激光影像仪

第十六届上海大学生电视节已经圆满落幕，以9月22日-23日接连两日的光影秀为预热，主持人大赛、视频广告大赛等专业比赛顺利举行。为记录这场三年来首次回归线下的大学生电视盛事，华东师范大学传播学院组建起多路摄影小队，展开多种形式的影像记录和成片摄制实践，除了普通常见的摄录设备，同学们还使用热成像设备、测温仪，深入探究散发着光与热的大学生电视节。传院学生正用测温仪和红外成像仪拍摄观察在成片正式与大家见面之前，让我们一起来看看来自学生摄影团队的“热成像回顾”：可见光-热成像拍摄对比图之一－樱桃河畔，桥边行人左侧的图片常见普通，而右侧的热成像对比图则是另一个光影世界。为了试验器材，拍摄一部校园热力学科普短片，我们将器材对准校园一角，果然是同一个场景不同的观感。红外热成像仪可以根据不同的场景，支持多种热图显示，包括多种伪彩色和热黑、热白模式；右图采用的成像模式就是伪彩色。类比摄像机镜头画面里明暗的对比，热成像视野的灰度差异表示热成像仪所接收物体发出红外线量的多少，即可反映物体的温差：颜色越深灰度越高说明相对温度越低，反之则越高；若要观察此时绝对温度还需要采用全画幅显示。镜头里，洒水车的扫帚旋转轴、后轮主轮轴温度最高，骑车的同学也呈现出高亮温感。试验成功，且让我们等待光影秀的搭建和开场吧。行驶中的货车的热成像-发动机和轮胎装载大视节光影秀器材的卡车从校门口缓缓驶入传播楼侧，开启热成像视频记录仪，货车发动机的热量扩散到了汽车车盖表面，画面中最亮的光点呈现亮黄色，温差对比非常明显；而因为导热性、摩擦情况、热传递情况差异，轮轴的温度可达到近50℃，而橡胶车胎表面温度只有约20.5℃。强温差下的伪彩红外视野十分瑰丽奇幻，是天然的视觉特效。可见光-热成像拍摄对比图之二－传播楼前，铺设调试团队和传播学院学生来到樱桃河畔大型投影仪的架设布线现场，我们的摄像团队正围绕工作人员拍摄。通过更近距离的红外拍摄，我们得到了更为清晰的人体热成像轮廓。需要声明的是，热成像仪画面呈现的只是传感器接收到的热辐射，而并非所谓“透视”，之所以能够在画面中辨别人的轮廓外形，是因为相对于现在的环境温度，人体散发的热量极为显著，若是在炎炎夏日，空气温度达到接近人体温度时，我们可能更难从一堆清晰度低、颜色相近的色块辨认画面。带队教师用热成像仪拍摄搭建器材的工作人员带队教师用热成像仪拍摄搭建器材的工作人员布置现场时，下起了淅沥小雨，我们的衣服上也淋上了斑驳的雨点，为探究此时人体的热成像图变化。得到工作人员同意后，我们近身靠前，边测温边拍摄了热成像照片。在观察的时候我们发现，集中淋在衣服上雨滴形成了一个个明显的“蓝点”，这是因为雨滴温度要比人体温度低，在短时间一直处于淋雨环境时，衣服表面温度会因并不均匀地沾上雨滴而出现温度差异，通过红外热成像视野能为人眼观测到。华师大物理系同学讲解上海大视节的光和热效应光影秀开始前（左）光影秀开始后20分钟（右）在进行多组热成像拍摄后，天色已晚，我们还想探究背后更多的物理原理。在22日光影秀正式公映第一天，我们特邀了物理与电子科学学院的夏冉同学一同在传播楼前拍摄观察。此前，我们在光影秀试投屏前后不同时刻拍摄了多张传院照片，但并没有见拍摄画面中有明显的变化。夏冉同学为我们解释，画面中两个热点分别是工作中的空调外机和投影仪，而打到传院外墙的灯光虽然有视觉震撼力，但相隔数十米的投映，并不能给墙体增热多少。在绵绵秋雨中，跨学科的“专业混搭”，对比强烈的差异化影像记录，配合着有趣的现场讲解，不仅为制作一部校园热力学科普短片打下基础，同时还是华师大传播学院“融媒体大传播”的小小探索。用热成像记录传院和大视节大视节主持人大赛现场的热成像拍摄23日下午，我们还参与了大视节主持人大赛的热力学摄影，透过热成像镜头，比赛正酣的音乐厅果然热力非凡。在上海大学生电视节开幕式各项活动结束后，我们为各摄制组团队拍摄了热力学头像，并制作成传播学院院标。关于大视节，关于传院，关于光和热，我们传院学子热力学影像实践还在继续，敬请期待！传播学院的学生拍摄团队热成像照片拼图

