红外热像仪的应用领域及发展趋势
思瀚产业研究院    2024-08-16

1、红外热像仪的概念

红外热像仪是一种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的光电成像系统。红外热像仪主要由镜头、红外探测器、硬件电路及其内置的图像处理软件及算法构成，其中探测器、硬件电路和图像处理软件结合即为机芯。

红外热像仪的基本工作原理为：首先，红外镜头过滤可见光并允许通过红外线，将工作波段内的辐射收集起来并聚焦到探测器上，完成光信号的收集；然后，探测器将镜头组件采集的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，机芯中搭载的硬件电路会将探测器转化输出的微弱电信号进行放大、降噪，从而清晰地采集到目标物体温度分布情况；最后，由软件对上述放大和降噪后的电信号进行处理、优化、增强，并得到电子视频信号，输出至显示器中即可得到人眼可见图像。

（3）红外热像仪的类别

从不同角度出发，红外热像仪有多种分类标准。按照红外热像仪所用探测器工作温度的不同，可以分为制冷型和非制冷型两类。

2、红外成像的应用领域

（1）军用领域

红外热像仪能在完全黑暗的环境下探测到物体，且不受烟雾、粉尘等因素影响，可以全天候使用。同时，红外热像仪是通过被动的方式探测物体发出的红外辐射，相较于其他带光源的主动成像系统更具有隐蔽性，因此红外成像技术在军事领域具有很高的应用价值，可以在侦查、监视、制导等军用领域进行广泛应用，代表性应用场景如下：

夜视观察：机载前视红外吊舱、夜间驾驶仪、单兵夜视眼镜、夜视望远镜等。

精确制导：各类精确制导导弹导引头等。

武器瞄具：枪械红外瞄准镜、轻型近程反坦克导弹的便携式热瞄具、肩射地空导弹的热瞄具等。

搜索及跟踪装备：舰载红外搜索与跟踪系统、火控系统等。

制冷型红外产品具有灵敏度高、响应速度快、探测距离远等优势，但由于价格相对昂贵，主要被用于周界安全、海岸监视、机载、舰载、弹载、星载应用等对性能要求较高的高端军用领域。非制冷型红外产品的性能相对弱于制冷型红外产品，但其具有体积小、功耗低且价格较低的特点，因此主要用于轻武器瞄具、单兵装备等对性价比和便携性要求较高的领域。

（2）民用领域

近年来，随着红外热成像技术的不断发展，红外产品的成本整体呈下降趋势，特别是价格相对较低的非制冷型红外成像产品在众多民用领域得到了广泛应用。红外热成像技术已成为自动控制、在线监测、非接触测量、设备故障诊断、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，主要民用领域如下：

安防监控：商场、社区、银行、仓库等安全敏感区域的夜间视频安全监控.

个人消费：户外探险、野外科考等活动.

辅助驾驶：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，进而规避雾霾、烟尘、暴雨等道路交通安全隐患.

消防警用；在地震、火灾、交通事故、飞机事故、海难等各种事故中用于搜索救援，警务人员可在夜间或隐蔽的条件下实施搜索、观察或追踪等.

工业监测：几乎可用于所有工业制造过程控制，尤其是烟雾环节下生产过程的监控、温控，有效保证产品质量和生产流程.

电力监测: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，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.

医疗检疫:协助诊断早期癌症、皮肤、骨骼、血管等病变；红外体温检测设备.

3、红外成像的市场空间

（1）军用市场空间

在军用领域，因各国保持高度的军事敏感性，限制或禁止向国外出口军用级产品，所以率先发展红外热成像技术的发达国家军队普及率较高。目前，国际军用红外产品市场主要被以美国、法国为代表的发达国家企业主导。根据Maxtech International 预测，2023 年全球军用红外热成像市场规模将达到 107.95亿美元；2020 年-2023 年复合增长率约为 4.04%。

与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用比例相对较少，但随着我国国防现代化进程的不断推进，红外热像仪在我国军事领域的应用处于快速提升阶段，包括单兵、坦克装甲车辆、舰船、军机和红外制导武器在内的红外装备市场均快速发展，市场需求量巨大，但是受军工行业信息安全和保密措施限制，公开渠道无法获取我国军用红外市场数据。

（2）民用市场空间

随着红外热像技术的发展，民用红外热像仪成本呈下降趋势，在工业测温、教育科研、消防与安防监控、石油化工、医疗检测、辅助驾驶以及物联网等领域的应用不断增加，全球民用红外热像行业将迎来市场需求的快速增长期。根据Maxtech International预测，2023年全球民用红外热成像市场规模将达到74.65亿美元，2020 年-2023 年复合增长率约为 10.05%。

目前我国的红外热像仪市场还处于发展期，与国外成熟市场相比还有很大的增长潜力。随着我国经济持续发展，国内市场对于红外热像仪的需求也日趋旺盛。由于红外热像仪产品应用领域广泛，能为人们生产生活提供极大的便利，未来市场对红外热像仪的需求预计将会保持持续稳定增长的态势。

4、红外成像行业的发展趋势

（1）探测器分辨率不断增加，图像处理软件及算法重要性提升

近年来，随着红外探测器技术的不断进步，国内主流红外图像分辨率已经从 384×288 升级到 640×512，1280×1024 高分辨率探测器的应用场景也不断增加。图像分辨率的提高直接导致单幅图像数据量的剧增，需要机芯从设计上显著提升数据带宽和存储器容量，提高图像处理算法的运行效率，才能实现对高分辨率红外图像的实时数据处理。

同时，探测器输出的原始信号必须经过一系列图像处理算法后才能得到可用的红外图像，随着下游用户对红外产品的成像效果和目标探测、识别自动化程度要求的提高，不同成像目标与背景、不同的环境条件都对成像算法提出了各种各样的要求，而优秀的算法可以在相同探测器基础上提升红外图像的清晰度，从而获得更优的性能指标。

综上所述，随着探测器技术进步和下游应用要求的提升，红外热成像处理软件及算法的重要性不断提升，已成为影响红外热像仪整体性能的重要因素。

（2）国产化和自主化发展趋势

红外成像技术的发展始于西方国家并长期运用在军事领域，长期以来掌握先进红外热像技术的美国、以色列、法国等发达国家对我国实行严格的出口审批制度甚至禁运措施。近年来，随着我国红外热像产业的快速发展，我国在光学系统、图像处理、信号处理等方面已有长足进步，有望在未来实现自主发展，并实现探测器、镜头等核心器件的全面国产化替代。

（3）产品下游应用与产品功能进一步丰富

近年来，随着红外热成像技术的不断发展和成本下降，红外热成像技术工业检测、生产制造管理、电气自动化、城市监控、检验检疫、消防安保等民用领域得到了广泛应用。未来，随着红外热成像产品性价比的进一步提升，以及我国产业结构升级及消费水平提高，红外产品有望在汽车辅助驾驶、户外探险等居民消费级市场进一步普及，市场规模预计将不断扩大。

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