<sub id="1prfr"></sub>

          • 歡迎訪問中國光電光電子行業網! 主辦單位:中國光學光電子行業協會
          紅外探測技術的應用領域及市場格局
          發布時間:2022-02-15    來源:中信建投黎韜揚 王春陽   閱讀次數:1571 分享到:
          一、 紅外線在自然界中普遍存在,紅外探測器可捕捉紅外線信號成像

          物理學上定義紅外線的波長在 0.75~1000μm 之間,是在可見光外的一種電磁波。紅外線是一種肉眼看不 見的光線,一切溫度高于絕對零度(-273℃)的物體時刻都在發射紅外線,溫度越高,輻射的紅外線的能量越 大。根據波長可將紅外線進一步劃分為四類:1)波長在 0.75~3μm 之間稱為近紅外或短波紅外,2)波長在 3~6 μm 之間稱為中紅外或者中波紅外,3)波長范圍在 6~15μm 稱為遠紅外或者遠波紅外,4)波長在 15~1000μm 之間為極遠紅外。

          紅外線可被紅外探測儀捕捉識別,紅外熱成像技術可以在完全無光的情況下,突破霧霾、煙塵等惡劣環境 影響,觀測到十幾公里乃至上百公里以外的目標。具有作用距離遠、抗干擾性好、可全天候、全天時工作等優 點。是當今夜視、夜戰、精確打擊的核心技術,廣泛應用在國防高科技、民用市場等領域。

          不同波長紅外探測儀呈現原理不同,短波紅外探測儀主要用于短距離探測,中長波紅外探測儀用于長距離 探測,中長波紅外探測儀多用于軍事用途。短波紅外探測儀成像原理是利用物體反射大氣中普遍存在的月光星 光等短波紅外光線,通過捕捉這類物體反射的紅外線生成夜視圖像,更像是增強視力,多與可見光結合使用。 優點是重量輕、體積小,價格便宜,圖像清晰,適用和維修方便,缺點是穿透性差,易受外部光源的影響產生 過曝,作用距離短。中、長波紅外探測儀用于捕捉物體自身散發的中長波紅外線。在 220K 到 380K 溫度區間, 目標散發多為長波紅外,因此更適合長波紅外探測器,而隨著溫度的升高中波紅外的絕對輻射量迅速增加,有 效輻射比例大幅提升,因此更適用于中波紅外探測。中波紅外在雨天、霧天等高濕度氣候條件下穿透性尤其強, 長波紅外在沙塵條件下的穿透距離較其他波段紅外的距離更長。中長波紅外多用于艦載、導引頭、機載等軍事 武器。

          通常情況下,紅外探測器主要分為制冷和非制冷兩大類。依據工作原理的不同可分為光子探測器和熱輻射 探測器兩類,依據對工作環境的需求不同可分為制冷紅外探測器和非制冷紅外探測器。光子探測器的工作原理 是入射光子與探測器材料產生的光電效應,需要在低溫環境下進行,因此一般需要配備制冷器;而熱探測器的 原理是通過探測器中的熱敏材料接觸目標所散發的紅外線產生的熱效應,在室溫環境下可正常工作,無需制冷, 因此一般情況下,光子探測器屬于制冷型紅外探測器,熱探測器屬于非制冷型紅外探測器。

          制冷紅外探測器性能優越,多用于軍事領域。制冷型紅外探測器一般指的是以半導體的光電效應為原理的 紅外探測器,而光電效應需要在低溫環境下進行,因此此類探測器會配備制冷系統,制冷型紅外探測器具有靈 敏度高,響應迅速,探測距離遠,噪聲等效溫差性能優越,并憑借性能的優勢幾乎壟斷了高端軍事如末端制導、告警系統、軍事紅外搜索和跟蹤,紅外探雷等領域。目前主流的第三代制冷型紅外探測器的材料主要包括碲鎘 汞(Hg1-xCdxTe),量子阱光探測(QWIPs)、II 類超晶格(II-SLs)與量子點光探測(QDIPs)四種。其中二 類超晶格是未來發展方向,而目前主流的制冷紅外探測器仍然使用碲鎘汞作為核心材料。

          非制冷紅外探測器體積小、價格低,多用于民用領域。非制冷紅外探測器即無需制冷系統在常溫環境下可 正常工作的紅外探測器,具有重量輕,占用空間小,價格便宜、啟動快等特點,在部分軍事領域如單兵夜視裝 備以及大部分民用紅外領域得到廣泛的應用。非制冷探測器主要有氧化釩和非晶硅兩種技術路線。

          二、紅外探測器是關鍵部件,紅外芯片是核心技術

          紅外熱像儀由紅外光學系統、紅外探測器和電路系統構成,其中紅外探測器是核心,芯片制造則是紅外探 測器的關鍵技術。紅外熱成像儀通過捕捉物體散發的紅外線進行偵查檢測等活動,其工作原理是紅外輻射通過 紅外光學系統照射到紅外探測器上,紅外探測器將捕捉到的紅外輻射轉化為電信號,根據輻射蘊含能量的高低, 電信號也會呈現強弱不同的變化,再通過電路處理將轉化的電信號放大、處理后,以圖像的方式顯示出來。

          像元是紅外探測器芯片的基礎單元,是決定紅外探測儀性能的關鍵因素。紅外焦平面探測器所有 M×N 個 像元排列成陣列,每個像元都是單獨成像的單元,每個像元內部的結構包括熱敏/光敏材料,傳感器,讀出電路 等等。

          紅外探測器的性能指標核心包括陣列規模、噪聲等效溫差(NETD)、像元尺寸。1)陣列規模,表示的是 像元數量的多少,陣列規模越大說明像元數量越大,探測器的性能更加優越;2)NETD,又稱為紅外熱成像的 熱靈敏度,衡量的是紅外探測器區分細微溫差的能力,數值越小代表器件的靈敏度越高,靈敏度與像元尺寸成 反比;3)像元尺寸,表示單個成像單元(像元)的尺寸大小,像元尺寸越小,相同晶片面積上可以制造的焦平 面陣列越大,同時可以大大降低整機的成本和重量。

          影響紅外性能的主要包括熱敏薄膜材料、CMOS 讀出電路以及芯片的真空封裝技術。其中真空封裝技術很 大程度上決定了紅外探測器的性能和成本。紅外探測器的封裝主要有四種類型:金屬封裝、陶瓷封裝、晶圓級 封裝以及像元級封裝,目前業內正從金屬、陶瓷封裝積極向晶圓級封裝升級,像元級封裝仍在研發階段。

          金屬封裝可靠性強、成本高,晶圓級封裝技術先進、成本低但技術難度大。金屬封裝是最早的真空封裝形 式,封裝效果好,惡劣適應性強,可靠性高,但是成本高,陶瓷封裝相對金屬封裝重量輕,無 TEC,成本相對 較低,相較金屬封裝更適合批量生產,而晶圓級封裝是近年來剛趨于成熟的一種封裝技術,可以做到體積更小 重量更輕價格更便宜,主要分為 W2W(Wafer-to-Wafer)和 C2W(Chip-to-Wafer)兩種方式,利用晶圓級封裝 技術,可將紅外熱像儀價格降至千元級別,為民用市場打開了前景。

          三、市場空間:軍品紅外滲透率大幅提升,民品市場蓄勢待發


          3.1 十四五期間武器裝備放量,紅外技術加快滲透


          在建設世界一流軍隊目標的指引下,我國軍工行業需求旺盛。當前,我國軍事力量已由原有的四大軍種轉 變為陸、海、空、火箭、戰略支援、聯勤保障六大軍兵種。我國空中戰力與世界一流水平相比仍有較為明顯的 差距,新型號列裝需求強烈;我國海軍正由“近海防御”向“遠洋海軍”轉變,海軍裝備正遵循由量到質、由 近及遠兩大趨勢發展;陸軍地面裝備機械化程度仍需進一步提升。二〇二七年建軍百年奮斗目標提出加快機械 化信息化智能化融合發展,紅外系統作為信息化的重要技術將得到更快發展。

