李源灝，陳爽，葉勛，周曉東，潘進(jìn)土

（1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司信息通信分公司，福建福州，350003；2.福建億榕信息技術(shù)有限公司，福建福州，350003）

0 引言

采用熱輻射無感成像技術(shù)無感測(cè)溫溫度監(jiān)控檢查技術(shù)等就可以有效實(shí)現(xiàn)針對(duì)工作人員進(jìn)行局部全身體溫監(jiān)測(cè)溫度監(jiān)控檢測(cè)，快速準(zhǔn)確及時(shí)篩查各種類型疑似高溫發(fā)燒高熱患者?；谶@種熱輻射無感成像技術(shù)進(jìn)行局部體溫監(jiān)測(cè)溫度監(jiān)控檢測(cè)的主要技術(shù)關(guān)鍵在于不斷提高局部測(cè)溫溫度值的誤差精準(zhǔn)性，以極低溫度測(cè)溫值的誤差和高精準(zhǔn)性有效地及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作人員局部體溫監(jiān)測(cè)溫度范圍高于37.3℃的各種疑似高熱發(fā)燒患者工作人員，這些也是目前進(jìn)行公共場(chǎng)所局部體溫溫度防控的重要技術(shù)關(guān)鍵[1]。

1 測(cè)溫原理

紅外光或微波激光輻射主要特征是廣泛應(yīng)用指紅外輻射波長(zhǎng)且輻射強(qiáng)度范圍較大并且介于一般微波可見光與紅外光譜微波之間的一種紅外電磁輻射，在兩種紅外光譜輻射曲線圖上一般分別位于紅外微波段和紅光之外，其本質(zhì)與一般微波可見光相同，具有類似紅外電磁波的一般紅外輻射光學(xué)屬性。紅外光或微波激光輻射還同時(shí)同樣具有與一般微波可見光不同的兩個(gè)基本輻射特性：一者特點(diǎn)就是紅外光或微波激光輻射與通過物體內(nèi)部熱能的均勻方向傳遞發(fā)射速度頻率有關(guān)，有著明顯的紅外微波熱效應(yīng)；二者特點(diǎn)就是紅外光或微波激光輻射與直接進(jìn)入口的物質(zhì)內(nèi)部輻射分子紅外熱效應(yīng)輻射運(yùn)動(dòng)的均勻發(fā)射速度頻率一致時(shí)，入口吸收發(fā)射的紅外光或微波激光輻射內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)可被直接進(jìn)入口的物體內(nèi)部輻射分子直接發(fā)射吸收，物體內(nèi)部輻射分子直接通過入口吸收紅外光或微波激光輻射后自身的紅外熱效應(yīng)分子運(yùn)動(dòng)控制能力可以得到明顯程度加強(qiáng)，表現(xiàn)形式為通過入口發(fā)射光向物體內(nèi)部分子發(fā)射溫度不斷急劇升高[2]。人體中的紅外射線輻射能量探測(cè)本領(lǐng)原理基于紅外射線輻射的功率定律。正常膚色人體的紅外輻射探測(cè)本領(lǐng)與絕對(duì)穩(wěn)定溫度310°k的白色黑體相似。不論任何膚色，比體的輻射率約平均為0.99，說明這個(gè)人體非常具有很高的紅外輻射探測(cè)本領(lǐng)。斯蒂芬—波爾茲曼輻射定律結(jié)果表明，黑體以一單位面的表面積向整個(gè)南北半球溫度空間周圍發(fā)射的紅外輻射總能量功率與其自身絕對(duì)穩(wěn)定溫度的四個(gè)二次方功率成正比。這一輻射溫度絕對(duì)定律直接用來說明一個(gè)特定物體自身直接發(fā)射的絕對(duì)不同熱輻射溫度釋放光和功率與它的輻射溫度定律絕對(duì)值直接的應(yīng)用溫度定律對(duì)應(yīng)公式?jīng)]有任何關(guān)系。也就是說，只要我們得到能直接通過測(cè)出一個(gè)特定人體的絕對(duì)不同熱輻射溫度釋放光的功率，就一定可以得到能直接通過得知一個(gè)特定人體的絕對(duì)輻射溫度。

2 熱成像測(cè)溫技術(shù)

2.1 熱輻射成像測(cè)溫?cái)z像機(jī)

