基于OpenCV的復(fù)學(xué)健康檢測系統(tǒng)

張詩紅 胡浩翔 王茹

2019年底由于新冠狀肺炎爆發(fā)，全國各地展開了各種各樣防疫工作。疫情當(dāng)下，學(xué)校復(fù)學(xué)是社會重點關(guān)注的問題之一，傳統(tǒng)的防疫方式是學(xué)校通過定時測量學(xué)生的體溫，保證學(xué)生處于健康狀態(tài)，這樣的檢測方式需要很大的人力投入，費時費力且統(tǒng)計數(shù)據(jù)容易出錯。基于OpenCV的復(fù)學(xué)健康檢測系統(tǒng)，能夠更高效、準(zhǔn)確地獲取學(xué)生的健康信息，做好學(xué)生的健康檢測。

受新型冠狀病毒疫情的影響，與體溫檢測相關(guān)儀器的需求量迅速增長，且呈現(xiàn)供不應(yīng)求的趨勢，以額溫槍、紅外熱成像測溫為主的非接觸式測溫儀器一夜之間價格成倍翻漲。在2020年2月2日的工信部新聞發(fā)布會上，工信部原材料工業(yè)司司長王偉預(yù)計全國全自動紅外體溫檢測儀需求6萬臺，手持式測溫儀55萬臺，存在可觀的市場。這些儀器主要由政府、醫(yī)院、公司和學(xué)校等單位購入，測體溫、戴口罩成為了大多公共場所必備的檢測項目。

目前公共場所的體溫檢測需要滿足準(zhǔn)確、快速的基本需求。而學(xué)校復(fù)學(xué)場景下的體溫檢測在滿足準(zhǔn)確、快速的基本需求同時，還需要掌握學(xué)生考勤等信息，將體溫檢測與日常考核結(jié)合起來，將體溫檢測常規(guī)化，做出一款復(fù)學(xué)健康檢測系統(tǒng)很有必要。

設(shè)計思路

目前，非接觸體溫檢測市場主要有3種檢測儀器：額溫槍、紅外人體成像測溫儀和智能測溫設(shè)備（以紅外遠(yuǎn)程測溫結(jié)合身份是識別等功能的設(shè)備）。針對學(xué)校復(fù)學(xué)這一使用場景進(jìn)行競爭分析，如表1所示。

1.設(shè)計思路

結(jié)合表1設(shè)計復(fù)學(xué)健康檢測系統(tǒng)主要由5個模塊構(gòu)成。首先，RFID識別模塊通過識別RFID標(biāo)簽確定學(xué)生的身份，保證每一條體溫信息精確到人；其次通過人臉口罩檢測模塊來檢測學(xué)生是否佩戴口罩，并通過測溫模塊對學(xué)生的體溫進(jìn)行測量；學(xué)生測量的體溫、時間等信息通過開發(fā)板處理上傳到云平臺；當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)將進(jìn)行語音提示，頁面彈框等方式提醒管理人員核實情況。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，可通過調(diào)取云平臺數(shù)據(jù)來確定密切接觸者，幫助醫(yī)院進(jìn)行有側(cè)重的隔離，在保證安全的前提下減少資源浪費。相較于其他測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本較低、功能齊全，時間清晰的后臺數(shù)據(jù)可以輔助分析人流量，幫助學(xué)校及時調(diào)整規(guī)劃。

本系統(tǒng)基于NLE-Cloud進(jìn)行云平臺進(jìn)行開發(fā)，通過OpenCV進(jìn)行口罩檢測模型的訓(xùn)練，綜合形成集口罩檢測、體溫檢測和身份識別于一體的復(fù)學(xué)健康檢測系統(tǒng)。

2.功能分析

該系統(tǒng)在功能設(shè)計上以學(xué)校復(fù)學(xué)作為主要應(yīng)用場景、針對身份信息識別、體溫檢測等剛需功能進(jìn)行設(shè)計，目標(biāo)是解決以下問題：