          軍事細分用途包括紅外偵察、紅外跟蹤、紅外制導、紅外預警、紅外對抗等,可廣泛用于陸地武器、個人 攜帶裝備、航空器、導彈武器、衛星系統、海軍艦艇。根據具體用途,紅外熱像儀主要分為晝夜觀察和熱目標 探測兩大類,其帶來巨大的作戰價值使得各軍事強國紛紛加大對于紅外技術研發的投入,紅外裝備的配備水平 也成為衡量軍隊先進性的重要標準之一。美國法國等軍事強國先入為主,有較高的紅外裝備普及度,我國正處 于快速趕超階段。

          3.1.1 單兵紅外裝備

          紅外因為其全天候工作、目標識別能力強、抗干擾性強、隱蔽性強等特點,可以用于單兵裝備。首先,紅 外裝備克服了傳統武器在夜晚等肉眼不可視情況下的局限性,使得作戰可在全天候進行;其次,目標散發的紅 外線易被觀察,紅外熱成像條件下識別性較強;再者,紅外熱成像的工作原理基于光學,相較于精密電子設備, 抗干擾性較強;最后,單兵配備的紅外裝備是被動式的探測目標的紅外線,有利于作戰的反偵察,隱蔽性強。

          單兵夜視裝備主要包括槍瞄、頭盔夜視、手持夜視及望遠夜視等。目前單兵夜視裝備的發展越來越系統化, 如美國近年來研究開發的“ENVG III/FWS-I 整合式夜視瞄準方案”,是一種增強士兵快速補貨目標能力的瞄具系 統,包括“第三代增強型夜視鏡”(ENVG III)和“單兵型武器準星家族”(FWS-I),其價格分別為 9500 美元 和 7000 美元,價格昂貴,據美國陸軍表示,2018 年軍方共采購 36000 具 FWS-I 以及 64000 具 ENVG-III,后 續 2019 年又購進十萬余具此類紅外裝備。

          發達國家已將紅外熱成像裝備廣泛配置于各個軍種,例如在伊拉克戰爭中,美軍單兵平均配備 1.7 個紅外 設備,在第十一次裁員以前,我軍服役總員額有 230 萬,其中陸軍服役 178 萬,占比約為 73%,2015 起我軍實行第十一次裁員,合理推算陸軍人數 進一步降低,目前我軍單兵紅外裝備比例遠遠低于發達國家,隨著實戰化訓練的開展,十四五期間單兵紅外裝 備率會實現突破,存在較大市場空間。

          3.1.2 陸地車輛輔助駕駛

          紅外車輛輔助駕駛可讓裝甲車、坦克等陸地車輛裝備在夜間關燈行駛,提高作戰車輛的隱身能力,有助于 夜間進行瞄準射擊、搜查、監視等。以美軍 M1A2 SEP 主戰坦克為例,它是美軍二十一世紀陸軍數字化戰場的 核心,是美軍最先進的數字化主戰坦克,M1A2 主戰坦克裝備了二代熱成像系統以及車長獨立熱成像儀,大大 提升了坦克的最大探測距離,從 4 公里提升至 6.8 公里。

          我軍車輛作戰平臺面臨更新換代,為紅外市場創造更多空間。據《2020 年軍事平衡》中數據顯現,我軍坦 克數量雖然排在世界前列,以 99A 式坦克為代表的最先進的國產第三代坦克數量占比不高,尚未升級的坦克尚 無紅外熱成像設備,以微光夜視儀為主,相較紅外熱像儀,微光夜視儀夜晚使用視覺效果差,距離短,在未來 會逐漸被紅外熱像儀取代。我軍現役裝甲車等紅外設備滲透率不高,紅外設備作為全天候作戰、隱蔽作戰、反 偵察等重要戰略戰術手段的核心,在車輛作戰平臺上的滲透率必然會逐步提高,隨著型號的更新換代,未來存 在大量的紅外設備需求。

          3.1.3 機載紅外設備

          隨著飛機代數的提升,機載紅外設備逐漸升級。機載紅外設備主要包括光電吊艙、紅外搜索與跟蹤系統 (IRST)、光電瞄準系統(EOTS)以及分布孔徑紅外系統(EODAS)等,可進行探測、瞄準和跟蹤。

          1、光電吊艙

          機載光電吊艙是光電偵察及告警技術的重要組成部分,也是無人機偵查的核心裝備??蓮V泛應用于各類軍 用飛行設備,包括戰斗機,直升機,無人機,用于飛機晝夜飛行和攻擊的導航和搜索、捕捉目標,為制導武器 及非制導武器提供精確制導和瞄準,以提高命中精度。

          2、紅外搜索與跟蹤系統 IRST

          紅外搜索與跟蹤系統以紅外為核心,可對目標進行搜索和跟蹤,與雷達互為補充。紅外搜索與跟蹤系統, 簡稱 IRST,以紅外技術為核心,利用紅外技術的無源性優勢,隱蔽性好、抗干擾能力強等特點,結合激光測距 儀對目標進行搜索和跟蹤,是火控系統的重要組成部分??捎脕砜焖偬綔y和跟蹤飛機或導彈等具有威脅的紅外 目標。在軍事應用上,IRST 系統是雷達很好的補充,二者具有互補性,可以增強對目標跟蹤、分類及識別的能 力,使得探測數據更加可靠,從而縮短作戰系統的反應時間。IRST 經歷了三代技術更迭。

          3、光電瞄準系統 EOTS

          ETOS 更為先進的紅外光電瞄準系統,由三個部分組成,分別是紅外搜索跟蹤系統(IRST)、前視紅外成像 系統(FLIR)和激光指示瞄準系統(LTD),主要裝備先進戰機如 F-35,F-22。EOTS 光電系統位于機頭下方,能 夠為飛行員提供高分辨率圖像,具有對防區外目標精確探測和識別的能力,激光定位和瞄準的能力和引導激光 制導武器精確打擊地面目標的能力等。通過與飛機一體化設計,系統僅外露光窗,具備對雷達的隱身能力。洛 克希德·馬丁公司正對 EOTS 光電系統進行升級,包括研制先進 EOTS 系統和 ALERT 系統,先進 EOTS 系統 主要增加近紅外/短波紅外攝像機和紅外指示器,近紅外/短波紅外攝像機可以使系統獲得在不同環境條件下更高 分辨率的圖像,紅外指示器用于協同作戰中對目標的確認和定位。ALERT 系統主要增大系統的孔徑,提升目標 識別距離和防區外打擊能力,同時通過可重構外形設計能夠在無人機等多型飛機平臺上安裝。

          4、分布孔徑紅外系統 EODAS

          EODAS 是全方位的紅外探測系統,具有感知范圍廣、重量輕的優點。機載 EODAS 系統是利用目標和背景 之間的溫差來形成熱點或圖像并可靠地探測、識別、定位和連續跟蹤在背景輻射及其它干擾條件下發射紅外波 段的物體和目標的光電系統,它采用一組 6 個精心布置在飛機上的傳感器陣列實現全方位、全空間敏感,提供 戰機完整球面覆蓋范圍的視野,并采用各種紅外圖像處理算法實現空中遠距離紅外目標的搜索跟蹤、導彈威脅 逼近告警、態勢感知、地面海面目標探測、戰場損傷效果評估、武器投放支持及夜間與惡劣氣候條件下的輔助 導航、著陸等多種功能。

          根據《WorldAirForces2021》數據顯示,我軍軍用飛機以二、三代主力戰機為主,現役四代戰機較少。隨著 我軍戰機的不斷升級換代,先進戰機中紅外系統的價值量將有較大提升,十四五期間我軍四代機紅外市場具有 較大增長空間,三代機換裝先進紅外系統也有較大市場,;同時軍用無人機在戰場上發揮的作用越來越大,偵查 搜索是無人機的重要作戰任務,紅外系統是偵查搜索不必可少的關鍵技術,未來市場空間較大。

