非制冷紅外成像儀的應(yīng)用日益廣泛

過去十年中，非制冷紅外成像市場一直主要由國防應(yīng)用推動，隨后商業(yè)應(yīng)用逐漸興起?，F(xiàn)在，非制冷紅外成像市場的增長驅(qū)動主要源自熱成像、監(jiān)控、個人視覺系統(tǒng)（PVS）和安防市場。不過，該技術(shù)的高成本限制了微測輻射熱計在利基市場和中等規(guī)模應(yīng)用中的發(fā)展。

但是，這種狀況正在發(fā)生改變。隨著晶圓級光學元件（WLO）、晶圓級封裝（WLP）和硅透鏡等新制造工藝的引入，其制造成本正在逐步降低，再加上公眾對紅外視覺應(yīng)用認識的提高，正為非制冷紅外成像開啟新的篇章。一個有力的佐證便是2016年成功商業(yè)化的全球首款集成FLIR紅外視覺功能的智能手機——CAT S60。

2016年對微測輻射熱計市場來說是個好年景，得益于充滿活力的商用市場和持續(xù)增長的軍事應(yīng)用，當年出貨了90萬臺非制冷紅外成像儀。熱成像、監(jiān)控、個人視覺系統(tǒng)和消防等多種商業(yè)應(yīng)用推動了該市場的增長。到了2022年，預計出貨量可達170萬臺。

目前為止，無論是在產(chǎn)值或出貨量方面，熱成像應(yīng)用仍是最主要的商用市場。至2022年，預計每年將出貨50萬臺熱成像裝置。隨著熱像儀產(chǎn)品的價格持續(xù)下跌，一些新產(chǎn)品的價格已經(jīng)低于1000美元，預計其銷售額將持續(xù)增長。

監(jiān)控應(yīng)用是另一個引人關(guān)注的市場。直到最近，熱成像儀還主要應(yīng)用于重要區(qū)域和政府基礎(chǔ)設(shè)施的高端監(jiān)控。隨著熱成像儀價格的走低，新的市政和商業(yè)應(yīng)用開始興起，包括交通、泊車、電站和光伏規(guī)劃等。預計這塊市場在2017~2022年期間的增長率可達17%，出貨量到2022年可增長至30萬臺。

汽車夜視應(yīng)用，包括自動駕駛汽車，或?qū)⒅莆y輻射熱計的市場增長。當前的汽車視覺系統(tǒng)采用了可見光攝像頭、LiDAR（激光雷達）和雷達等多種技術(shù)，能夠提供車輛周圍的環(huán)境信息。不過，這些系統(tǒng)在某些方面都有局限性，如可見光攝像頭需要有一定的光照，才能分辨探測到的障礙物類型，是人還是動物，或者非活體障礙物等。熱成像系統(tǒng)則能在夜間或惡劣氣候等低照度條件下，在幾公里外的距離感知、探測并識別障礙物。中國目前已經(jīng)成為汽車夜視系統(tǒng)市場中的重要部分，大約消耗了全球汽車夜視系統(tǒng)總量的25%。展望未來，中國將在該領(lǐng)域市場繼續(xù)領(lǐng)跑。

2016~2022年非制冷紅外攝像頭出貨量預測

消防、PVS、海事、無人機、機器人、智能建筑、智能家居和智慧商店等其它商業(yè)應(yīng)用市場也正在不斷增長。2016年，便攜式雙目夜視鏡、單目夜視鏡和瞄準器等PVS需求獲得了顯著增長。它們主要用于邊界巡邏、執(zhí)法以及日益增長的消費類戶外應(yīng)用，例如登山運動和狩獵等。目前，美國由于其狩獵和執(zhí)法市場需求，一直是該領(lǐng)域最大的市場。

受益于熱成像儀的尺寸、重量、功耗（SWaP）以及成本的降低，商用無人機正成為新興的熱成像應(yīng)用市場。這個有趣的細分應(yīng)用覆蓋了現(xiàn)有的商業(yè)紅外市場，例如建筑物檢查、農(nóng)業(yè)、氣體成像、監(jiān)控以及管道檢查等。

除了這些市場，圍繞非制冷紅外成像技術(shù)還可以開發(fā)許多新的應(yīng)用，包括智能建筑節(jié)能控制、游泳池監(jiān)控以及駕駛員監(jiān)測等。樂觀地預計，如果未來紅外攝像頭能夠集成進入智能手機，2022年，其出貨量或?qū)⑦_到1200萬個。

兩家采用不同策略的市場領(lǐng)導者，正面臨許多挑戰(zhàn)

非制冷紅外成像市場仍然由少數(shù)幾家廠商掌控。從出貨量來看，其中的兩家占據(jù)了超過75%的市場份額，它們便是FLIR和ULIS，它們在2016年都獲得了大幅增長。