2013年1月10日，仪器信息网在北京举办了“‘仪器’同行，共创未来’-2013科学仪器行业新年联欢晚会”，200位行业专家、热心用户，与100位厂商朋友共聚一堂，喜迎新春。在联欢会上，业内同仁们同台献艺，其乐融融。 聚光科技（杭州）股份有限公司为大家表演了一幕别出心裁的舞台光影剧。

市场细分 　　通信和光存储仍然是激光产业最大的细分市场，然后是材料加工和光刻激光器市场部分。对于2014年，医疗和美容激光产品销售总额仍然大于仪器和传感部分，最后是科研和军事细分市场。 　　通信和光存储 　　光存储市场疲软继续阻挠通信和光存储整个激光产品市场上扬 然而，通信部分激光器的销售额正蓬勃向上。基于PIC的通信网络系统供应商Infinera将之称为 &ldquo T比特时代&rdquo 并报道称相比于2013年同期销售额1.42亿美元，2014年第三季度销售额增长至1.74亿美元。LightCounting称2014年第二季度光收发器的全球销售额达11亿美元，连续五个季度增长。 　　2014年通信和光存储激光产品市场营业收入达到35.15亿美元，预计2015年增长2.8%达到36.15亿美元。尽管2014年大多数通信激光供应商的财务状况是良好的，但是戴尔的Oro集团预测2015年通信设备投资支出将会下降，原因是高级移动设备渗入、移动数据增长缓慢、缺乏新的收入来源以及发展中和未开发市场的竞争加剧。然而考虑到光通信正推动&ldquo 物联网(IOT)&rdquo ，这种预测令人相当费解：为了远程监控和诊断实现云连接，还有一大堆没有被命名的&ldquo 智能&rdquo 应用。 　　&ldquo 从铁路和电网采用的联网系统到连接个人终端的网络交换机客户端设备，无线设备，Cisco公司和Intel使Predix分布于终端，甚至在一些最苛刻的条件下，&rdquo 通用软件副总裁Bill Ruh在一个新闻发布会上说，并描述了在IoT世界软件和硬件如何惬合在一起。 　　Cisco系统董事长兼首席执行官John Chambers在2014年国际消费者电子展览上发表主题演讲，报道&ldquo 涉及IoT的价值&rdquo 达19万亿美元，并描述IoT如何使城市智能化，例如，通过更加智能化的公共建设投资获得直接的回报。 　　无论你把它叫做物联网或是干脆称为&ldquo 智能工具&rdquo ，对于光电子，尤其是激光产业来说，都是信息引擎的&ldquo 燃料&rdquo 。你能想象互联网是如何快速响应Gartner公司49亿连接设备实现无缝管理的吗?这些设备将在2020年增加到250亿台。 　　材料加工及光刻 　　2014年工业激光系统占全球机床销售的14%，所以毫无疑问世界制造业的健康发展意味着整个工业激光产业的健康状况。预计2014年机床消费增长在5%~7%的范围内，工业激光系统市场有望在此范围内。 　　在工业激光市场方面，中国的首要任务是重塑他们的经济提供更多内需，减少对出口的依赖以及对资本密集型的国有企业的投资。处于经济衰退领域的欧洲制造业开始出现复苏的迹象，即使德国的制造业一直温和增长。在北美地区，随着经济的好转，美国市场变得&ldquo 五光十色&rdquo ，2015年住房和住宅实力增长，能源热潮至少持续至未来三年。金砖四国被预计将推动2014年工业激光市场发展，但因俄罗斯和巴西的停滞不前以及中国和印度经济放缓而表现不佳。至于2015年，国际货币基金组织(IMF)使公众注意美国、印度和英国是最有可能实现正增长的地区，同时警告全球资本投资的增加。 　　随着2014年的结束，用于制造业的工业激光市场的整体销售超过26亿美元，与2013年营业收入相比增加了6%(见表1)。2014年，用于材料加工应用的光纤激光器占全球激光器市场总营业收入的29%，仅次于通信应用领域的激光器市场部分(32%)。全球制造业的变幻莫测使激光在光电子领域紧随其后。 　　显而易见的是光纤激光器持续强劲增长的影响，在损害固态和CO2激光器市场的前提下，在整个工业激光市场的份额增长到了36%。