红外热成像基础原理、核心组件、分类及市场空间如何？

探测性能优异，下游多领域需求认知逐步提升。

1.红外热成像基础原理

高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线的机理，是利用红外实现探测功能的基础。 红外线是众多不可见光线的一种，又称红外光、红外热辐射，其波长介于微波与可见光之间。所有温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会向外辐射红外线，构成了红 外探测系统在军民领域广泛运用的前提。根据《红外成像技术中的9个问题》（蔡毅 等，2013，红外技术），目前主流红外成像系统，一般选择不易被大气吸收的3~5μm、 8~14μm的热红外线作为主要工作波段，工作在3～5μm波段的称为中波红外探测器， 工作在8～14μm波段的称为长波红外探测器。而不同探测目标有不同的辐射特点， 需要根据目标辐射温度、背景辐射环境、探测距离等因素来综合考虑选择的探测器。

红外成像系统将探测到的热红外线转换为图像，而红外探测器为该系统的核心组件。 红外成像系统用于探测目标红外辐射、并转换为温度分布图像或视频，主要组成包 括红外光学系统、红外探测器、数字图像处理电路与算法、机械结构件等。红外探测 器是红外成像系统的核心组件，主体为红外焦平面阵列，利用焦平面阵列进行光电 转换。红外焦平面阵列由系列N*M个工作单元（也称像元）的集合，每个工作单元由 红外探测单元和ROIC读出电路单元两部分组成。位于上层的红外探测单元利用特定 敏感材料，吸收红外辐射并产生对应物理性质变化，进而产生微弱电信号；下层的 读出电路单元负责读取相应电信号，进行初步信号处理。焦平面阵列将点阵型的红 外探测阵列和ROIC读出电路阵列集成在一起，共同封装在一个外壳中，在焦平面阵 列上可以实现光电转换和信号预处理。

根据焦平面阵列工作单元光电转换过程中应用物理原理的不同，红外探测器可分为 光子探测器和热探测器。光子探测器基于光电效应，探测器在吸收光子后，敏感材 料电子状态发生改变，通过测量光电效应大小，可以确定被吸收的光子数，进而得 到目标红外辐射分布。而热探测器则基于热敏材料温升后的物理性质变化（如电阻 变化），通过测量这些物理性质的变化，可以确定探测器所吸收的红外辐射能量，同 样可以得到目标红外辐射分布。成像机理不同是决定性能差异的核心。基于光电效 应的光子探测器，在受到特定频率的红外线辐射后能够瞬时产生光电子，一般系统 响应时间为纳秒级；基于热电效应的热探测器，在受到红外辐射后需要升温过程， 响应时间为毫秒级，两类探测器在响应时间上相差多个量级。同时，光电效应的激 发只需要特定频率辐射，对辐射强度没有要求；热电效应则只在辐射达到一定强度 后才能产生可以准确测量的材料物理性质变化，因此光子探测器在探测率、噪声等 效温差等反应灵敏度的指标上同样大幅优于热探测器。

两类探测器应用不同的敏感材料，对应不同工作温度，因此光子型探测器也称制冷 型探测器，热探测器则称非制冷探测器。基于不同的物理原理，近年来两类探测器 都发展出了多种性能各异的敏感材料。上述敏感材料一般工作于低温环境，如适用 于中波段的碲镉汞材料有效工作温度为200K（-73℃），当探测器制冷到77K时，该 材料的响应波段才能延伸到3~5μm，只有接近绝对零度光谱效应才能超过8μm，因 此光子型探测器需要配置制冷器，也称制冷型探测器。而制冷器的应用也决定了制 冷型探测器的体积大、功耗大、寿命短。在热探测器的敏感材料中，氧化钒和非晶硅 应用最广泛。据《非制冷红外焦平面探测器研究进展与趋势》（李静等，2020，红 外），全球范围内应用氧化钒材料的非制冷探测器市场份额达70%。因为该类材料 都工作在常温环境，不需要制冷器，所以热探测器也称非制冷探测器。

整体看，红外探测器正朝焦平面阵列规模扩大、像元尺寸和像元间距缩小的方向发 展。提升阵列规模与像元密度，能够在不扩大探测器体积的前提下大幅提升探测器 的探测与成像能力，像元尺寸和像元间距的缩小都能显著提升阵列密度，且像元间 距减小还能节省原材料，降低探测器成本。同时，光学系统的技术更迭有助于探测 性能的提升。例如，制冷型领域目前正朝变F数镜头（充分发挥制冷型探测器的高灵 敏度和大面阵）、双波段镜头（通过双孔径同时接收中、长两个波段的红外辐射，使 系统获得双波段探测能力）发展。

2.市场空间

基于红外热成像在探测、侦察等领域的优异性能，下游应用领域逐步拓展。据公司 2022年报，在防务领域，红外热像仪比其他带光源的主动成像系统更具有隐蔽性， 被广泛应用于侦察、监视和制导等特种装备上。主要用途包括坦克等特种车辆的夜 视，反坦克个人携带式武器，单兵夜视装备，飞机和导弹武器，特种舰艇夜间识别和 射击指挥（雷达、激光、红外复合）系统等。特种装备类红外产品从上世纪70-80年 代起就逐步应用于海陆空战场，经过多年的技术迭代及产品换代，目前红外产品在 美国、法国等发达国家特种领域的普及率较高，市场趋于稳定。

海外户外民品市场规模可观，产品存在结构性升级空间。相比较于传统的夜视设备， 红外热像仪不需要光即可产生图像，同时不仅可以提供夜间视野，在白天对生命体、 障碍物的探测也具有一定优势，为诸如观察野生生物或狩猎之类的活动提供了较高 的应用价值。据Research and Markets，2022年全球狩猎装备及配件市场规模约为 211亿美元，2030年预计增长至382.6亿美元（CAGR7.5%）。Lynred公司调研报告 （2023.03.29）显示，狩猎市场主要客户为40至55岁年龄段的猎人，该群体在狩猎 市场的增长和发展中起着关键作用；目前，业内正持续打破狩猎热成像技术的界限， 在2021年，狩猎市场未来八年的平均年增长率预计将达到40%。此外，当前红外狩 猎应用产品的像元尺寸、面阵大小仍有改进空间，海外红外狩猎应用仍存在存量市 场结构性升级空间。

非制冷红外产品在民用领域不断扩展应用，在安防监控、工业检测、辅助驾驶、无 人机等领域的市场规模不断增长。随着红外热像仪在电力、消费、建筑、执法、消 防、车载等行业应用的推广，民用红外热像仪行业有望迎来市场需求的增长，例如在安防、无人机等领域，公司主要产品包括红外探测器、热成像机芯模组及红外热 像仪整机等。根据Maxtech International及北京欧立信咨询中心预测，2023年全球民 用红外市场规模将达到74.65亿美元。据《Thermal Imaging Market Size, Share & Industry Growth Analysis Report by Product Type》(Marketsandmarkets，2021.09)， 收入方面，2021年全球热成像市场预计将达到36亿美元，到2026年将达到47亿美元， 2021年至2026年CAGR达5.5%。