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2019年中国红外热成像仪行业工作原理、应用领域、市场容量及企业营收:军用市场规模增速减缓[图]

2020年04月01日 14:21:36字号:T|T

    红外光是太阳光谱的一部分,最大的特点是具有光热效应,能够辐射热量。任何物质,只要它本身具有一定的温度(高于绝对零度),都能辐射红外线,红外线能量的大小与物体表面的温度和材料特性直接相关,温度越高,红外线能量就越大。

太阳光总辐射范围

数据来源:公开资料整理

    一、红外热成像仪行业工作原理

    红外探测系统可以将目标物体的温度分布图像转换成视频图像,其工作原理分三步进行:1)利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射转变为微弱电信号,该信号的大小可以反映出红外辐射的强弱;2)利用后续电路将电信号进行放大和处理,从而清晰地采集到目标物体温度分布情况;3)通过图像处理软件对上述放大后的电信号进行处理,得到电子视频信号,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屏幕上显示出来,得到可见图像。

    从全自动红外检测仪的成本构成来看,热成像摄像机的成本占比最高,同时也是红外检测仪功能实现最重要的环节,而热成像摄像机的核心为红外探测器。

一套完整全自动红外检测仪的价格构成

数据来源:公开资料整理

    红外探测器按工作原理可以分为热探测器和光子探测器,热探测器是利用目标红外辐射与探测器材料产生的热效应实现对目标的探测,不需要制冷环境;光子探测器是利用红外辐射与探测器材料相互作用产生的光电效应实现对目标的探测,一般需要制冷环境。

光子探测器和热探测器的特点比较

-
光子探测器
热探测器
制冷环境
需要
不需要
灵敏度
较低
响应时间
短(us级)
长(ms极)
光谱响应范围
特定波长灵敏
理论上与波长分布无关
D*值
工作条件
室温或制冷
一般为室温
成本

数据来源:公开资料整理

    二、红外热成像仪行业应用领域

    红外热成像仪应用最先在军队中采用,随后逐步向民用市场扩散。军用红外产品从上世纪70-80年代起就逐步应用于海陆空战场上,从个人便携式的单兵夜视装备、陆地载具的固定夜视仪、飞机的夜视侦查、导弹的红外追踪到海军舰载夜间识别,覆盖极为广泛,赋予军队全天候作战能力,是军队武装的重要组成。

红外探测器在军用领域的应用

应用领域
主要特征
应用实例
陆地武器
应用
坦克、装甲车等军用车辆的夜视。
功能特点
提高战场烟幕和夜间环境下的识别能力。
实例
海湾战争中多国部队均配有各类热成像仪,仅美军第7团在地面战斗中使用的坦克中,至少有500辆配有热成像仪作为夜视器材
个人携带式武器装备
应用
反坦克个人携带式武器,单兵夜视装备。
功能特点
反坦克个人携带式武器可实现发射后自主选择目标,并具有多目标选择、瞄准点选择等多种功能,单兵夜视装备可让士兵拥有全天候作战能力。
实例
美军在伊拉克战争中平均每个士兵拥有1.7具红外热成像仪产品。
飞行武器
应用
飞机和导弹武器
功能特点
用于侦查、监视、导航和地面目标攻击等,兼具昼夜作战能力和选择目标后的自动跟踪功能。
实例
在伊拉克战争中,美军的20多种固定翼飞机和直升机均装备了先进前视红外目标导引;其中F/A-18E/F“超级大黄蜂”战机中装备了先进前视红外目标指引系统和共享侦察吊舱。
海军舰艇
应用
舰载红外成像可分为夜间识别和射击指挥(雷达、激光、红外复合)两大系统,用于识别、跟踪低空导弹。
功能特点
可以自动搜索、捕获和跟踪目标,并向控制台中心计算机提供目标方位和俯仰数据,从海面、岛屿和水平背景中将导弹识别出来。
实例
法国SMS搜索光电桅杆、美国的TISS热成像传感系统、以色列MSIS多传感器稳定组合系统、德国的MSP系统等均配有先进的舰载红外热成像产品。

