科技助力抗疫红外测温技术抗疫中的一道“防火墙”

红外测温技术原理ST5安检之家
1800年，英国物理学家赫胥尔发现红外辐射现象：自然界中一切温度高于绝对零度（-273℃）的物体，每时每刻都会辐射出红外线。红外辐射的物理本质是热辐射，是一种由热运动产生、以电磁波形式传递的能量，辐射强度由物体的温度和表面的辐射率决定。根据这一原理，可以对物体辐射的红外能量进行采集、量化，然后根据量化结果计算出物体温度。ST5安检之家

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红外探测器是一种能对红外辐射信号进行量化的设备，是整个红外测温技术的核心，主要用于采集红外辐射信号并量化，其核心部件是红外焦平面阵列（FPA）。 FPA采集到强弱不等的红外辐射信号后，将其转换为电信号，再经过电压放大、A/D转换等处理，可将FPA 上每个像素点的能量信息，量化为一个14位的数字，称为AD值。 在不考虑非均匀性的前提下，由于 FPA 采集的红外信号强弱不等，最终量化出的 AD 值也不同。 因此，可将不同的 AD 值对应到不同的温度，得到一个 AD 值/温度映射表---温度曲线。 测温时，根据某点的 AD 值，在温度曲线上找到该 AD 值对应的温度，即为该点的实际温度，见图 1。ST5安检之家
假设测温对象的实际温度为T0，FPA采集、量化测温对象的红外辐射能量，得到AD值；通过在温度曲线，查找AD对应的温度T1，即为测温结果（图 2）。 理想情况下，T0=T1。 实际情况下，T0 与 T1 之间会存在偏差，通过改进模型、修正算法，可以使偏差接近于 0。在理想测温模型中， 被测对象 AD 值与温度直接映射，形成温度曲线。 在实际测温过程中，红外探测器开始工作后， 内部产生的热量会导致快门和镜筒温度逐渐升高。快门温度升高会造成补偿时本底温度增加，即 B 值增大；镜筒温度升高会增加对探测器的热辐射，即X值的增大（图 3）。这两个因素都会导致温度测量的不准确，为保证测温的准确性，需要进行温漂校正。ST5安检之家

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为保证测温准确性，引入一个参考对象——黑体，通常，黑体的温度是一个已知量。 另外，温度曲线不是被测对象 AD 值与温度直接的直接映射，而是由被测对象AD与红外探测器本底 AD 的差值，映射到温度。假设黑体 AD 与本底 AD 的差值为△AD1，被测对象AD与本底AD的差值为△AD2，已知黑体温度为定植 T2，则测温过程如图 4所示：ST5安检之家
第一步：探测器测出△AD1、△AD2；ST5安检之家
第二步：计算△AD = △AD2 - △AD1；ST5安检之家
第三步：根据 T0，确定 AD1 在温度曲线上的坐标点 P1；ST5安检之家
第四步：以 P1 为起始点，根据△AD 在温度曲线上移动，找到△AD2 对应坐标的温度 T2；ST5安检之家
第五步：T2 即为被测对象的温度。ST5安检之家

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红外测温技术在实际应用中， 有一些因素会影响测温精度，其中需要特别注意的是以下两点：ST5安检之家
（1）黑体温度波动。ST5安检之家
黑体作为测温的参考对象， 通常设定为一个定值。 在系统实际运行过程中，黑体受日照、风吹、空调制冷等外部因素，温度会上下波动；在设计测温系统时，需要将其成设计一个闭环系统：黑体实际温度通过温度传感器测量出来后，实时传递给工作主机。ST5安检之家
（2）红外热边缘效应。ST5安检之家
红外探测器在工作过程中，会出现 FPA 四角及周边温度高于中心温度的现象。 假设被测对象在边缘部分测出的温度为 T1，在中心部分测出的温度为T2，由于边缘热效应，T1 会比 T2 高。 实际使用过程中，最严重的情况下，T1 会比 T2 高 2℃左右，严重影响测温精度。 在实际使用过程中，曾出现以下现象：旅客在由远到近的过程中，被测出的体温逐渐升高。原因为：旅客在远距离位置时，额头出现在画面的中心部分；旅客在近距离位置时，额头出现在画面的上边缘，受边缘热效应影响，测出的温度比在远距离时要高，由此导致误报警。ST5安检之家
要想获取准确的测温结果， 必须消除红外热边缘效应。 研究表明：探测器正对均匀反射物体时，热边缘现象最明显。采集此时的热边缘数据作为模板，经去边缘热效应算法处理之后， 能够得到相对均匀的红外图像本底。 处理后的均匀红外图像本底，经分析温差低于 0.2℃，适用于人体测温，能有效消除误报。