用户和成本推动红外热像仪进入新市场
2015-06-20 20:14:35   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

红外热像仪曾经主要应用于军事领域，然而近几年，由于其价格下降和技术进步，红外热像仪在商业领域掀起市场热潮。麦姆斯咨询认为，唯一限制红外成像技术应用的可能只是我们的想象力，正所谓，没有做不到就怕想不到。

红外成像镜头下的10美分硬币上的罗斯福总统头像

“红外热成像技术将很快变得无处不在，成为我们日常生活的一部分。展望未来，电脑、手机和GPS都将采用红外热像仪。”这是消费电子产品的先驱和Seek Thermal公司联合发起人Tim Fitzgibbons的预测。Seek Thermal，一家专注于红外成像技术的初创公司，最近刚发布了一款应用于智能手机的红外热像仪。

红外热像仪的受欢迎程度体现在各行各业，红外领域的专业公司都在调整研究方向和团队，企图尽快寻找到下一个杀手级应用。

红外热像仪可作为预测和预防工具，应用领域非常广泛，包括医学成像、检查和诊断、环境监测、军事侦察等市场。但是，很多人相信未来还有更大机会，很多未被想到的应用，将会带来更大的商机。“尽管热成像技术已经拥有超过65年的历史，但是普通大众“享受”其功能却是最近才发生的事情。价格下降让人们乐衷于探索各种创新应用，所有这些都是之前无法想象的。” Fitzgibbons说。

全球领先的焦平面阵列红外探测器制造商Lockhead Martin设计和制造高品质锑化铟焦平面阵列

专业市场调研公司Yole强调了红外成像技术的重要性（详见《非制冷红外成像技术与市场发展趋势2015版》报告）。“我记得几年前参加了三星的技术研讨会，如果你不从事3D技术研发相关工作，你将无法参加。然而这几年发生了变化，红外成像技术突然出现在三星的技术路线图中。三星为研发红外成像技术，斥资了2000亿美元。因此，这充分说明了该技术具有极大的市场潜力。”Yole的MEMS和成像传感器领域的主管Pierre Cambou表示。

消费类红外热成像技术的才刚刚兴起，但在几年之后，人们对这项技术的新鲜感将逐渐淡化。所以，Cambou强调，为了保持持续的驱动力，我们需要找出新的应用。

“为了保持增长势头，新的应用案例将开始发挥作用，我们对此充满信心。”Cambou说:“当红外热像仪与人类交互时，将会显现出其重要优势，这就是初创企业，如Irysis、Pyreos或Irlynx，正在投入研发的原因。”

Seek Thermal红外热成像仪可用于家装、个人安全、狩猎、泛舟等众多应用

对于福禄克（Fluke）公司，传统的客户群是将红外热像仪用于工业测试或测量领域。但是，随着用户不断提出新应用需求，Fluke也扩展了新产品，开始为更多的研究和开发应用提供摄像机和光学系统。

“寻找更多应用的最大挑战是花大量时间思考在哪里以及如何使用红外成像技术。红外热像仪可用于任何有热量或热量不足的地方，并给出一个状态或状态变化。在从实际应用角度来看，需要花时间思考：热信号意味着什么或如何正确地使用热信号。” Fluke热成像服务高级经理Michael Stuart说道。

成本和性能改进

红外热成像技术一定特定程度上遵循摩尔定律。其结果是，红外成像系统将持续改进：变得更小、更便宜、更低电耗、更容易使用，更好的整体性能。

应用于智能手机的Seek Thermal消费级红外成像产品

“过去十年中，Fluke见证了红外热成像仪的用量增长了十倍。造成该现象的原因有很多，其中一个主要驱动因素是成本下降和普通大众的购买力提升。”Stuart说，“专业的红外技术现在已以一种较为亲民的价格满足消费市场需求。”

除了成本，红外热像仪的性能，尤其是针对消费级应用，已经让很多传统红外成像用户感到惊喜。

分辨率已经降低到QCIF（Quarter Common Intermediate Format，四分之一通用中间格式）范围，通常为200 x 150像素，并且灵敏度（噪声等效温差）现在可达到0.1K，实际使用时在0.2K的水平。虽然，基于压电陶瓷类电介质的红外传感器和微测辐射热计，这两种技术在消费市场的竞争还未结束，但是，目前微测辐射热计略占优势。

使用一款手持式Fluke TiX1000 1024 × 768红外焦平面热像仪和标准FOV镜头拍摄西雅图景色

“90年代中期，非制冷微测辐射热计的像素尺寸为50微米，检测场景温差为0.1度。”Seek Thermal的Fitzgibbons说道，“随着技术的进步，现在我们已经可以将像素尺寸缩小至12微米。”

军用市场趋向于采用更广工作光谱、更高分辨率的大型焦平面阵列。但是，在混合任务情景下，如目标定位、非传统的情报监控和侦察，人们更青睐于选择微型传感器，并且辐射热测量仪在灵敏度和响应速度方面还需提升。