          3.1.4 精確制導

          精確制導性價比高,可大大降低附加傷亡。精確制導類導彈導引頭價值占比較大,占據導彈成本 30%以上, 紅外探測設備是導引頭主要的組成部分之一。精確制導類導彈以數十倍的成本達到普通航空炸彈的數百倍作戰 效能,其次在實現對目標的精確打擊的同時,大大減少了附加傷亡,制導方式主要有四種,電視制導,紅外熱 成像制導、激光尋的制導以及各種類型雷達制導。

          紅外制導隱蔽性、抗干擾性強且探測精度較高,新型號導彈中紅外與雷達復合制導是大趨勢。隨著精確制 導的要求越來越高,圍繞命中精度和全天候等作戰需求,目前的精確制導導彈多為集合多種制導技術復合體, 紅外制導以其全天候、抗干擾性強等優點,在新型號導彈上應用廣泛。

          紅外制導廣泛應用于各類中近程導彈,是當前空空、空地、地空、反坦克導彈等普遍采用的工作方式。紅 外制導經歷了三代技術的更迭,第一代為紅外點源的制導,以高溫目標散發的高能紅外線為捕捉對象,使用單 一的紅外探測器,缺點是抗干擾性差;第二代紅外成像制導技術,采用的是光機掃描和線列多元探測器,第三 代則是采用焦平面紅外探測技術的先進紅外成像制導技術。代表型號有美國的“標槍”反坦克導彈,導彈采用 長波紅外 64×64 碲鎘汞焦平面探測器,具有“發射后不管”功能,可以攻擊坦克的前裝甲與頂部裝甲。

          導彈在十四五期間需求增速較快,消耗品屬性保證其后期需求。精確制導導彈作為現代化武器組重要的標 志之一,廣泛裝備在戰斗機、無人機、戰艦等各類作戰平臺和作戰單位,也是十四五期間重點采購對象之一, 十四五期間對導彈的需求量呈數量級式增長,帶來對紅外設備的放量需求;其次,隨著實戰化訓練的開展,導 彈作為消耗品也將增加用量。

          3.2 成本下降打開應用空間,民用市場蓄勢待發

          在民用領域,隨著技術的不斷進步,像元的尺寸不斷減小,晶圓級封裝的普及以及其他工藝的不斷進步, 紅外產品的成本和價格在不斷降低,為紅外產品帶來更加廣闊的應用場景,安防監控、個人消費、輔助駕駛、 消防及警用、工業監測、人體體溫篩查、電力監測、醫療檢疫等諸多領域均出現了紅外設備的身影。

          2023 年全球民用紅外市場規模有望達到 75 億美元,復合增速為 10%。據 MaxtechInternational 及北京歐立 信咨詢中心預測,民用紅外熱像儀在 2014 年的市場規模達到 31.07 億美元,2020 年市場規??蛇_ 56.01 億美元, 2023 年全球民用紅外市場規模將達到 74.65 億美元,復合增速為 10%。

          3.2.1 安防領域

          由于絕大多數監控系統需要 24 小時工作,在沒有紅外技術幫助的情境下,光線的強弱會決定監控工作能否 正常進行,因此紅外技術在監控安防領域的應用越來越廣泛,以紅外熱成像為基礎的監控系統可以在完全無光、 距離較遠正常工作,甚至并且可以透過煙霧、云霧,發現偽裝目標和高速運動目標。

          我國目前大力建設“新基建”,包括“智慧城市”“平安城市”等計劃,有望加速紅外有關的視頻監控產品在民間的應用。據中安網數據顯示,智慧城市的普及促進安防行業從 2011 年的 2773 億元增長至 2017 年的 6016 億元,年復合增長率高達 14%。隨著安防智能化的不斷推廣,新興市場如無人超市、自動駕駛等業務的打開將 會為安防監控帶來持續的需求。隨著十四五規劃中明確提出加快智慧城市的建設,安防領域作為智慧城市建設 的重要組成部分,市場規模有望維持高增速,增速在 10%以上。

          3.2.2 電力檢測

          電氣系統檢測是紅外熱像儀最早也是最普遍的應用領域。FILR 出售的第一臺商用紅外熱像儀就是應用于電 力檢測,其工作原理就是利用電阻的焦耳熱,故障區域的溫度往往會異于正常工作的區域,溫度異常會散發出 異常的紅外線,通過紅外熱成像就可以快速定位故障區域,利用紅外狀態監測和診斷技術具有遠距離、不接觸、 不取樣、不觸體、準確、快速、直觀等特點。對提高電氣設備的可靠性與有效性、提高運行經濟效益、降低維 修成本都有很重要的意義。

          國家大力推進智能電網建設。十四五規劃明確提出要加快電網基礎設施智能化改造和智能微電網建設,提 高電力系統互補互濟和智能調節能力,智能化意味著全天候、無人化,紅外熱成像系統是電網基礎設施智能化 的重要組成。根據國家電網數據,過去十年對智能電網的投資額明顯較之前有提升,在 2009 年到 2010 年間對 智能電網的總投資額為 341 億元,年均 170 億元,而在 2011-2020 年期間對智能電網的總投資額為 3500 億元, 年均 350 億元,較十年前每年投資額翻倍。

          而國家電網的實際總投資遠遠高于計劃投資額,如國家電網數據顯示,在 2016 年到 2019 年期間的實際總 投資額已經超過 19000 億元,遠高于計劃投資額的 14000 億元,對智能電網的實際投資額超過 2400 億元遠遠高 于計劃投資額 1750 億元,因此假設 2020 年投資取前四年中位數,對智能電網的投資額約為 606 億元,是計劃 投資額的 1.7 倍,紅外熱成像設備作為智慧電網及其基礎設施的重要組成部分,在未來五年仍將持續發力。

          3.2.3 自動駕駛

          紅外相機處于自動駕駛產業鏈上游。自動駕駛按照全產業鏈劃分可分為感知層、控制決策層和執行層,感 知層主要包括雷達(激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達),視覺系統(攝像頭、紅外相機等),控制層包括操 作系統、應用軟件、芯片/計算平臺等,執行決策層包括制動、轉向、照明、油門、安全氣囊等等。

          紅外熱像儀應用在自動駕駛的視覺系統,能夠有效彌補短板,有效應對夜晚和霧天等惡劣天氣(重點描述 下紅外技術的必要性 在自動駕駛哪個階段是必須要加的)。目前的自動駕駛汽車均采用可見光攝像頭、雷達技 術、激光雷達傳感器三大技術融合的模式,但是依然避免不了很多缺陷,如極端復雜天氣、黑夜、眩光、霧霾 天氣行駛的安全性問題,而紅外熱像儀可以在上述惡劣環境下正常工作,紅外熱相機有不受光線影響、能穿煙 透霧的特征,使用紅外相機作為自動駕駛的視覺系統,能在全黑夜間、霧霾天氣、眩光等、人眼能見度較低的 情況下讓駕駛員看清路況。目前自動駕駛技術尚未成熟,我國自動駕駛行業剛剛進入 L3 時代,自動駕駛全產業 距離到完全成熟的 L5 級別還有至少 10 年的時間。惡劣天氣是交通事故的主要影響因素之一,而紅外相熱成像 技術作為應該惡劣天氣的有效手段,在自動駕駛走向最終成熟的過程將進一步推廣紅外熱成像技術的應用。