数据来源:公开资料整理

    民用领域同样应用广泛,通过热成像适用于工业制造中的预防维护、制程控制,可以将设备故障以图像的形式表现出来;城市交通、商场、社区、家庭的安防监控,可以在夜间识别进出车辆与人员;在汽车上可辅助驾驶系统识别行驶车辆和环境人员;医疗系统中可帮助检测人体体温进行防疫。未来随着工业智造、智慧城市、智慧家居、智能汽车、智能防疫在技术和设备上的不断演进,民用红外热成像仪的应用渗透率将持续提升。

红外探测器在民用领域的应用

应用领域
应用实例
预防维护
用于观测机械及电气设备的运作状态,将设备故障以温度图像的形式表现出来,根据测得的温度与历史或标准数据的对比,可以在设备高温损毁前找到危险源,提前进行检修,从而提高设备生产能力、降低维修成本、缩短停工检修时间。
制程控制
在生产的前期环节检测出生产的产品是否合格以有效保证质量和控制成本,可用于几乎所有的工业制造过程控制,尤其是烟雾环境下生产过程的监控、温度分布、温度均衡性测量。
建筑检测
用于检测节能、不良绝缘、电气故障、渗水、管道输送、虫蚀、霉菌等。
研发
通过观测热分布状况图像处理产品自热问题,已在微电子产品、手机、笔记本电脑、电信设备、家用电器、汽车零件、飞机引擎等的研发过程中均有应用。
医疗检疫
通过观测受病体或病变组织的热分布及温度差异情况,在群体中区分病体或对病变组织进行检查。医用热像技术从1957年探测乳腺癌发展到目前用于几十种疾病的诊断,已成为浅表肿瘤、血管疾病、皮肤病等方面比较有效的检查工具。在2003年的SARS疫情及之后的禽流感、甲型H1N1流感疫情防治中,红外热像仪的应用对及时发现病体、避免疫情蔓延起到了至关重要的作用。
安防监控
广泛应用于商场、银行、工厂及大型公共场所的安全防范,尤其是夜间防范。2008年汶川大地震中,公司红外热像仪被应用于唐家山堰塞湖的24小时视频安全监控。
警用执法
通过机载、手持等红外热像仪,警务等执法人员可以在夜间或隐蔽的条件下成功实施搜索、观察、追踪、定位以及提供即时情境。
搜索救援
在地震、火灾、交通事故、飞机事故、海难等各种事故用于消防等救援部门对现场遇险及遇难人员的搜索救援。
边防和海防巡护
在边防、海防巡护中用于遏制走私、偷渡活动。辅助驾驶及
导航
安装于车、船等交通工具上,通过显示红外热像,为驾驶员提供前方路况的辅助观测信息,在夜间或雨雾天气帮助识别行人、动物或者其他潜在的障碍物,对各类车辆驾驶人员视觉增强有明显作用,也可以为游轮和商船等海洋船运导航提前发现冰山、暗礁等隐蔽危险。车载热成像仪未来将是非常巨大的民用市场。
新市场
食品配送、兽医、汽车保养、飞机检测、船舶检测等。

数据来源:公开资料整理

    三、红外热成像仪行业市场容量

    市场空间上,红外热成像仪的军用市场由于应用较早、价值量较高,整体市场规模较民用领域大;同时存在较强的管控情况。目前红外产品在美国、法国等发达国家军队的普及率较高,市场趋于稳定。同时,西方发达国家对于红外成像采取严格的技术封锁及产品禁运政策,也制约了全球军品市场规模的大幅增长。2023年预计军用市场为107.95亿美元,2019-2023年间年复合增长率为3.93%。

军用市场规模较大,增速减缓(单位:亿美元;%)

