超高精密度人体热成像测温装置探究

李源灏，陈爽，叶勋，周晓东，潘进土

（1.国网福建省电力有限公司信息通信分公司，福建福州，350003；2.福建亿榕信息技术有限公司，福建福州，350003）

0 引言

采用热辐射无感成像技术无感测温温度监控检查技术等就可以有效实现针对工作人员进行局部全身体温监测温度监控检测，快速准确及时筛查各种类型疑似高温发烧高热患者。基于这种热辐射无感成像技术进行局部体温监测温度监控检测的主要技术关键在于不断提高局部测温温度值的误差精准性，以极低温度测温值的误差和高精准性有效地及时发现工作人员局部体温监测温度范围高于37.3℃的各种疑似高热发烧患者工作人员，这些也是目前进行公共场所局部体温温度防控的重要技术关键[1]。

1 测温原理

红外光或微波激光辐射主要特征是广泛应用指红外辐射波长且辐射强度范围较大并且介于一般微波可见光与红外光谱微波之间的一种红外电磁辐射，在两种红外光谱辐射曲线图上一般分别位于红外微波段和红光之外，其本质与一般微波可见光相同，具有类似红外电磁波的一般红外辐射光学属性。红外光或微波激光辐射还同时同样具有与一般微波可见光不同的两个基本辐射特性：一者特点就是红外光或微波激光辐射与通过物体内部热能的均匀方向传递发射速度频率有关，有着明显的红外微波热效应；二者特点就是红外光或微波激光辐射与直接进入口的物质内部辐射分子红外热效应辐射运动的均匀发射速度频率一致时，入口吸收发射的红外光或微波激光辐射内部分子运动可被直接进入口的物体内部辐射分子直接发射吸收，物体内部辐射分子直接通过入口吸收红外光或微波激光辐射后自身的红外热效应分子运动控制能力可以得到明显程度加强，表现形式为通过入口发射光向物体内部分子发射温度不断急剧升高[2]。人体中的红外射线辐射能量探测本领原理基于红外射线辐射的功率定律。正常肤色人体的红外辐射探测本领与绝对稳定温度310°k的白色黑体相似。不论任何肤色，比体的辐射率约平均为0.99，说明这个人体非常具有很高的红外辐射探测本领。斯蒂芬—波尔兹曼辐射定律结果表明，黑体以一单位面的表面积向整个南北半球温度空间周围发射的红外辐射总能量功率与其自身绝对稳定温度的四个二次方功率成正比。这一辐射温度绝对定律直接用来说明一个特定物体自身直接发射的绝对不同热辐射温度释放光和功率与它的辐射温度定律绝对值直接的应用温度定律对应公式没有任何关系。也就是说，只要我们得到能直接通过测出一个特定人体的绝对不同热辐射温度释放光的功率，就一定可以得到能直接通过得知一个特定人体的绝对辐射温度。

2 热成像测温技术

2.1 热辐射成像测温摄像机

非接触式成像测温在日常自然界中，物体绝对温度一旦高于绝对零度（-273℃）就可能会直接辐射大量电磁波，而其中红外线辐射是应用电磁波最为广泛的一种物体存在辐射形式。热辐射成像测温摄像机就是通过相机采集到从物体内部发出的红外线和电磁波，将这些红外信号转化成无线电信号，再通过温度信号图像处理控制系统将物体辐射出的能量和也即绝对温度分别通过不同物体灰度图像显示表现出来，灰度的不同直接代表物体温度不同从而可以计算和得出一个物体绝对温度，并同时输出一种便于使用肉眼准确识别的温度伪彩色图像。这样，热辐射成像测温摄像机就很好地有效解决了目前传统自动测温方法需要医疗人员近距离身体接触的尴尬问题，实现非接触式自动测温，减少各种交叉抗体感染的发生风险[3]。针对此次高热疫情，根据当地官方国家权威疫情发布信息平台最新发布的《新型肺炎防控知识手册》，新型急性冠状动脉病毒急性肺炎早期症状临床表现报告出现后当体温低于≥37.3℃的医疗人员平均应到当地政府指定正规医疗机构就诊进行对症排查、诊治。

2.2 黑体

一种用于红外测温的”标尺”绝对测温黑体，作为一种标定红外绝对加热测温系统的红外测温材料基准源，能够直接向内吸收外来的全部红外绝对测温材料电磁波，并且不会向外辐射产生任何的热力学反射与红外的热透射，但是完全全部可以向外直接吸收辐射红外绝对测温材料电磁波的一种可以理想化红外测温过程物体，即绝对测温黑体的红外测温材料辐射率与红外辐射吸收率系数之比为1，透射率系数之比为0。也就是说，绝对红外测温过程黑体只完全可以向内发射红外绝对测温材料电磁波，但不完全可以向外反射任何用于测温外界绝对测温过程环境的红外测温电磁波，使其红外测温材料辐射率的变化情况只与用于外界绝对温度热的变化速率有关，有一种效率很好地完全避免了黑体受用于外界绝对测温过程环境热的变化干扰以及自身红外测温过程材料热的变化影响。当然，在一个新的自然界中不太有可能仍然存在完全全部可以向外理想化地绝对测温黑体。实际上在现代工业红外测温技术应用中，黑体的红外测温材料辐射率一般来说只能精确化地做到一个无限大或一个接近于1，目前一种国际普遍通用的绝对测温黑体红外测温材料辐射率测量标准一般为0.95、0.97和0.99以及其他所有用于此类黑体筛选检测的所有国家标准检测源头在筛选黑体试验中的检测辐射率近似为1。尽管如此，按照2009年版的国家标准源头标准全文gb/t19146-2010《红外人体表面温度快速筛检仪》一文中的相关要求，在所有国家标准规定的筛选检测源头工作试验温度检测环境中，筛选黑体检测源头仪器的试验温度值和试验误差检测温度范围应保持不得过高或大于0.4℃，黑体的检测辐射量应加入筛选检测源头即可轻松准确完成检测实现。