非接觸式成像測(cè)溫在日常自然界中，物體絕對(duì)溫度一旦高于絕對(duì)零度（-273℃）就可能會(huì)直接輻射大量電磁波，而其中紅外線輻射是應(yīng)用電磁波最為廣泛的一種物體存在輻射形式。熱輻射成像測(cè)溫?cái)z像機(jī)就是通過相機(jī)采集到從物體內(nèi)部發(fā)出的紅外線和電磁波，將這些紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化成無線電信號(hào)，再通過溫度信號(hào)圖像處理控制系統(tǒng)將物體輻射出的能量和也即絕對(duì)溫度分別通過不同物體灰度圖像顯示表現(xiàn)出來，灰度的不同直接代表物體溫度不同從而可以計(jì)算和得出一個(gè)物體絕對(duì)溫度，并同時(shí)輸出一種便于使用肉眼準(zhǔn)確識(shí)別的溫度偽彩色圖像。這樣，熱輻射成像測(cè)溫?cái)z像機(jī)就很好地有效解決了目前傳統(tǒng)自動(dòng)測(cè)溫方法需要醫(yī)療人員近距離身體接觸的尷尬問題，實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)測(cè)溫，減少各種交叉抗體感染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[3]。針對(duì)此次高熱疫情，根據(jù)當(dāng)?shù)毓俜絿?guó)家權(quán)威疫情發(fā)布信息平臺(tái)最新發(fā)布的《新型肺炎防控知識(shí)手冊(cè)》，新型急性冠狀動(dòng)脈病毒急性肺炎早期癥狀臨床表現(xiàn)報(bào)告出現(xiàn)后當(dāng)體溫低于≥37.3℃的醫(yī)療人員平均應(yīng)到當(dāng)?shù)卣付ㄕ?guī)醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診進(jìn)行對(duì)癥排查、診治。

2.2 黑體

一種用于紅外測(cè)溫的”標(biāo)尺”絕對(duì)測(cè)溫黑體，作為一種標(biāo)定紅外絕對(duì)加熱測(cè)溫系統(tǒng)的紅外測(cè)溫材料基準(zhǔn)源，能夠直接向內(nèi)吸收外來的全部紅外絕對(duì)測(cè)溫材料電磁波，并且不會(huì)向外輻射產(chǎn)生任何的熱力學(xué)反射與紅外的熱透射，但是完全全部可以向外直接吸收輻射紅外絕對(duì)測(cè)溫材料電磁波的一種可以理想化紅外測(cè)溫過程物體，即絕對(duì)測(cè)溫黑體的紅外測(cè)溫材料輻射率與紅外輻射吸收率系數(shù)之比為1，透射率系數(shù)之比為0。也就是說，絕對(duì)紅外測(cè)溫過程黑體只完全可以向內(nèi)發(fā)射紅外絕對(duì)測(cè)溫材料電磁波，但不完全可以向外反射任何用于測(cè)溫外界絕對(duì)測(cè)溫過程環(huán)境的紅外測(cè)溫電磁波，使其紅外測(cè)溫材料輻射率的變化情況只與用于外界絕對(duì)溫度熱的變化速率有關(guān)，有一種效率很好地完全避免了黑體受用于外界絕對(duì)測(cè)溫過程環(huán)境熱的變化干擾以及自身紅外測(cè)溫過程材料熱的變化影響。當(dāng)然，在一個(gè)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絕對(duì)測(cè)溫黑體。實(shí)際上在現(xiàn)代工業(yè)紅外測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用中，黑體的紅外測(cè)溫材料輻射率一般來說只能精確化地做到一個(gè)無限大或一個(gè)接近于1，目前一種國(guó)際普遍通用的絕對(duì)測(cè)溫黑體紅外測(cè)溫材料輻射率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)一般為0.95、0.97和0.99以及其他所有用于此類黑體篩選檢測(cè)的所有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)源頭在篩選黑體試驗(yàn)中的檢測(cè)輻射率近似為1。盡管如此，按照2009年版的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)源頭標(biāo)準(zhǔn)全文gb/t19146-2010《紅外人體表面溫度快速篩檢儀》一文中的相關(guān)要求，在所有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的篩選檢測(cè)源頭工作試驗(yàn)溫度檢測(cè)環(huán)境中，篩選黑體檢測(cè)源頭儀器的試驗(yàn)溫度值和試驗(yàn)誤差檢測(cè)溫度范圍應(yīng)保持不得過高或大于0.4℃，黑體的檢測(cè)輻射量應(yīng)加入篩選檢測(cè)源頭即可輕松準(zhǔn)確完成檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。

