中國紅外熱成像技術及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

http://www.coema.org.cn/sum/opticsinfrared/20120113/150942.html

第一部分紅外技術的發(fā)展及主要應用領域

紅外技術的發(fā)展
1800年，英國天文學家F.W.赫歇耳發(fā)現(xiàn)了紅外線。
上世紀70年代，熱成像系統(tǒng)和電荷耦合器件被成功地應用。
上世紀末以焦面陣列（FPA）為代表的紅外器件被成功地應用。
紅外技術的核心是紅外探測器。

紅外探測器
單元紅外探測器：如InSb（銻化銦）、 HgCdTe（碲鎘汞）、非本征硅，以及熱電等探測器。
線列：以60元、120元、180 元和256元等，可以拼接到1024元甚至更多元。
4N系列掃描型焦平面陣列：如211所的研制生產(chǎn)的4x288。
凝視型焦平面陣列(IRFPA) ：
致冷型256x256、320x240、384x288，更大規(guī)模的如640x512，1024×1024和1280×720元陣列也已有了；
非致冷型160×120、320x240已廣泛應用于各個行業(yè)中， 384x288、640x480也已開始應用。

紅外探測器按其特點可分為四代：
第一代（1970s－80s）：主要是以單元、多元器件進行光機串/并掃描成像；
第二代（1990s－2000s）：是以4x288為代表的掃描型焦平面；
第三代：凝視型焦平面；
第四代：目前正在發(fā)展的以大面陣、高分辨率、多波段、智能靈巧型為主要特點的系統(tǒng)芯片，具有高性能數(shù)字信號處理功能，甚至具備單片多波段探測與識別能力。

目前非制冷焦平面探測器的主流技術為熱敏電阻式微輻射熱計，根據(jù)使用的熱敏電阻材料的不同可以分為氧化釩探測器和非晶硅探測器兩種。
非制冷焦平面陣列探測器的發(fā)展，其性能可以滿足部分的軍事用途和幾乎所有的民用領域，真正實現(xiàn)了小型化、低價格和高可靠性，成為紅外探測成像領域中極具前途和市場潛力的發(fā)展方向。

氧化釩技術由美國的Honeywell公司在九十年代初研發(fā)成功，目前其專利授權(quán)BAE、L-3/IR、FLIR-INDIGO、DRS、以及日本NEC、以色列SCD等幾家公司生產(chǎn)。非晶硅技術主要由法國的CEA/LETI/LIR實驗室在九十年代末研發(fā)成功，目前主要由法國的SOFRADIR和ULIS公司生產(chǎn)。
目前世界上只有美國、法國、日本、以色列四個國家擁有非制冷焦平面探測器產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的能力，其核心技術僅有美國和法國兩個國家掌握，日本和以色列則由美國取得技術許可，在其國內(nèi)生產(chǎn)和有限制地使用。對我國的出口則設置了更多嚴格的限制，如大家遇到的幀頻限制。

我國已經(jīng)開展了從單元、線列到紅外焦平面的探測器研究工作。產(chǎn)品已覆蓋1μm-3μm、3m-5μm和8μm-14μm三個大氣窗：光子探測器有光導、光伏、量子阱等結(jié)構(gòu)；熱探測器有熱敏電阻，溫差電偶與電堆、熱電等類型。多種焦平面陣列已走出實驗室，開始獲得實際應用。

隨著紅外探測器從第一代主要是以單元、多元器件進行光機串/并掃描成像到目前第四代的飛速發(fā)展，帶動了相關技術和與此相應的紅外應用技術的快速發(fā)展，紅外材料、光學元件加工與鍍膜、制冷器、前放、專用信號讀出處理電路、圖像處理、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)檢測、仿真與試驗技術等，已經(jīng)形成了比較完整的研究生產(chǎn)體系。

紅外技術的主要應用領域
紅外技術早期只局限于軍事領域的應用，伴隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束，紅外技術開始大規(guī)模地走入民用領域。
隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展、紅外技術的快速進步和產(chǎn)品成本的不斷下降，民用領域應用將具有更為廣闊的發(fā)展空間。

