СИСТЕМА И СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2025 года по МПК A61B5/00 G01J5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в целом относится к измерению температуры тела человека, в частности на входе в зону ограниченного доступа, например, в общественное или частное здание.

Уровень техники

Текущая ситуация в области здравоохранения наглядно продемонстрировала необходимость обеспечения возможности быстрой проверки температуры тела людей, желающих получить доступ в определенную зону, например, войти в общественное или частное здание. В частности, существует потребность в обеспечении возможности выявления людей, чья температура тела превышает 37.5°С, чтобы ограничить риск распространения вирусов (например, коронавируса COVID-19).

В области медицины известны переносные термометры для измерения температуры контактным способом, преимущества которых состоят в экономичности и точности. Однако эти термометры предусматривают необходимость физического контакта с кожей проверяемого человека, следствием чего является относительно продолжительный период измерения и необходимость замены изоляционной капсулы термометра после каждого замера для соблюдения гигиены при проведении теста.

Также известны переносные инфракрасные системы контроля пистолетного типа. Эти системы позволяют оператору измерять температуру человека бесконтактным способом путем размещения их вблизи проверяемого человека. Температуру обычно измеряют очень быстро у лба или запястий человека. Однако, поскольку система выполнена в форме пистолета, операции с ней должен выполнять назначенный оператор. Более того, со временем происходит изменение точности инфракрасного датчика из-за изменений температуры окружающей среды и смещения характеристик инфракрасных датчиков. Для повышения точности системы ее необходимо периодически калибровать, что затруднительно для переносной системы указанного типа. Более того, значения температуры на разных частях лица могут быть разными в зависимости от воздействия на них внешней среды (например, ветра или солнца) и индивидуальных особенностей человека. При этом оператор не может заранее определить область лица с максимальной температурой, в связи с чем измеренная температура не обязательно соответствует фактической температуре тела человека.

Также известны стационарно установленные контрольно-пропускные инфракрасные системы, содержащие установленную на опоре инфракрасную камеру, оптическая ось которой параллельна земле и находится на высоте, в среднем соответствующей высоте расположения лица. Однако данным системам присущи те же недостатки, что и переносным системам, при этом, поскольку они являются стационарными, управление ими для повышения точности измерения может быть более сложным. В частности, поведение инфракрасных датчиков указанных стационарных систем стабилизируют путем теплового контроля измеренной инфракрасным датчиком температуры и периодического, а в некоторых случаях - постоянного, применения в качестве эталона внешнего абсолютно черного тела, чья излучательная способность принята за единицу, а температура известна. Однако применение внешнего абсолютно черного тела во многих случаях создает проблемы, усложняющие установку контрольно-пропускной системы. Более того, на абсолютно черное тело могут воздействовать помехи (от проходящих мимо людей, например). Более того, оператор должен вручную осуществлять управление, чтобы уловить момент, когда человек, чью температуру тела нужно определить, окажется на расстоянии, подходящем для выполнения измерения, и синхронизировать снятие показания температуры с моментом прохождения этого человека. И наконец, если измерения проводят у входа в зону ограниченного доступа, трудно выделить человека, чью температуру измеряют, и игнорировать проходящих рядом людей, так как они тоже образуют источник тепла и, как следствие, могут помешать выполнению измерений.

Раскрытие изобретения

Одна из целей изобретения состоит в преодолении вышеуказанных недостатков.

В частности, одна из целей изобретения состоит в создании системы бесконтактного измерения температуры тела человека, являющейся надежной, сохраняющей стабильность с течением времени и выдающей точное значение температуры тела человека независимо от окружающей среды, в которой происходит измерение.

Другая цель изобретения состоит в создании системы измерения температуры тела человека, выполненной с возможностью легкого перемещения оператором и быстрого монтажа в определенном месте доступа и не требующей выполнения оператором каких-либо манипуляций в ходе измерения температуры.

Другая цель изобретения состоит в создании системы измерения, позволяющей ограничить помехи от окружающей среды, несмотря на присутствие других людей помимо человека, чью температуру тела нужно определить.

