一、什么是红外热成像仪?

由于黑体辐射的存在,任何物体都依据温度的不同对外进行电磁波辐射。波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。热红外成像通过热红外敏感CCD对物体进行成像,能反映出物体表面的温度场。红外热像仪就是通过探测目标物体的红外辐射,然后经过光电转换、电信号处理及数字图像处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像。热红外在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。

红外热像仪的核心部件是用来探测、识别和感知红外辐射的红外探测器,探测器性能直接决定了最终形成的可见图像的清晰度和灵敏度。

二、如何分类

根据工作原理可将红外探测器主要分为光子探测器、热探测器。根据探测器的工作温度可以将其分为制冷型和非制冷型,其技术差异来源于探测原理的不同。热探测器材料吸收红外辐射后产生温升,通过测量其物理性质的变化就可以测量出它吸收的能量或功率。光子探测器吸收光子后,探测器材料的电子状态会发生改变,产生光电效应,通过测量光电效应的大小可以测定被吸收的光子数。通常情况下,制冷型红外探测器属于光子型,非制冷型红外探测器在探测原理上属于热式。

1.制冷探测器:性能好但成本高,多军用

2.非制冷探测器:性价比高,民品市场广阔

非晶硅(α-Si)和氧化钒(VOx)则是非制冷型红外探测器的两大主流敏感材料。

三、用途及规模

1.军用

基于2020年美国发布的中国军力报告,我们预测,中国的军用红外热成像仪市场规模达到370亿元,按十年为周期的更新换代频率,年均市场需求将达到37亿元。

2.民用

1)电力行业是使用红外热像仪最早及数量最多的民用领域,红外技术可以大大提高供电设备的运行可靠性,降低了设备检修时间,是最成熟最有效的在线电力检测方法。

2)红外热成像技术可用于建筑检测、石油化工设备检测、采矿以及工业生产制造过程控制。

3)新冠疫情在2020年对全世界造成了巨大的冲击,预计其可能会在未来几年持续影响世界,而红外体温检测仪是战胜疫情的关键装备之一。

4)狩猎&户外,猎人驴友的黑暗之眼。

5)红外热成像技术在安防应用领域也处于越来越重要的地位。红外热像仪是被动接受目标自身的红外热辐射,无论白天黑夜均可以正常工作并且不会暴露自己,在雨、雾等恶劣天气下仍可正常观测目标。因此采用红外热成像设备可对各种目标如人员、车辆进行监控,也可以作为防火报警设备。

6)在消防救援的紧急关头,红外热像仪必不可少。中国消防工作面临着前所未有的挑战,亟待提升消防安全智慧化治理水平。我国消防车约3万辆,假设每车配1台红外热像仪,预计市场规模将达12亿。家庭消防市场也将是红外热像仪产品未来最具潜力市场之一。

7)红外热像仪的加入能为传感器模组增加冗余度及可靠性,为汽车在复杂环境中安全行驶保驾护航。

可见,红外热像仪同样在民用领域得到了广泛的应用,包括安防监控、个人消费、辅助驾驶、消防及警用、工业监测、电力检测、医疗检疫等领域。2020年初爆发的新冠疫情,带动红外测温设备需求激增。基于我国人均安防监控配置数量、全国汽车保有量、消防车数量、工业企业数量等宏观统计数据估算,中国民用红外成像仪市场规模约为2690亿元,按十年的更新换代周期计算,每年市场规模可达269亿元。

综上所述,国内未来10年红外热成像市场规模达3060亿的规模,年均规模306亿。

四、发展阶段

我国红外热成像仪行业发展经历了三个阶段:

第一阶段:20世纪50年代初-20世纪50年代末,红外热成像仪的初步接触与了解。中国首次知道红外热成像仪始于20世纪50年代初,当时中国人民志愿军在朝鲜战场上获得了红外热成像装备,此后相关科研人员开始对红外热成像装备的工作原理、材料、功能进行初步研究,取得了一些初步的研究成果。

