服务热线
021-589305601、红外探测器军民领域广泛应用
1.1 红外制冷与非制冷探测器均军民领域应用广泛
红外线的概念和特性：红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，又称红外光、 红外热辐射，是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在 0.76 至 1,000 微米之间。 红外线是自然界中存在最为广泛的辐射，所有温度高于绝对零度（-273℃）的物质都不断 地辐射红外线，红外线能量的大小与物体表面的温度和材料特性直接相关，温度越高， 红外线能量就越大。
红外线具有两个特点：1）与物体温度相关性：红外线辐射是基于物体分子的热运动， 所有温度高于绝对零度（－273.15℃）的物质，其内部的分子和原子都在不停的运动，温 度越高，热运动就越剧烈，辐射的能量就越大。红外线热辐射能量的大小，直接和物体 的温度相关。利用这一特点开发出的红外热像仪，可以将物体的温度差异通过图像清楚 地在视频中显示出来，从而可以对物体进行无接触式温度测量和热状态分析，为工业生 产、节约能源、环境保护等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具，可广泛应用于 民用领域。2）穿透性：红外辐射的能量在大气传输中会产生损失，尤其在一些恶劣的天 气条件下。但红外线中，存在两个穿透性强、透明度高的波段，即 3-5 微米和 8-14 微米 的红外线，被称之为“大气窗口”。其中 3-5 微米波段红外线对雨天、雾天等湿度大的气 候条件穿透性尤其强，而 8-14 微米波段的红外线在沙尘条件下作用距离较其他波段更长。 利用这一特点开发出的红外热像仪，可广泛应用于军事领域以及消防等民用领域。
利用红外线特性制造红外热成像仪的原理：红外热成像仪也叫红外成像系统或红外探 测系统，是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段， 将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。红外图像转换成可见图像分 三步进行，第一步是利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射转变为微弱电信号， 该信号的大小可以反映出红外辐射的强弱；第二步是利用后续电路将微弱的电信号进行 放大和处理，从而清晰地采集到目标物体温度分布情况；第三步是通过图像处理软件对 上述放大后的电信号进行处理，得到电子视频信号，电视显像系统将反映目标红外辐射 分布的电子视频信号在屏幕上显示出来，得到可见图像。
红外焦平面探测器是红外热像仪的核心部件：红外热像仪组成部件及技术包括红外光 学系统、红外焦平面探测器、后续电路、图像处理软件。其中，红外焦平面探测器是红 外热像仪的核心部件，探测器水平直接决定了最终形成的可见图像的清晰度和灵敏度。 它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多数 情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学效应。它也是热像仪主要成本构成，在制 冷热像仪中，探测器成本高达 70%，在非制冷热像仪中，探测器成本占据了 1/3-1/2 左右。
红外探测器经历三代发展：红外探测器的设计、生产及研发涉及到材料、集成电路设 计、制冷和封装等多个学科，技术难度很大。自 20 世纪 40 年代德国研制出硫化铅探测 器以来，红外技术有了很大的发展。红外探测器发展至今可以被划分为三代，第一代以 分立型为主，元数在 103元以下，有线列和小面阵结构；第二代为扫描型和凝视型焦平面 结构，在美国出现 LADAⅠ、LADAⅡ、LADAⅢ型阵列应用的基础上发展起来的焦平面 阵列，规模在 103～106元；第三代以凝视型为主，规模在 106元以上，且强调双波长（双 色）或多波长（多色）响应和更强的智能化逻辑处理功能，以及价格较低的非制冷焦平 面阵列等。
红外探测器可以按照不同维度进行分类：根据探测机理不同，红外探测器可分为光子 红外探测器和热敏红外探测器；根据工作温度和制冷需求，分为制冷型和非制冷红外探 测器；根据响应波长，可分为近红外、中红外、远红外和极远红外探测器。划分维度之 间不是完全的相互分离，只是维度不同，在实际中，一种探测器往往兼具上述的几个特 征。
非制冷探测器与制冷探测器各有优势：制冷型红外焦平面探测器的优势在于灵敏度高， 能够分辨更细微的温度差别，探测距离远，但是其结构复杂且成本高昂，主要应用于高 端军事装备；非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够在室温状态下工作，具有启 动快、功耗低、体积小、重量轻、寿命长、成本低等诸多优点。可以满足一般军事需求 及大部分民用需求。
