红外行业分析报告Word文档格式.docx

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根据我们的测算，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，可以估算出年市场规模在30亿元以上；

我国民用红外热像仪的市场总容量约184亿元，假设产品更新周期为10年，可以估算出年市场规模约为18.4亿元。

我国红外领域国有企事业单位主要有：

中科院上海技物所、长春光机所，兵器集团夜视子集团（兵器211所、北方广微、云南北方光电）、光电子集团（205所、江苏北方湖光光电、浙江华东光电、山东北方光电）、凌云子集团（北方长城光电），兵装集团湖北华中光电，中国电科11所，中船重工717所（含久之洋），航天8358所，中航工业空空导弹研究院，中航工业613所等，这些单位占据了军用红外市场的主要份额。

红外领域的民参军企业主要有高德红外、大立科技、烟台艾睿。

1、红外技术简介

1.1、红外线

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。

图1、太阳光波谱

红外线可根据波长长度范围的不同，划分为三类：

（1）近红外线，波长为0.76-1.5微米之间，在光谱上更靠近红光；

（2）中红外线，波长为1.5-5.6微米之间，光谱结余近红外与远红外之间；

（3）远红外线，波长为5.6-1000微米之间，在光谱上更远离红光。

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。

温度越高，辐射的能量就越大。

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。

1.2、红外线的大气穿透性原理及应用

红外线在大气中传输，在某些波长上会剧烈衰减，但留下了一部分具有很高透过率的波段，透过率较高的这些红外光谱波段称为“大气窗口”。

红外辐射有三个主要“大气窗口”，为1～3微米波段，3～5微米波段，8～14微米波段。

能对3～5微米和8～14微米这两个波段的红外光进行响应的中、远红外探测器一直受到人们很高的重视。

其中3～5微米波段红外线对雨天、雾天等湿度大的气候条件穿透性尤其强，而8～14微米波段的红外线在沙尘条件下作用距离较其他波段更长。

利用大气窗口，可以实现在完全无关的夜晚或是在烟云密布的战场，通过捕获红外线而非可见光的方式，清晰地观察到现场的情况。

1.3、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。

图2、红外热像仪工作原理图

红外热像仪通过探测目标物体的红外辐射，然后经过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，能够为人体肉眼所看见，同时如果在热像仪中加一块温度信息处理电路板，则能够根据所接收的辐射能量得出探测目标每个点的温度。

具体来说，在红外热像仪中，红外图像转换成可见图像分两步进行。

第一步是利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射变为电信号，该信号的大小可以反映出红外辐射的强弱；

第二步是通过电视显像系统将反映目标红外辐射分布的电子视频信号在电视荧光屏上显示出来，实现从电到光的转换，最后得到反映目标得到的图像。

表1、红外探测系统主要组成部件及功能

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。

1.4、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。

现在使用的红外探测器几乎都是焦平面阵列，而非分立型红外探测器。

分立型红外探测器是指器件单独封装实现光电转换功能，每个探测器元单独输出信号，再与前放等信号处理电路相连，每个器件都形成一个单独的通道。

而焦平面阵列（IRFPA）是指大规模M*N（元）面阵型或4N或6N（元）型探测器芯片与信号处理电路芯片集成互连耦合后，共同封装在一个外壳中，在焦平面上实现光电转换和信号处理将各元件的光电信号多路传输至一条或几条输出线，以行转移或帧转移的视频信号的形式输出，探测器结构大大简化，包括电源线、驱动电路和信号输出等全部引出线大约只需几十条。

