2022中国非制冷热成像行业研究报告

AIoT星图研究院传感器系列报告之红外传感器 中国非制冷热成像行业研究报告 2022 发布单位 AIoT星图研究院 联合发布 深圳市物联传媒有限公司深圳市物联网产业协会 IOTE物联网展AIoT库 报告分析师 产业对接 产业对接 魏沛17503097626 梁容玮13828715593 鞠延科18922857775 版权免责声明 本报告是AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司的调研与研究成果。本报告内所有数据、观点、结论的版权均属AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司拥有，任何单位和个人，不得在未经授权和允许的情况下，进行全文或部分形式（包含纸制、电子等）引用、复制和传播。不可断章取义或增删、曲解本报告内容。 AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司拥有对本报告的解释权。本报告所包含的信息仅供相关单位和公司参考，所有根据本报告做出的具体行为与决策，以及其产生的后果，AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司概不负责。 目录 CHAPTER11 红外热成像及其应用 1.1红外线简介2 1.2热成像及其原理4 1.3热成像图像处理5 1.4热成像应用领域6 CHAPTER213 非制冷红外探测器 2.1红外探测器及其分类14 2.2红外探测器性能指标15 2.3非制冷红外探测器技术17 2.4中国非制冷红外探测器发展20 CHAPTER322 热成像市场及产业链 3.1热成像市场空间23 3.2热成像产业链及竞争格局23 3.3热成像行业图谱27 CHAPTER428 热成像相关上市企业 4.1高德红外29 4.2大立科技32 4.3睿创微纳34 4.4大华股份36 4.5海康威视38 4.6久之洋40 4.7富吉瑞42 CHAPTER543 红外热成像的未来 5.1红外探测器的发展方向44 5.2热成像应用领域不断拓展45 5.3热成像行业面临的挑战46 CHAPTER1 红外热成像及其应用 红外线简介热成像及其原理热成像图像处理热成像应用领域 1.1红外线简介 红外线及其发现 红外线是一种人眼不可见的光波，由物体分子的热运动而产生，在电磁波 连续波谱中位于可见光和无线电波之间，其波长范围在0.75-1000微米之间。自然界中，任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会向外辐射红外线，并且温度越高，辐射的能量越大。虽然人眼看不见红外光，但人类可以将其检测为热。 图表1-1：电磁波谱示意图 图片来源：维基百科，AIoT星图研究院翻译并整理 根据红外辐射的产生机理、红外辐射的应用和发展情况并结合考虑了红外辐射在地球大气层中的传输特性，进一步将0.75微米-1000微米的红外辐射划分为四个波段： （1）近红外或短波红外，波长范围为0.75-3微米； （2）中红外或中波红外，波长范围为3-5微米； （3）远红外或长波红外，波长范围为8-14微米； （4）极远红外，波长范围为15-1000微米。 图表1-2：红外光谱示意图 图片来源：NASA科学网 威廉·赫歇尔（WillimHerschel）1738年生于德国，1758年迁居英国，天文学家、音乐家、恒星天文学创始人，被誉为恒星天文学之父。英国皇家天文学会第一任会长、法兰西科学院院士。他用自己设计的大型反射望远镜发现天王星及其两颗卫星、土星的两颗卫星、太阳的空间运动、太阳光中的红外辐射；编制成第一个双星和聚星表，出版星团和星云表；还研究了银河系结构。 詹姆斯韦伯太空望远镜有三种红外仪器来帮助研究宇宙的起源以及星系、恒星和行星的形成。图源：NASA科学网 红外线的发现归功于19世纪初的天文学家威廉·赫歇尔。1800年，赫歇尔用温度计测量太阳光谱的各个部分，发现在将温度计放在光谱红端外测温时，温度上升得最高，而那儿却完全没有颜色。