          自動駕駛市場未來五年保持高增速增長態勢。2020 年我國汽車保有量為 2.81 億輛,新注冊登記汽車 2424 萬輛,未來自動駕駛的驅動力主要來自五個方面,一是老齡化和殘疾人市場,這兩類人群面臨移動的限制,是 目前可見的自動駕駛汽車最大的可應用市場;二是來自送貨車輛和工業領域的需求,自動駕駛有望為電子購物 帶來新的商機,工業領域例如礦區用車等等,自動駕駛可以大量節約人力成本,目前海螺水泥等廠商在積極引 進自動駕駛;三是來自改善高速公路的需求,據美國高速公路保險協會數據顯示,全面部署自動駕駛安全系統 可有效減少 31%交通事故造成的死亡人數;四是提升交通效率的需求,城市擁堵至今仍未得到有效的解決,自 動駕駛的車載傳感器可與智能交通系統相結合,優化出行方案,緩解交通擁堵;五是來自降低環境污染的需求, 據蘭德數據顯示,自動駕駛系統可提高燃油的經濟性并降低行車帶來的空氣污染。

          全球自動駕駛市場有望保持高增速,中國市場潛力大。據 YoleDéveloppement 數據顯示,2020 年全球自動駕駛核心組件部件市場規模共計 170 億美元,到 2025 年將會達到 780 億美元,2020~2025 的 CAGR 可達 35.6%。其中攝像頭組件價值占比約 10%,約 78 億美元,2024 年全球 L1-L5 級自動駕駛汽車出貨量預計將達到約 5425 萬輛,2020 至 2024 年的年均復合增長 率(CAGR)達到 18.3%,據摩根大通的研究分析,2019 年—2025 年,中國 L1 到 L5 級的輔助駕駛和自動駕駛 市場規模將實現 33%的年均增長率,并于 2025 年達到約 71 億美元,紅外相機作為重要的視覺系統組成也會迎 來需求的上升。

          3.2.4 機器視覺

          機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。隨著大數據、人工智能、計算機視覺技術的快速普及和制 造業的升級需求,越來越多機器視覺方案滲透到計量、檢測領域。相對于過去的人工檢測,機器視覺檢測大大 提高了產品缺陷檢測的準確性和速度,對提升生產效率大有裨益。

          熱數據對于機器視覺檢測準確度至關重要。雖然機器視覺軟件可以發現諸多生產問題,但無法檢測熱異常 現象。熱圖像不僅為機器視覺增添了一個新的維度,還為無損檢測提供了更完美解決方案,可為專業人員和決 策者提供更多的信息。隨著電路板制造工藝的發展,電子元器件的集成度越來越高,電路系統越來越復雜,非 接觸式檢測已經是目前的迫切需求,由于電子元器件的故障通常有兩種情況,一是短路,會導致原件過熱,二 是斷路,導致原件溫度低于正常工作狀態,因此可以通過紅外熱成像檢測與 AI 技術的結合實現對電路板的快速 檢測。目前機器視覺下游應用領域眾多,包括消費電子、汽車、半導體等各種工業制造等多個領域。

          行業屬性決定機器視覺下游消費電子領域滲透率最高。根據前瞻數據顯示,在國內機器視覺下游應用領域 中,消費電子占比最高,占比高達 46.6%,下游推廣程度與行業屬性有關,消費電子生產工藝復雜、零件繁多, 并且尺寸小,精密程度高,人工檢測不僅成本不僅高昂,并且效率低下,相較而言機器視覺不僅成本較低并且 隨著技術的發展檢測手段的豐富多樣而更加有效。

          國內機器視覺市場規模突破百億,未來五年增速遠高全球,紅外熱像儀的應用將隨之增加。過去十年,我 國機器視覺市場規模以較高增速不斷擴大,2019 年市場規模首次突破百億,達到 103 億元。隨著疫情的恢復, 預計未來五年我國機器視覺市場規模將繼續保持高速增長,首先,消費電子生命周期較短,制造商需要頻繁采 購設備,將持續帶動機器視覺需求;其次,消費電子產品內部結構日趨更加復雜和精細,對產線生產效率和組 裝加工精度的要求日益提高,均會帶動對機器視覺的需求;再者,隨著智能駕駛、自動駕駛的不斷滲透,汽車 “電子化”程度也越來越高,電子化程度的提高也對汽車產線提出了高要求,未來隨著智能汽車的比例不斷提 高,對機器視覺的需求也會不斷增加。

          據 MARKET&MARKET 數據顯示,2020 年全球機器視覺市場規模為 107 億美元,到 2026 年預計達到 153 億美元,復合增速為 6.1%,2020 年我國機器視覺市場規模約為 113 億元,到 2026 年將達到 316 億元,復合增 速為 18.7%,遠高于世界平均水平,隨著機器視覺市場的不斷擴張,紅外熱像儀作為機器視覺系統的重要組成 部分,未來面臨確定性較強的需求上升。

          四、紅外行業競爭格局

          4.1 競爭格局:國內廠商市占率大幅上升

          民用市場國產化率逐步提升。民用紅外市場在過去主要的供給方為歐美公司,如菲力爾等,但是近年來國 內紅外廠商實現紅外熱成像核心技術的提升和核心部件的批量生產,成本逐步下降,疫情市場、安防市場、工 業市場中,國內廠商市占率不斷提升。國內廠商在滿足內需的同時不斷向海外拓展市場,取得了海外市場的認 可。

          國內廠商在全球紅外熱成像市場的份額大幅提升。2017 年,全球非制冷紅外熱像儀市場,,FLIR 市占率高達 66.2%,ULIS 市占率 13.3%,SEEK 市占率 11.7%,而國內廠商大立科技高德紅外等總市占率不足 2%。短短兩三年間,以高德紅外為首的國內廠商 占比迅速提升,在 2020 年全球紅外熱成像市場出貨量中,高德紅外占比 17%,??低曊急?15%,睿創微納占 比 10%,大立科技占比 2%,中國廠商合計占比在 44%以上。

          在測溫紅外產品市場,中國廠商份額提升更為顯著。2019 年, 全球測溫紅外市場中 FLIR 仍占據 40%的全球出貨量,Lynred 占比 25%,SEEK 占比 16%,高德紅外出貨量占 比大幅上升至 9%,大立科技 4%,睿創微納 1%,??低?1%,國內廠商占據了約 15%的全球出貨量。2020 新 冠疫情爆發,紅外測溫產品需求急劇增長,測溫熱成像市場規模相較 2019 年同比增加 426%,中國紅外廠商展 現出強大的出貨能力,國內廠商市場占有率大幅提升,高德紅外占據高達 27%的市場份額,第二名是中國廠商 ??低?,占據 20%市場份額,第三名是 FLIR(19%),第四睿創微納 14%,大立科技占據 2%,中國廠商合計 占比在 63%以上。

          根據 Yole 預測,到 2025 年,在民品領域,國產品牌全球出貨量占比將會超過美國,達到 64%,忽略不同 公司產品價格的差異,按照 2025 年全球民品紅外熱像儀市場規模 75 億美元計算,2025 年中國國內民品紅外熱 像儀市場產值將會達到 2020 年的兩倍以上,約 48 億美元。

          我國從事紅外研制生產的單位可以分為軍工集團、中科院下屬單位和民營企業三部分,軍工集團占據了軍 用紅外領域主要的市場。軍工集團內部涉及紅外領域主要包括,中國電子科技集團旗下的華北光電技術研究所 (中電科 11 所),中航工業集團旗下洛陽電光設備研究所(613 所)和空空導彈研究院,中國航天科技集團旗 下空間機電研究所(五院 508 所)和航天八院第 803 研究所,中國兵器工業集團的北方光電集團和北方夜視子 集團,中國船舶重工集團旗下華中光電技術研究所(717 所)等等。

          近年來,

          一、 紅外線在自然界中普遍存在,紅外探測器可捕捉紅外線信號成像


          物理學上定義紅外線的波長在 0.75~1000μm 之間,是在可見光外的一種電磁波。紅外線是一種肉眼看不 見的光線,一切溫度高于絕對零度(-273℃)的物體時刻都在發射紅外線,溫度越高,輻射的紅外線的能量越 大。根據波長可將紅外線進一步劃分為四類:1)波長在 0.75~3μm 之間稱為近紅外或短波紅外,2)波長在 3~6 μm 之間稱為中紅外或者中波紅外,3)波長范圍在 6~15μm 稱為遠紅外或者遠波紅外,4)波長在 15~1000μm 之間為極遠紅外。