图3、分立型器件

图4、焦平面阵列结构

1.4.1、红外探测器的分类

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）混成式主要分为倒装和Z平面

图5、红外探测器分类

（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。

表2、红外探测器的分类（按工作方式）

光子探测器（制冷型）在红外辐射的作用下，材料的载流子浓度发生变化，从而引起探测元电学特性的变化。

因为光子探测器的工作机理是光子与探测器材料直接作用，产生内光电效应。

因此，其响应时间为微秒或纳秒级，光子探测器的探测率一般比热探测器大1至2个数量级，正常工作一般需要制冷，探测波段一般较热探测器也较窄。

由于光子探测器的工作机理是由光子直接转换为电信号的过程，因此其具有响应速度快、可靠性高等特点。

然而在室温下，由于材料本身激发特性，其暗电流较大，将增加其噪声水平，从而降低器件信噪比。

所以，光子探测器要发挥其最佳性能，需要在低温制冷。

这就增加了其系统的复杂性，造成系统价格居高不下，从而制约了它的应用和发展。

光子探测器（制冷型）目前仅在对灵敏度要求非常高的军事领域和部分工业领域中得到应用。

图6、光子探测器

热探测器（非制冷型）是利用红外辐射特有的热效应，将红外辐射先转换为热，再通过敏感元材料将热转换为电信号的探测器。

红外首先入射到探测元，引起敏感元温度变化，从而引起敏感元某一物理量的变化，最终导致电信号变化。

其探测机理有：

辐射热效应，热伏效应，热气动效应和热释电效应。

热探测器的响应信号只取决于红外辐射功率的强弱，与红外光谱成分无关。

由于热探测器换能过程较慢，因此与光子探测器相比，热探测器的响应时间较长，光子探测器的响应时间一般为微秒级，而热探测器为毫秒级。

非制冷焦平面探测器因具有可靠性高、价格低廉、体积小、重量轻、功耗低等优势，近年来得到了各行业的关注，发展迅速，成为了红外焦平面探测器在民用领域的主流产品。

在非制冷焦平面探测器的整个生产成本中，封装成本占到了其总成本的80%以上，而其余20%主要是由焦平面芯片产生的，焦平面芯片的成本降低主要是通过提高芯片成品率来实现的。

图7、红外热敏探头

1.4.2、红外探测器的评价指标

红外探测器首先是一种传感器，与其他传感器一样，信噪比是衡量其特性的最基本参数，因此信噪比也是衡量红外探测器性能的最主要参数。

其评价指标主要包括以下一些参数：

（1）响应率

红外探测器响应率是表征红外探测器对入射辐射灵敏程度的物理量，是输出信号电压与输入红外辐射功率之比，其响应率越大，探测器对辐射信号的灵敏度越好。

（2）噪声等效温差（NETD，NoiseEquivalentTemperatureDifference）

红外热成像的热灵敏度（NETD）是热成像系统灵敏度的客观评价指标，定义为：

景物上两个相邻单元之间给出等于系统噪声信号时的温差。

例如：

某红外热像仪在25℃时的热灵敏度为100mk，表示被测物的表面温度为25℃时，当发生100mk（0.1℃）的温度变化时，该红外热像仪的探测器就可以感应到。

热灵敏度决定热像仪区分细微温差的能力。

（3）响应时间

当照射到探测器敏感单元上的红外辐射改变时，其输出信号要经过一段时间才能改变并稳定到与这该辐射相对应的值。

这一段从激励改变到输出信号稳定的时间叫探测器的响应时间。

当入射辐射突然照射到探测器上时，它的输出需要经过一定时间才能上升到与入射辐射功率相对应的稳定值。

当辐射突然撤离时，也需要一定时间才能下降到最初的稳定值。

该指标直接影响系统设计中的帧频，但帧频对应的时间小于响应时间的时候，辐射由弱变强时，其信号不能达到预定的响应值，但信号由强变弱时，其上一帧的信号还没有释放完，因此不能得到清晰的图像。

（4）盲元率

由于制造材料、工艺等因素的影响（如材料的不均匀性、掩膜误差、缺陷等），红外焦平面阵列器件存在不可避免的非均匀性，而在不均匀的极端情况下，部分探测器元甚至失去探测能力，成为盲元。

盲元的数量和分布对红外图像的信噪比和图像质量产生很大的影响，如果盲元过多或者分布过于集中，则红外图像上将出现大量的或者过于集中的白点（黑点）。

盲元率是评价一款红外探测器优劣的最为直观的指标。

1.5、红外探测系统发展概况及趋势

1.5.1、红外探测系统发展概况

（1）初级阶段（20世纪40年代至80年代初，约30年）

从20世纪40年代出现的基于调幅调制盘和硫化铅短波红外探测器的第一代红外探测系统算起，到20世纪60年代到80年代发展的基于调频调制盘、圆锥扫描调制盘、单元制冷锑化铟探测器、十字叉多元探测器、玫瑰扫描跟踪器的红外探测系统，以及基于单元或多元长波探测器的初期的红外成像跟踪器，可算作红外探测系统发展的初级阶段。

这一时期，红外探测体制由最初的调幅调制盘、调频调制盘、圆锥扫描调制盘体制，发展为十字叉多元探测器、玫瑰扫描跟踪器的脉冲调制体制；

工作波段由短波红外扩展到中波红外、长波红外波段；

单元和多元的硫化铅、锑化铟和碲镉汞红外探测器技术和信号处理理论都得到极大发展。

这一时期主流红像探测系统的主要特征是点源探测、单波段探测和一维信号空间处理（时域一维检测）。

（2）中级阶段前半期（20世纪80年代至21世纪初，约20年）

从20世纪80年代，基于长波碲镉汞线列探测器（64元、120元、180元）的第一代前视红外探测系统的出现，至基于TDI型二维探测