靈活，且價格更加低廉，因此其市場需求量要遠大于全自動式。2019 年手持式的產(chǎn)量約是全自動式的 10 倍。然而由于單價差距明顯，手持式僅占總體產(chǎn)值的 5%，全自動式占了剩下的 95%。 在疫情影響下，市場需求有望得到釋放，兩種體溫探測器產(chǎn)能都將得到進一步刺激。

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

    相關報告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國遠紅外線產(chǎn)品行業(yè)市場競爭現(xiàn)狀及投資前景規(guī)劃報告》