軍用領域
紅外技術可用于對遠、中、近程軍事目標的監(jiān)視、告警、預警與跟蹤；紅外成像的精確制導；武器平臺的駕駛、導航；探測隱身武器系統(tǒng)；光電對抗等。
在美、英、法、德、日、以色列等發(fā)達國家的軍隊中，紅外熱像儀已配置在陸、空、海軍等各個軍種中，例如海灣戰(zhàn)爭中平均每個美國士兵配備1.7具紅外熱像儀。
與發(fā)達國家相比，目前我國軍隊中紅外熱像儀的應用相對較少，其市場需求量相當巨大。

民用領域
紅外測溫、紅外成像已在工業(yè)、交通、電力、石化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、遙感、安全監(jiān)控與防范和科學研究等民用領域廣泛應用，成為自動控制、在線監(jiān)測、非接觸測量、設備故障診斷、資源勘查、遙感測量、環(huán)境污染監(jiān)測分析、人體醫(yī)學影像檢查等重要方法。
系統(tǒng)級產(chǎn)品種類和量產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大導致了紅外器件成本的降低，這個發(fā)展趨勢不但促進了這項技術在民用領域能夠不斷地探尋更多的應用用途，同時又拉動了這項技術本身所牽引的基礎行業(yè)的發(fā)展。
民用領域的紅外熱像儀市場極有可能呈現(xiàn)出爆發(fā)性增長，未來全球民用潛在需求市場高達上千億美元。

第二部分紅外技術產(chǎn)業(yè)的主要領域方向

按產(chǎn)品和技術類別可分為：紅外傳感器、紅外成像器 、紅外材料、光學元件、制冷器、前放、專用信號讀出處理電路、圖像處理、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)檢測、仿真與試驗等；
按應用領域可分為：安防領域、消防領域 、電力領域 、企業(yè)制程控制領域、醫(yī)療領域、建筑領域、遙感領域等。

安防領域
從2006 年至今，全球視頻監(jiān)控市場年增長速度達到70%左右，預計到2010 年，全球視頻監(jiān)控市場規(guī)模將達到近60億美元。
中國視頻監(jiān)控市場，2006年規(guī)模達18億元，預計2010年將達到近70億元。

隨著商業(yè)和民用安防監(jiān)控實際需求的不斷增長、部署監(jiān)控系統(tǒng)性價比的不斷提升，以及“國家應急體系”、“平安建設”、“科技強警”等重大工程項目在全國不斷推進，我國視頻監(jiān)控市場將持續(xù)升溫，并不斷創(chuàng)造出更多的市場需求和機會。
北京奧運會、上海世博會、廣州亞運會等國內(nèi)大型活動的舉辦和世界社會安全形勢的多變，對各種危險性的預防也提出了越來越高的要求，具有全天時準全天候的紅外監(jiān)視顯得更加突出。

非制冷紅外探測器的出現(xiàn)和市場價格的可接收性，紅外報警已從近紅外主動照射成像報警、點源紅外探測報警快速向紅外凝視焦平面成像發(fā)展。

紅外成像、紅外/可見光融合的智能視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)將獲得快速發(fā)展，并將廣泛運用到海邊防、銀行、機場、油庫、軍械庫、圖書文獻庫、文物部門、監(jiān)獄等重要部門，以及交通、工業(yè)、倉儲、港口碼頭、物聯(lián)網(wǎng)和森林防火等行業(yè)市場。

到2009年，全國約有300萬個監(jiān)控攝像頭用于城市監(jiān)控與報警系統(tǒng)。未來按三十分之一配置紅外熱像儀，市場規(guī)模即達10萬只，平均每臺按5萬元計算（目前售價約為10萬元），市場需求總量達到50億元。 紅外安防已經(jīng)開始成為安防領域的又一熱門產(chǎn)業(yè)！