（1）體溫數(shù)據(jù)無指向

在大多數(shù)公共場所，測量的體溫只是確保當(dāng)時身體處于健康狀態(tài)，體溫信息并不會與個人信息連接在一起，而對于學(xué)校這樣人員密集且人群固定的場所，讓測量的體溫結(jié)合身份識別能夠更好地應(yīng)對體溫異常的情況，通過進(jìn)行身份識別獲取用戶的責(zé)任人，當(dāng)日的值班人員就能更快地與學(xué)生的責(zé)任人取得聯(lián)系。

（2）體溫數(shù)據(jù)不保留

通過數(shù)據(jù)上傳模塊將體溫信息結(jié)合身份信息以及測量時間一起上傳到云平臺進(jìn)行存儲，對體溫信息進(jìn)行完整的保留，以備在出現(xiàn)疑似病例時更有效地進(jìn)行密切接觸者的篩查。

（3）測溫設(shè)備不獨立

通過設(shè)計口罩檢測功能及語音提示功能，將產(chǎn)品設(shè)計成具備體溫檢測、口罩檢測和數(shù)據(jù)上傳功能的測溫一體機(jī)，使設(shè)備不再完全依賴于人。設(shè)備可分布在校園各個樓宇的出入口，在出入高峰期，一臺機(jī)器可代替2名值班老師，在非高峰期，機(jī)器可自動工作無需值班老師看管，極大減輕了人力負(fù)擔(dān)。

功能模塊

結(jié)合文中設(shè)計思路可以將系統(tǒng)分為5個模塊：身份信息識別模塊、體溫檢測模塊、人臉口罩檢測模塊、語音模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。

1.身份信息識別模塊

主要功能通過RFID讀寫模塊對IC卡號進(jìn)行讀取，通過建立與卡號相關(guān)聯(lián)的身份信息數(shù)據(jù)庫來存儲學(xué)生的身份信息、負(fù)責(zé)人電話等，當(dāng)檢測到學(xué)生體溫異常時，值班老師能在第一時間通知到學(xué)生的輔導(dǎo)員和上級領(lǐng)導(dǎo)，減少了層層通報的繁瑣。

2.體溫檢測模塊

該模塊的主要功能是通過紅外測溫傳感器測量用戶的體溫數(shù)據(jù)然后在后臺進(jìn)行判定，并將體溫數(shù)據(jù)上傳至新大陸云平臺。根據(jù)用戶體溫的不同情況進(jìn)行相應(yīng)的語音提示，特別是當(dāng)用戶體溫異常時，語音警報能讓工作人員對體溫異常的用戶及時進(jìn)行安置，同時后臺的數(shù)據(jù)記錄能幫助校方更高效率地進(jìn)行后期的處理。

3.語音模塊

該模塊主要是將用戶的情況進(jìn)行現(xiàn)場告知，與用戶形成交互，能夠讓用戶及值班人員清楚地了解用戶的健康狀況及必要身份信息。該模塊將IC卡識別模塊、人臉口罩識別模塊和體溫監(jiān)測模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組合，并通過設(shè)定的語音模式來提醒用戶。

4.數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊主要在NLE-Cloud與云平臺之間建立連接，將IC卡識別模塊、人臉口罩識別模塊、體溫監(jiān)測模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行組合，通過平臺所給的IP和端口號進(jìn)行上傳。將拍攝到的照片傳輸?shù)皆破脚_上，綜合兩平臺實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)保存。

5.人臉口罩檢測模塊

該模塊的主要功能是通過NLE-Cloud配套攝像頭結(jié)合OpenCV分類器實現(xiàn)的，當(dāng)攝像頭的攝像范圍內(nèi)出現(xiàn)人臉，或者佩戴口罩的人臉會進(jìn)行不同的框選。當(dāng)用戶未佩戴口罩時，系統(tǒng)會調(diào)用語音模塊予以提醒。并提醒工作人員進(jìn)行督促，同時系統(tǒng)會進(jìn)行抓拍，并將照片上傳保留。模塊流程圖1所示。