数据来源:公开资料整理

    随着民用红外热像仪及激光测距仪产品应用范围不断扩大,应用程度不断加深,未来民用市场将是红外产品的新增长点。在应用的广度上,工业检测、辅助驾驶、安防监控、森林防火、地矿勘探、环境监测以及海洋维权执法等领域将成为新兴的市场亮点。如在辅助驾驶上,红外热像仪辅助驾驶可不受强光眩目影响降低夜间行驶大灯对车辆驾驶员的视线干扰,或是在雨雾能见度低的情况下,通过热成像显示附近车辆提示驾驶员,对智能驾驶而言将具有极强补充作用。从应用的深度看,随着人工智能、云计算、物联网等技术的逐步落地,未来红外热成像应用可以从单纯通过红外显示图像上进一步扩展,利用人工智能完成从检测到识别风险到做出反应等动作,实现应用深度的不断拓展。

民用市场规模增速较快(单位:亿美元;%)

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国红外热像仪行业市场运行态势及投资前景规划报告》数据显示:预计2023年红外热成像仪的民用应用市场规模达74.65亿美元,2019-2023年间复合增长率可达10.31%,远高于军用市场的增长。从民用市场的拆分上,成本较低、结构相对简单提高适用性的非制冷型的红外热像仪增长较快。

中国全自动/手持红外体温检测仪产量(单位:万台;%)

数据来源:公开资料整理

2019国内红外体温检测仪产值中全自动产品占绝对比例

数据来源:公开资料整理

    从国内市场来看,除5G和人工智能推动的工业互联网、智慧城市、智慧家居、智能驾驶等一系列智能化需求为红外热成像产品带来的市场增长动力外,2020年初发生的外部事件也率先为红外热成像仪的体温检测应用、医疗防疫应用打开广阔市场空间。

中国红外产品潜在市场测算

应用市场
潜在需求
平均单价(万元)
预计规模(亿元)
军用
230军队,10%装备率
10
230
消防
3万消防车,每车1台
4
12
电力
电力需求2.5万台
8
20
工程建设
建筑企业10万家,每家1台
2
20
制程控制
冶金、电子、食品等制造业132万家,10%的大企业,每家1台
10
132
医疗防疫
235个机场(8台/个),1644个三等以上火车站(5台/个),3.2万家医院(1台/个),35,486万m2的购物中心(3台/10万m2)
10
50
合计
-
464

数据来源:公开资料整理

    2020年预计全自动红外体温检测仪产量达6万台,手持红外体温检测仪达65万台,较2019年同比+101.34%、+116.67%,远高于前期增长速度,预计未来仍有较长时间的供给不足,叠加国家将红外体温检测仪列入防疫战略物资,未来预计产能还将持续扩充,市场规模也将持续增大。

    四、红外热成像仪行业企业营收情况

    在国内市场上,高德红外和大立科技均为较早开展红外技术研发与应用投产的公司,除此之外目前市场上具备一定竞争力的还有近年来发展迅猛的睿创微纳。2016-2018年间高德红外、大立科技、睿创微纳红外产品营收总体呈增长态势,2018年红外产品实现营收分别达6.20、3.94、3.80亿元,同比+5.47%、+61.20%、+154.58%。

国内企业红外产品营收与FLIR对比(单位:亿元;亿美元)

数据来源:公开资料整理

国内企业红外产品销量(单位:万台)

数据来源:公开资料整理

    由于红外产品单品价值量较高,行业毛利率维持在50~60%左右,国内企业的毛利率水平高于FLIR(只有2018年大立科技略低于FLIR),随着国内红外市场的持续释放,国内厂商的营收和市场份额预期可持续增长,未来有望进入行业全球顶尖公司行列。同时,高德红外、大立科技、睿创微纳的研发支出占总体营收比重均高于FLIR,未来技术差距有望进一步缩小。

国内企业红外产品&FLIR毛利率

数据来源:公开资料整理

国内企业研发占总营收比重较FLIR高

数据来源:公开资料整理

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