一、紅外成像行業(yè)概況

紅外熱成像技術(shù)歷經(jīng)三代，制冷光子型探測器和非制冷熱式探測器并行發(fā)展。從技術(shù)發(fā)展的歷史看，現(xiàn)代紅外探測器技術(shù)是從20世紀(jì)40年代的制冷光子型單元紅外探測器開始的，后來發(fā)展出線列探測器，再到今天的焦平面探測器和雙色探測器，已發(fā)展到第三代。非制冷型紅外焦平面技術(shù)屬于第三代紅外探測器技術(shù)，由美國霍尼韋爾公司于上個世紀(jì)九十年代中期研發(fā)成功，并于2000年前后實現(xiàn)商用。

三代紅外熱成像技術(shù)的一般性卻別對照

二、紅外成像民用市場現(xiàn)狀分析

隨著紅外探測器技術(shù)的成熟，各種適于民用的低成本紅外探測器不斷問世，它在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，紅外熱成像儀被廣泛應(yīng)用于電力、建筑、執(zhí)法、消防、車載等行業(yè)。除了傳統(tǒng)應(yīng)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。

紅外產(chǎn)品的民用市場應(yīng)用

近年來，全球民用紅外市場規(guī)?？焖僭鲩L，據(jù)統(tǒng)計，截至2019年全球民用紅外市場規(guī)模約為50.41億美元，預(yù)計到2023年全球民用紅外市場規(guī)模將達到74.65億美元。

2014-2019年全球民用紅外市場規(guī)模及增長

三、我國紅外成像產(chǎn)業(yè)市場現(xiàn)狀分析

從紅外成像儀細(xì)分市場來看，預(yù)計到2024年熱成像、監(jiān)控、消防、個人視覺系統(tǒng)、加固型智能手機、軍事及其他紅外成像儀市場分別占比24%、12%、9%、9%、7%、34%、5%。

2018-2024年紅外成像儀細(xì)分市場占比走勢

目前我國紅外熱像儀產(chǎn)品市場還處于發(fā)展期，與國外成熟市場相比還有很大的增長潛力。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)市場對于紅外熱像儀的需求也日趨旺盛。由于紅外熱像儀產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，且能為人們生產(chǎn)生活提供極大的便利性，預(yù)計未來紅外熱像儀的市場需求將保持穩(wěn)定增長的態(tài)勢。

我國民用紅外熱像儀市場規(guī)模及單價測算

四、紅外成像行業(yè)競爭格局分析

目前民用市場競爭相對充分，全球市場份額主要為歐美廠商所占據(jù)。據(jù)統(tǒng)計，民用領(lǐng)域競爭實力最強的業(yè)內(nèi)公司為FLIR，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。FLIR占據(jù)了全球民用紅外熱成像儀市場66.3%的市場份額。

全球非制冷紅外熱成像儀競爭格局

國內(nèi)紅外成像產(chǎn)品設(shè)計和制造能力較強的企業(yè)包括睿創(chuàng)微納、高德紅外、大立科技、北方廣微和?？滴⒂啊Ｆ渲蓄?chuàng)微納是國內(nèi)目前唯一一家能夠批量提供10微米級非制冷紅外探測器的公司，且在2019年8月，公司發(fā)布1280×1024/10μm百萬級像素數(shù)字輸出紅外MEMS芯片，為繼美國DRS之后，第二個發(fā)布最小像元間距10微米非制冷紅外探測器的公司，這也是目前國內(nèi)市面上最小像元中心距的焦平面探測器，可提供更清晰細(xì)膩紅外圖像。此外，大立科技于2019年8月，成功研制出600萬像素，3072×2048/12μm紅外探測器，是目前最高像素的紅外探測器。

紅外成像主要企業(yè)技術(shù)研發(fā)情況對比

五、紅外成像的原理分析

紅外熱像儀成像時，目標(biāo)物體的某個單位面積與圖像的某一像素相對應(yīng)，像素的灰度值就是熱像儀輸出的視頻信號幅度Us經(jīng)過放大、量化后得到的電壓。

非制冷紅外成像框圖

六、紅外焦平面陣列未來發(fā)展方向

1、芯片上的A/D轉(zhuǎn)換

過去幾年，A/D轉(zhuǎn)換電路技術(shù)發(fā)展很快，特別是與紅外焦平面陣列讀出帶寬相似的聲頻帶寬A/D轉(zhuǎn)換用的低功率電路技術(shù)已經(jīng)按常規(guī)達到16位的水平。一種在50kHz時，分辨率為18位的4階增量A/D轉(zhuǎn)換器已被推薦應(yīng)用于空間技術(shù)。

2、光子記數(shù)

紅外焦平面陣列中的光子記數(shù)可通過兩種方法實現(xiàn)∶

（1）在讀出之前將光電子放大;

（2）用晶胞電子部件中的高增益計算單個的光電子。

雖然目前已經(jīng)為一些專門的低背景、長波長應(yīng)用部件研制了固態(tài)光電倍增管器件，但是類似的放大在一個較寬的波長范圍內(nèi)還是有用的。

3、光學(xué)讀出

典型的杜瓦瓶連接線伴隨有電容和熱負(fù)載，為此人們已開始探索焦平面陣列的光學(xué)讀出。

（1）加利福尼亞阿祖薩的Aerojet公司已提出用光學(xué)信號為低溫焦平面陣列提供計時和功率。

（2）噴氣推進實驗室已開始調(diào)查焦平面上的光學(xué)調(diào)制器在焦平面陣列模擬光學(xué)讀出方面的使用情況。

4、靈巧焦平面

原理上，增加焦平面上的處理量可以降低空間載科學(xué)遙感器的數(shù)據(jù)傳輸要求。然而，科學(xué)界一般對這種方法持不贊賞態(tài)度。但是，未來的一些光譜繪圖飛行任務(wù)可能會有降低深空間通訊帶寬的要求。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路在焦平面上或許能得到有效使用，它可以用于識別某些光譜特征，對具體數(shù)據(jù)進行分類或加標(biāo)記，以減小傳輸帶寬或啟用其它更高級的功能。這種用于成像光譜儀的光譜神經(jīng)處理技術(shù)是噴氣推進實驗室最近提出的。