第二阶段:20世纪60年代初-20世纪80年代末,军用领域红外热成像技术的研制工作取得了较快的发展。除了中国科学院上海物理研究院、中国电科集团11所、兵器工业集团211所,一些高校如华中工学院(现华中科技大学)、吉林大学也开始了红外技术的研发工作。

第三阶段:1990年至今,中国民用红外热成像仪行业的快速发展阶段。中国经济快速发展,国际上非制冷焦平面探测技术的开发成功,进一步推动了中国民用红外热成像仪的研究与发展,中国红外热像仪企业开始研制生产非制冷民用红外热成像仪,并大力攻关上游核心器件红外探测器,取得了突破。现在,我国已具备了非制冷型和制冷型红外探测器的国产化生产能力。

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成像仪总成本的80%,因此红外探测器的采购价格对红外整机产品的销售价格影响较大。根据中国产业信息网数据,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,目前已具备从红外探测器到红外整机产品的全产业链生产。

在军用市场中,我国人事红外研制生产的单位可分为科研院所及其产业化公司和民营企业两大类。国内红外产品的科研单位在此不作重点介绍。国内民营红外产品企业通常是国有科研生产单位的合作方,作为军品生产的分包单位进行红外热成像产品的配套生产。近年来,随着非公有制企业被请允许进入国防科技工业领域、武器装备科研生产领域以及装备采购制度改革的逐步深化,民营红外产品企业与国有科研院所之间逐步演变为既有合作,又有竞争的关系。

民用市场上,国内红外技术产品研制、生产和经营的单位约有40余家,初具规模的约有30余家。民用红外热成像仪的供应商有10多家,但大部分企业研发实力弱,品牌影响力小,许多企业实际上是国外产品的代理商或者是系统集成商,不具备真正的核心竞争力。而研发能力较强的则主要有高德红外、大立科技和艾睿光电等。

五、竞争格局

我国从事红外成像科研生产的单位可以分为科研院所和企业两部分。本文主要围绕企业层面进行分析。

总体来看,我国红外热成像仪行业市场集中度相对较高,2020年,我国红外热成像仪市场前三企业市场规模达54.44亿元,CR3达26%;前五企业市场规模达63.22亿元,CR5达30%。

从行业现有竞争者看,国内从事非制冷红外技术产品研制、生产和经营的单位大部分研发能力弱,品牌影响力小,许多企业是国外产品的代理商或系统集成商,近5年我国非制冷红外焦平面探测器技术进步较大,拥有非制冷红外探测器自主研发生产能力的企业主要包括睿创微纳在内的4家企业。整体来看,我国红外热成像仪行业竞争较为激烈,头部效应逐步形成。

从行业潜在进入者威胁上看,前瞻从进入壁垒和行业吸引力两方面对潜在进入威胁进行了分析,前瞻认为红外热成像仪行业为技术密集型行业,进入该行业具有很高的技术壁垒,但是另一方面,受红外热成像仪行业近几年快速发展,行业吸引力仍然较强。

从行业替代品威胁上看,目前主要有光学摄像头、毫米波雷达与激光雷达等三大传感器会对中国红外热成像仪行业造成威胁,但总体来看,其余三类传感器在不同的应用场景中能互补彼此的短板,但在部分情况下仍无法适用,因此,红外热成像仪与其他三类相比,仍有较大优势。

从行业供应商议价能力上看,国际探测器生产厂商大多数集中在美国和法国,另外英国、以色列、德国、加拿大、日本等国家也有少量探测器生产厂商,上述国家生产厂商的探测器出口均需进行审批,不同国家的审批严格程度和对可出口探测器性能指标的限制有所不同。从探测器性价比及审批流程相对便利等方面考虑,目前国内红外热像仪生产厂商所使用的探测器基本从法国进口。国内一些探测器研制机构,如昆明物理研究所、中国电子科技集团第11研究所、中国科学院上海技术物理研究所等已经开始研制并试生产成品探测器,但在成品率、稳定性、性价比等方面与国外进口探测器还有一定差距。

从行业购买者议价能力上看,红外热成像仪主要下游企业为各类机构和企业,个人消费占比相对较小,行业议价能力较弱。