摘要 红外热成像测温仪,因其具有非接触、响应速度快、操作简便等特点,被作为机场、港口、车站等公共场所对密集人群的快速、方便、非接触测量的重要工具。本文结合检验检疫工程项目,系统地介绍了红外测温仪对人体快速测温的应用,并对系统测试数据进行了统计分析。
关键词 红外;测温;非接触
中图分类号TN21文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)24-0231-02
传统的体温计主要有两种,水银式体温计和电子式体温计,是经口腔、腋窝、直肠等来测量人体的平均温度,这两种体温计不适合于大量人群的快速检测。红外热成像技术是一门新兴的综合性高新技术,具有灵敏精确、成像直观、信息丰富、无创检测、简便经济等特性,受到国内外学者的普遍关注。人体温度是通常以测量腋下温度或口腔温度,来估算人体温度。基于红外辐射原理,以人体为辐射源,采用先进的红外扫描技术,探测人体红外辐射,经过一系列信号处理,把不可见的体表温度变化转变为可视性的和可定量的红外热图,通过对检测到的图像进行分析,就可以得到体温的测试结果。这种方法不仅可以实现对大流动人群的快速、方便、非接触测量,还可以对流动人群进行扫描测量,搜索和探测那些密集流动人群中的个体发热情况,可快速识别出被测范围内那些超过温度设定限值的所有的发热体。
1 测温原理
红外辐射是指波长范围介于可见光与微波之间的电磁辐射,在光谱图上位于红光之外,其本质与可见光相同,具有电磁波的一般属性。红外辐射还具有与可见光不同的两个特性:一是红外辐射与热能的传递有关,有着明显的热效应;二是红外辐射与物质分子热运动的频率一致时,入射的红外辐射可被物体分子吸收,物体分子吸收红外辐射后自身的热运动得到加强,表现为物体温度升高。人体红外辐射探测原理基于红外辐射的定律。正常人体的辐射本领与绝对温度310°K 的黑体相似。不论肤色,比辐射率约为0.99,说明人体具有很高的辐射本领。
斯蒂芬—波尔兹曼定律表明,黑体单位表面积向整个半球空间发射的辐射总功率与其自身绝对温度的四次方成正比。这一定律说明物体发射的热辐射功率与它的绝对值直接的对应关系。也就是说,只要能测出人体的热辐射功率,就能得知人体的温度。同时根据维恩位移定律,人们只要知道物体的绝对温度,就能计算出它的峰值辐射波长,正常人体为37℃,也就是310°K(K 表示绝对温标,它和摄氏差273.15 度),按公式计算,人体峰值辐射波长λm=9.348 μm。由于人眼只能对 0.4~0.7μm 的可见光波段敏感,而各种不同材料的红外探测器(热敏型,光子型),可以探测0.7~14μm的红外波段。因此,人们根据人体峰值辐射波长,通常选用敏感波长为8~14μm 的红外探测器探测人体红外辐射。经过一系列的信号处理,把热辐射信号转化为可视性的和可定量的红外热图像。
2 系统构成
红外热成像人体快速测温系统,因其具有的非接触、响应速度快、操作简便等特点,被相关单位作为机场、港口、车站等公共场所排查监测“非典”等症状患者和疑似病人的重要工具。在一些不便于使用传统接触式测温方法的场合,红外辐射式测温仪就显得尤为重要了。红外热成像人体快速测温系统是集先进的光电子技术、热成像技术、图像处理技术和控制技术于一体的高科技产品。整个系统包括红外监控系统(体温探测头、光学镜头、红外分析软件等)、人体体温监测岗和监控指挥中心。
人体体温监测岗内设有计算机,接收来自体温监测点的红外图像与可见光图像,并进行必要的控制。对于接收到的视频数据进行实时测温分析,如遇人体超过设定温度就发出声光报警,声音报警的同时高温目标自动改变颜色。每台计算机可以管理两个人体体温监测点,每个人体体温监测岗有一台计算机并与监控中心通过光纤相连。人体体温监测岗对红外图像和可见图像进行分析处理,管理对应的监测点设备,并将结果上报至监控指挥中心。监控指挥中心可同步直接接收各监测点的红外图像和可见光图像,人体超温报警信息由监测岗与指挥中心同步给出。同时信息指挥中心提供广域网络接口:可以通过以太网便于远程管理,可以实现多点、多区域实时动态分析。
系统软件界面为4路画面,上面两幅画面为1号通道,下面两幅画面为2号通道;左边为可见光视频图象,右边为红外视频图象,可以对红外视频和可见光视频的图象位置进行配准。被测目标人在红外镜头探测范围内快速经过,仪器立即显示人体热图像和最高体表温度,操作人员即可获得准确数据。若遇到可疑发热病人,仪器会立即报警,及时有效地防止了人流的交叉感染。在红外图象上有个十字叉表示这幅红外图象中最高温度,数字为具体温度值。右角上方为环境温度。红外热像的下方有一条色标带,从下至上表示温度由低到高。正常人的面部图像呈盐鸭蛋的蛋黄色,温度高处如眼窝、耳窝、口腔呈黄白色。而发烧病人的整个面部呈现亮黄白色,通过与正常人对比,非常明显。由此,也可判断此人体温偏高接近报警值,再进行重点测量。报警后,报警图片会显示在桌面上,并保存到计算机硬盘中。
3 测温试验分析
用红外热成像测温系统在一定环境条件下,对受试人员的人体表面温度(额头)进行测。被检测人流经过监测区域,被检测者在离镜头3~5m处接受体温测量,数秒钟就检测出受测人的人体温度。 将测得的人体表面温度进行了记录与相关分析。试验中该仪器每天检测8 000人次,准确率为100%,测量统计数据如表1所示。该仪器温度分辨率可达0.07℃,适合在人流量大的区域远距离对人群进行搜索和检测,准确找出其中发烧病人。可在被测对象完全不知情的情况下进行测温,有利于保证机场、火车站以及重要部门正常的工作秩序。
4 结论
红外热像仪属于非接触式测量体表温度,可以实现对大流动人群的快速、方便、非接触测量,还可以对流动人群进行扫描测量,搜索和探测那些密集流动人群中的个体发热情况。但基于普朗克辐射理论的红外非接触测温技术,由于被测物体均非物理意义上的黑体而是灰体,而被测物体的发射率与辐射波长 ,辐射物体表面粗糙度R,被测物体的材料等有关,因而其测温的准确度受到限制。相对于工业用途的红外测温来讲,人体表面的红外测温因每个人的个体差异较大(诸如人体自身对周围环境温度的适应调节能力,皮肤状况,化妆,出汗,肤色等),因而很难准确地地给出人体温度。人体表面温度受很多因素影响,偏低或偏高。酗酒、剧烈运动、饮开水、面部局部发炎、长时间日晒、从闷热环境处刚出来等因素可能引起误报警,对于此种情况,可询问受测人后依情况安静或散热后再进行测量。