冠状病毒疫情防控的排头兵-智能红外人体测温仪

2020刚刚开始，陡然严峻的肺炎疫情让本应热闹的中国年逐渐沉寂，全国人民的心都被疫情牵动，与此同时，半导体行业企业的“芯”，也在与全国人民一起不停跳动。在这个特殊时期，各领域科技企业发挥所长，投身到防控新型冠状病毒感染肺炎的行动之中。今天我们关注的重点是传感器行业。

红外体温检测系统的应用背景

红外体温检测系统,因其具有非接触、响应速度快、操作简便等特点,被作为机场、港口、车站等公共场所对密集人群的快速、方便、非接触测量的重要工具。

该检测系统在2003年抗击非典期间即开始投入使用，精确度和智能化水平不断迭代，先后参与2009年抗击甲型HINI流感、2014年抗击埃博拉疫情、2019年抗击内蒙古鼠疫等重大疾病防控，在交通枢纽等公共场所疫情监测上都发挥了重要作用，世界各国的主要国际机场都大量部署了红外热检测系统（IRT）用来检查发热的乘客。这种快速，非接触的检测方式很快获得了大量的采用。但是，单纯红外IRT的检测准确性受到环境温度，湿度等因素的影响较大。而且人在摄入酒精，或者退烧药物以后，体温也会被影响，误导检测设备。

由于传统单纯红外传感型检测的准确性较差，利用可见光成像与红外热成像组合分析成为一种更加准确有效的检测方案。

红外体温检测系统的基本原理

一、应用场景分析

传统的体温计主要有两种，水银式体温计和电子式体温计，是经口腔、腋窝、直肠等来测量人体的平均温度,这两种体温计不适合于大量人群的快速检测。红外热成像技术是一门新兴的综合性高新技术,具有灵敏精确、成像直观、信息丰富、无创检测、简便经济等特性,受到国内外学者的普遍关注。人体温度是通常以测量腋下温度或口腔温度,来估算人体温度。

基于红外辐射原理,以人体为辐射源,采用先进的红外扫描技术,探测人体红外辐射,经过一系列信号处理,把不可见的体表温度变化转变为可视性的和可定量的红外热图,通过对检测到的图像进行分析,就可以得到体温的测试结果。这种方法不仅可以实现对大流动人群的快速、方便、非接触测量,还可以对流动人群进行扫描测量,搜索和探测那些密集流动人群中的个体发热情况,可快速识别出被测范围内那些超过温度设定限值的所有的发热体。

二、测温原理

红外辐射是指波长范围介于可见光与微波之间的电磁辐射,在光谱图上位于红光之外,其本质与可见光相同,具有电磁波的一般属性。红外辐射还具有与可见光不同的两个特性:一是红外辐射与热能的传递有关,有着明显的热效应;二是红外辐射与物质分子热运动的频率一致时,入射的红外辐射可被物体分子吸收,物体分子吸收红外辐射后自身的热运动得到加强,表现为物体温度升高。人体红外辐射探测原理基于红外辐射的定律。正常人体的辐射本领与绝对温度310°K 的黑体相似。不论肤色,比辐射率约为0.99,说明人体具有很高的辐射本领。

斯蒂芬―波尔兹曼定律表明,黑体单位表面积向整个半球空间发射的辐射总功率与其自身绝对温度的四次方成正比。这一定律说明物体发射的热辐射功率与它的绝对值直接的对应关系。也就是说,只要能测出人体的热辐射功率,就能得知人体的温度。同时根据维恩位移定律,人们只要知道物体的绝对温度,就能计算出它的峰值辐射波长,正常人体为37℃,也就是310°K(K 表示绝对温标,它和摄氏差273.15 度),按公式计算,人体峰值辐射波长λm=9.348 μm。由于人眼只能对0.4~0.7μm 的可见光波段敏感,而各种不同材料的红外探测器(热敏型,光子型),可以探测0.7~14μm的红外波段。因此,人们根据人体峰值辐射波长,通常选用敏感波长为8~14μm 的红外探测器探测人体红外辐射。经过一系列的信号处理,把热辐射信号转化为可视性的和可定量的红外热图像。

