Назад
10 апреля, 2020

Использование тепловизоров для измерения температуры человека

Использование тепловизионных систем, начавшееся ещё в шестидесятых годах прошлого века, позволило ученным визуализировать и углубленно изучить все виды тепловых процессов, в том числе тепловые процессы, проходящие в теле человека, что, в свою очередь, открыло для медицины новый способ диагностики различных заболеваний – инфракрасную термографию (ИКТ). На сегодняшний день методы ИКТ широко используются в травматологии, диагностике диабета, сосудистых, онкологических, а также многих других видов заболеваний. В настоящее время всё больший интерес привлекает к себе использование тепловизионной техники для мониторинга распространения вирусных инфекций, путём выявления индивидуумов с повышенной температурой тела в общественных местах, или местах с высокой проходимостью людей, таких как общественный транспорт, метро, проходные предприятий, кассовые зоны магазинов и т.д.

Решением, для успешного выполнения вышестоящей задачи, может стать специальный тепловизионный комплекс, состоящий из нескольких элементов, обладающий следующими характеристиками:

 

  • Высокая точность измерения – до ±3 °С;
  • Минимальная разрешающая способность от 384х288 точек;
  • Малые габариты конечного изделия;
  • Простота использования ПО для оператора;
  • Использование системы распознавания лиц;
  • Правильно подобранная оптическая система, обладающая широким углом обзора.

 

Данные характеристики обуславливаются следующими фактами практического использования тепловизоров:

 

Точность измерения

 

Тепловизионные системы, не обладающие точностью ±0.3 °С, не способны обеспечить достаточную точность выявления потенциального больного, так как разница температур между человеком с температурой 36.8 °С и температурой 37.2 °С - является критической разницей между больным и здоровым человеком, исходя из общепринятых медицинских стандартов. Для обеспечения таких высоких параметров точности измерений, на практике, необходимо применять устройство, излучающее в инфракрасном спектре эквивалент постоянной температуры, основываясь на котором, измерительный алгоритм тепловизора будет автоматически производить самокалибровку. Такое устройство называют - модель абсолютно черного тела (АЧТ) (Изображение 1).

 

 

Изображение 1 – Модель абсолютно чёрного тела

тепловизор федеральные каналы, комплекс
Изображение 2 - Тепловизионная система ISMTB-ZS-315

 

 

АЧТ также используется для поверки и калибровки любых высокоточных дистанционных средств измерения температуры, в т.ч. тепловизионных и пирометрических.

Для того чтобы поддерживать постоянную точность измерения температуры во времени необходимо, помещать АЧТ, с периодичностью в 1-1.5 часа работы тепловизионной системы, в поле зрения тепловизора, либо разместить АЧТ в поле зрения тепловизора на постоянной основе. Так как точность измерения, без своевременной калибровки, деградирует, из-за высокой контрастности изображения (неизбежного появления в поле зрения объектов температурой много выше/ниже среднеизмеряемой).

Тепловизоры не снабженные элементом АЧТ не могут обеспечить требуемую точность измерения температуры.

 

Разрешающая способность и поле зрения

 

Для обеспечения баланса между оптимальным захватом полем зрения тепловизора области измерения и достаточным качеством изображения, необходимо тщательно подобрать параметры оптической системы объектива тепловизора для выбранного разрешения инфракрасного детектора.        

Целесообразным решением для большинства зон измерения (10 м² ­- 20 м²) является разрешение от 384х288 точек, так как вне зависимости от выбранных характеристик оптической части тепловизионной системы, при меньшем разрешении качество картинки будет неудовлетворительным (Изображение 3), кроме того использование матриц с низкой разрешающей способностью будет отрицательно сказываться на точности измерений).  

Изображение 3 – Пример изображения тепловизионного детектора с разрешением 160х120 (слева) и 384х288 (справа).

 

Программное обеспечение и система распознавания лиц

 

Так же одним из наиболее важных факторов, является точка измерения температуры. Наилучшим решением для дистанционного измерения температуры тела человека является область лба, так как эта область наиболее часто доступна для измерения. (Изображение 4).

 

Изображение 4 – Термограмма лица человека.

 

Для того чтобы максимально показательно измерить температуру целесообразно использовать алгоритм поиска и детектирования лиц, это позволит автоматически выделять только людей, из всех излучающих объектов в поле зрения, и измерять только тепловое излучение исходящие от них.

Так же система распознавания лиц упрощает работу оператора тепловизионной системы, так как измерения температуры проходят в автоматическом режиме, что позволяет задействовать функцию тревоги, при получении замеров температуры выше заданных допустимых параметров.

