红外技术的发展现状与发展趋势

1、红外技术的发展现状与发展趋势第一部分 红外技术的发展及主要应用领域红外技术的发展1800 年，英国天文学家 F.W. 赫歇耳利用水银温度计来研究太阳光的能量分布发现了红外辐射， 从那时起， 人们就致力于研究各种红外探测器以便更好地研究和探测红外辐射。在红外探测器发展中，以下事件具有 重要意义：上世纪 70 年代，热成像系统和电荷耦合器件被成功地应用。 上世纪末以焦面阵列（ FPA ）为代表的红外器件被成功地应用。 红外技术的核心是红外探测器。红外探测器单元红外探测器：如 InSb （锑化铟）、 HgCdTe （碲镉汞）、非本征硅，以及热电等探测器。 线列：以 60 元、 120 元、 180

2、元和 256 元等，可以拼接到 1024 元甚至更多元。4N 系列扫描型焦平面阵列：如 211 所的研制生产的 4x288 。凝视型焦平面阵列 （IRFPA） ：致冷型 256x256 、320x240 、384x288 ，更大规模的如 640x512 ，1024 1024 和 1280 720 元阵列也已有了；非致冷型 160 120 、 320x240 已广泛应用于各个行业中， 384x288 、 640x480 也已开始应用。红外探测器按其特点可分为四代：第一代（ 1970s 80s ）：主要是以单元、多元器件进行光机串/ 并扫描成像；第二代（ 1990s 2000s ）：是以 4x28

3、8 为代表的扫描型焦平面； 第三代：凝视型焦平面； 第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能 数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计， 根据使用的热敏电阻材料的不同可以 分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。 非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小 型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。氧化钒技术由美国的 Honeywell 公司在九十年代初研发成功，目前其专利授权BAE 、L-3/IR

4、 、FLIR-INDIGO 、DRS 、以及日本 NEC 、以色列 SCD 等几家公司生产。非晶硅技术主要由法国的 CEA/LETI/LIR 实验室在九十年代末研发成功，目前主要由法国的 SOFRADIR 和 ULIS 公司生产。 目前世界上只有美国、法国、日本、以色列四个国家拥有非制冷焦平面探测器产业化生产的能力，其核心 技术仅有美国和法国两个国家掌握， 日本和以色列则由美国取得技术许可， 在其国内生产和有限制地使用。 对我国的出口则设置了更多严格的限制，如大家遇到的帧频限制。我国已经开展了从单元、线列到红外焦平面的探测器研究工作。产品已覆盖1m-3m、3m- 5m和 8m -14m 三个大

5、气窗：光子探测器有光导、光伏、量子阱等结构；热探测器有热敏电阻，温差电偶 与电堆、热电等类型。多种焦平面阵列已走出实验室，开始获得实际应用。随着红外探测器从第一代主要是以单元、 多元器件进行光机串 / 并扫描成像到目前第四代的飞速发展， 带动了相关技术和与此相应的红外应用技术的快速发展， 红外材料、 光学元件加工与镀膜、 制冷器、前放、 专用信号读出处理电路、图像处理、系统设计、系统检测、仿真与试验技术等，已经形成了比较完整的研 究生产体系。红外技术的主要应用领域 红外技术早期只局限于军事领域的应用，伴随着冷战的结束，红外技术开始大规模地走入民用领域。 随着世界经济的快速发展、红外技术的快速进

6、步和产品成本的不断下降，民用领域应用将具有更为广阔的 发展空间。军用领域 红外技术可用于对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的 驾驶、导航；探测隐身武器系统；光电对抗等。在美、英、法、德、日、以色列等发达国家的军队中，红外热像仪已配置在陆、空、海军等各个军种中， 例如海湾战争中平均每个美国士兵配备 1.7 具红外热像仪。与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少，其市场需求量相当巨大。民用领域 红外测温、红外成像已在工业、交通、电力、石化、农业、医学、遥感、安全监控与防范和科学研究等民 用领域广泛应用，成为自动控制、在线监测、非接触测量、设备