“非制冷焦平面红外探测器技术需要极快的光学系统（因为某些应用环境中，物距条件及温度变化极快导致很难及时调焦），所以导致光学尺寸和重量难以满足远距离应用。”总部设在圣巴巴拉的红外焦平面企业Lockhead Martin首席科学家 Mark Goodnough说道。

研究人员致力于研发更广范围内III - V族探测器材料来实现中波和长波解决方案。该解决方案采用nBn型和应变层超晶格探测器，具有更高的工作温度和更好的性能。

使用红外微距镜头可以检查PCB和微电子器件的焊接情况

“高工作温度红外焦平面阵列和低功耗微型冷却器的发展有助于改善高性能传感器的成本和分辨率。” Goodnough说:“这也使得红外焦平面阵列成为一体化无人机和其它应用（对尺寸、重量和功耗有严苛要求）的首选。”

除了技术进步，出口法规也在逐渐改变，因此红外产品可以提供给更广泛的市场。例如，西方集团对社会主义阵营的贸易管理机制——瓦森纳协议正在改变，该协议决定常规武器、军民两用商品和红外成像技术是否能从美国出口。

“此前的协议使得很难将热成像仪技术出口到很多其它国家。”Stuart说，“对于美国的厂商来说，如Fluke一直呼吁瓦森纳协议应该通过适当的管理方法为友好的国家提供合适的红外产品和技术，以拓展广泛的国际市场。”

一个不容忽视的“终极”市场驱动力是将测量数据转化为有用的、可操作的信息，并将该信息以更加通俗易懂的方式传达给用户。

使用红外微距镜头测量和评估PCB发热情况

如今，很多红外热成像系统与现代机载通信技术相结合，现场测量的数据能通过无线移动设备和支持网络功能的通信工具发送出去。“随着红外热像仪的用量增加，以及用户分析数据能力的增强，再辅以其它检测技术，红外技术将使更多用户受益。”Stuart表示。

即将来临的新应用

Yole研究人员正在跟踪一项新应用：红外成像技术在个人机器人，尤其是无人机和安保机器人上的应用。Knightscope和EOS Innovation等公司等已经发布相关产品。

成立于2013年，位于美国加州的初创企业Knightscope开发出一款用于人群监测和协助执法人员办案的自主机器人。同样地，法国初创公司EOS Innovation也开发出一款监控机器人用于仓库和工业厂房的巡逻。但是，Lockheed Martin公司的Goodnough强调，成本、大小、重量和功耗仍然是限制因素。

性能和成本有望继续改善（相比可见光图像传感器，或许速度较慢）。然而，超分辨率处理算法将为红外成像技术提供附加价值，并提高灵敏度和光谱灵活度，将红外成像仪的图像清晰度提升到一个全新的水平。

注：目前通用的超分辨率的定义是：根据同一场景的具有互补信息的多帧低分辨率图像处理得到一幅高分辨率图像的技术。

智能手机热成像仪的崛起

2014年，红外成像市场发生了巨大变化：非制冷红外成像市场上的领导者Flir推出了新一代产品Flir One。这是一款能让iPhone变专业热成像仪的手机外壳，但只适用于iPhone 5和5S。2014年末，Seek Thermal也推出了一款适用于iOS和安卓智能手机的红外热像仪。

加装Seek Thermal红外热像仪的智能手机拍摄楼房热成像图

Seek Thermal红外热像仪主要应用于家装、个人安全、烹饪、狩猎、泛舟等。麦姆斯咨询总结了一些案例：

* 红外热像仪在家装检测中的应用：若外墙存在脱落、空鼓等粘结缺陷部位，在红外热像图上将表现为“热斑”或“冷斑”，其检测结果直观、可靠，分析外墙的红外热像特征图谱，并对其进行理论计算，即可确定外墙的粘结质量。

* 红外热像仪在建筑节能检测中的应用：检测房屋气密性，如门窗的漏缝。如果气密性差，那么造成冷空气渗透，保温效果差，能量损失严重。

* 红外热像仪在受潮检测中的应用：受潮会产生许多问题，水可能渗入一个小的裂缝，然后滞留在不透水的建筑材料中，通过红外可以快速找到墙体或天花板的受潮处。

* 红外热像仪在个人安全领域中应用：夜间在停车场或大院里听到奇怪的声音，尤其是女士，可以通过红外热像仪扫描周围环境是否有其它“不怀好意”之人或动物。

* 红外热像仪在烹饪领域中的应用：测量烧烤工具或平底锅的热分布图；即时测量食物的表面温度。

* 红外热像仪在泛舟领域的应用：即使在完全黑暗的环境中，也能看到漂浮在水中的物体或人。

“在以上两款消费类红外产品投入市场之前，红外热像仪的最低价格为1500美元。”Yole的MEMS和传感器部门高级分析师Yann de Charentenay说道，“如今，这些智能手机热成像仪的价格已经降至200美元到300美元。预计2015年，这类新型消费类红外热像仪将实现数万台的销量。”