消防領域
消防領域是世界上發(fā)達國家紅外熱像儀最大的民用市場。
據(jù)統(tǒng)計，目前全球有大約500萬消防人員，如果每輛消防車輛配備一臺熱像儀，市場總量將達到20萬臺。
據(jù)我國公安部消防局裝備處的統(tǒng)計資料，目前我國消防車保有量約為2.3萬輛，按照公安部、國家發(fā)展和改革委員會、建設部修訂的《城市消防站建設標準》要求，到2009年，每個消防站的消防車配置將由3.2輛增加到5輛，全國消防車總量因此將達到近3.6萬輛。

我國消防車中配備紅外熱像儀的還很少，如果每臺消防車配備一臺紅外熱像儀，平均每臺按10萬元計算（目前售價約為15萬元），全球消防領域的市場需求總量達到200億元，我國將達到36億元。

電力領域
作為最成熟、最有效的電力在線檢測手段，紅外熱像儀可以大大提高供電設備運行的可靠性，大大降低了設備的檢修時間。
雖然電力行業(yè)是目前我國民用紅外熱像儀應用最多的行業(yè)，但僅限于廣東、浙江、江蘇、山東等沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，而且目前這些發(fā)達地區(qū)的擁有量也僅為需求量的20%。
據(jù)統(tǒng)計，我國電力行業(yè)紅外熱像儀的總需求量約為2.5萬臺，以平均每臺售價6萬元（目前售價約為10萬元）計算，市場需求總額約為15億元。

企業(yè)制程控制領域
目前，我國制造業(yè)共有約130多萬家企業(yè)，這些制造業(yè)如果利用紅外熱像儀做制程控制，則能大大提高企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)，如制造業(yè)中10%的大型企業(yè)配備紅外熱像儀，按每家企業(yè)配備一臺紅外熱像儀來計算，則市場需求總量將達到13萬臺，以每臺售價10萬元計算，則市場需求額可達130億元。

醫(yī)療領域
紅外技術的醫(yī)學應用主要包括人體溫度檢測、疾病臨床診斷、疾病治療與保健三個領域。

紅外測溫檢測在非典、流感期間發(fā)揮了重要作用；
醫(yī)用紅外熱成像技術是對結(jié)構(gòu)成像技術（B超、CT、核磁共振）是一個很好的補充，許多以往結(jié)構(gòu)成像技術不能表現(xiàn)或晚于機能表現(xiàn)的異常信息，卻能通過紅外熱成像技術表達。據(jù)文獻報道，在發(fā)現(xiàn)腫瘤方面，它比CT、核磁早6～12個月。它又是疼痛及軟組織損傷的唯一可查儀器。
目前，醫(yī)用紅外熱成像技術正在生物信息、無創(chuàng)檢測、亞健康評估、腫瘤預測、中醫(yī)診斷客觀化、人體異常信息的無創(chuàng)監(jiān)測（包括SARS疫情監(jiān)測）等重大前沿領域得到廣泛的應用。
各種紅外理療儀已經(jīng)逐步進入了人們的家庭。

我國醫(yī)用紅外熱像儀的研制起步較晚，1991年才開始研制醫(yī)用紅外，由于技術和市場的原因，銷售量一直較小，目前在使用的醫(yī)用紅外熱像儀產(chǎn)品大約有200臺，北京協(xié)和醫(yī)院、軍區(qū)總醫(yī)院、309醫(yī)院、304醫(yī)院、721醫(yī)院、電力總醫(yī)院、北京醫(yī)院等均有此類設備，據(jù)報道，目前全國各大醫(yī)院均已建立了紅外醫(yī)療中心，80%的中小型醫(yī)院成立了紅外醫(yī)療科室，國內(nèi)醫(yī)療界對紅外醫(yī)療設備的需求大大增加。

建筑領域
2006年11月1日，中國工程建設標準化協(xié)會批準實施《紅外熱像法檢測建筑外墻飾面層脫粘結(jié)缺陷技術規(guī)程》，對紅外熱像儀在建筑行業(yè)的應用進行了規(guī)范。目前，我國建筑企業(yè)約為10萬家，如果每家配備1臺紅外熱像儀，則市場需求總量可達10萬臺，以平均每臺售價5萬元計算，市場需求額可達50億元。