7、故障诊断、资源勘查、遥感测量、环境污 染监测分析、人体医学影像检查等重要方法。 系统级产品种类和量产规模的不断扩大导致了红外器件成本的降低，这个发展趋势不但促进了这项技术在 民用领域能够不断地探寻更多的应用用途，同时又拉动了这项技术本身所牵引的基础行业的发展。 民用领域的红外热像仪市场极有可能呈现出爆发性增长，未来全球民用潜在需求市场高达上千亿美元。第二部分红外技术产业的主要领域方向按产品和技术类别可分为：红外传感器、红外成像器 、红外材料、光学元件、制冷器、前放、专用 信号读出处理电路、图像处理、系统设计、系统检测、仿真与试验等； 按应用领域可分为：安防领域、消防领域 、电力领域 、企业制程

8、控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感 领域等。安防领域 从 2006 年至今，全球视频监控市场年增长速度达到 70% 左右，预计到 2010 年，全球视频监控市场规 模将达到近 60 亿美元。中国视频监控市场， 2006 年规模达 18 亿元，预计 2010 年将达到近 70 亿元。随着商业和民用安防监控实际需求的不断增长、部署监控系统性价比的不断提升，以及 “国家应急体 系”、“平安建设 ”、“科技强警 ”等重大工程项目在全国不断推进，我国视频监控市场将持续升温，并不断创 造出更多的市场需求和机会。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的举办和世界社会安全形势的多变，对各种危险性 的

9、预防也提出了越来越高的要求，具有全天时准全天候的红外监视显得更加突出。非制冷红外探测器的出现和市场价格的可接收性，红外报警已从近红外主动照射成像报警、点源红外 探测报警快速向红外凝视焦平面成像发展。红外成像、红外 / 可见光融合的智能视频监控报警系统将获得快速发展，并将广泛运用到海边防、银 行、机场、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门，以及交通、工业、仓储、港口码头、 物联网和森林防火等行业市场。到 2009 年，全国约有 300 万个监控摄像头用于城市监控与报警系统。未来按三十分之一配置红外 热像仪，市场规模即达 10 万只，平均每台按 5 万元计算（目前售价约为 10 万元

10、），市场需求总量达到 50 亿元。 红外安防已经开始成为安防领域的又一热门产业！消防领域 消防领域是世界上发达国家红外热像仪最大的民用市场。 据统计，目前全球有大约 500 万消防人员， 如果每辆消防车辆配备一台热像仪， 市场总量将达到 20 万台。 据我国公安部消防局装备处的统计资料，目前我国消防车保有量约为 2.3 万辆，按照公安部、国家发展和 改革委员会、 建设部修订的 城市消防站建设标准 要求， 到 2009 年，每个消防站的消防车配置将由 3.2 辆增加到 5 辆，全国消防车总量因此将达到近 3.6 万辆。我国消防车中配备红外热像仪的还很少，如果每台消防车配备一台红外热像仪，平均每台

11、按 10 万元 计算（目前售价约为 15 万元），全球消防领域的市场需求总量达到 200 亿元，我国将达到 36 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， 大大降低了设备的检修时间。虽然电力行业是目前我国民用红外热像仪应用最多的行业，但仅限于广东、浙江、江苏、山东等沿海经济 发达地区，而且目前这些发达地区的拥有量也仅为需求量的 20% 。据统计，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 6 万元（目前售价约为 10 万元）计算，市场需求总额约为 15 亿元。企业制程控制领域目前，我国制造业共有约 130 多万

12、家企业，这些制造业如果利用红外热像仪做制程控制，则能大大提高企 业的产品品质， 如制造业中 10% 的大型企业配备红外热像仪， 按每家企业配备一台红外热像仪来计算， 则 市场需求总量将达到 13 万台，以每台售价 10 万元计算，则市场需求额可达 130 亿元。医疗领域 红外技术的医学应用主要包括人体温度检测、疾病临床诊断、疾病治疗与保健三个领域。红外测温检测在非典、流感期间发挥了重要作用； 医用红外热成像技术是对结构成像技术（ B 超、 CT、核磁共振）是一个很好的补充，许多以往结构成像技 术不能表现或晚于机能表现的异常信息，却能通过红外热成像技术表达。据文献报道，在发现肿瘤方面， 它比 C

