紅外熱成像測溫系統在疫情防控時期的應用解析

王濤

【摘? 要】論文首先介紹了紅外熱成像測溫系統的原理，然后介紹了紅外熱成像測溫系統的應用組成，最后聯系2020年疫情期間的實際工作經驗，總結出紅外熱成像測溫系統常用的六種場景：基層單位、公共交通、社區、工區、校區和公共場所節點。

【Abstract】This paper firstly introduces the principle of infrared thermal imaging temperature measurement system， and then introduces the application composition of infrared thermal imaging temperature measurement system. Finally， combined with the actual work experience during the epidemic in 2020， this paper summarizes six commonly applied scenarios of infrared thermal imaging temperature measurement system： grassroots units， public transportation， communities， work areas， campus and public place nodes.

【關鍵詞】紅外熱成像;輻射;測溫

【Keywords】infrared thermal imaging; radiation; temperature measurement

【中圖分類號】TN215;R184? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0166-02

1 引言

目前來說，疫情防控面臨最大的挑戰就是隨著復工復產復學的大規模人員流動產生的感染風險，學校、地鐵、車站、工廠等都是人員密集的地方，人員來自五湖四海，且層次各不相同，這就要求社會必須時刻提高警惕，既要防止感染源的輸入，同時，也要防止感染其他人員。通過紅外熱成像測溫系統，實時對每一位進入公共場所的人員進行體溫測量，再通過有線或無線網絡將被測人員的人臉及對應的體溫信息上傳至疫情監控平臺數據庫，異常體溫及時告警，同時，推送告警站點定位及人臉圖片等信息，啟動預警流程，實現“不漏一人”的目標，筑牢外防輸入、內防擴散的數字化防線。

2 技術原理

自然界中，一切物體只要其溫度高于絕對零度（-273℃）都能輻射電磁波，隨著溫度變化，電磁波的輻射強度與波長分布特性也隨之改變，波長介于0.75～1000μm的電磁波被稱為“紅外線”，而人類視覺可見的“可見光”介于0.4～0.75μm。紅外線在地表傳送時，會受到大氣組成物質（特別是CO2、H2O、CH4、O3、N2O等）的吸收，強度會明顯下降，僅在短波3μ～5μm及長波8～14μm的兩個波段有較好的穿透率，通稱大氣窗口（Atmospheric Window），大部分的紅外熱成像測溫系統就是針對這兩個波段進行檢測、計算并顯示物體的表面溫度。此外，由于紅外線對絕大部分的固體及液體物質的穿透能力極差，故此，現代紅外熱成像測溫系統的工作原理是使用光電設備來檢測和測量物體表面的紅外線輻射，即主要通過采集熱紅外波段（短波3μ～5μm及長波8～14μm）的光，從而探測物體發出的熱輻射，再利用紅外輻射原理——輻射定律：

式（1）中，E為輻射的出射度數，單位為W/m3;σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數，σ=5.67×10-8W/（m2·K4）;ε為物體的輻射率;T為物體的溫度，單位為K;T0為物體周圍的環境溫度，單位為K。測量出物體所發射的E，就可得出人體溫度[1]。原理如圖1所示。

3 系統組成

紅外熱成像測溫系統由采集識別終端、傳輸網絡、管理平臺組成，如圖2所示。

采集識別終端：集測溫、人臉識別、口罩佩戴檢測、數據上傳等功能于一體。測溫模塊和人臉識別模塊可同時完成體溫的測量及人臉照片的采集，再利用計算機視覺技術，通過全目標結構化分析技術，對被測人員是否佩戴口罩進行識別，當體溫異常及未佩戴口罩時觸發終端設備語音報警，啟動預警處置流程[2]。

傳輸網絡：采集識別終端數據的傳輸可以采用無線（4G或WiFi）傳輸和有線傳輸兩種方式。

管理平臺：是本系統的核心所在，是執行日常監控、管理采集識別終端設備及修改設備參數、報警處理、應急響應等功能的監控綜合管理平臺，同時，可將信息上報至轄區管理部門，接入城市管理平臺，其是一個互聯網架構的網絡化平臺。基于網絡傳播模型、智能畫像分析、知識圖譜挖掘等關鍵技術，通過疫情相關大數據實時采集、知識關聯、融合分析，能夠高效追蹤人群流動方向和地點、挖掘可疑病毒攜帶者的行動軌跡、及時發現“高危群體”和超級傳播源[3]。

4 應用場景及模式

針對人員精準管控場景下的測溫需求，通過在出入口部署具備測溫功能的手持測溫槍、安檢門、測溫攝像頭+高精度黑體、通道閘機等，即可實現對過往人員體溫檢測和權限控制。如發現體溫異常則拒絕其通行，并提醒值守人員進行進一步處置。同時，通過有/無線網絡將數據實時傳送至區或市的防疫監控管理部門，其工作人員收到預警信息后，立即指派人員奔赴預警點，根據推送的人臉照片找到預警人員，進行體溫復檢，若確認為發燒，立即帶到隔離區并按規定流程處理。在此過程中，實現疫情感染人員位置狀態軌跡的點、線、面、體結合，再利用疫情三維實景一張圖，賦能防控全息網格化。

4.1 公共交通

安檢門測溫：通過即測溫、掃描留痕。

測溫攝像頭+高精度黑體：掃描留痕、智能測溫、異常告警。

站臺或車廂：掃描留痕。

通道閘機：加裝測溫模塊，通行即測溫。

4.2 社區

出入口：掃描留痕、口罩檢測、測溫槍。

4.3 工區

園區出入口：批量測溫、掃描留痕、口罩檢測。

樓棟門口：掃描留痕、批量測溫、異常告警。

通道閘機：加裝測溫模塊，通行即測溫。

4.4 公共場所節點

在疫情防御的關鍵時期，佩戴口罩是最便捷、最實用的防御手段之一。在公共場所未佩戴口罩，不僅是對自己的不負責，更是對他人生命安全的不負責。利用計算機視覺技術，通過全目標結構化分析技術，對公共區域人員是否佩戴口罩進行識別，一可及時發現未戴口罩的人員，進行預警;二可利用行人再識別技術和大數據處理技術對未戴口罩人員進行軌跡追溯，回溯該目標去過的地方，接觸過的群體。

4.5 應用模式

紅外熱成像測溫系統的工作流程如圖3所示。

5 結語

隨著疫情的發展，紅外熱成像測溫系統是當前政府機關、企事業、學校等單位復工復產復學的必需設備，屬于疫情防控的重要物資。如何盡快研制出一系列更方便快捷、無接觸式、全天候、檢測率高、實名制關聯的測溫系統，將是當前努力的方向。后疫情時代，結合AI、大數據、5G等新技術可實現紅外熱成像測溫系統在電力、工礦、醫療等民生領域的應用和航天、軍事等國防領域的應用。

【參考文獻】

【1】邢素霞.紅外熱成像與信號處理[M].北京：國防工業出版社，2011.

【2】邸旭.微光與紅外成像技術[M].北京：機械工業出版社，2012.

【3】王宏志.大數據分析原理與實踐[M].北京：機械工業出版社，2017.