于是他得出结论：太阳光中包含着处于红光以外的不可见光线。现在人们称为红外辐射。 左：温度计测量太阳光谱，右：赫歇尔，图片来源：维基百科 红外波的波长比可见光长，可以穿过太空中气体和尘埃的密集区域，散射和吸收较少。因此，红外能量还可以揭示宇宙中使用光学望远镜在可见光下看不到的物体。詹姆斯韦伯太空望远镜有三种红外仪器来帮助研究宇宙的起源以及星系、恒星和行星的形成。 红外线的特性 红外线是一种人眼不可见的光波，由物体分子的热运动而产生，在电磁波连续波谱中位于可见光和无线电波之间，其波长范围在0.75-1000微米之间。自然界中，任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会向外辐射红外线，并且温度越高，辐射的能量越大。红外线有两个非常重要的特点： 第一，红外线中，存在两个穿透性非常好的波段，即3～5微米和8～14微米的红外线，这两个波段的红外线能穿透大气和烟雾，使人们在完全无光的漆黑夜晚，或是在烟雾密布的战场，都能清晰地观察到前方的情况。 遥控器使用波长约为0.94微米的红外光来更改电视上的频道，红外加热灯通常发射波长在0.5微米至3微米之间的可见光和红外能量，可用于加热浴室或保持食物温暖。 第二，所有温度高于绝对零度（－273℃）的物质都不断地辐射着红外线的现象，也称为热辐射，而热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度和材料特性相关。利用这一特点开发出的红外热像仪，可以将物体的温度差异通过图像清楚地在视频中显示出来，从而可以对物体进行无接触式温度测量和热状态分析，为工业生产、节约能源、环境保护等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具，可广泛应用于民用领域。 图表1-3：电磁波在大气中的穿透性（横轴表示波长，纵轴表示穿透性） 图片来源：维基百科 1.2热成像及其原理 红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、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的高科技产品，涉及光学、机械、微电子、物理学、计算机、图像处理等多个学科的综合与交叉。 其工作原理是将物体发出的不可见红外辐射能量，通过光学系统聚焦到红外探测器的敏感元上；红外探测器敏感元将红外辐射进行光电转换，生成可进行电子学处理的电信号；之后利用与探测器相匹配的偏置与驱动电路完成对探测器的电信号输出，后续电路相继对电信号进行模拟放大处理后，传送给高分辨率A/D采样电路转换成数字图像信号；再对数字图像信号进行一系列的图像处理后经视频转换成电视信号，在相应的显示设备上呈现出一幅表现物体热特性的灰度或彩色图像。 图表1-4：红外热像仪的工作原理图示 图片来源：上市公司招股说明书 其中，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。 1.3热成像图像处理 由于红外热成像系统的固有缺陷和外部复杂环境的影响，红外图像与可见光图像相比，具有对比度低、边缘细节模糊、信噪比低等问题，需要用专业图像算法对红外图像进行处理矫正，以便于观察分析。 非均匀性校正算法 由于材料、生产工艺等因素，红外设备探测元存在响应不一致的问题， 因此导致红外图像的非均匀性，其严重影响了成像的质量。目前非均匀性校正算法主要分为两大类： 一类基于标定的校正算法，如两点校正算法、多点校正算法、多项式拟合算法，具有算法简单、精度高等优点，所以被广泛使用。 另一类基于场景的校正算法，如时域高通滤波算法、神经网络算法、统计恒定法在克服红外焦平面器件响应偏移误差方面存在优势，但相关硬件要求较高，且算法复杂耗时。 非均匀性校正（NUC）是针对场景和环境变化时发生的微小探测器漂移进行调整。一般情况下，热像仪自身的热量会干扰其温度读数，为了提高精度，热像仪会测量自身光学器件的红外辐射，然后根据这些读数来调整图像。NUC为每个像素调整增益和偏移，生成更高质量、更精确的图像。 