遙感領域
紅外遙感儀器獲取地物目標的紅外波段輻射數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號或信息處理可以獲得地球環(huán)境的信息。在地球資源探查、氣象預報、防災減災、抗災搜救等方面具有重要的應用價值和廣闊的應用空間。
有星載、機載、浮空器等眾多遙感平臺。

第三部分國內(nèi)外紅外產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

軍用領域：
紅外技術已廣泛應用于陸、海、空各軍兵種，其中紅外成像精確制導是各國紅外技術應用的主流方向之一。紅外成像制導技術是由美國人從60年代初開始研創(chuàng)。有資料統(tǒng)計，在過去的20年里，世界范圍內(nèi)多次的局部戰(zhàn)爭和有限軍事沖突中，被導彈擊中的飛機中有90%是被紅外制導導彈擊落的, 有85%的地面和海上目標是被有紅外制導能力的武器系統(tǒng)所擊中。

紅外制導技術的擴展應用領域相當寬廣，大量裝備的還有陣地型、機載型、艦載型和星載型制導火控系統(tǒng)和預告警系統(tǒng)。這些地面系統(tǒng)由于基本不受體積、重量、造型和時效性的嚴格限制，又有人工參與進行維護和參數(shù)的現(xiàn)場設置。
在歐、美發(fā)達國家，非消耗性紅外成像制導（指揮、預警和火控）系統(tǒng)的列裝率較高，幾乎軍用（警用）艦船上、飛機上、戰(zhàn)車上和重要的地面陣地都裝備了大量的紅外成像設備，并發(fā)揮了相當重要的作用。

單兵武器更是一個廣大的市場，目前全球軍隊數(shù)量約為2000萬人，如果10%的軍隊按每個士兵配備具紅外熱像儀，每具紅外熱像儀按2000美元（目前售價約為1萬美元）計算，全球單兵軍用紅外熱像儀市場需求總量即可達40億美元。
根據(jù)國際光學學會（SPIE）估計，目前全球軍用紅外熱像儀的實際年需求至少為30 億美元。
民用領域
根據(jù)美國Maxtech International 發(fā)布的紅外市場報告， 2006年全球民用紅外熱像儀的銷售額為16.3億美元，幾年來，全球民用紅外熱像儀市場需求年均增長率已超過了15%，預計2010 年全球民用紅外熱像儀市場供給將達到28億美元。
全球民用紅外熱像儀市場的供給和需求趨勢

由于紅外技術具有很高的軍用和民用價值，近年來國外主要廠家紛紛在核心器件及系統(tǒng)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程中加大投入和研發(fā)的力度。
FLIR 公司、L-3 公司、FLUKE 公司、SOFRADIR/ULIS 公司、NEC 公司是民用熱像儀領域較強的競爭者。
FLIR 公司是民用領域競爭實力最強的紅外熱像儀公司，2006年，F(xiàn)ILR公司取得了寶馬汽車公司為其新款7系列轎車配備的紅外熱像儀訂單，并獲得了美國政府35萬臺的出口許可申請，該公司的vo2非制冷紅外成像器在國內(nèi)市場占有很大份額。

　從全球范圍來看，紅外熱像儀目前已得到廣泛的應用，根據(jù)MaxtechInternational的報告，全球民用市場規(guī)模為30億美元左右，未來幾年年均增速為15%左右；軍用市場規(guī)模為60億美元左右，未來幾年年均增速為7%左右。

　　軍用領域：

　　由于紅外技術能比較全面地滿足軍事應用上的各種需求，因而紅外技術也是當今國內(nèi)競相發(fā)展的重點技術之一。

　　目前我國軍隊中紅外熱像儀應用的相對較少，按照我國政府發(fā)布的《2006年中國的國防》白皮書，我國軍隊的人員數(shù)量為230萬人，如果未來我軍 10%的部隊裝備紅外熱像儀，則我國軍用紅外熱像儀市場容量就可達到23萬套，以每套5萬元（目前大部份軍用紅外熱像儀實際售價遠超過10萬元）來計算，其市場需求量可達115億元。