相比2015年，ULIS實現(xiàn)了30%的營收增長。自公司創(chuàng)立以來，ULIS的平均年增長率達到了20%。不過，F(xiàn)LIR仍是該市場無法撼動的領(lǐng)導者。FLIR三年來共出貨了100萬個Lepton機芯，集成于超過20多種產(chǎn)品中。Lepton是一款為FLIR帶來巨大成功的關(guān)鍵機芯。近年來，F(xiàn)LIR開辟了一條充滿智慧的戰(zhàn)略，將非制冷紅外成像技術(shù)針對各種不同的應(yīng)用引入廣泛的產(chǎn)品中，使非制冷紅外成像技術(shù)獲得更廣泛的應(yīng)用，贏得更大的市場。

2016年微測輻射熱計廠商的市場份額

除了FLIR和ULIS，許多其它廠商也正在從紅外成像市場的增長中獲益：

- SEEK Thermal推出了其新款高性能Reveal PRO和Compact PRO產(chǎn)品，正從消費類產(chǎn)品向高端產(chǎn)品市場進軍；

- BAE Systems或Leonardo DRS等廠商正在從這輪國防市場增長周期中獲益，可能將持續(xù)數(shù)年時間；

- 新進廠商正帶著它們的新產(chǎn)品進入市場，例如，Teledyne Dalsa在2017年推出了其首款氧化釩微測輻射熱計；

- 許多中國廠商正在開發(fā)它們自己的微測輻射熱計。盡管目前它們的產(chǎn)量還不大，但是，中國本土市場擁有很大的增長潛力；

- 另一方面，博世（Bosch）等廠商在MEMS和紅外業(yè)務(wù)領(lǐng)域有較長歷史的廠商，正在轉(zhuǎn)型改變策略。

對于智能家居、智能建筑等那些需要32 x 32像素以下小型陣列的市場，微測輻射熱計在成本方面缺乏競爭力。因此，熱電堆和熱釋電紅外傳感器供應(yīng)商在這些細分市場獲得了增長機遇。這些獲益的廠商包括推出人數(shù)統(tǒng)計和探測應(yīng)用的Excelitas、Heinmann Sensors、Omron、Melexis、Panasonic，以及推出低分辨率熱成像應(yīng)用的Fluke-Irisys。

非制冷紅外供應(yīng)鏈中的每一環(huán)都充滿機遇

非制冷紅外成像市場中的許多供應(yīng)商在獲利的同時，那些代工廠也同樣受惠。如今，大部分主要的美國微測輻射熱計廠商已經(jīng)將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移至大型集成電路代工廠，它們的8英寸產(chǎn)線制造成本更低，靈活性更高。通過與代工廠合作，微測輻射熱計廠商可以從代工廠先進的半導體技術(shù)和設(shè)備獲利。這是微測輻射熱計逐漸成為主流半導體器件的重要一步，恰如CMOS圖像傳感器和MEMS麥克風。

鏡頭是非制冷紅外攝像頭的關(guān)鍵元件之一。因此，在軍事或監(jiān)控等高端應(yīng)用的紅外攝像頭核心成本中，光學元件占據(jù)了相當一部分比例。在低端市場的紅外攝像頭中通常采用一到兩組透鏡，而高端攝像頭往往需要多至5組透鏡，因此大幅提高了產(chǎn)品價格。未來，光學元件供應(yīng)商將在供應(yīng)鏈中扮演更重要的角色。Germanium（鍺）一直是攝像頭鏡頭中的紅外透射材料。但是，近年來，在熱成像、消防、汽車、監(jiān)控和智能手機等一些低光學性能、短距離、價格敏感的應(yīng)用中，鍺正面臨被硫系玻璃取代的趨勢。更經(jīng)濟的紅外鏡頭現(xiàn)在可以利用微機械加工的硅透鏡來實現(xiàn)，例如FLIR在其FLIR ONE中采用的鏡頭。

非制冷紅外攝像頭的生態(tài)系統(tǒng)

光學模塊和電子元件是紅外攝像頭機芯尺寸最大的部件，未來在尺寸上將逐漸減小。傳統(tǒng)的電子元器件通常安裝在體積較大的PCB板上。但是，采用ASIC芯片堆疊在PCB上，則可以大幅減小整體尺寸，恰如FLIR的Lepton機芯。隨著TSV（硅通孔）技術(shù)用于ASIC和微測輻射熱計的互聯(lián)，將實現(xiàn)器件的進一步3D集成。TSV技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于讀出IC（ROIC）和傳感器的互聯(lián)。利用智能手機強大的處理能力，或能進一步減少紅外機芯中電子元件的數(shù)量。

至2022年，預計非制冷紅外攝像頭生態(tài)系統(tǒng)的市場規(guī)模將達到16億美元（不包括銷售利潤）。

報告涉及的部分公司：Armasight, Autoliv, Avio, BAE Systems, Bosch, Cypress, DALI, Dewalt, DRS, Excelitas, Fisba, FLIR, Fluke, Guide Infrared, GWIC, Heimann Sensors, i3s, Jenoptik, Keysight, Kyocera Optec, L3, LightPath, Magnity, NXP, Omron, ON Semiconductor, Opgal, Ophir, Panasonic, Pelco, Plessey, Qioptiq, Raytheon, rpo, Samsung, Satir, SCD, Schott, Tamron, Teledyne Dalsa, TowerJazz, TSMC, ULIRvision, ULIS, Umicore, Vitron, X-FAB...