基于专利分析的红外热成像技术创新态势研究

2022-09-11

一、引言

红外热成像技术是以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测, 利用景物自身各部分辐射的差异获得图像的细节, 其实质是一种波长转换技术, 即把红外辐射图像转换为可视图像的技术[1]。与传统成像技术相比, 红外热成像技术具有适应性强、抗干扰、隐蔽、功耗低等优点, 已成为一种重要的新型显示技术, 在军事、工业检测、农业、医学诊断等领域都具有重要的使用价值, 成为当前的研究热点之一。

二、数据来源与分析方法

本文以专利之星、inco Pat数据库为数据来源, 通过关键词检索了全球范围的红外热成像专利7535件, 抽取每个显示页面的第2和第6条专利文献, 共计1507篇, 经人工阅读筛选, 其中1294篇为红外热成像专利。中国专利申请总量为5019件, 经人工去噪, 筛选出2562篇为红外热成像专利。数据下载截止日2015年12月31日。

(一) 专利申请趋势分析

红外热成像技术在1993年前一直处于摸索起步阶段, 法国、美国等地先后开展研究, 专利主要涉及探测器的结构改进, 例如CALIFORNIA INST OF TECHN申请的US19880174111和美国HONEYWELL INC申请的CA19850496864。

1994-2004年, 美国专利申请量在此阶段增长迅速, 美国在这一阶段专利量的增长主要来自信号处理、校正以及系统组合方面的申请量贡献。

从2005年起, 红外热成像技术申请量进入快速增长阶段。到21世纪初期, 红外热成像技术已基本完善, 大量公司进入该领域, 开发了大量以红外热成像技术为基础的各种集成系统, 及其在遥感、医疗、军事、制程控制等领域应用。中国的红外热成像专利申请量进入增长阶段, 并在2010年以后进入快速增长阶段, 专利申请数量逐渐增加。

图2是红外热成像专利申请的国家/地区分布情况, 其中在中国专利申请量最大, 占36.63%, 其次是美国专利, 申请量达20.17%, 日本申请量占14.3%。

图3-1是全球红外热成像主要专利申请人排行, 其中专利申请数量较大的日本Sony、Nintendo、HONDA、MITSUBISHI ELECTRIC、FUJIFILM等, 美国RAYTHEON、FLIR, 中国主要以研究机构为主, 如上海技术物理研究所, 企业有杭州美盛红外光电技术有限公司。

图3-2是中国红外热成像主要专利申请人排行, 排行前十申请人都是中国高校、研究机构和少数企业。从专利上来看, 红外热成像技术还属于小众的领域, 仅有实力的企业在开展基础研究, 从实验室走向产业化应用, 还需要更多企业参与产业化设计环节。

但值得注意的是, 日本和美国部分企业在中国有相应数量专利的布局。

图4是中国红外热成像专利法律状态, 因中国专利申请专利申请高峰期自2010年起, 因此其中大部分专利尚处于审查阶段, 其中27%的专利处于审中, 尚未授权, 46%的专利已经售罄。随着技术推广力度加大, 未来在偏差校正和领域应用的专利将会呈现继续增长趋势。

(二) 技术发展路线分析

红外热成像技术的研究主要包括探测器组件、光学元件技术、校正技术、信号处理技术、图像处理技术以及降噪技术等。红外热成像技术随着探测器技术的发展而发展, 探测器是红外热成像技术的核心技术。

随着探测器技术的逐渐成熟, 热成像技术在制造成本、装置体积上有了更高的要求, 因而在光学元件研究、探测器检测方面投入了更多研究, 如以色列OPHIR OPTRONICS LTD公司申请的基础专利CA19992333082, 设计了一种非球面光学元件。

在技术多元化发展的背景下, 兼顾不同应用领域需求, 往往要集成多种技术。

如图像融合、多波段图像显示, 如专利CN20092244515U解决了多波段要求下的图像融合问题。

2004年起红外热成像技术进入快速发展期, 在图像增强、降噪、非均匀性校正方面进行了大量研究, 专利主要集中在这些技术领域, 以提高技术手段的精度、质感和降低成本, 以适应不同应用领域的更高要求。

(三) 核心专利分析

专利引证通常被用来判断专利价值, 即被引用频次较高的专利, 是以后技术进步的基础, 因此被引频次越高, 专利价值就越高[2]。同族专利也是判断专利价值的指标之一, 专利族的规模越大, 覆盖的申请地域越多, 说明在该领域关注和参与的人越多, 重要性程度就越大[3]。通过专利被引频率以及同族专利布局情况, 本文得出全球红外热成像技术的主要相关专利, 如表1。