13、T、核磁早 6 12 个月。它又是疼痛及软组织损伤的唯一可查仪器。目前，医用红外热成像技术正在生物信息、无创检测、亚健康评估、肿瘤预测、中医诊断客观化、人体异 常信息的无创监测（包括 SARS 疫情监测）等重大前沿领域得到广泛的应用。各种红外理疗仪已经逐步进入了人们的家庭。我国医用红外热像仪的研制起步较晚， 1991 年才开始研制医用红外，由于技术和市场的原因， 销售量一直较小，目前在使用的医用红外热像仪产品大约有 200 台，北京协和医院、军区总医院、 309 医 院、304 医院、 721 医院、电力总医院、北京医院等均有此类设备，据报道，目前全国各大医院均已建立 了红外医疗中心， 80%

14、 的中小型医院成立了红外医疗科室， 国内医疗界对红外医疗设备的需求大大增加。建筑领域2006 年 11 月 1 日，中国工程建设标准化协会批准实施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。目前，我国建筑企业约为 10 万家，如果每家配 备 1 台红外热像仪，则市场需求总量可达 10 万台，以平均每台售价 5 万元计算，市场需求额可达 50 亿 元。遥感领域 红外遥感仪器获取地物目标的红外波段辐射数据，经过信号或信息处理可以获得地球环境的信息。在地球 资源探查、气象预报、防灾减灾、抗灾搜救等方面具有重要的应用价值和广阔的应用空间。 有星载、机载、浮

15、空器等众多遥感平台。第三部分国内外红外产业的现状与发展趋势军用领域：红外技术已广泛应用于陆、海、空各军兵种，其中红外成像精确制导是各国红外技术应用的主流方向之 。红外成像制导技术是由美国人从 60 年代初开始研创。有资料统计，在过去的 20 年里，世界范围内多 次的局部战争和有限军事冲突中，被导弹击中的飞机中有 90% 是被红外制导导弹击落的 , 有 85% 的地面 和海上目标是被有红外制导能力的武器系统所击中。红外制导技术的扩展应用领域相当宽广，大量装备的还有阵地型、机载型、舰载型和星载型制导火控 系统和预告警系统。这些地面系统由于基本不受体积、重量、造型和时效性的严格限制，又有人工参与进

16、行维护和参数的现场设置。 在欧、美发达国家，非消耗性红外成像制导（指挥、预警和火控）系统的列装率较高，几乎军用（警用） 舰船上、飞机上、战车上和重要的地面阵地都装备了大量的红外成像设备，并发挥了相当重要的作用。单兵武器更是一个广大的市场，目前全球军队数量约为 2000 万人，如果 10% 的军队按每个士兵配 备具红外热像仪，每具红外热像仪按 2000 美元（目前售价约为 1 万美元）计算，全球单兵军用红外热像 仪市场需求总量即可达 40 亿美元。根据国际光学学会（ SPIE ）估计，目前全球军用红外热像仪的实际年需求至少为30 亿美元。民用领域根据美国 Maxtech Internationa

17、l 发布的红外市场报告， 2006 年全球民用红外热像仪的销售额为 16.3 亿美元，几年来，全球民用红外热像仪市场需求年均增长率已超过了 15% ，预计 2010 年全球民用 红外热像仪市场供给将达到 28 亿美元。 全球民用红外热像仪市场的供给和需求趋势由于红外技术具有很高的军用和民用价值， 近年来国外主要厂家纷纷在核心器件及系统产品的产业化 进程中加大投入和研发的力度。FLIR 公司、 L-3 公司、 FLUKE 公司、 SOFRADIR/ULIS 公司、 NEC 公司是民用热像仪领域较强的竞 争者。FLIR 公司是民用领域竞争实力最强的红外热像仪公司， 2006 年， FILR 公司取