三、系统构成

红外热成像人体快速测温系统,因其具有的非接触、响应速度快、操作简便等特点,被相关单位作为机场、港口、车站等公共场所排查监测“非典”等症状患者和疑似病人的重要工具。在一些不便于使用传统接触式测温方法的场合,红外辐射式测温仪就显得尤为重要了。红外热成像人体快速测温系统是集先进的光电子技术、热成像技术、图像处理技术和控制技术于一体的高科技产品。整个系统包括红外监控系统(体温探测头、光学镜头、红外分析软件等)、人体体温监测岗和监控指挥中心。

人体体温监测岗内设有计算机,接收来自体温监测点的红外图像与可见光图像,并进行必要的控制。对于接收到的视频数据进行实时测温分析,如遇人体超过设定温度就发出声光报警,声音报警的同时高温目标自动改变颜色。每台计算机可以管理两个人体体温监测点,每个人体体温监测岗有一台计算机并与监控中心通过光纤相连。人体体温监测岗对红外图像和可见图像进行分析处理,管理对应的监测点设备,并将结果上报至监控指挥中心。监控指挥中心可同步直接接收各监测点的红外图像和可见光图像,人体超温报警信息由监测岗与指挥中心同步给出。同时信息指挥中心提供广域网络接口:可以通过以太网便于远程管理,可以实现多点、多区域实时动态分析。

系统软件界面为4路画面,上面两幅画面为1号通道,下面两幅画面为2号通道;左边为可见光视频图象,右边为红外视频图象,可以对红外视频和可见光视频的图象位置进行配准。被测目标人在红外镜头探测范围内快速经过,仪器立即显示人体热图像和最高体表温度,操作人员即可获得准确数据。若遇到可疑发热病人,仪器会立即报警,及时有效地防止了人流的交叉感染。在红外图象上有个十字叉表示这幅红外图象中最高温度,数字为具体温度值。右角上方为环境温度。红外热像的下方有一条色标带,从下至上表示温度由低到高。正常人的面部图像呈盐鸭蛋的蛋黄色,温度高处如眼窝、耳窝、口腔呈黄白色。而发烧病人的整个面部呈现亮黄白色,通过与正常人对比,非常明显。由此,也可判断此人体温偏高接近报警值,再进行重点测量。报警后,报警图片会显示在桌面上,并保存到计算机硬盘中。

四、测温试验分析

用红外热成像测温系统在一定环境条件下,对受试人员的人体表面温度(额头)进行测。被检测人流经过监测区域,被检测者在离镜头3~5m处接受体温测量,数秒钟就检测出受测人的人体温度。将测得的人体表面温度进行了记录与相关分析。试验中该仪器每天检测8 000人次,准确率为100%,测量统计数据如表1所示。

该仪器温度分辨率可达0.07℃,适合在人流量大的区域远距离对人群进行搜索和检测,准确找出其中发烧病人。可在被测对象完全不知情的情况下进行测温,有利于保证机场、火车站以及重要部门正常的工作秩序。

五、结论

人体的温度和人体所发出的红外线辐射能大小是相关的，红外线测温仪可以将人体所发出的红外线所具有的辐射能，转变成电信号，通过测定电信号的大小来得到人体的温度数值。红外线测温仪使用是比较快速方便的，比水银温度计使用起来要更加的卫生，测量温度也更加的快速。

红外线测温仪在测量额头温度的时候，要注意要对准额头并且距离要比较近，大约在3-5毫米左右，测量的时间在数秒钟之内就能得到结果。但是测量结果有可能会受到周围环境温度的影响，例如在极度寒冷的环境，低于10℃的温度下，或者是在非常高温的环境中，可能会导致红外线测温仪器测量的温度不够准确。