执行非均匀性校正前后图像质量对比，图片来源：中国知网 图像增强算法 由于红外信号波动范围很大，再加上硬件设备本身存在的缺陷和环境因 素的影响，在将其转换为适于人眼观看的可见光图像时，易造成图像的模糊、细节丢失、对比度低下等问题。因此，获取成像清晰且对比度高的图像，是红外图像处理中的一项重要技术。 数字细节增强技术（DigitalDetailEnhancement，DDE）由美国FLIR公司提出，是一种能够保留高动态范围图像细节的非线性图像处理方法，有利于人们对物体关键信息的获得。该方法是目前对红外图像进行增强处理最有效的方法之一，即使在极端的温度动态范围场景中，也能看清目标物的细节。 执行DDE算法的室内天花板红外图像（右）与执行前对比，图片来源：中国知网 1.4热成像应用领域 安防监控 红外热成像技术在安防方面的应用包括防盗监控，伪装及隐蔽目标识 别，夜间及恶劣气候条件下的治安巡逻，重点部门、建筑、仓库的安保工作，防火监控，陆上和港通安全保障，机场监控等领域。 高端红外成像设备具有隐蔽性强、误报率低以及夜间无需任何辅助光源等优点，可及时发现目标并记录现场情况，从而准确定位越界人员的位置。港口、机场、核电厂等属于重要领域，容易遭到偷窃，甚至是恐怖袭击。使用热像仪则可在防护方面发挥重要作用。 随着我国城市信息化和智能化的不断建设，安防监控设备的市场空间逐渐得到释放，视频监控设备的建设量仍有很大的提升空间。根据《2022中国AI+泛安防产业发展》，我国视频监控市场的复合增长率超过24%。在安防视频监控产品市场中，随着传统产品竞争的日趋白热化， 红外热成像技术已经成为了安防厂商的关注重点。据《中国安防》预测，“十三五”期间，红外产品在安防监控领域的市场规模将达150至200 亿元，年复合增长率将达到20%以上。 消防救援 火灾现场的温度分布可以客观反映火灾发生、发展、熄灭的过程，对灭 火救援、火灾事故调查都具有重大意义。森林面积大，雨雾、光线环境复杂，对防火监控带来挑战。红外热像技术凭借非接触性、准确的优点，能够正确探测出隐蔽火源，可在消防灭火救援中迅速获取火场内部火源位置。红外热像技术主要集中应用在火情侦察、搜索救援、辅助灭火和火场清理这几个方面 美国、日本等国家在20世纪90年代就已应用红外热像技术进行火灾爆炸、矿井坍塌、滑坡等灾害救援工作。1999年土耳其地震和台湾大地震中，美国和日本采用红外热像技术进行救援，发挥了很大作用。2008年中国汶川大地震中，救援人员利用红外热像技术及时确定被埋在废墟底下幸存者位置。为营救工作争取宝贵时间。 边防海防 近年来，随着我国国家综合实力的迅速增强以及改革开放力度的进一步 加大，我国边境线的安全形势更为严竣。采用高效的智能分析，通过边境建设智能应用视频报警设备实现对边境线的可视化监控、智能化布控，防范走私、贩毒、偷渡、恐怖主义等违法犯罪事件。 具有智能障碍物识别功能的海事用红外热像仪，图片来源：FLIR官网 林火灾监测 对于重点水域，非法捕捞行为常发生在夜间，且重点水域气候多变，肉眼难以分清，给执法工作带来了巨大的强度，迫切需要通过物联网+信息化的手段，对监管流程进行优化。 森林防火 红外热成像可以对林区进行全天候、远距离、宽范围的实时动态监测， 及时发现积热、隐火、余火、浓烟等火灾隐患或早期火情，防范于未“燃”。早在19世纪60年代，美国已展开森林火警红外探测的研究。现已发展到将探测红外图像同卫星和站台直接共享，迅速确定森林火险。 我国在19世纪70年代开始将红外热像技术应用于森林火险探测。现我国森林火险探测将红外技术同北斗卫星导航相结合，通过对要素的量 煤矿输煤皮带监测 使用热像仪检测电路板，图片来源，高德智感官网 算，能够建立信息快速传输森林火灾侦查系统。伴随社会进步及技术发展，红外热成像技术在安全防火消灾等方面发挥更大作用。 矿山安全 随着红外热像技术日趋成熟，矿山自燃发火、突水、瓦斯突出、顶板垮 落等问题都可用其来解决。例如，煤矿井下梭车是采煤与掘巷的配套设备之一，将红外热像仪安装在梭车前面，车辆在井下行驶过程中，可通过红外热像仪及时监测前方人的温度，并通过4G实时传送视频至监控后台，通过温度是否正常来联动梭车启停，实现“行车不行人，行人不行车”