          紅外線可被紅外探測儀捕捉識別,紅外熱成像技術可以在完全無光的情況下,突破霧霾、煙塵等惡劣環境 影響,觀測到十幾公里乃至上百公里以外的目標。具有作用距離遠、抗干擾性好、可全天候、全天時工作等優 點。是當今夜視、夜戰、精確打擊的核心技術,廣泛應用在國防高科技、民用市場等領域。


          不同波長紅外探測儀呈現原理不同,短波紅外探測儀主要用于短距離探測,中長波紅外探測儀用于長距離 探測,中長波紅外探測儀多用于軍事用途。短波紅外探測儀成像原理是利用物體反射大氣中普遍存在的月光星 光等短波紅外光線,通過捕捉這類物體反射的紅外線生成夜視圖像,更像是增強視力,多與可見光結合使用。 優點是重量輕、體積小,價格便宜,圖像清晰,適用和維修方便,缺點是穿透性差,易受外部光源的影響產生 過曝,作用距離短。中、長波紅外探測儀用于捕捉物體自身散發的中長波紅外線。在 220K 到 380K 溫度區間, 目標散發多為長波紅外,因此更適合長波紅外探測器,而隨著溫度的升高中波紅外的絕對輻射量迅速增加,有 效輻射比例大幅提升,因此更適用于中波紅外探測。中波紅外在雨天、霧天等高濕度氣候條件下穿透性尤其強, 長波紅外在沙塵條件下的穿透距離較其他波段紅外的距離更長。中長波紅外多用于艦載、導引頭、機載等軍事 武器。


          通常情況下,紅外探測器主要分為制冷和非制冷兩大類。依據工作原理的不同可分為光子探測器和熱輻射 探測器兩類,依據對工作環境的需求不同可分為制冷紅外探測器和非制冷紅外探測器。光子探測器的工作原理 是入射光子與探測器材料產生的光電效應,需要在低溫環境下進行,因此一般需要配備制冷器;而熱探測器的 原理是通過探測器中的熱敏材料接觸目標所散發的紅外線產生的熱效應,在室溫環境下可正常工作,無需制冷, 因此一般情況下,光子探測器屬于制冷型紅外探測器,熱探測器屬于非制冷型紅外探測器。


          制冷紅外探測器性能優越,多用于軍事領域。制冷型紅外探測器一般指的是以半導體的光電效應為原理的 紅外探測器,而光電效應需要在低溫環境下進行,因此此類探測器會配備制冷系統,制冷型紅外探測器具有靈 敏度高,響應迅速,探測距離遠,噪聲等效溫差性能優越,并憑借性能的優勢幾乎壟斷了高端軍事如末端制導、告警系統、軍事紅外搜索和跟蹤,紅外探雷等領域。目前主流的第三代制冷型紅外探測器的材料主要包括碲鎘 汞(Hg1-xCdxTe),量子阱光探測(QWIPs)、II 類超晶格(II-SLs)與量子點光探測(QDIPs)四種。其中二 類超晶格是未來發展方向,而目前主流的制冷紅外探測器仍然使用碲鎘汞作為核心材料。


          非制冷紅外探測器體積小、價格低,多用于民用領域。非制冷紅外探測器即無需制冷系統在常溫環境下可 正常工作的紅外探測器,具有重量輕,占用空間小,價格便宜、啟動快等特點,在部分軍事領域如單兵夜視裝 備以及大部分民用紅外領域得到廣泛的應用。非制冷探測器主要有氧化釩和非晶硅兩種技術路線。


          二、紅外探測器是關鍵部件,紅外芯片是核心技術


          紅外熱像儀由紅外光學系統、紅外探測器和電路系統構成,其中紅外探測器是核心,芯片制造則是紅外探 測器的關鍵技術。紅外熱成像儀通過捕捉物體散發的紅外線進行偵查檢測等活動,其工作原理是紅外輻射通過 紅外光學系統照射到紅外探測器上,紅外探測器將捕捉到的紅外輻射轉化為電信號,根據輻射蘊含能量的高低, 電信號也會呈現強弱不同的變化,再通過電路處理將轉化的電信號放大、處理后,以圖像的方式顯示出來。


          像元是紅外探測器芯片的基礎單元,是決定紅外探測儀性能的關鍵因素。紅外焦平面探測器所有 M×N 個 像元排列成陣列,每個像元都是單獨成像的單元,每個像元內部的結構包括熱敏/光敏材料,傳感器,讀出電路 等等。


          紅外探測器的性能指標核心包括陣列規模、噪聲等效溫差(NETD)、像元尺寸。1)陣列規模,表示的是 像元數量的多少,陣列規模越大說明像元數量越大,探測器的性能更加優越;2)NETD,又稱為紅外熱成像的 熱靈敏度,衡量的是紅外探測器區分細微溫差的能力,數值越小代表器件的靈敏度越高,靈敏度與像元尺寸成 反比;3)像元尺寸,表示單個成像單元(像元)的尺寸大小,像元尺寸越小,相同晶片面積上可以制造的焦平 面陣列越大,同時可以大大降低整機的成本和重量。


          影響紅外性能的主要包括熱敏薄膜材料、CMOS 讀出電路以及芯片的真空封裝技術。其中真空封裝技術很 大程度上決定了紅外探測器的性能和成本。紅外探測器的封裝主要有四種類型:金屬封裝、陶瓷封裝、晶圓級 封裝以及像元級封裝,目前業內正從金屬、陶瓷封裝積極向晶圓級封裝升級,像元級封裝仍在研發階段。


          金屬封裝可靠性強、成本高,晶圓級封裝技術先進、成本低但技術難度大。金屬封裝是最早的真空封裝形 式,封裝效果好,惡劣適應性強,可靠性高,但是成本高,陶瓷封裝相對金屬封裝重量輕,無 TEC,成本相對 較低,相較金屬封裝更適合批量生產,而晶圓級封裝是近年來剛趨于成熟的一種封裝技術,可以做到體積更小 重量更輕價格更便宜,主要分為 W2W(Wafer-to-Wafer)和 C2W(Chip-to-Wafer)兩種方式,利用晶圓級封裝 技術,可將紅外熱像儀價格降至千元級別,為民用市場打開了前景。


          三、市場空間:軍品紅外滲透率大幅提升,民品市場蓄勢待發
          3.1 十四五期間武器裝備放量,紅外技術加快滲透


          在建設世界一流軍隊目標的指引下,我國軍工行業需求旺盛。當前,我國軍事力量已由原有的四大軍種轉 變為陸、海、空、火箭、戰略支援、聯勤保障六大軍兵種。我國空中戰力與世界一流水平相比仍有較為明顯的 差距,新型號列裝需求強烈;我國海軍正由“近海防御”向“遠洋海軍”轉變,海軍裝備正遵循由量到質、由 近及遠兩大趨勢發展;陸軍地面裝備機械化程度仍需進一步提升。二〇二七年建軍百年奮斗目標提出加快機械 化信息化智能化融合發展,紅外系統作為信息化的重要技術將得到更快發展。




          軍事細分用途包括紅外偵察、紅外跟蹤、紅外制導、紅外預警、紅外對抗等,可廣泛用于陸地武器、個人 攜帶裝備、航空器、導彈武器、衛星系統、海軍艦艇。根據具體用途,紅外熱像儀主要分為晝夜觀察和熱目標 探測兩大類,其帶來巨大的作戰價值使得各軍事強國紛紛加大對于紅外技術研發的投入,紅外裝備的配備水平 也成為衡量軍隊先進性的重要標準之一。美國法國等軍事強國先入為主,有較高的紅外裝備普及度,我國正處 于快速趕超階段。


