金玉成，吳啟明，敖培華，吳樹虎

（1.浙江安浦科技有限公司，浙江 湖州 313000；2.湖州經(jīng)發(fā)信息科技有限公司，浙江 湖州 313000）

新冠肺炎潛伏期長、傳染性強(qiáng)，容易在人與人之間產(chǎn)生傳播，甚至存在無癥狀感染的病患，相關(guān)醫(yī)學(xué)團(tuán)隊在疾病前期癥狀研究過程中發(fā)現(xiàn)，其具有明顯的發(fā)熱臨床表現(xiàn)，確診患者中約88%出現(xiàn)了不同程度的發(fā)熱癥狀[1]，因此前期在車站、學(xué)校、醫(yī)院、機(jī)場等人員流動較大且容易出現(xiàn)交叉感染的場所中快速發(fā)現(xiàn)并及時診斷出病患，對于有效遏制新冠肺炎的傳播、保障民生都具有重要意義。

為及時查找到病患檢測溫度，常采用手持式溫度儀對額部或腕部進(jìn)行檢測，該方法是一種接觸式測溫方法，且手持式測量儀器的測量精度和誤差與操作人員關(guān)系密切，測量效率低，數(shù)據(jù)的存儲只能通過手動記錄后輸入進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，不僅效率低，無法形成及時的體溫異?；颊哌\(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)鏈，此外工作人員形成感染的可能性增大。因此，設(shè)計一種非接觸、高精度、高速的智能測溫消毒一體化的檢測系統(tǒng)對于在特定場合下體溫異常人員的識別具有重要的意義，本文針對新冠疫情防控的特點(diǎn)，設(shè)計一種基于人臉識別技術(shù)的測溫消毒一體機(jī)設(shè)備。

1 測溫消毒一體機(jī)的結(jié)構(gòu)

測溫消毒一體機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，該結(jié)構(gòu)以PLC 為主控制單元，包括紅外線感應(yīng)器、紫外線消毒、人臉識別與測溫、噴霧消毒等模塊，控制系統(tǒng)框圖如圖1（b）所示，其核心為高精度醫(yī)用紅外熱像儀配合高清度攝像頭構(gòu)成的人臉識別與測溫模塊，該結(jié)構(gòu)通過對人臉特征的識別推斷出目標(biāo)人員的體溫、性別、年齡等信息，將信息整合上傳到和安防系統(tǒng)連接的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)追溯行蹤，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)體溫異常和疫情高發(fā)地區(qū)人員，同時可實現(xiàn)人臉識別與體溫檢測、防疫大數(shù)據(jù)分析與報警以及無接觸自動消毒的一體化。

圖1 測溫消毒一體機(jī)

2 人流密集場合下的體溫異常監(jiān)測系統(tǒng)

一般國內(nèi)人員集中的地方，多采用手持測溫槍對過往人員進(jìn)行體溫測量，手動記錄數(shù)據(jù)并上傳到網(wǎng)絡(luò)中，這樣工作的效率太低，而且對工作人員形成感染的可能性增大[2]。本系統(tǒng)對人流密集場合下的體溫異常監(jiān)測主要通過車站、學(xué)校、醫(yī)院、機(jī)場、地鐵以及人流較大的寫字樓等公共場所的監(jiān)控視頻資源，對人體進(jìn)行快速非接觸式體溫監(jiān)測，在人群中快速找出可能的病毒潛伏者以及感染者，并進(jìn)行隔離觀察和治療，主要途徑是對人體額部溫度進(jìn)行測量，同時對其運(yùn)動軌跡進(jìn)行對比分析和存儲的一個過程，因此，對人臉在監(jiān)控視頻中的位置進(jìn)行識別是本系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。

2.1 人臉識別技術(shù)

人臉識別現(xiàn)已經(jīng)在上班打卡、付款、門禁、安防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。其具有如下優(yōu)勢：

（1）自然性：即通過觀察人們所具有的自然性的臉部生物特征來進(jìn)行身份確認(rèn)，識別方式十分便捷，用戶不需要攜帶任何證件或額外進(jìn)行其他操作。

（2）不易察覺性：被識別的人臉圖像信息能夠主動獲取，可以讓被測個體不察覺，人臉識別是利用可見光獲取人臉圖像信息，或者是紅外線與可見光融合的多光源人臉圖像識別技術(shù)。

（3）非接觸性：相比較其他生物識別技術(shù)，人臉識別是非接觸的，用戶無需人臉與設(shè)備直接進(jìn)行接觸，可以同時滿足多人連續(xù)進(jìn)行人臉圖像信息的識別和分揀。

（4）非侵?jǐn)_性：對人臉的采集不需要被采集者配合也不用工作人員干預(yù)，而且人臉屬于暴露在外的生物特征，對人臉的識別采集容易被大眾接受。

人臉識別技術(shù)還存在著受光照條件、人臉中遮蓋物、年齡等多方面因素影響[3]，現(xiàn)有對面部存在遮擋物的人臉識別常通過收集大量戴口罩等遮擋物的人臉照片海量信息，通過迭代法得到一個優(yōu)化的模型進(jìn)而對個體進(jìn)行識別，但該方法對硬件的要求較高，且現(xiàn)有場景下人員流動性較高，因此很難在短時間內(nèi)完成該迭代法的良好模型。本系統(tǒng)采用了一種場景適配參數(shù)優(yōu)化方法的人臉識別技術(shù)，該方法充分利用臉部輪廓或其他面部特征，無需大量采集外部數(shù)據(jù)，只需要獲取人臉關(guān)鍵點(diǎn)定位信息，且現(xiàn)有的疫情監(jiān)控場所，一般光照條件較好，即通過計算機(jī)模擬并采用相應(yīng)算法訓(xùn)練出一個最優(yōu)的模型，該方法具有運(yùn)算速度要求低、基礎(chǔ)核心算法較為成熟等特點(diǎn)，能明顯提升人臉?biāo)惴ㄔ诿娌空趽鯃鼍跋碌倪m應(yīng)性。