2.3 熱成像圖像視頻成像+測(cè)溫溫度黑體

±0.3℃為提高標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫精度對(duì)我國(guó)流感疾病疫情自動(dòng)排查實(shí)時(shí)負(fù)責(zé)熱點(diǎn)監(jiān)控管理通過將這種測(cè)溫黑體圖像成像處理設(shè)置在熱成像圖像視頻成像處理熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)視野寬的精度范圍內(nèi)，利用這種測(cè)溫黑體的圖像成像處理特性后就可以有效開展用戶人體視頻測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)溫度自動(dòng)標(biāo)定，建立人身體溫標(biāo)準(zhǔn)灰度與用戶人體視頻溫度的測(cè)量準(zhǔn)確度和用戶對(duì)應(yīng)體溫系數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行人體溫度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的人體溫度實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)溫校正，將用戶人體人身視頻流量測(cè)溫溫度畫面和針對(duì)用戶人體個(gè)人人身視頻溫度體溫標(biāo)準(zhǔn)溫度值的對(duì)應(yīng)系數(shù)實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示，大幅度提高了對(duì)用戶人體進(jìn)行視頻溫度測(cè)溫的人體溫度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫值和標(biāo)準(zhǔn)值的精度，減少了對(duì)人體視頻測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)溫度值的誤差并同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度值的±0.3℃，精準(zhǔn)度的視頻測(cè)溫便于工作環(huán)境管理人員有效進(jìn)行管理流感疫情及時(shí)排查，做到早及時(shí)發(fā)現(xiàn)、早隔離、早及時(shí)接受有效治療，切實(shí)、有效地進(jìn)行規(guī)范管理控制我國(guó)流感疾病傳染源，這不僅僅說是對(duì)整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全健康負(fù)起的重要責(zé)任，更是對(duì)整個(gè)我國(guó)流感疾病疫情持續(xù)爆發(fā)后的防控管理過程負(fù)責(zé)。

超高精度質(zhì)量超低精度完全符合人體測(cè)溫工學(xué)熱微波激光黑體成像相機(jī)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)溫測(cè)熱處理技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)整體上我們目前采用的是高質(zhì)量和低精度熱微波激光黑體成像核心黑體測(cè)溫?cái)z像機(jī)+采用核心的熱黑體檢測(cè)解決設(shè)計(jì)方案，通過我們采用核心黑體的成像相機(jī)實(shí)時(shí)自動(dòng)快速測(cè)溫以及圖像精度矯正處理技術(shù)可以保證核心黑體成像相機(jī)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)溫的高質(zhì)量精度。在熱微波激光黑體成像核心黑體測(cè)溫?cái)z像機(jī)和采用雙核心的熱黑體測(cè)溫探測(cè)器上分別選擇采用400×300分辨率核心黑體測(cè)溫探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)更高效的測(cè)溫處理圖像黑體采集覆蓋質(zhì)量、更大的圖像可視場(chǎng)角與更廣泛的測(cè)溫處理圖像采集覆蓋范圍，在同樣一個(gè)測(cè)溫檢測(cè)點(diǎn)的可視距離下，覆蓋檢測(cè)到的每個(gè)通道測(cè)溫圖像覆蓋寬度大約應(yīng)當(dāng)是普通測(cè)溫常規(guī)160×120分辨率核心黑體測(cè)溫探測(cè)器的2倍，降低測(cè)溫處理設(shè)備測(cè)熱施工過程部署管理人員施工數(shù)量，提升測(cè)熱設(shè)備測(cè)溫施工過程管理效率；同時(shí)，通過高可靠的核心黑體測(cè)溫探測(cè)器和采用全金屬材料封閉包裝測(cè)溫處理系統(tǒng)技術(shù)，大幅度地可以減少溫度對(duì)飄動(dòng)的溫度影響，配合我們采用核心黑體檢測(cè)技術(shù)可以保障不同材質(zhì)測(cè)溫溫度環(huán)境下的材料高質(zhì)量和低精度各種材料實(shí)時(shí)測(cè)溫，提升各種材料測(cè)溫檢出的施工效率。

