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红外成像行业现状及未来发展方向,非制冷红外探测器用途日益广泛

2022-08-18

来源:知乎

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作者:华经产业研究院
链接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/257000253
来源:知乎
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一、红外成像行业概况

红外热成像技术历经三代,制冷光子型探测器和非制冷热式探测器并行发展。从技术发展的历史看,现代红外探测器技术是从20世纪40年代的制冷光子型单元红外探测器开始的,后来发展出线列探测器,再到今天的焦平面探测器和双色探测器,已发展到第三代。非制冷型红外焦平面技术属于第三代红外探测器技术,由美国霍尼韦尔公司于上个世纪九十年代中期研发成功,并于2000年前后实现商用。


资料来源:公开资料整理

二、红外成像民用市场现状分析


随着红外探测器技术的成熟,各种适于民用的低成本红外探测器不断问世,它在国民经济各个领域发挥着越来越重要的作用,红外热成像仪被广泛应用于电力、建筑、执法、消防、车载等行业。除了传统应用行业外,未来将有更多新兴市场需求成为红外成像市场新的增长极。


资料来源:公开资料整理

近年来,全球民用红外市场规模快速增长,据统计,截至2019年全球民用红外市场规模约为50.41亿美元,预计到2023年全球民用红外市场规模将达到74.65亿美元。

资料来源:公开资料整理


相关报告:华经产业研究院发布的《2020-2025年中国红外成像行业发展趋势预测及投资战略咨询报告》

三、我国红外成像产业市场现状分析


从红外成像仪细分市场来看,预计到2024年热成像、监控、消防、个人视觉系统、加固型智能手机、军事及其他红外成像仪市场分别占比24%、12%、9%、9%、7%、34%、5%。


资料来源:华经产业研究院整理

目前我国红外热像仪产品市场还处于发展期,与国外成熟市场相比还有很大的增长潜力。随着我国经济持续发展,国内市场对于红外热像仪的需求也日趋旺盛。由于红外热像仪产品应用领域广泛,且能为人们生产生活提供极大的便利性,预计未来红外热像仪的市场需求将保持稳定增长的态势。


资料来源:华经产业研究院整理

四、红外成像行业竞争格局分析


目前民用市场竞争相对充分,全球市场份额主要为欧美厂商所占据。据统计,民用领域竞争实力最强的业内公司为FLIR,为世界上规模最大、品种最齐全的红外热成像仪产品供应商。FLIR占据了全球民用红外热成像仪市场66.3%的市场份额。


资料来源:华经产业研究院整理

国内红外成像产品设计和制造能力较强的企业包括睿创微纳、高德红外、大立科技、北方广微和海康微影。其中睿创微纳是国内目前唯一一家能够批量提供10微米级非制冷红外探测器的公司,且在2019年8月,公司发布1280×1024/10μm百万级像素数字输出红外MEMS芯片,为继美国DRS之后,第二个发布最小像元间距10微米非制冷红外探测器的公司,这也是目前国内市面上最小像元中心距的焦平面探测器,可提供更清晰细腻红外图像。此外,大立科技于2019年8月,成功研制出600万像素,3072×2048/12μm红外探测器,是目前最高像素的红外探测器。


资料来源:公开资料整理

五、红外成像的原理分析


红外热像仪成像时,目标物体的某个单位面积与图像的某一像素相对应,像素的灰度值就是热像仪输出的视频信号幅度Us经过放大、量化后得到的电压。
非制冷红外成像框图


资料来源:公开资料整理

六、红外焦平面阵列未来发展方向


1、芯片上的A/D转换
过去几年,A/D转换电路技术发展很快,特别是与红外焦平面阵列读出带宽相似的声频带宽A/D转换用的低功率电路技术已经按常规达到16位的水平。一种在50kHz时,分辨率为18位的4阶增量A/D转换器已被推荐应用于空间技术。
2、光子记数
红外焦平面阵列中的光子记数可通过两种方法实现∶
(1)在读出之前将光电子放大;
(2)用晶胞电子部件中的高增益计算单个的光电子。
虽然目前已经为一些专门的低背景、长波长应用部件研制了固态光电倍增管器件,但是类似的放大在一个较宽的波长范围内还是有用的。
3、光学读出
典型的杜瓦瓶连接线伴随有电容和热负载,为此人们已开始探索焦平面阵列的光学读出。
(1)加利福尼亚阿祖萨的Aerojet公司已提出用光学信号为低温焦平面阵列提供计时和功率。
(2)喷气推进实验室已开始调查焦平面上的光学调制器在焦平面阵列模拟光学读出方面的使用情况。
4、灵巧焦平面
原理上,增加焦平面上的处理量可以降低空间载科学遥感器的数据传输要求。然而,科学界一般对这种方法持不赞赏态度。但是,未来的一些光谱绘图飞行任务可能会有降低深空间通讯带宽的要求。神经网络电路在焦平面上或许能得到有效使用,它可以用于识别某些光谱特征,对具体数据进行分类或加标记,以减小传输带宽或启用其它更高级的功能。这种用于成像光谱仪的光谱神经处理技术是喷气推进实验室最近提出的。
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