18、得了宝马汽车公司为其新 款 7 系列轿车配备的红外热像仪订单，并获得了美国政府 35 万台的出口许可申请，该公司的 vo2 非制冷 红外成像器在国内市场占有很大份额。国内红外技术产业化现状与发展趋势军用领域： 由于红外技术能比较全面地满足军事应用上的各种需求，因而红外技术也是当今国内竞相发展的重点技 术之一。目前我国军队中红外热像仪应用的相对较少，按照我国政府发布的 2006 年中国的国防白皮书，我 国军队的人员数量为 230 万人，如果未来我军 10% 的部队装备红外热像仪，则我国军用红外热像仪市场 容量就可达到 23 万套，以每套 5 万元（目前大部份军用红外热像仪实际售价远超过 10 万

19、元）来计算， 其市场需求量可达 115 亿元。民用领域 红外热像仪在我国应用于安防、消防、电力、建筑等行业领域目前还处于起步阶段，发展空间巨大，未来 市场空间将超过军用需求。由于国内经济高速发展， 中国红外热像仪市场的年均增长率将达到甚至超过 20% ，预计 2011 年中国民用 红外热像仪市场的需求量可以达到 9.95 亿元。若考虑到新的应用领域的开发，其实际的市场需求总量将 可能超过这一预测。目前国内从事红外技术产品研制、 生产和经营的单位约有 400 余家，初具规模的约有 30 余家。 民用 红红外热像仪的供应商有十来家，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

20、代理商或者是系统集成商。国内从事红外材料、器件和系统的主要研制单位有：中电 11 所、兵器 211 所、 8358 所、中科院上海技 术物理所、 205 所、航空 612 所、 613 所、船舶 717 所等。大立科技、武汉高德和广州飒特等已成为国 内红外民品产业的主力军。由于各种原因，国营单位在民用市场的份额约为 5% ，大立科技、武汉高德和广州飒特三家的市场占 有率已在 60% 以上。中国红外热像仪产业用 10 年的时间从国外行业领先的 FLIR 、FLUKE 等厂商抢回了 超过 50% 的市场份额，初步实现了进口替代的产业目标。 目前国产红外热像仪的产品性能已经基本接近进口产品，但由于品

21、牌影响力等原因，价格只是进口产品的 一半。红外热像仪的核心部件主要靠进口，核心技术受制于人。国内企业的竞争力主要体现在总体技术、光学系 统、后续电路、图像处理软件等方面。当然、人才、管理、市场也是竞争力的一部分。第四部分 国内红外产业化存在的主要问题 近几年来，中国的红外产品市场发展很快，但由于核心器件（如非致冷探测器）依靠进口，价格、质 量和维护等因素严重地制约了国内红外产业的发展和市场的广泛推广。远不能适应国内日益增长的市场需 求，无法在国际市场中建立竞争优势。在红外技术产业中，与红外热成像技术和红外探测技术相关的产品占主导地位，而其它红外技术类的产品 在整个产业格局中所占比重过小或发展缓

22、慢，加之大家各自为战，缺少顶层规划和行业约束，容易导致恶 性竞争。目前红外技术产业化的发展主要存在以下几个问题：（ 1 ）技术创新能力和科研成果转化能力弱，缺乏资金支持；（ 2 ）缺少规范化的行业标准体系；（3 ）产业规模小，产品成本高；（ 4 ）市场牵引不足，应用领域有待进一步开拓；（5 ）光学材料及相关数据基础薄弱。（ 1 ）技术创新能力和科研成果转化能力弱，缺乏资金支持红外探测器是红外技术的核心部件，目前我国对探测器的研制尚处于初级阶段，探测器的发展还赶不上系 统产品的发展需求，尤其是高端应用的红外探测器仍依赖进口。在红外技术领域、科研和生产分家是我国 长期存在的一个问题，科研单位往往有