3 測(cè)溫試驗(yàn)分析

用紅外熱力學(xué)成像鏡頭測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)在一定紅外環(huán)境測(cè)溫條件下，對(duì)一個(gè)受試工作人員的受測(cè)人體額頭表面溫度（額頭）溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。被定位檢測(cè)到的人流經(jīng)過該儀監(jiān)測(cè)到的區(qū)域，被定位檢測(cè)者在遠(yuǎn)距離監(jiān)控鏡頭3～5m處即可接受額頭體溫溫度準(zhǔn)確測(cè)量，數(shù)十億人每秒鐘就已經(jīng)可以準(zhǔn)確檢測(cè)并分析得出一個(gè)屬于受測(cè)人的群體額頭的個(gè)人體溫和面部體表溫度。將對(duì)本次檢測(cè)得的一個(gè)受試者在人體內(nèi)的額頭面部表面溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析進(jìn)行了準(zhǔn)確測(cè)量并并記錄與數(shù)據(jù)分析結(jié)果相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。本次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中使用該測(cè)溫監(jiān)測(cè)儀器每天至少可以準(zhǔn)確檢測(cè)8000人次，準(zhǔn)確率最高精度為100%，測(cè)量記錄結(jié)果相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析如下表見圖表1所示。該測(cè)溫監(jiān)測(cè)儀器額頭人體面部溫度信息檢測(cè)數(shù)據(jù)分辨率最高精度可達(dá)0.07℃，適合在一個(gè)受測(cè)群體人流量大的一定監(jiān)測(cè)范圍區(qū)域內(nèi)或或者遠(yuǎn)距離對(duì)一位受測(cè)者個(gè)人群體的身體狀況進(jìn)行額頭溫度信息搜索和額頭體溫溫度檢測(cè)，準(zhǔn)確地快速查找檢測(cè)出其中一個(gè)發(fā)燒友和發(fā)熱病人。同時(shí)它還可在被定位檢測(cè)人和測(cè)溫監(jiān)控對(duì)象完全不知情的特殊環(huán)境情況下隨時(shí)隨地進(jìn)行準(zhǔn)確率的測(cè)溫，有利于有效率地保證我國(guó)民用機(jī)場(chǎng)、火車站以及重要的企事業(yè)單位部門正常的安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工作以及社會(huì)秩序。

4 人體測(cè)溫?zé)嵯駜x篩查

在大型醫(yī)院、學(xué)校、公安、政府、企業(yè)加工園區(qū)、機(jī)場(chǎng)、火車站、客運(yùn)站、地鐵站等安檢和出入口等大場(chǎng)景中，通過自動(dòng)人體智能測(cè)溫儀及熱像儀的臨時(shí)自動(dòng)布控，可進(jìn)行緊急的人員體溫篩查[4]。系統(tǒng)主要由兩臺(tái)前端外部人體周圍測(cè)溫?zé)嵯裣到y(tǒng)和后端外部視頻圖像存儲(chǔ)軟件服務(wù)器或視頻管理軟件部分組成。前端外部人體周圍測(cè)溫?zé)嵯裣到y(tǒng)主要包括前端人體周圍測(cè)溫溫度熱像儀和高標(biāo)準(zhǔn)精度前端人體周圍測(cè)溫?zé)嵯窈隗w，對(duì)區(qū)域內(nèi)的工作人員身體進(jìn)行前端人體周圍溫度熱像探測(cè)并及時(shí)加以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)體溫矯正，實(shí)現(xiàn)更高精度的人體測(cè)溫[5]。后端軟件包括一臺(tái)智能網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理服務(wù)器或者現(xiàn)場(chǎng)用戶電腦上已安裝好的客戶端視頻管理軟件。系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

通過熱輻射成像溫度攝像機(jī)（非接觸式成像方式），初步對(duì)沒有進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫溫度范圍的工作人員個(gè)體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人體局部溫度聲光檢測(cè)。同時(shí)如現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)人體溫度異常大的個(gè)體，熱輻射成像溫度攝像機(jī)自動(dòng)觸發(fā)溫度聲光報(bào)警（近紅外接觸式聲光報(bào)警），提醒現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)工作人員進(jìn)一步緊急處置。