本系統(tǒng)利用高精度醫(yī)用紅外熱像儀配合高清度攝像頭，采用上述所提算法將人臉識別與戴口罩檢測技術(shù)相結(jié)合，判斷相關(guān)人員是否正確佩戴口罩，降低了算法復(fù)雜性，實現(xiàn)了快速高效檢測。其識別過程為：首先對拍攝到的實時視頻畫面進(jìn)行前端預(yù)處理，對視頻畫面進(jìn)行配準(zhǔn)后，再將人臉檢測與紅外測溫技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)精準(zhǔn)的人體測溫，避免了測量結(jié)果不準(zhǔn)和情況誤報，最后，基于圖像分析技術(shù)，建立了高精度的人體實時測溫模型，同時完成了體溫檢測、人員身份識別和活動軌跡的存儲。對大于37.3 攝氏度的人群，通過熱成像儀近距離對手臂成像，對人體體溫再次進(jìn)行檢查，獲得較為準(zhǔn)確的體溫信息，實現(xiàn)快速健康篩查和記錄，及時上報給所在區(qū)域的負(fù)責(zé)人做相應(yīng)的處理。同時，結(jié)合相關(guān)的應(yīng)急大數(shù)據(jù)一體化平臺，協(xié)助有關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行疑似病例排查，方便疫情防控和溯源。溫度與人臉識別檢測框架的流程圖如圖2 所示。

圖2 溫度檢測與人臉識別檢測框架

2.2 數(shù)據(jù)的整合與管理

大數(shù)據(jù)技術(shù)主要用于分析、處理和提取來自極其復(fù)雜而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件無法處理的大型數(shù)據(jù)集的信息。目前期貨市場、航空領(lǐng)域、天氣預(yù)報和醫(yī)藥等領(lǐng)域（如圖3 所示）都需要大數(shù)據(jù)處理技術(shù)來分析大量實時數(shù)據(jù)，并提出結(jié)論和預(yù)測以減少未來的風(fēng)險。

圖3 大數(shù)據(jù)應(yīng)用示例

通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行實時查驗并進(jìn)行研判是防控疫情的關(guān)鍵[4]，本系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)平臺模型，采用的人臉識別技術(shù)通過連續(xù)掃描面部，并將技術(shù)與智能體溫檢測相結(jié)合，實時地讓個體熱能信息轉(zhuǎn)換成計算機(jī)數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對體溫異常人員身份識別并快速追溯人員近期活動蹤跡，有效提高疫情防控水平。同時，所存儲的數(shù)據(jù)能描繪出人體的二維溫度，以彩色圖像的形式顯示面部溫度的分布狀態(tài)，為臨床診斷提供有效的信息。同時，本系統(tǒng)能綜合其出行軌跡等方面的權(quán)威實時信息，通過掃描該人員的面部信息與后臺的大數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，自動按照人員體溫、出行軌跡等劃分其危險等級，將其健康碼劃分成紅碼、黃碼、綠碼3 種類型，進(jìn)一步判斷、篩選并區(qū)分出安全人群及與紅碼、黃碼密切接觸的人群。

本系統(tǒng)運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)除了實現(xiàn)上述功能之外，還可以方便地向居民和社區(qū)工作者推送實時的疫情動態(tài)，提供無接觸式快速登記出入小區(qū)、云端醫(yī)療服務(wù)等社區(qū)便民服務(wù)功能，主要功能簡介如下：

（1）大數(shù)據(jù)分析疫情走勢及高危地帶篩選，方便向居民展示新冠發(fā)病分布和密切接觸者的風(fēng)險分布，為居民出行作參考。

（2）利用紅碼、黃碼和綠碼“三色預(yù)警機(jī)制”，建立起基于快速申報機(jī)制的三級智能防控管理體系，便于社區(qū)工作人員對不同等級居民采取不同的網(wǎng)格化管理。

（3）無接觸式快速登記出入小區(qū)。通過手機(jī)APP 非接觸工作人員來填寫個人健康狀況，使社區(qū)工作人員及時掌握本轄區(qū)內(nèi)人員的體溫異常情況，并根據(jù)不同情況完善居民的紅碼、黃碼和綠碼二維碼。

（4）遠(yuǎn)程醫(yī)療云服務(wù)。方便居民向?qū)？漆t(yī)生咨詢新冠防治相關(guān)內(nèi)容，有效緩解了因疫情期間公立醫(yī)院的醫(yī)療資源緊張導(dǎo)致的就醫(yī)難等問題。

3 結(jié)束語

針對新冠病毒防疫的需要，設(shè)計了一臺基于人臉識別技術(shù)的測溫消毒一體化設(shè)備，該設(shè)備具有非接觸體溫檢測與人臉識別功能，通過一種場景適配參數(shù)優(yōu)化方法的人臉識別技術(shù)，可明顯提升人臉?biāo)惴ㄔ诿娌颗浯骺谡值日趽鯃鼍跋碌淖R別成功率，為后續(xù)的防疫決策提供必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。此外，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)自動和無接觸的消毒處理，極大地減少了人工檢測過程中可能存在的交叉感染問題，為疫情防控提供了有力的技術(shù)支持。