23、很强的科技力量, 但不少产品只停留在样品、展品或小批量生产的水平上 ,看广告各种产品一应俱全 ,市场需求时却无法快速提供产品，大部分科研成果不能迅速地转化为生产 力。（ 2 ）缺少规范化的行业标准体系 目前，在红外光学镜头加工、红外成像器整机测试等专业领域没有统一的国家规范与行业标准，标准体系 的不完善导致了相关领域低水平的重复研究、重复设计比较普遍，新产品推广速度较慢。国家规范和行业 标准的确立可以促进产业统一、协调、高效率地发展，是红外技术在科研、生产和使用三者之间的桥梁。 红外技术产业中的科技成果只有在纳入相应标准后才能够迅速得以推广和应用。( 3)产业规模小，产品成本高我国对红外技术方

24、面的研究主要集中在部分科研院所和高等院校。这些研究单位主要进行探测器阵列及其 工艺的研究，无法形成规模量产；而众多的经营红外产品的公司大部分只停留在制作一些外围设备和开发 一些软件的业务上，研发实力弱，品牌影响力小。弱小的产业规模不仅直接导致了红外产品成本较高，增 加了产品推广的难度，同时又制约了对红外技术相关基础研究的投入，形成恶性循环。( 4)市场牵引不足，应用领域有待进一步开拓红外技术产业的相关产品并不能完全适应市场的需要，潜在的市场需求尚待开发。红外技术应用最多的是 军事、电力、消防等行业，只有将红外技术自身的特点结合应用行业的具体需求，才能在更为广阔的领域 开发新的符合市场需求的产品

25、，才能更好地服务于国民经济。如一美国公司的车载探测器，仅此一项应用 市场定位准确的产品就达到量产数十万台的产业规模，拉动了光学、电子、结构等数个行业。而在我国类 似规模的应用产品种类还不多，所形成的市场牵引还很不够。( 5)光学材料及相关数据基础薄弱随着国内红外系统的逐步推广和应用，红外光学材料也发展很快，国内红外材料生产单位也逐渐增多，但 其光学参数大多采用国外数据，没有一套完整准确的测量仪器和标准，性能偏差情况有待应用考证。一些 材料具有较大偏差且欠稳定；给应用带来很多的不确定性。研制、生产工艺、测量等基础薄弱对红外系统 产品的规模化发展有着一定的制约作用，是产业化发展过程中需要着力解决的

26、问题。第五部分 发展的思路与对策 国内的红外产业化发展很快，浙江大立、昆明北方红外、武汉高德、广州飒特等一批按现代企业制度 建立的新企业，有的已成功上市，这些公司的红外产品不仅纷纷进入国内各类应用市场，而且已大量出口 国外，这种市场发展趋势，必将对中国的红外技术和产业的发展起到积极的推动作用，必将激励和加快具 有完全中国自主知识产权的红外技术产品的问世，也必将带来更广阔的红外产品应用市场。综合目前红外技术产业化进程在国际和国内发展的现状和趋势， 国家应从宏观上对该行业加以支持和 引导，使之步入良性的发展轨道，建立起政府、行业协会和企业间有效的协调机制，形成可以拉动国民经 济增长的一个新的高技术

27、领域。这就需要我们针对目前的客观情况，在以下几个方面拟定出台一系列的宏 观措施来引领市场的发展。红外产业后续发展的思考和对策(1) 提升红外技术基础研究地位，加大对红外基础产业投入；(2) 统筹规划，推进红外行业规范化发展；(3) 重视市场需求的牵引作用，积极开拓潜在市场；(4) 鼓励建设资源节约型、环境友好型的红外产业；(5) 加强市场引导和管理，建立行业良性竞争环境。( 1)提升红外技术基础研究地位，加大对红外基础产业投入随着我国红外技术产业的蓬勃发展，尤其是在军用领域面临必须打破红外设备关键技术受制于人的局面， 有必要在高等院校、科研院所进一步提升红外技术专业的研究地位，加大对红外光学材料、红外探测器等 基础产业的投入，改变为形成具有我国特色的红外技术产业提供坚实的技术支撑。加大力度鼓励创新，特别是原始创新，提高自主知识产权，保护国有产业的利益，提高国际市