Особенности применения тепловизора для измерения температуры тела человека

Тепловизионные системы начали применяться в шестидесятых годах двадцатого века. Это позволило углубить познания учёных о различных видах тепловых процессов. В частности, о процессах, возникающих в человеческом теле. Результаты исследований с использованием тепловизоров для замера температуры тела нашли широкое применение в медицине. На их основе был создан новый метод диагностики – инфракрасная термография (ИКТ).

В наше время с помощью этого метода диагностируют онкологические, сосудистые заболевания, диабет. Медицинские тепловизоры используют в травматологии и в целом ряде других направлений медицины.

Сегодня, когда проблема распространения вирусных заболеваний на планете стоит наиболее остро, возможность бесконтактного измерения температуры с помощью теплотелевизионных регистраторов становится очень востребованной.

Очевидно, что измерение температуры тела в местах с большой проходимостью обычными методами (термометры, ручные пирометры) не представляется возможным из-за большого потока людей и низкой скорости измерения.

С помощью эпидемиологических тепловизоров появляется возможность проводить мониторинг распространения вирусных инфекций в общественных местах, своевременно выявляя людей с повышенной температурой тела в торговых и бизнес центрах, на территории крупных учреждений и предприятий, в учебных заведениях, аэропортах, на вокзалах, стадионах, в метро и другом общественном транспорте.

Для успешного решения этих задач целесообразно использовать переносной или стационарный теплотелевизионный регистратор, представляющий собой специализированный комплекс, состоящий из нескольких элементов.

Для эффективного применения тепловизор для эпидемконтроля должен обладать определёнными характеристиками:

• Высокая точность измерения: до ±0.3 °С;
• Минимальная разрешающая способность: от 384х288 точек;
• Правильно подобранная оптическая система, обладающая широким углом обзора;
• Применение системы детектирования лиц;
• Простота использования ПО для оператора;
• Небольшие габариты прибора;

Эти характеристики обусловлены факторами, влияющими на практическое применение теплотелевизионного регистратора для замера температуры тела человека. Ниже мы расскажем о том, почему именно такие характеристики критически важны.

 

Точность измерения

 

Для обеспечения эффективного выявления потенциального носителя вирусной инфекции, у которого уже началось проявление симптоматики заболевания, выражающееся в повышении температуры, тепловизоры для замера температуры тела должны обладать точностью ±0.3 °С.

Такая точность необходима, так как разница между температурой 36.8 °С и температурой 37.2 °С - является критически важной при определении потенциально больного человека и основывается на общепринятых медицинских стандартах.

 

АЧТ

 

Практическое обеспечение таких высоких параметров точности измерений подразумевает применение устройства, генерирующего в инфракрасном спектре излучение, являющееся эквивалентом постоянной температуры.

Сверяясь с этим излучением, измерительный алгоритм эпидемиологического тепловизора сможет осуществлять самокалибровку в автоматическом режиме.

Это устройство называется модель абсолютно черного тела (АЧТ).

Оно также применяется для поверки и калибровки любых высокоточных средств дистанционного (бесконтактного) измерения температуры, в том числе тепловизионных и пирометрических.

Для достижения стабильной точности измерения температуры во времени необходимо помещать АЧТ в поле зрения медицинского тепловизора, соблюдая периодичность в 1-1.5 часа работы тепловизионного комплекса. Либо АЧТ должен находиться в поле зрения тепловизора постоянно.

Поскольку без своевременной калибровки точность измерения прибора для измерения температуры тела существенно снижается из-за высокой контрастности изображения (т. к. появление в поле зрения прибора объектов с температурой намного выше/ниже средне-измеряемой неизбежно), теплотелевизионные регистраторы, работающие без элемента АЧТ, не в состоянии поддерживать требуемую точность измерения температуры тела человека.

 

Поле зрения и разрешающая способность

 

Очень важно достижение баланса между приемлемым качеством изображения и оптимальным захватом области измерения.

Для этого необходимо осуществить тщательный подбор параметров оптической системы объектива прибора. Они должны соответствовать выбранному разрешению инфракрасного детектора.

Для большинства зон измерения (10 м² ­- 20 м²) рекомендуется выбирать разрешение не ниже 384х288 точек, поскольку при меньшем разрешении добиться качественного изображения эпидемиологического тепловизора будет невозможно даже при высоких характеристиках оптической части системы.

К тому же применение матриц с низкой разрешающей способностью негативно скажется и на точности измерений температуры.

 

Система распознавания лиц и программное обеспечение

 

Не менее важным фактором практического применения теплотелевизионного комплекса является точка измерения температуры.

 

Область лба - оптимальный выбор при бесконтактном измерении температуры тела человека, поскольку эта область чаще других доступна для измерения.

Для того, чтобы стационарный теплотелевизионный регистратор в автоматическом режиме выделял только людей и измерял тепловое излучение, исходящее от них именно в требуемой области, игнорируя другие излучающие объекты в поле зрения, необходимо использовать алгоритм поиска и детектирования лиц, имеющийся в функционале прилагаемого ПО.

Применение тепловизионного комплекса в автоматическом режиме существенно снижает трудозатраты оператора и облегчает его обучение.