晶圆级封装决定红外探测器的成本：金属管壳封装是最早开始采用的封装技术，技术已 非常成熟，由于采用了金属管壳、TEC和吸气剂等成本较高的部件，导致金属管壳封装 的成本一直居高不下，使其在低成本器件上的应用受到限制。陶瓷管壳封装是近年来逐 渐普及的红外探测器封装技术，可显著减小封装后探测器的体积和重量，且从原材料成 本和制造成本上都比传统的金属管壳封装大为降低，适合大批量电子元器件的生产，但 是尺寸仍过大，成本仍然较高。
晶圆级封装是与陶瓷管壳封装技术相比，晶圆级封装技术的集成度更高，工艺步骤也 有所简化，更适合大批量和低成本生产。晶圆级封装技术的应用为红外热成像的大规模市场（如车载、监控、手持设备等）提供了具有足够性价比的探测器。晶圆级封装技术 的实现，可以提高封装效率，降低核心器件体积，做到了小型化、低功耗、低成本，给 拓展民用领域提供了更多可能性。应用领域涵盖个人视觉、工业检测、检验检疫、智慧 家居、消费电子、警用执法等。
1.2 世界红外成像市场欧美主导，军民侧重各有不同
红外热成像仪最早运用在军事领域：红外热成像仪能在完全黑暗的环境下探测到物体， 即使在有烟雾、粉尘的情况下也不需要可见光光源，因此可以全天候使用。红外热成像 仪以被动的方式探测物体发出的红外辐射，比其他带光源的主动成像系统更具有隐蔽性。 由于红外热成像具有隐蔽性好、抗干扰性强、目标识别能力强、全天候工作等特点，所 以被应用于军事侦察、监视和制导等方面，在武器装备中得到广泛应用。
世界军用红外未来市场被欧美主导：出于红外热成像仪的军事敏感性，军用产品往往以 国家为单位实施产品和技术垄断，尤其各技术领先国对军用红外热像产品和技术高度保 密，导致不同国家的红外热成像仪企业之间在军用领域一般不会产生直接的市场竞争。具体看来，本行业的竞争主体集中在美国、法国、英国和以色列等国。其中美国以强大 的科研优势保持领先，在国际军品市场占据绝对主导地位。据Maxtech International统计， 2014年全球军用红外热成像仪市场的前十大供应商中，美国厂商占据7席，排名前3位的 Lockheed Martin Corporation、Raytheon Company、L3 Technologies, Inc.占据了45%以上的 份额，排名四到十位分别是：Thales Group、SAGEM、Northrop Grumman Corporation、 FLIR、United Technologies Corporation、BAE Systems plc及Elbit Systems Ltd.。
世界军用红外未来市场空间：军用红外产品从上世纪70-80年代起就逐步应用于海陆空战 场上，经过多年的技术迭代及产品换代，目前红外产品在美国、法国等发达国家军队的 普及率较高，市场趋于稳定。同时，西方发达国家对于红外成像采取严格的技术封锁及 产品禁运政策，也制约了全球军品市场规模的大幅增长。根据Maxtech International及北京 欧立信咨询中心预测，2023年全球军用红外市场规模将达到107.95亿美元。目前国际军用 红外热成像仪市场主要被欧美发达国家企业主导占据，因各国保持高度军事敏感性，限 制或禁止向国外出口，大部分市场集中在欧美地区。根据Maxtech International统计，2014 年全球军用红外热成像仪系统市场中，北美占50%，欧洲占18%，亚洲地区目前市场份额 占12%，未来市场空间巨大。
我国军用红外市场潜力巨大：与国际市场相比，我国的军用市场由于底子薄，仍处在大 力追赶阶段。近年来红外热像仪在我国军事领域的应用处于快速提升阶段，包括单兵、 坦克装甲车辆、舰船、军机和红外制导武器在内的红外装备市场将迎来快速发展阶段。 国内军用红外热像仪市场正快速发展，属于朝阳行业，市场容量巨大。我国军用红外市 场规模约 340 亿：我国的军队人员数量约为 200 万人，如果未来我军 10%的部队装备红 外热像仪，则我国单兵用红外热像仪市场容量可达到 20 万套，以每套 2 万元来计算，其 市场容量可达 40 亿元。此外，考虑到军机、坦克等市场，我国军用红外市场总容量或达 300 亿元以上，假设红外系统更新周期为 10 年，每年的市场规模平均在 30 亿元以上。
红外在民用领域的应用更加广泛：在民用领域，红外热成像仪行业已充分实现市场化 竞争，各企业面向市场自由竞争。随着非制冷红外热成像技术的发展，红外热成像仪在 民用领域得到了广泛的应用，其民用市场保持着很快的增长速度，增长幅度要远大于军 用领域。红外热成像仪在民用市场消费额的快速增长主要来源于产品成本下降带来新应 用领域的不断扩大，随着红外热成像仪在电力、建筑、执法、消防、车载等行业应用的 推广，国际民用红外热成像仪行业将迎来市场需求的快速增长期。
根据 Maxtech International 及北京欧立信咨询中心预测，2023 年全球民用红外市场规模将 达到 74.65 亿美元。根据 Yole 研究及预测，在全球民用红外市场主要细分领域中，增长 最迅速的是个人消费领域，2014 年至 2019 年预计年复合增长率达到 17.41%，其中智能 手机热像仪更是达到 40.99%。安防监控及辅助驾驶市场的年复合增长率也在 10%以上。