　　民用領域：

　　紅外熱像儀在我國應用于安防、消防、電力、建筑等行業(yè)領域目前還處于起步階段，發(fā)展空間巨大，未來市場空間將超過軍用需求。

　　由于國內(nèi)經(jīng)濟高速發(fā)展，中國紅外熱像儀市場的年均增長率將達到甚至超過20%，預計2011年中國民用紅外熱像儀市場的需求量可以達到9.95億元。若考慮到新的應用領域的開發(fā)，其實際的市場需求總量將可能超過這一預測。

　　目前國內(nèi)從事紅外技術產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和經(jīng)營的單位約有400余家，初具規(guī)模的約有30余家。民用紅紅外熱像儀的供應商有十來家，但大部分企業(yè)研發(fā)實力弱，品牌影響力小，許多企業(yè)實際上是國外產(chǎn)品的代理商或者是系統(tǒng)集成商。

　　國內(nèi)從事紅外材料、器件和系統(tǒng)的主要研制單位有：中電11所、兵器211所、 8358所、中科院上海技術物理所、205所、航空612所、613所、船舶717所等。大立科技、武漢高德和廣州颯特等已成為國內(nèi)紅外民品產(chǎn)業(yè)的主力軍。

　　由于各種原因，國營單位在民用市場的份額約為5%，大立科技、武漢高德和廣州颯特三家的市場占有率已在60%以上。中國紅外熱像儀產(chǎn)業(yè)用10年的時間從國外行業(yè)領先的FLIR、FLUKE等廠商搶回了超過50%的市場份額，初步實現(xiàn)了進口替代的產(chǎn)業(yè)目標。

　　目前國產(chǎn)紅外熱像儀的產(chǎn)品性能已經(jīng)基本接近進口產(chǎn)品，但由于品牌影響力等原因，價格只是進口產(chǎn)品的一半。

　　紅外熱像儀的核心部件主要靠進口，核心技術受制于人。國內(nèi)企業(yè)的競爭力主要體現(xiàn)在總體技術、光學系統(tǒng)、后續(xù)電路、圖像處理軟件等方面。當然、人才、管理、市場也是競爭力的一部分。

紅外行業(yè)的市場特征

　　1、技術攻關難

　　紅外熱像儀是由焦平面探測器、后續(xù)電路、圖像處理軟件三大部件組成，是集材料學、半導體技術、精密儀器、機械工程、光學系統(tǒng)、軟件設計等尖端技術為一體的高科技產(chǎn)品。因為紅外熱像儀目前還主要應用于軍事領域，其相關的技術資料擴散受嚴格控制，很難獲取，這是導致國內(nèi)相關技術落后，人才培養(yǎng)艱難的主要原因，從而使得國內(nèi)科研機構(gòu)一直難以在此行業(yè)取得重大突破。

　　2、核心部件進口受限

　　目前，紅外熱像儀的核心部件焦平面探測器僅有歐洲和北美、日本和以色列等少數(shù)幾個國家的企業(yè)具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的能力，其核心技術輸出被嚴格限制。目前國內(nèi)所有焦平面探測器均來國外，國內(nèi)采購必須向所在國政府提出申請，并經(jīng)政府審核同意后，簽發(fā)出口許可證，相關企業(yè)方可和進口方簽訂產(chǎn)品購銷協(xié)議。因此進入紅外熱像儀行業(yè)的企業(yè)在采購探測器時需要很長的時間方可取得許可，程序較為繁瑣而緩慢。

　　3、產(chǎn)業(yè)化進程緩慢

　　紅外熱像儀作為新興的高科技產(chǎn)品，研發(fā)難度大、周期長、產(chǎn)業(yè)化的難度高。例如，對于一個新的行業(yè)進入者而言，要成功開發(fā)出消防用紅外熱像儀至少要5年左右的時間，而產(chǎn)品研發(fā)出來后，如何推向市場，需要更多營銷渠道積累。因此，雖然國內(nèi)部分科研院校掌握了紅外熱像儀的部分技術，并成功開發(fā)出產(chǎn)品，但由于未能成功地轉(zhuǎn)化為商品，缺乏進一步改進、發(fā)展的機會，因此技術也未能及時趕上國際先進水平。

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