作为最大的创收类别，光纤激光器行业是工业激光解决方案每年市场调查备受瞩目的部分。 　　光纤激光器作为动力源在金属切割方面的应用，尤其是在板材切割方面，系统的造价超过65万美元，2014年的营业收入超过13亿美元。加上高功率CO2激光器在同类应用的收入使整个资本设备的投资接近40亿美元，是2014年所有工业激光系统的销售的三分之一。 　　2014年同样值得注意的还有占整个市场份额13%的高功率二极管。这种相对新颖的市场产品主要用于在线应用，例如钎焊汽车的顶部以及其他金属部件。静静地，这一高效激光器雕刻出了一个利基市场。 　　高亮度高功率直接二极管激光器作为光纤激光器在金属板材加工方面的代替者，切割的质量和速度完全可以与等功率的光纤和盘形激光器媲美。虽然其销售量微乎其微，但是2014年其利润率相当可观。 　　随着光纤激光器继续无情的渗透到成熟市场，如打标市场，使固态激光器的销售额下降。7.5亿美元以上的打标/雕刻系统市场由低功率光纤激光器和封离式CO2激光器分别占据。后者用于非金属雕刻是相当安全的，由于波长的兼容问题。持续的固态激光器收入是快速接纳工作在兆瓦峰值功率状态、皮秒和飞秒脉冲宽度的超快(或超短脉冲)激光器，集中在微材料加工应用，例如，智能电话和平板电脑的器件加工。工作在非常短的脉冲宽度的光纤激光器在争夺这一市场份额，一些分析师推测，微加工有可能是这些激光器的下一个增长点。一些研究将近期超快脉冲激光器市场定在4.5亿美元。 　　然而在涉及微材料加工问题上，激光添加剂制造(AM)领域的强劲增长促进了固态激光器和光纤激光器的收入增加。沃勒斯联营公司表示，2013年AM增长超过63%，其中37%营业收入来自于3D和AM零件最终产品而不是原型。在关于AM的航空航天供应的调查显示，27%的公司已经使用，10%预计未来一年内使用，37%预计在未来五年内使用。随着公司挑战AM的&ldquo 极限&rdquo 激光加工将乘风破浪。 　　大型材料加工应用除了激光切割占高功率激光器营业收入的25%。领先收入增长10%的市场是用于焊接应用的光纤激光器和CO2激光器，主要集中在汽车行业。光纤激光器供应商预计焊接是未来几年一个不断扩大的市场。 　　总结2014年工业激光市场，打标同比增长4% 微材料加工增长14% 大型材料加工扩大8%。材料加工整体销售增长6%。 　　正如前面提到的，对于工业激光器的预测将遵循全球机床行业同样温和增长趋势。2014年11月澳大利亚的G20峰会以后，英国首相卡梅伦说：&ldquo 世界经济亮起了红灯&rdquo 。受采访的工业激光及系统供应商的普遍共识是2015年将继续2014年的增长势头，预计增长比例在5%左右。这与许多专家经济分析师预测降低GDP的国际经济缓慢增长、大多数先进、规模扩大和新兴工业化经济体相一致。 　　这一增长将再次由光纤激光器领导，但是增长率略低于2014年。光纤激光器有望继续侵蚀CO2和长脉冲固态激光器的市场份额。超快脉冲固态激光器将经历由大型加工应用包括AM在内的重要销售增长。高功率激光器在金属切割方面应用将稳定在一个比较稳定的个位数增长速度上，但是用于焊接的激光器预计在2015年增长两位数。 　　医疗和美容 　　医用激光器的重要性由以下2014年公告表明：长春新产业出品的用于光遗传学的2000MxL系列激光器(波长在405~671nm)出货量创下历史记录 相干公司推出其第2000台变色龙系列激光器用于多光子显微镜 英国Fianium公司交付了第 1000台超连续激光器，不断提高其性能用于超快光谱、近场成像和显微镜。 　　&ldquo 我们将完成本财年医用激光系统30%的营业收入增长，现在的生物医学系统集成商和制药公司正在寻找完整的解决方案而不局限在器件，&rdquo Modulight公司的总裁兼首席执行官Petteri Uusimaa说，&ldquo 通过提供终端到终端解决方案，我们已经签署了一些多年合同，并在2014年使我们的生命科学业务翻倍。&rdquo 　　2014年，外科、眼科和美容激光销售额分别增长13%、9%、8%，2014年医用和美容激光器市场销售额为7.45亿美元，预计2015年增长9%超过8.15亿美元。 　　