          3.1.1 單兵紅外裝備


          紅外因為其全天候工作、目標識別能力強、抗干擾性強、隱蔽性強等特點,可以用于單兵裝備。首先,紅 外裝備克服了傳統武器在夜晚等肉眼不可視情況下的局限性,使得作戰可在全天候進行;其次,目標散發的紅 外線易被觀察,紅外熱成像條件下識別性較強;再者,紅外熱成像的工作原理基于光學,相較于精密電子設備, 抗干擾性較強;最后,單兵配備的紅外裝備是被動式的探測目標的紅外線,有利于作戰的反偵察,隱蔽性強。


          單兵夜視裝備主要包括槍瞄、頭盔夜視、手持夜視及望遠夜視等。目前單兵夜視裝備的發展越來越系統化, 如美國近年來研究開發的“ENVG III/FWS-I 整合式夜視瞄準方案”,是一種增強士兵快速補貨目標能力的瞄具系 統,包括“第三代增強型夜視鏡”(ENVG III)和“單兵型武器準星家族”(FWS-I),其價格分別為 9500 美元 和 7000 美元,價格昂貴,據美國陸軍表示,2018 年軍方共采購 36000 具 FWS-I 以及 64000 具 ENVG-III,后 續 2019 年又購進十萬余具此類紅外裝備。


          發達國家已將紅外熱成像裝備廣泛配置于各個軍種,例如在伊拉克戰爭中,美軍單兵平均配備 1.7 個紅外 設備,在第十一次裁員以前,我軍服役總員額有 230 萬,其中陸軍服役 178 萬,占比約為 73%,2015 起我軍實行第十一次裁員,合理推算陸軍人數 進一步降低,目前我軍單兵紅外裝備比例遠遠低于發達國家,隨著實戰化訓練的開展,十四五期間單兵紅外裝 備率會實現突破,存在較大市場空間。


          3.1.2 陸地車輛輔助駕駛


          紅外車輛輔助駕駛可讓裝甲車、坦克等陸地車輛裝備在夜間關燈行駛,提高作戰車輛的隱身能力,有助于 夜間進行瞄準射擊、搜查、監視等。以美軍 M1A2 SEP 主戰坦克為例,它是美軍二十一世紀陸軍數字化戰場的 核心,是美軍最先進的數字化主戰坦克,M1A2 主戰坦克裝備了二代熱成像系統以及車長獨立熱成像儀,大大 提升了坦克的最大探測距離,從 4 公里提升至 6.8 公里。


          我軍車輛作戰平臺面臨更新換代,為紅外市場創造更多空間。據《2020 年軍事平衡》中數據顯現,我軍坦 克數量雖然排在世界前列,以 99A 式坦克為代表的最先進的國產第三代坦克數量占比不高,尚未升級的坦克尚 無紅外熱成像設備,以微光夜視儀為主,相較紅外熱像儀,微光夜視儀夜晚使用視覺效果差,距離短,在未來 會逐漸被紅外熱像儀取代。我軍現役裝甲車等紅外設備滲透率不高,紅外設備作為全天候作戰、隱蔽作戰、反 偵察等重要戰略戰術手段的核心,在車輛作戰平臺上的滲透率必然會逐步提高,隨著型號的更新換代,未來存 在大量的紅外設備需求。


          3.1.3 機載紅外設備


          隨著飛機代數的提升,機載紅外設備逐漸升級。機載紅外設備主要包括光電吊艙、紅外搜索與跟蹤系統 (IRST)、光電瞄準系統(EOTS)以及分布孔徑紅外系統(EODAS)等,可進行探測、瞄準和跟蹤。


          1、光電吊艙


          機載光電吊艙是光電偵察及告警技術的重要組成部分,也是無人機偵查的核心裝備??蓮V泛應用于各類軍 用飛行設備,包括戰斗機,直升機,無人機,用于飛機晝夜飛行和攻擊的導航和搜索、捕捉目標,為制導武器 及非制導武器提供精確制導和瞄準,以提高命中精度。


          2、紅外搜索與跟蹤系統 IRST


          紅外搜索與跟蹤系統以紅外為核心,可對目標進行搜索和跟蹤,與雷達互為補充。紅外搜索與跟蹤系統, 簡稱 IRST,以紅外技術為核心,利用紅外技術的無源性優勢,隱蔽性好、抗干擾能力強等特點,結合激光測距 儀對目標進行搜索和跟蹤,是火控系統的重要組成部分??捎脕砜焖偬綔y和跟蹤飛機或導彈等具有威脅的紅外 目標。在軍事應用上,IRST 系統是雷達很好的補充,二者具有互補性,可以增強對目標跟蹤、分類及識別的能 力,使得探測數據更加可靠,從而縮短作戰系統的反應時間。IRST 經歷了三代技術更迭。


          3、光電瞄準系統 EOTS


          ETOS 更為先進的紅外光電瞄準系統,由三個部分組成,分別是紅外搜索跟蹤系統(IRST)、前視紅外成像 系統(FLIR)和激光指示瞄準系統(LTD),主要裝備先進戰機如 F-35,F-22。EOTS 光電系統位于機頭下方,能 夠為飛行員提供高分辨率圖像,具有對防區外目標精確探測和識別的能力,激光定位和瞄準的能力和引導激光 制導武器精確打擊地面目標的能力等。通過與飛機一體化設計,系統僅外露光窗,具備對雷達的隱身能力。洛 克希德·馬丁公司正對 EOTS 光電系統進行升級,包括研制先進 EOTS 系統和 ALERT 系統,先進 EOTS 系統 主要增加近紅外/短波紅外攝像機和紅外指示器,近紅外/短波紅外攝像機可以使系統獲得在不同環境條件下更高 分辨率的圖像,紅外指示器用于協同作戰中對目標的確認和定位。ALERT 系統主要增大系統的孔徑,提升目標 識別距離和防區外打擊能力,同時通過可重構外形設計能夠在無人機等多型飛機平臺上安裝。


          4、分布孔徑紅外系統 EODAS


          EODAS 是全方位的紅外探測系統,具有感知范圍廣、重量輕的優點。機載 EODAS 系統是利用目標和背景 之間的溫差來形成熱點或圖像并可靠地探測、識別、定位和連續跟蹤在背景輻射及其它干擾條件下發射紅外波 段的物體和目標的光電系統,它采用一組 6 個精心布置在飛機上的傳感器陣列實現全方位、全空間敏感,提供 戰機完整球面覆蓋范圍的視野,并采用各種紅外圖像處理算法實現空中遠距離紅外目標的搜索跟蹤、導彈威脅 逼近告警、態勢感知、地面海面目標探測、戰場損傷效果評估、武器投放支持及夜間與惡劣氣候條件下的輔助 導航、著陸等多種功能。


          根據《WorldAirForces2021》數據顯示,我軍軍用飛機以二、三代主力戰機為主,現役四代戰機較少。隨著 我軍戰機的不斷升級換代,先進戰機中紅外系統的價值量將有較大提升,十四五期間我軍四代機紅外市場具有 較大增長空間,三代機換裝先進紅外系統也有較大市場,;同時軍用無人機在戰場上發揮的作用越來越大,偵查 搜索是無人機的重要作戰任務,紅外系統是偵查搜索不必可少的關鍵技術,未來市場空間較大。


          3.1.4 精確制導


          精確制導性價比高,可大大降低附加傷亡。精確制導類導彈導引頭價值占比較大,占據導彈成本 30%以上, 紅外探測設備是導引頭主要的組成部分之一。精確制導類導彈以數十倍的成本達到普通航空炸彈的數百倍作戰 效能,其次在實現對目標的精確打擊的同時,大大減少了附加傷亡,制導方式主要有四種,電視制導,紅外熱 成像制導、激光尋的制導以及各種類型雷達制導。