В этом режиме можно активировать функцию тревожного сигнала, подаваемого оператору при получении замеров температуры, превышающей заданные параметры, это снимает необходимость постоянного контроля монитора.

Ещё двумя факторами практического применения такого прибора в условиях мест с большой проходимостью является возможность одновременного замера температуры у большого количества людей, а также эффективная работа прибора как на коротких (около 3 м), так и на больших (6 м и более) дистанциях.

 

Корпус

 

Небольшие размеры и вес прибора важны для удобства его практического применения.

Поскольку прибор сложный и дорогостоящий, для длительной и надежной работы его корпус должен быть защищён по стандарту IP65 для защиты от влаги и пыли.

Для использования тепловизионного комплекса в качестве переносного прибора должен быть предусмотрен штатив, а для стационарного размещения понадобятся кронштейны.

 

Вывод

 

Комплекс должен состоять из следующих компонентов: видеокамера Full HD, тепловизор для измерения температуры тела человека, блок питания (всё это в едином компактном защищённом корпусе), АЧТ, специальное ПО совместимое с Windows, штативы, кронштейны.

Для обеспечения достаточных показателей точности, разрешающей способности и поля зрения при применении промышленных систем тепловидения и тепловизоров для эпидемконтроля существует необходимость использования камеры с минимальной разрешающей способностью от 384х288 точек, чувствительной матрицы тепловизора (≤50 мК при 300 K с объективом c F#1.0) и устройства АЧТ.

 А для решения задачи эффективного дистанционного бесконтактного измерения температуры тела человека в условиях работы в местах с большой проходимостью необходимо использование специального программного обеспечения, включающего в себя систему детектирования лиц в автоматическом режиме и возможность подачи тревожного сигнала.

 

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315

 

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315, разработанная компанией «Лазерные компоненты», полностью соответствует характеристикам, требуемым для решения вышеназванных задач.

В состав системы входит:

• Тепловизор с чувствительной матрицей (384х288/17мкм чувствительность до 0.05 °С, точность до ±3 °С);
• Full-HD камера (частота кадров 50 Гц, с одинаковыми полями зрения, что существенно улучшает качество изображения по сравнению с конкурентами);
• Блок питания 12 В, 5 Вт (в едином компактном корпусе с камерой и тепловизором);
• Степень защиты корпуса IP65 (оборудование защищено от пыли, а вода, текущая потоком с любой стороны, не причинит вреда прибору);
• АЧТ (благодаря чему достигается стабильная точность измерений);
• Штатив и кронштейны для стационарного крепления прибора на конструкции круглого и квадратного сечения.

Эта тепловизионная система была специально спроектирована для осуществления мониторинга распространения вирусных инфекций путем выявления людей с повышенной температурой тела в общественных местах.

Система ISMTB-ZS-315 комплектуется специализированным ПО, обеспечивающим поддержку стандартных протоколов ONVIF, что позволяет подключать прибор непосредственно к любому ПК или ноутбуку.

При этом подключение к управляющей программе и настройка камеры происходит автоматически.

Подключение осуществляется через интерфейс самонастраивающегося порта Ethrnet RJ45 (обычный сетевой штекер витой пары локальной сети) и может быть выполнено любым неквалифицированным техником после простого инструктажа.

В функционале ПО заложена возможность умного обнаружения и определения лиц (для корректного замера температуры строго в определённой области), отслеживание объекта с повышенной температурой тела.

Также имеется возможность контролировать три пороговых значения допустимой температуры одновременно (например: нормальная температура, повышенная и промежуточная – выше нормы, но ещё не достигает значений высокой).

 

 

Можно проводить мониторинг в режиме реального времени самостоятельно или задействовать функцию тревожного сигнала, подаваемого оператору при получении замеров температуры, превышающей заданные допустимые параметры.

Такая функция уменьшает трудозатраты оператора, облегчает настройку и мониторинг, даёт возможность контролировать большее количество работающих комплексов одновременно.

 

Есть опция сопряжения тревожного сигнала с блокировкой турникета и/или подачей сигнала на внешнюю сигнализацию.

 

Прибор способен проводить бесконтактное измерение температуры тела больших потоков людей, отслеживая в режиме 24/7 одновременно до 30 объектов (без перекрытия) и на расстоянии от 3 м до 6 м со стандартным объективом либо на большей дистанции (опционально).

Если функция тепловизора временно не нужна, прибор может использоваться как обычная камера наблюдения в стандартном и ночном режимах.

Предусмотрена возможность автоматической записи (фото/видео) и обработки журнала событий.

Компактные размеры и небольшой вес теплотелевизионного комплекса позволяют использовать его как в стационарном режиме, так и в качестве переносного прибора.

Основные характеристики для наглядности приведены в таблице ниже:

 

Параметры	Значения
Режим работы	24/7
Количество одновременно определяемых объектов в ПЗ	до 30 (без перекрытия)
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

 

Наиболее важные конкурентные преимущества Тепловизионной системы ISMTB-ZS-315:

• 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 ±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 Ethernet (RJ45), для легкого подключения и администрирования.
• Малые габаритные размеры.