虽然2014年牙科用激光器销售额只增长了1%，超快激光器改变了这一增长比率。&ldquo 现在的Er：YAG和CO2微秒和纳秒脉冲牙科激光器的能量太高，激光与组织作用时间太长，需要提供必要的热和应力限制，以防止微裂纹、术前和术后疼痛，并/或在牙科应用中电离水分子引发癌症，&rdquo 德国特劳恩施泰因山的执业牙医Anton Kasenbacher说，&ldquo 超短脉冲皮秒激光器高速扫描自动对焦反馈实现高烧蚀率，减少口内抽吸的次数，并允许使用单个系统进行治疗和诊断，控制生物安全非线性光子吸收。&rdquo 　　Kasenbacher说考虑到2011年美国估计有154000所牙科诊所，产生了近 1080亿美元的收入，牙科用激光器的未来销售潜力是巨大的。 　　在激光美容领域，Cynosure公司2014年第三季度的营业收入与去年同期相比增长18%达到7150万美元。而欧洲的收入增长只有17%，美国营业收入增长17%，最大的增幅46%来自亚太地区。销售增长主要是因为FDA和其他政府批准Cynosure公司的PicoSure产品用于良性病变、痤疮疤痕、纹身和祛皱。 　　Cutera公司2014年第三季度营业收入增长11%达到1870万美元 Lumenis公司2014年第三季度营业收入7420万美元，与去年同期相比增长9.4% Syneron-Candela公司2014年第三季度营业收入增长8.3%达到6030万美元。在所有的情况下，公司将增长归因于FDA授权以及全球对激光治疗的强大接受度。2014年以后，许多公司开始增加激光去除脂肪技术，这是明智之举，ABC新闻报道每年美国有1.08亿节食者大约花费200亿美元用于减肥。 　　仪器与传感 　　&ldquo 目前，超分辨率显微镜是激光仪器市场最有活力的部分，&rdquo 国际战略方向咨询服务的副总裁Mike Tice说，&ldquo 虽然激光扫描共聚焦显微镜已经存在了几十年，过去十到十五年发明的新技术正在大力商业化，诺贝尔化学奖最近又奖励了两项特殊技术&mdash &mdash 受激发射损伤STED和单分子显微镜，突破了光学显微镜的衍射极限，这些和其他超分辨率技术的首字母缩略词，如STORM、PALM和SIM，将有助于进一步生命科学研究，&rdquo Tice补充道，&ldquo 历史悠久的激光诱导击穿光谱[LIBS]技术正在经历复兴，作为下一代系统将提供更好的性能，一些LIBS的供应商将LIBS装配成手持式装置拓宽其应用范围。&rdquo 　　除了显微镜和能谱检测仪器，光学相干断层扫描(OCT)系统随着应用的增长在尺寸上持续缩减，在这种情况下，OCT正在超越眼科基础。2014年2月，Axsun技术公司，Volcano集团的全资子公司，从英国Michelson Diagnostics收到了扫频激光光学相干断层扫描(OCT)引擎的一笔大订单，将为Michelson的Vivosight多光束OCT系统提供动力。Michelson称Vivosight是第一个高清晰度肌肤成像OCT扫描仪，可进行非黑色素瘤皮下组织结构的皮肤癌诊断。 　　在传感领域，物联网应用和智能小工具将使激光制造商保持忙碌几十年。此外，激光器销售直接受益于美国石油和天然气的繁荣。2013年花在分布式光纤传感器的费用是5.85亿美元(预计2018年将达到14.6亿美元)，根据2014光子传感器协会发布的消息，70%的销售额与石油和天然气市场细分相关。我们预测，分析、传感器、仪器仪表和生命科学激光市场预计在2015年增长7.5%达到6.62亿美元，轻松超过科学研究和军事细分市场的组合总销售额。 　　科学研究和军事 　　&ldquo 虽然全球经济环境疲软、汇率贬值滞缓了去年增长，我们仍然预测用于研发的DPSS和二极管激光器的销售额增长30%，包括LIBS、拉曼检测、光谱仪和粒子成像测速应用，&rdquo 长春新产业光电技术有限公司的销售经理刘天虹(音译)说，&ldquo 公司成立于1996年，生产的第一台激光器用于低端应用。