          紅外制導隱蔽性、抗干擾性強且探測精度較高,新型號導彈中紅外與雷達復合制導是大趨勢。隨著精確制 導的要求越來越高,圍繞命中精度和全天候等作戰需求,目前的精確制導導彈多為集合多種制導技術復合體, 紅外制導以其全天候、抗干擾性強等優點,在新型號導彈上應用廣泛。


          紅外制導廣泛應用于各類中近程導彈,是當前空空、空地、地空、反坦克導彈等普遍采用的工作方式。紅 外制導經歷了三代技術的更迭,第一代為紅外點源的制導,以高溫目標散發的高能紅外線為捕捉對象,使用單 一的紅外探測器,缺點是抗干擾性差;第二代紅外成像制導技術,采用的是光機掃描和線列多元探測器,第三 代則是采用焦平面紅外探測技術的先進紅外成像制導技術。代表型號有美國的“標槍”反坦克導彈,導彈采用 長波紅外 64×64 碲鎘汞焦平面探測器,具有“發射后不管”功能,可以攻擊坦克的前裝甲與頂部裝甲。


          導彈在十四五期間需求增速較快,消耗品屬性保證其后期需求。精確制導導彈作為現代化武器組重要的標 志之一,廣泛裝備在戰斗機、無人機、戰艦等各類作戰平臺和作戰單位,也是十四五期間重點采購對象之一, 十四五期間對導彈的需求量呈數量級式增長,帶來對紅外設備的放量需求;其次,隨著實戰化訓練的開展,導 彈作為消耗品也將增加用量。


          3.2 成本下降打開應用空間,民用市場蓄勢待發


          在民用領域,隨著技術的不斷進步,像元的尺寸不斷減小,晶圓級封裝的普及以及其他工藝的不斷進步, 紅外產品的成本和價格在不斷降低,為紅外產品帶來更加廣闊的應用場景,安防監控、個人消費、輔助駕駛、 消防及警用、工業監測、人體體溫篩查、電力監測、醫療檢疫等諸多領域均出現了紅外設備的身影。


          2023 年全球民用紅外市場規模有望達到 75 億美元,復合增速為 10%。據 MaxtechInternational 及北京歐立 信咨詢中心預測,民用紅外熱像儀在 2014 年的市場規模達到 31.07 億美元,2020 年市場規??蛇_ 56.01 億美元, 2023 年全球民用紅外市場規模將達到 74.65 億美元,復合增速為 10%。


          3.2.1 安防領域


          由于絕大多數監控系統需要 24 小時工作,在沒有紅外技術幫助的情境下,光線的強弱會決定監控工作能否 正常進行,因此紅外技術在監控安防領域的應用越來越廣泛,以紅外熱成像為基礎的監控系統可以在完全無光、 距離較遠正常工作,甚至并且可以透過煙霧、云霧,發現偽裝目標和高速運動目標。


          我國目前大力建設“新基建”,包括“智慧城市”“平安城市”等計劃,有望加速紅外有關的視頻監控產品在民間的應用。據中安網數據顯示,智慧城市的普及促進安防行業從 2011 年的 2773 億元增長至 2017 年的 6016 億元,年復合增長率高達 14%。隨著安防智能化的不斷推廣,新興市場如無人超市、自動駕駛等業務的打開將 會為安防監控帶來持續的需求。隨著十四五規劃中明確提出加快智慧城市的建設,安防領域作為智慧城市建設 的重要組成部分,市場規模有望維持高增速,增速在 10%以上。


          3.2.2 電力檢測


          電氣系統檢測是紅外熱像儀最早也是最普遍的應用領域。FILR 出售的第一臺商用紅外熱像儀就是應用于電 力檢測,其工作原理就是利用電阻的焦耳熱,故障區域的溫度往往會異于正常工作的區域,溫度異常會散發出 異常的紅外線,通過紅外熱成像就可以快速定位故障區域,利用紅外狀態監測和診斷技術具有遠距離、不接觸、 不取樣、不觸體、準確、快速、直觀等特點。對提高電氣設備的可靠性與有效性、提高運行經濟效益、降低維 修成本都有很重要的意義。


          國家大力推進智能電網建設。十四五規劃明確提出要加快電網基礎設施智能化改造和智能微電網建設,提 高電力系統互補互濟和智能調節能力,智能化意味著全天候、無人化,紅外熱成像系統是電網基礎設施智能化 的重要組成。根據國家電網數據,過去十年對智能電網的投資額明顯較之前有提升,在 2009 年到 2010 年間對 智能電網的總投資額為 341 億元,年均 170 億元,而在 2011-2020 年期間對智能電網的總投資額為 3500 億元, 年均 350 億元,較十年前每年投資額翻倍。


          而國家電網的實際總投資遠遠高于計劃投資額,如國家電網數據顯示,在 2016 年到 2019 年期間的實際總 投資額已經超過 19000 億元,遠高于計劃投資額的 14000 億元,對智能電網的實際投資額超過 2400 億元遠遠高 于計劃投資額 1750 億元,因此假設 2020 年投資取前四年中位數,對智能電網的投資額約為 606 億元,是計劃 投資額的 1.7 倍,紅外熱成像設備作為智慧電網及其基礎設施的重要組成部分,在未來五年仍將持續發力。


          3.2.3 自動駕駛


          紅外相機處于自動駕駛產業鏈上游。自動駕駛按照全產業鏈劃分可分為感知層、控制決策層和執行層,感 知層主要包括雷達(激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達),視覺系統(攝像頭、紅外相機等),控制層包括操 作系統、應用軟件、芯片/計算平臺等,執行決策層包括制動、轉向、照明、油門、安全氣囊等等。


          紅外熱像儀應用在自動駕駛的視覺系統,能夠有效彌補短板,有效應對夜晚和霧天等惡劣天氣(重點描述 下紅外技術的必要性 在自動駕駛哪個階段是必須要加的)。目前的自動駕駛汽車均采用可見光攝像頭、雷達技 術、激光雷達傳感器三大技術融合的模式,但是依然避免不了很多缺陷,如極端復雜天氣、黑夜、眩光、霧霾 天氣行駛的安全性問題,而紅外熱像儀可以在上述惡劣環境下正常工作,紅外熱相機有不受光線影響、能穿煙 透霧的特征,使用紅外相機作為自動駕駛的視覺系統,能在全黑夜間、霧霾天氣、眩光等、人眼能見度較低的 情況下讓駕駛員看清路況。目前自動駕駛技術尚未成熟,我國自動駕駛行業剛剛進入 L3 時代,自動駕駛全產業 距離到完全成熟的 L5 級別還有至少 10 年的時間。惡劣天氣是交通事故的主要影響因素之一,而紅外相熱成像 技術作為應該惡劣天氣的有效手段,在自動駕駛走向最終成熟的過程將進一步推廣紅外熱成像技術的應用。


          自動駕駛市場未來五年保持高增速增長態勢。2020 年我國汽車保有量為 2.81 億輛,新注冊登記汽車 2424 萬輛,未來自動駕駛的驅動力主要來自五個方面,一是老齡化和殘疾人市場,這兩類人群面臨移動的限制,是 目前可見的自動駕駛汽車最大的可應用市場;二是來自送貨車輛和工業領域的需求,自動駕駛有望為電子購物 帶來新的商機,工業領域例如礦區用車等等,自動駕駛可以大量節約人力成本,目前海螺水泥等廠商在積極引 進自動駕駛;三是來自改善高速公路的需求,據美國高速公路保險協會數據顯示,全面部署自動駕駛安全系統 可有效減少 31%交通事故造成的死亡人數;四是提升交通效率的需求,城市擁堵至今仍未得到有效的解決,自 動駕駛的車載傳感器可與智能交通系統相結合,優化出行方案,緩解交通擁堵;五是來自降低環境污染的需求, 據蘭德數據顯示,自動駕駛系統可提高燃油的經濟性并降低行車帶來的空氣污染。