 

Изображение 5 – Демонстрация системы автоматического распознавания лиц.

 

Исходя из вышеперечисленных фактов следует, что промышленные системы тепловидения и тепловизоры без использования АЧТ не смогут обеспечить достаточные показатели точности, поля зрения и разрешающей способности, а также что для решения задачи дистанционного измерения температуры тела существует необходимость использования специального программного обеспечения.

 

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315

 

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315 от компании «Лазерные компоненты», состоящая из Full-HD камеры, тепловизора и АЧТ, была специально спроектирована для выполнения конкретной задачи мониторинга распространения вирусных инфекций, выявления индивидуумов с повышенной температурой тела в общественных местах и отвечает всем необходимым требованиям к её техническим характеристикам, а именно:

 

Параметры Значения
Режим работы 24/7
Количество одновременно определяемых объектов в ПЗ До 30 (без переркытия)
Состав комплекса Видеокамера+тепловизор в едином корпусе с блоком питания, АЧТ, ПО совместимое с Windows, штативы, кронштейны
Технические характеристики тепловизора
Тип ИК-приемника Неохлаждаемая микроболометрическая матрица из аморфного кремния
Разрешение / размер пикселя 384×288/17 мкм
Чувствительность (NETD) ≤50 мК при 300 K с объективом c F#1.0
Частота кадров 50 Гц
Спектральный диапазон 8~14 мкм
Фокусное расстояние объектива Стандартное исполнение: 9.6 мм (37.6°×28.6°);

По выбору заказчика: 6.6 мм,10 мм, 19 мм, 25 мм

Тип объектива Атермальный
Интеллектуальные функции Умное обнаружение, определение лиц, отслеживание объекта с повышенной температурой тела
Оповещение Три пороговых значения допустимой температуры одновременно, аналоговый канал оповещения (звук, реле), возможность автозаписи изображений/видео
Журнал событий Автоматическая запись и обработка журнала событий
Технические характеристики камеры видимого спектра
Разрешение видео 1920×1080
Технические характеристики АЧТ
Стабильность температуры ≤ ±0.2 °С
Параметры измерений температуры
Стандартный диапазон измеряемых температур +20 °С ~ +50 °С
Точность измерения ±0.3 °С
Коррекция температуры По встроенному затвору и внешнему АЧТ, автоматическая
Кожух и интерфейсы
Степень защиты IP IP65
Интерфейс видеовыхода и управления 1 RJ45 10M/100M/1000M Ethernet, 1 вход/1 выход (DC12В, реле сухой контакт)
Разъём питания Отдельный
Условия работы
Рабочая температура 0 °С ~ +30 °С (точность выше при работе при +16 °С ~ +30 °С)
Температура хранения -20 °С ~ +60 °С (стандарт)
Влажность 0 ~ 90% (без конденсации)
Напряжение питания, потребляемая мощность 12 В (постоянное), 5 Вт макс
Сертификация и совместимость CE Marked, FCC
Габаритные размеры и вес
Камера НМХ315 (Д×Ш×В, мм), вес, кг 278×122×100, 2.3
АЧТ в комплекте (Д×Ш×В, мм), вес, кг 240×150×160, 1.5
Настраиваемые параметры
Параметры видео, пороговые значения допустимой температуры, режим отображения сигнала, зоны интереса в поле зрения, значение температуры калибровки АЧТ

 

Из особенностей тепловизионной системы ISMTB-ZS-315, выгодно отличающей её на фоне конкурентов,можно выделить:

 

  • Тепловизор 384х288/17мкм и Full-HD камера с разрешением 1920х1080 с одинаковыми полями зрения, что существенно улучшает качество изображения по сравнению с конкурентами с разрешением тепловизора 160x
  • Чувствительность тепловизора: менее 50 мК при 300 К с объективом с F#1.0.
  • Точность измерения температуры +0.3°С, достигаемая за счёт использования МАЧТ в поле зрения тепловизора.
  • Дистанция работы 3-6 м (со стандартным объективом), так же присутствует возможность выбора объектива тепловизора (6.6мм; 10мм; 19мм; 25мм), для достижения наилучших показателей точности измерения и поля зрения.
  • Измерение температуры до тридцати объектов в поле зрения одновременно.
  • Умное обнаружение и определение лиц, отслеживание объекта с повышенной температурой тела.
  • Интегрированный модуль оповещения о повышении температуры.
  • Три пороговых значения допустимой температуры одновременно.
  • Поддержка стандартных протоколов ONVIF.
  • Интерфейс видеовыхода и управления - самонастраивающийся порт Ethrnet (RJ45), для легкого подключения и администрирования.
  • Малые габаритные размеры.