现在，集成脉冲调制和客户定制光纤传输使我们可以为客户提供满足科学研究要求的激光器。&rdquo 　　AdValue光电子公司主要面向科技研发市场销售，计划2015年的营业收入增长达30%~50%。AdValue业务发展总监Katherine Liu说，&ldquo 虽然我们的连续波光纤激光器产品面临着市场的日益竞争，我们的2&mu m脉冲光纤激光器用于非线性光学和材料研究获得一致好评。&rdquo 　　激光物质相互作用研究继续推动大量研发激光器销售。2013年2月，Lasertel公司从利弗莫尔国家实验室获得500万美元合同，为极端光基础设施ELI束线设施供应兆瓦级泵浦激光器模块。 　　美国联邦采购数据分析显示与2012年相比，2013年国防部因扣押消费合同类经费下降16%，研发类经费下降最多为21%，2014年持续下跌。 　　然而，全球范围内HIS简氏防务预算年度回顾说，2014年国防支出将增长0.6%，达到15470亿美元&ldquo 推动2016年复苏&rdquo 。 　　Strategies Unlimited预测2015年科技研发和军事激光市场销售额达5.72亿美元，Frost & Sullivan公司航空航天和国防高级产业分析师Brad Curran预估激光瞄准指示器市场每年销售额为1.5亿美元，定向能武器市场为5000万美元，雷神、洛克希德马丁和波音公司领导这一市场。 　　雷神公司最近获得了1100万美元合同开发悍马车载DEW，波音的薄盘激光技术正式以30kW输出进入DEW阶段。Curran说虽然目前市场前景很平缓因大量武器平台削减，但长期来看DEWs的军事应用开销还是会上升。 　　娱乐和显示 　　2013年底，Christie公司为西雅图全景电影剧场提供并安装了世界上第一个商用数字激光投影仪。全景电影观众观看2014年11月20日放映的&ldquo 饥饿游戏：自由幻梦(上)&rdquo 是由4k、60000流明、6P双头投影照明，虽然人们观影后大多谈到了啤酒和巧克力爆米花而非图像质量，尽管如此，像&ldquo 数字电影激光战&rdquo 2014国际视听展这样的会议已经看不到什么新奇产品，但是未来高流明度、高可靠性、低消耗成本以及高能效激光娱乐产业将会蓬勃发展。 　　&ldquo 这是令激光照明产业兴奋的一年，&rdquo Necsel公司的销售和市场副总裁兼激光照明投影仪协会主席Greg Niven说，&ldquo 见证一个全新细分市场的诞生是不常有的事情，数以百万双眼睛将看到高功率可见光激光器进入大型场馆投影仪和低流明办公室数字投影仪市场。这不仅仅是基于激光的各种照明应用的新开始。&rdquo 　　所以等你体验过激光影院之后，前往南部海岸线激光标签总部华盛顿如何呢?公司为你将激光游戏从每小时每个游戏15美元降到了公司到你所处位置每英里 1.12美元。他们的金属激光枪使用红外激光器和传感器作指示，当一个玩家被标记，一些使用可见光激光器(限于室内效果的低功率连续波红或绿光可见光激光器指示器)的玩家就可以看到栩栩如生的射击效果。 　　随着激光影院市场的渗透和激光标识游戏的多样化，激光照明显示市场的营业收入持续固定增长。事实上，许多城市正在考虑&ldquo 消灭&rdquo 污染，即烟花汇演产生的固体垃圾也将有利于激光灯光秀的发展。随着所有激光娱乐市场的发展，我们预测2015年娱乐和显示应用的激光市场将增长近11%达到1.97亿美元。 　　成像 　　从2013年到2018年，CCS公司称打印机出货量将从1.06亿台增加到1.24亿台(同比年增长率3.1%)，其中多功能喷墨打印机占总出货量的50%。增长速度最快的打印机类型是激光多功能打印机，到2018年增长到3000万台(占所有打印机出货量的25%)。 　　尽管出货量增加了，打印机价格持续下跌，残酷的价格竞争侵蚀了销售额增长势头。至于2015年，预计用于成像应用的激光市场将由2014年销售额6700万美元下降到6600万美元。