          全球自動駕駛市場有望保持高增速,中國市場潛力大。據 YoleDéveloppement 數據顯示,2020 年全球自動駕駛核心組件部件市場規模共計 170 億美元,到 2025 年將會達到 780 億美元,2020~2025 的 CAGR 可達 35.6%。其中攝像頭組件價值占比約 10%,約 78 億美元,2024 年全球 L1-L5 級自動駕駛汽車出貨量預計將達到約 5425 萬輛,2020 至 2024 年的年均復合增長 率(CAGR)達到 18.3%,據摩根大通的研究分析,2019 年—2025 年,中國 L1 到 L5 級的輔助駕駛和自動駕駛 市場規模將實現 33%的年均增長率,并于 2025 年達到約 71 億美元,紅外相機作為重要的視覺系統組成也會迎 來需求的上升。


          3.2.4 機器視覺


          機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。隨著大數據、人工智能、計算機視覺技術的快速普及和制 造業的升級需求,越來越多機器視覺方案滲透到計量、檢測領域。相對于過去的人工檢測,機器視覺檢測大大 提高了產品缺陷檢測的準確性和速度,對提升生產效率大有裨益。


          熱數據對于機器視覺檢測準確度至關重要。雖然機器視覺軟件可以發現諸多生產問題,但無法檢測熱異常 現象。熱圖像不僅為機器視覺增添了一個新的維度,還為無損檢測提供了更完美解決方案,可為專業人員和決 策者提供更多的信息。隨著電路板制造工藝的發展,電子元器件的集成度越來越高,電路系統越來越復雜,非 接觸式檢測已經是目前的迫切需求,由于電子元器件的故障通常有兩種情況,一是短路,會導致原件過熱,二 是斷路,導致原件溫度低于正常工作狀態,因此可以通過紅外熱成像檢測與 AI 技術的結合實現對電路板的快速 檢測。目前機器視覺下游應用領域眾多,包括消費電子、汽車、半導體等各種工業制造等多個領域。


          行業屬性決定機器視覺下游消費電子領域滲透率最高。根據前瞻數據顯示,在國內機器視覺下游應用領域 中,消費電子占比最高,占比高達 46.6%,下游推廣程度與行業屬性有關,消費電子生產工藝復雜、零件繁多, 并且尺寸小,精密程度高,人工檢測不僅成本不僅高昂,并且效率低下,相較而言機器視覺不僅成本較低并且 隨著技術的發展檢測手段的豐富多樣而更加有效。


          國內機器視覺市場規模突破百億,未來五年增速遠高全球,紅外熱像儀的應用將隨之增加。過去十年,我 國機器視覺市場規模以較高增速不斷擴大,2019 年市場規模首次突破百億,達到 103 億元。隨著疫情的恢復, 預計未來五年我國機器視覺市場規模將繼續保持高速增長,首先,消費電子生命周期較短,制造商需要頻繁采 購設備,將持續帶動機器視覺需求;其次,消費電子產品內部結構日趨更加復雜和精細,對產線生產效率和組 裝加工精度的要求日益提高,均會帶動對機器視覺的需求;再者,隨著智能駕駛、自動駕駛的不斷滲透,汽車 “電子化”程度也越來越高,電子化程度的提高也對汽車產線提出了高要求,未來隨著智能汽車的比例不斷提 高,對機器視覺的需求也會不斷增加。


          據 MARKET&MARKET 數據顯示,2020 年全球機器視覺市場規模為 107 億美元,到 2026 年預計達到 153 億美元,復合增速為 6.1%,2020 年我國機器視覺市場規模約為 113 億元,到 2026 年將達到 316 億元,復合增 速為 18.7%,遠高于世界平均水平,隨著機器視覺市場的不斷擴張,紅外熱像儀作為機器視覺系統的重要組成 部分,未來面臨確定性較強的需求上升。


          四、紅外行業競爭格局


          4.1 競爭格局:國內廠商市占率大幅上升


          民用市場國產化率逐步提升。民用紅外市場在過去主要的供給方為歐美公司,如菲力爾等,但是近年來國 內紅外廠商實現紅外熱成像核心技術的提升和核心部件的批量生產,成本逐步下降,疫情市場、安防市場、工 業市場中,國內廠商市占率不斷提升。國內廠商在滿足內需的同時不斷向海外拓展市場,取得了海外市場的認 可。


          國內廠商在全球紅外熱成像市場的份額大幅提升。2017 年,全球非制冷紅外熱像儀市場,,FLIR 市占率高達 66.2%,ULIS 市占率 13.3%,SEEK 市占率 11.7%,而國內廠商大立科技高德紅外等總市占率不足 2%。短短兩三年間,以高德紅外為首的國內廠商 占比迅速提升,在 2020 年全球紅外熱成像市場出貨量中,高德紅外占比 17%,??低曊急?15%,睿創微納占 比 10%,大立科技占比 2%,中國廠商合計占比在 44%以上。


          在測溫紅外產品市場,中國廠商份額提升更為顯著。2019 年, 全球測溫紅外市場中 FLIR 仍占據 40%的全球出貨量,Lynred 占比 25%,SEEK 占比 16%,高德紅外出貨量占 比大幅上升至 9%,大立科技 4%,睿創微納 1%,??低?1%,國內廠商占據了約 15%的全球出貨量。2020 新 冠疫情爆發,紅外測溫產品需求急劇增長,測溫熱成像市場規模相較 2019 年同比增加 426%,中國紅外廠商展 現出強大的出貨能力,國內廠商市場占有率大幅提升,高德紅外占據高達 27%的市場份額,第二名是中國廠商 ??低?,占據 20%市場份額,第三名是 FLIR(19%),第四睿創微納 14%,大立科技占據 2%,中國廠商合計 占比在 63%以上。


          根據 Yole 預測,到 2025 年,在民品領域,國產品牌全球出貨量占比將會超過美國,達到 64%,忽略不同 公司產品價格的差異,按照 2025 年全球民品紅外熱像儀市場規模 75 億美元計算,2025 年中國國內民品紅外熱 像儀市場產值將會達到 2020 年的兩倍以上,約 48 億美元。


          我國從事紅外研制生產的單位可以分為軍工集團、中科院下屬單位和民營企業三部分,軍工集團占據了軍 用紅外領域主要的市場。軍工集團內部涉及紅外領域主要包括,中國電子科技集團旗下的華北光電技術研究所 (中電科 11 所),中航工業集團旗下洛陽電光設備研究所(613 所)和空空導彈研究院,中國航天科技集團旗 下空間機電研究所(五院 508 所)和航天八院第 803 研究所,中國兵器工業集團的北方光電集團和北方夜視子 集團,中國船舶重工集團旗下華中光電技術研究所(717 所)等等。


          近年來,隨著民營企業被允許進入國防科技工業領域、武器裝備科研生產領域以及裝備采購制度改革的逐 步深化,以高德紅外、大立科技和睿創微納在內的國內實力較強的民參軍紅外企業開始逐步直接參與軍隊與武 警紅外產品裝備的供應,占據了部分市場,高德紅外更是率先得到了認可成為國內第一家具備完整武器系統科 研和生產資質的民營企業。

          免責聲明:來源標記為網絡的文章其原創性及文中陳述文字和內容未經協會證實,對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾請讀者僅作參考并請自行核實相關內容。

          節選《2022新型顯示十大城市及競爭力研究》

          新型顯示是數字經濟時代信息顯示載體和人機交互的重要端口,是承....

          11-25

          我國激光設備市場或將突破千萬億級大關

          現如今,隨著人口老齡化問題加劇,激光設備產品在工業領域的應用....

          09-02
          行業分析
          光電新聞
          中國光學光電子行業協會版權所有@2022
          010-84321456/1457
          coema@coema.org.cn
          北京市朝陽區酒仙橋路四號中國電科十一所園區
          欧美性爱制服丝袜
          <sub id="1prfr"></sub>