楊興杰
1.紅外線及紅外成像的概念
光在本質(zhì)上屬于電磁波，根據(jù)波長不同可以分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等類型。受人眼自然構(gòu)造形成的視覺性能限制，人類只能對波長在0.76-0.38微米波譜段的輻射進(jìn)行感知，無法通過直接觀察的方式獲取紅外線成像信息。
圖表：太陽光總輻射及不同波長的類型
光電成像技術(shù)是通過光學(xué)系統(tǒng)和光電圖像傳感器，將自然界的模擬圖像信息轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行機器處理的數(shù)字圖像信息，并對圖像進(jìn)行處理和分析的技術(shù)。以光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、光電子理論和半導(dǎo)體物理等為基礎(chǔ)，采用光電成像器件完成成像過程的改善人類視見能力的技術(shù)統(tǒng)稱為光電成像技術(shù)。紅外成像是光電成像的重要子類，紅外線是指波長0.76微米至1毫米范圍的電磁波，是自然界中存在最為廣泛的輻射，所有溫度高于絕對零度（-273℃）的物質(zhì)都不斷地輻射紅外線，因此紅外成像具有廣泛的應(yīng)用價值。
（1）紅外熱像儀的概念
紅外熱像儀是一種通過探測目標(biāo)物體的紅外輻射，然后經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理及數(shù)字圖像處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的光電成像系統(tǒng)。
紅外熱像儀主要由鏡頭、紅外探測器、硬件電路及其內(nèi)置的圖像處理軟件及算法構(gòu)成，其中探測器、硬件電路和圖像處理軟件結(jié)合即為機芯。紅外熱像儀的基本工作原理為：首先，紅外鏡頭過濾可見光并允許通過紅外線，將工作波段內(nèi)的輻射收集起來并聚焦到探測器上，完成光信號的收集；然后，探測器將鏡頭組件采集的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷蹼娦盘?，該信號的大小可以反映出紅外輻射的強弱，機芯中搭載的硬件電路會將探測器轉(zhuǎn)化輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、降噪，從而清晰地采集到目標(biāo)物體溫度分布情況；最后，由軟件對上述放大和降噪后的電信號進(jìn)行處理、優(yōu)化、增強，并得到電子視頻信號，輸出至顯示器中即可得到人眼可見圖像。
（2）紅外熱像儀的類別
從不同角度出發(fā)，紅外熱像儀有多種分類標(biāo)準(zhǔn)。按照紅外熱像儀所用探測器工作溫度的不同，可以分為制冷型和非制冷型兩類。
圖表：紅外熱像儀的類別
2.紅外成像的應(yīng)用領(lǐng)域
（1）軍用領(lǐng)域紅外熱像儀能在完全黑暗的環(huán)境下探測到物體，且不受煙霧、粉塵等因素影響，可以全天候使用。同時，紅外熱像儀是通過被動的方式探測物體發(fā)出的紅外輻射，相較于其他帶光源的主動成像系統(tǒng)更具有隱蔽性，因此紅外成像技術(shù)在軍事領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值，可以在偵查、監(jiān)視、制導(dǎo)等軍用領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。
圖表：紅外熱像儀在軍用領(lǐng)域的代表性應(yīng)用場景
制冷型紅外產(chǎn)品具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、探測距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，但由于價格相對昂貴，主要被用于周界安全、海岸監(jiān)視、機載、艦載、彈載、星載應(yīng)用等對性能要求較高的高端軍用領(lǐng)域。非制冷型紅外產(chǎn)品的性能相對弱于制冷型紅外產(chǎn)品，但其具有體積小、功耗低且價格較低的特點，因此主要用于輕武器瞄具、單兵裝備等對性價比和便攜性要求較高的領(lǐng)域。
（2）民用領(lǐng)域
近年來，隨著紅外熱成像技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外產(chǎn)品的成本整體呈下降趨勢，特別是價格相對較低的非制冷型紅外成像產(chǎn)品在眾多民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。紅外熱成像技術(shù)已成為自動控制、在線監(jiān)測、非接觸測量、設(shè)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(xué)影像檢查等重要方法。
圖表：紅外熱像儀在民用領(lǐng)域的主要應(yīng)用場景
3、紅外成像的市場空間
（1）軍用市場空間
在軍用領(lǐng)域，因各國保持高度的軍事敏感性，限制或禁止向國外出口軍用級產(chǎn)品，所以率先發(fā)展紅外熱成像技術(shù)的發(fā)達(dá)國家軍隊普及率較高。目前，國際軍用紅外產(chǎn)品市場主要被以美國、法國為代表的發(fā)達(dá)國家企業(yè)主導(dǎo)。根據(jù)MaxtechInternational分析，2023年全球軍用紅外熱成像市場規(guī)模約為107.95億美元；2020年-2023年復(fù)合增長率約為4.04%。
2014-2023年全球軍用紅外熱成像市場規(guī)模及預(yù)測（億美元）
數(shù)據(jù)來源：MaxtechInternational
與發(fā)達(dá)國家相比，目前我國軍隊中紅外熱像儀的應(yīng)用比例相對較少，但隨著我國國防現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，紅外熱像儀在我國軍事領(lǐng)域的應(yīng)用處于快速提升階段，包括單兵、坦克裝甲車輛、艦船、軍機和紅外制導(dǎo)武器在內(nèi)的紅外裝備市場均快速發(fā)展，市場需求量巨大，但是受軍工行業(yè)信息安全和保密措施限制，公開渠道無法獲取我國軍用紅外市場數(shù)據(jù)。
（2）民用市場空間
隨著紅外熱像技術(shù)的發(fā)展，民用紅外熱像儀成本呈下降趨勢，在工業(yè)測溫、教育科研、消防與安防監(jiān)控、石油化工、醫(yī)療檢測、輔助駕駛以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，全球民用紅外熱像行業(yè)將迎來市場需求的快速增長期。根據(jù)MaxtechInternational分析，2023年全球民用紅外熱成像市場規(guī)模約為74.65億美元，2020年-2023年復(fù)合增長率約為10.05%。
2014-2023年全球民用紅外熱成像市場規(guī)模及預(yù)測（億美元）
數(shù)據(jù)來源：MaxtechInternational
目前我國的紅外熱像儀市場還處于發(fā)展期，與國外成熟市場相比還有很大的增長潛力。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)市場對于紅外熱像儀的需求也日趨旺盛。由于紅外熱像儀產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，能為人們生產(chǎn)生活提供極大的便利，未來市場對紅外熱像儀的需求預(yù)計將會保持持續(xù)穩(wěn)定增長的態(tài)勢。
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