红外热像仪属于非接触式测量体表温度,可以实现对大流动人群的快速、方便、非接触测量,还可以对流动人群进行扫描测量,搜索和探测那些密集流动人群中的个体发热情况。但基于普朗克辐射理论的红外非接触测温技术,由于被测物体均非物理意义上的黑体而是灰体,而被测物体的发射率与辐射波长 ,辐射物体表面粗糙度R,被测物体的材料等有关,因而其测温的准确度受到限制。

相对于工业用途的红外测温来讲,人体表面的红外测温因每个人的个体差异较大(诸如人体自身对周围环境温度的适应调节能力,皮肤状况,化妆,出汗,肤色等),因而很难准确地地给出人体温度。人体表面温度受很多因素影响,偏低或偏高。酗酒、剧烈运动、饮开水、面部局部发炎、长时间日晒、从闷热环境处刚出来等因素可能引起误报警,对于此种情况,可询问受测人后依情况安静或散热后再进行测量。

我国企业为应对新冠状病毒作出的努力

据悉，在甲型H1N1流感疫情发生时，国家质检总局建议采用基于红外探测器的体温筛查系统进行疫情监测。此次新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生后，中国三大红外探测器上市公司做出快速响应，积极应对，部分研发和生产人员中止了春节假期，抓紧将产品发往合作伙伴和防疫前线。

高德红外

高德红外对武汉疫情快速响应，已在武汉天河机场、3大火车站等人流集中点安装了53台最新型号的人体测温产品——IR236系列体温快速筛检仪器，该产品能在人流密集的公共场所进行大面积监测，精准、快速找出并追踪体温较高人员。高德红外人体测温产品在“非典”期间就曾参与高温体征筛查的保障工作，此番除面向大型人群的IR236系列外，公司手持测温仪也在加大供货。

大立科技

近期，湖北省武汉市等多个地区发生新型冠状病毒感染的肺炎疫情。据悉，疫情发生后，大立科技做出快速响应，在武汉大学中南医院里，第一时间投入DM60-W人体测温智能筛查系统，依托自主研发的红外核心技术，高效快速的筛查过往人群，一旦发现高热体症患者，将迅速抓拍照片，为后期医疗防疫提供依据。大立科技研发的移动式红外热成像体温筛查系统，可在人群密集区域，对流感、肺炎引起的高热体症做出快速甄别。

睿创微纳

睿创微纳表示，公司专业研发制造非制冷红外成像芯片、模组和测温整机产品，可用于人体精准测温和疾病防控。子公司艾睿光电测温模组及人体精准筛查红外热像仪已经应用到疫情筛查一线中，可以对高热人群作出精确筛查，有效遏制新型冠状病毒肺炎疫情蔓延。公司还表示，为高效精准监测和有效遏制新型冠状病毒肺炎疫情蔓延，公司红外探测器、LT测温机芯、AT精准测温系列产品春节期间正常供应，助力疫情防控，以先进的红外科技为国民健康保驾护航。

疫情过后的技术思考

疫情总会停止，但对于技术的思考却刚刚开始。正如李彦宏近日发布的内部信中所说：“疫情过后，整个社会会重新审视技术的价值和企业的社会责任感。大数据、人工智能等科技行业不仅仅在应对突发公共事件、公共安全治理、提升城市运行效率、医疗技术攻坚等领域大有可为，在更广阔的产业领域，都将提高社会应对各种公共安全和健康挑战的能力。”

可以说，这一次的疫情，让人们切实感受到了科技行业所爆发的潜能，同时我们也看到，这些新兴科技力量的加入并非真正意义上的代替，而是将医务人员从危险的工作中剥离而出，投入到优先级更高的工作中去。

或许，未来对技术的敬畏，便是另一种敬畏生命的表达。

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