红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由英国科学家赫歇尔在1800年通过分析太阳光谱发现。红外线又称红外光、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1000微米之间,是波长较可见光中的红光长的非可见光。
太阳光波谱
(来源:久之洋招股书)
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,也称为热辐射,热辐射能量的大小直接和物体表面的温度和材料特性相关。利用红外线的这种特性,人们可以使用红外发射装置对物体进行加热,也可以通过被动捕获射线的方式,对物体进行无需接触的温度测量以及进行热状态分析。
红外热像仪
红外热像仪也叫红外成像系统或红外探测系统,红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射,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。
红外热像仪工作原理图
(来源:高德红外招股说明书)
红外光学系统、焦平面探测器、后续电路和嵌入式图像处理软件是红外热像仪的重要组成部分。其中,探测器是热成像系统的核心部件,起到光信号转换为电信号的作用,这是探测、识别和分析物体红外信息的关键。
红外探测系统主要组成部件及功能
(来源:大立科技招股说明书)
红外探测器
红外探测器是红外探测系统的核心,红外探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光传感器。
红外探测器按照不同的分类标准可以分为多种:
(1)按成像方式分为扫描型和凝视型两种,其区别在于扫描型一般采用时间延迟积分(TDI)技术,采用串行方式对电信号进行读取;凝视型式则利用了二维形成一张图像,无需延迟积分,采用并行方式对电信号进行读取。凝视型成像速度比扫描型成像速度快,但是其需要的成本高。
(2)红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。因此,按照结构形式分类,红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种。单片式集成在一个硅衬底上,即读出电路和探测器都使用相同的材料;混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料,如红外探测器使用HgCdTe,读出电路使用硅(Si)。
红外探测器分类(按结构形式)
(来源:红外焦平面阵列技术现状和发展趋势)
(3)制作焦平面探测器的材料有HgCdTe、GaAs、Si二极管等等,根据这些材料工作原理的不同,焦平面探测器可以分为光子探测器和热探测器。由于光子探测器的构成材料大多在低温下工作,需要制冷,因此光子探测器又称为制冷型探测器;热探测器可以在常温工作、无需制冷,因而又被称为非制冷型探测器。
红外探测器的分类(按工作方式)
(来源:非制冷红外焦平面探测器测试及验证成像技术研究)
光子探测器
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。
红外热像仪的民事用途
(来源:《红外成像技术的军事应用及展望》,高德红外招股说明书)
全球红外产业市场规模及市场格局
全球军用红外产业市场
从需求端来看,根据美国权威机构Maxtech International调查报告,军用红外热像仪的市场将保持稳定增长,2013年全球红外军用市场规模达到79亿美元,2018年预计可达98.26亿美元,其中红外探测器及探测器模块12.3亿美元,红外系统85.96亿美元。军用红外热像仪产品销售金额复合年增长率4.47%,其中红外探测器及探测器模块增长率2.9%,红外系统增长率4.7%。
2014-2019年全球军用红外热像仪市场规模(百万美元)
(来源:Maxtech International)
从供给端来看,本行业的竞争主体集中在美、英、法、德、日和以色列等国。其中,美国凭借其强大的科研优势保持领先。据Maxtech International 统计,2014年全球军用红外热像仪市场的前10 大供应商中,美国厂商共占7席。其中排名前3 位的美国Lockheed Martin公司、Raytheon公司、L-3公司占据了全球军用红外热像仪市场45%以上的份额。
2013年全球各地区军用红外热像仪市场份额
(来源:Maxtech International)
全球民用红外产业市场
从需求端来看,根据美国 Maxtech International 报告,2013年民用红外热像仪的市场规模达到29.56亿美元,预计在2019年,市场规模可达 55.07亿美元 ,其中制冷型15.12亿美元,非制冷型39.95亿美元;民用红外热像仪的销售金额复合年增长率为11.00%。
2014-2020年全球民用红外热像仪市场规模(百万美元)
(来源:Maxtech International)
从供给端来看,民用领域竞争实力最强的业内公司为美国的FLIR公司。根据Maxtech International 统计,2013年FLIR公司占据了全球民用红外热像仪市场40%的市场份额,其中测温类红外热像仪领域的市场占有率高达61%。另外,美国DRS公司、英国BAE Systems公司、美国L-3 公司、美国FLUKE公司等也都是民用红外热像仪领域较强的竞争者。
2013年全球民用红外热像仪市场份额
(来源:Maxtech International)
我国红外产业市场规模
国内军用市场
红外热像仪在我国军事领域的应用也处于快速提升阶段。伊拉克战争中,美军士兵人均准备 1.7具红外热像仪产品。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。根据测算,我国军用红外市场总容量达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。
我国军用红外热像仪市场需求测算
(来源:《红外成像技术的军事应用及展望》)
国内民用市场
国内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。
消防领域
消防领域是发达国家红外热像仪最大的民用市场,在我国还处于发展的初期。目前我国消防车保有量约为3万辆,如果每台消防车配备一台红外热像仪,我国消防行业的红外热像仪潜在市场需求将达到3万台左右,每台按4万元计算,需求总量达到12亿元。
电力领域
作为最成熟、最有效的电力在线检测手段,红外热像仪可以大大提高供电设备运行的可靠性,大大缩短设备检修时间,降低检修成本。我国电力行业红外热像仪的总需求量约为2.5万台,以平均每台售价8万元计算,市场需求总额约为20亿元。
建筑领域
中国工程建设标准化协会批准实施的《红外热像法检测建筑外墙饰面层脱粘结缺陷技术规程》,对红外热像仪在建筑行业的应用进行了规范。根据国家统计局数据,截止2015年底,我国大型建筑业单位数量约为10万个,每家配备1台红外热像仪,市场需求总量可达10万台,以平均每台售价2万元计算,市场需求达20亿元。
制造业领域
我国冶金、电子、食品等制造业单位约有132万家,如果上述制造业中10%的大型企业配备红外热像仪,以提高其产品品质,按每家企业配备一台红外热像仪来计算,则市场需求总量达到13.2万台,以每台售价10万元计算,市场需求额可达132亿元。
我国民用红外热像仪市场需求测算
(来源:国家统计局,久之洋招股说明书)
我国红外产业市场格局
红外行业的上游产品是红外探测器,中游为红外探测器组件,下游为红外整机产品。红外探测器成本约占红外热像仪总成本的80% ,目前,全世界只有美国、法国、日本、以色列和中国 5个国家掌握红外探测器的产业化生产能力。国内红外行业经过多年的发展和技术积累,目前已经具备从红外探测器到红外整机产品的全产业链生产。
我国红外行业上下游产业链研制单位