2.3 热成像图像视频成像+测温温度黑体

±0.3℃为提高标准测温精度对我国流感疾病疫情自动排查实时负责热点监控管理通过将这种测温黑体图像成像处理设置在热成像图像视频成像处理热点监测视野宽的精度范围内，利用这种测温黑体的图像成像处理特性后就可以有效开展用户人体视频测温标准温度自动标定，建立人身体温标准灰度与用户人体视频温度的测量准确度和用户对应体温系数间的关系，进行人体温度标准测量时的人体温度实时自动测温校正，将用户人体人身视频流量测温温度画面和针对用户人体个人人身视频温度体温标准温度值的对应系数实时自动显示，大幅度提高了对用户人体进行视频温度测温的人体温度标准测温值和标准值的精度，减少了对人体视频测温标准温度值的误差并同时达到标准精度值的±0.3℃，精准度的视频测温便于工作环境管理人员有效进行管理流感疫情及时排查，做到早及时发现、早隔离、早及时接受有效治疗，切实、有效地进行规范管理控制我国流感疾病传染源，这不仅仅说是对整个国家经济社会安全健康负起的重要责任，更是对整个我国流感疾病疫情持续爆发后的防控管理过程负责。

超高精度质量超低精度完全符合人体测温工学热微波激光黑体成像相机实时自动测温测热处理技术系统设计技术特点整体上我们目前采用的是高质量和低精度热微波激光黑体成像核心黑体测温摄像机+采用核心的热黑体检测解决设计方案，通过我们采用核心黑体的成像相机实时自动快速测温以及图像精度矫正处理技术可以保证核心黑体成像相机实时自动测温的高质量精度。在热微波激光黑体成像核心黑体测温摄像机和采用双核心的热黑体测温探测器上分别选择采用400×300分辨率核心黑体测温探测器，实现更高效的测温处理图像黑体采集覆盖质量、更大的图像可视场角与更广泛的测温处理图像采集覆盖范围，在同样一个测温检测点的可视距离下，覆盖检测到的每个通道测温图像覆盖宽度大约应当是普通测温常规160×120分辨率核心黑体测温探测器的2倍，降低测温处理设备测热施工过程部署管理人员施工数量，提升测热设备测温施工过程管理效率；同时，通过高可靠的核心黑体测温探测器和采用全金属材料封闭包装测温处理系统技术，大幅度地可以减少温度对飘动的温度影响，配合我们采用核心黑体检测技术可以保障不同材质测温温度环境下的材料高质量和低精度各种材料实时测温，提升各种材料测温检出的施工效率。

3 测温试验分析

用红外热力学成像镜头测温监控系统在一定红外环境测温条件下，对一个受试工作人员的受测人体额头表面温度（额头）温度进行了监测。被定位检测到的人流经过该仪监测到的区域，被定位检测者在远距离监控镜头3～5m处即可接受额头体温温度准确测量，数十亿人每秒钟就已经可以准确检测并分析得出一个属于受测人的群体额头的个人体温和面部体表温度。将对本次检测得的一个受试者在人体内的额头面部表面温度进行数据分析进行了准确测量并并记录与数据分析结果相关联的数据统计分析。本次监测试验中使用该测温监测仪器每天至少可以准确检测8000人次，准确率最高精度为100%，测量记录结果相关统计数据分析如下表见图表1所示。该测温监测仪器额头人体面部温度信息检测数据分辨率最高精度可达0.07℃，适合在一个受测群体人流量大的一定监测范围区域内或或者远距离对一位受测者个人群体的身体状况进行额头温度信息搜索和额头体温温度检测，准确地快速查找检测出其中一个发烧友和发热病人。同时它还可在被定位检测人和测温监控对象完全不知情的特殊环境情况下随时随地进行准确率的测温，有利于有效率地保证我国民用机场、火车站以及重要的企事业单位部门正常的安全生产经营工作以及社会秩序。

4 人体测温热像仪筛查

在大型医院、学校、公安、政府、企业加工园区、机场、火车站、客运站、地铁站等安检和出入口等大场景中，通过自动人体智能测温仪及热像仪的临时自动布控，可进行紧急的人员体温筛查[4]。系统主要由两台前端外部人体周围测温热像系统和后端外部视频图像存储软件服务器或视频管理软件部分组成。前端外部人体周围测温热像系统主要包括前端人体周围测温温度热像仪和高标准精度前端人体周围测温热像黑体，对区域内的工作人员身体进行前端人体周围温度热像探测并及时加以进行标准体温矫正，实现更高精度的人体测温[5]。后端软件包括一台智能网络视频数据存储管理服务器或者现场用户电脑上已安装好的客户端视频管理软件。系统拓扑图见图1。

图1 系统拓扑图

通过热辐射成像温度摄像机（非接触式成像方式），初步对没有进入现场测温温度范围的工作人员个体进行现场人体局部温度声光检测。同时如现场发现人体温度异常大的个体，热辐射成像温度摄像机自动触发温度声光报警（近红外接触式声光报警），提醒现场相关工作人员进一步紧急处置。