Для этого, согласно первому аспекту изобретения, предложена система измерения температуры тела человека, содержащая:

- арку, содержащую две боковые панели, соединенные поперечиной и совместно ограничивающие проход для человека;

- камеру видимого спектра, содержащую микросхему детектирования в видимом спектре, содержащую матрицу видимых пикселей и выполненную с возможностью генерирования видимого изображения, содержащего множество пикселей видимого изображения, при этом камера видимого спектра закреплена на арке так, чтобы поле обзора камеры видимого спектра перекрывало по меньшей мере часть прохода;

- инфракрасную камеру, содержащую микросхему инфракрасного детектирования, содержащую матрицу инфракрасных пикселей и выполненную с возможностью преобразования инфракрасного излучения, принятого каждым инфракрасным пикселем, в соответствующее значение температуры и генерирования электронного изображения, содержащего множество пикселей инфракрасного изображения, при этом каждый пиксель инфракрасного изображения отражает значение температуры, воспринятой соответствующим инфракрасным пикселем, при этом инфракрасная камера закреплена на арке так, чтобы поле обзора инфракрасной камеры полностью или частично перекрывало проход; и

- обрабатывающий блок, выполненный с возможностью выявления пикселей видимого изображения, соответствующих по меньшей мере части лица человека, совмещения видимого изображения с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих выявленным пикселям видимого изображения, определения максимального значения температуры, относящегося к выявленным инфракрасным пикселям, и определения на его основе температуры тела человека.

Некоторые предпочтительные, но не ограничивающие, признаки системы измерения по первому аспекту, применяемые по отдельности или в комбинации, раскрыты ниже:

- система измерения также содержит калибровочный модуль, содержащий:

первый эталонный объект и второй эталонный объект, расположенные в поле обзора инфракрасной камеры так, чтобы электронное изображение содержало пиксели инфракрасного изображения, отражающие значения температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта, и

первый тепловой датчик, выполненный с возможностью измерения текущей температуры первого эталонного объекта, и второй тепловой датчик, выполненный с возможностью измерения текущей температуры второго эталонного объекта,

при этом обрабатывающий блок также выполнен с возможностью нахождения коэффициента усиления и коэффициента смещения по соответствующим текущим температурам первого эталонного объекта и второго эталонного объекта и значениям температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта в электронном изображении и применения найденных коэффициента усиления и коэффициента смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю инфракрасного изображения, для получения скорректированного электронного изображения, при этом обрабатывающий блок выполнен с возможностью определения максимального значения температуры по скорректированному электронному изображению;

- обрабатывающий блок также выполнен с возможностью применения заранее определенного поправочного коэффициента к значению температуры каждого пикселя инфракрасного изображения;

- система измерения также содержит датчик присутствия, выполненный с возможностью определения присутствия человека в проходе;

- первый эталонный объект и второй эталонный объект прикреплены к одной из двух боковых панелей и к поперечине;

- первый эталонный объект имеет первую эталонную температуру, а второй эталонный объект имеет вторую эталонную температуру, отличную от первой эталонной температуры;

- первая эталонная температура и вторая эталонная температура лежат в диапазоне от 35°С до 40°С;

- система измерения также содержит первый нагревательный элемент и второй нагревательный элемент, выполненные с возможностью поддержания первого эталонного объекта и второго эталонного объекта при первой эталонной температуре и при второй эталонной температуре соответственно;

- система измерения также содержит сигнальный блок, выполненный с возможностью генерирования оповещения, когда максимальное значение температуры выше заранее определенного порога;

- инфракрасная камера и камера видимого спектра установлены на штанге, закрепленной на поперечине и проходящей от выхода из арки;

- обрабатывающий блок выполнен с возможностью выявления пикселей видимого изображения, соответствующих глазам человека, предпочтительно - внутреннему углу по меньшей мере одного глаза человека; и/или

- система измерения также содержит лампу, предпочтительно - мигающую, прикрепленную вблизи инфракрасной камеры для привлечения взгляда человека, проходящего через проход.

Согласно второму аспекту изобретения, предложен способ измерения температуры тела человека посредством системы измерения по первому аспекту, включающий в себя этапы, на которых:

S1: создают электронное изображение части прохода, в котором находится человек, при этом электронное изображение содержит множество пикселей инфракрасного изображения, отражающих значение температуры, воспринятой соответствующим инфракрасным пикселем матрицы инфракрасных пикселей инфракрасной камеры;

S2: создают видимое изображение всего прохода или его части, при этом видимое изображение содержит множество пикселей видимого изображения;

S3: выявляют пиксели видимого изображения, соответствующие по меньшей мере части лица человека, предпочтительно - по меньшей мере одного внутреннего угла глаз;

S4: совмещают видимое изображение с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, выявленным на этапе S3;

S9: определяют максимальное значение температуры, относящееся к выявленным пикселям инфракрасного изображения, и определяют на его основе температуру тела человека.

Некоторые предпочтительные, но не ограничивающие, признаки способа измерения по второму аспекту, применяемые по отдельности или в комбинации, раскрыты ниже:

- этапы S1 и S2 выполняют одновременно;

- способ также содержит следующие этапы, предшествующие этапу S9, на которых:

S5: определяют текущую температуру первого эталонного объекта и текущую температуру второго эталонного объекта;

S6: определяют в электронном изображении значения температуры пикселей изображения, соответствующих первому эталонному объекту и второму эталонному объекту;

S7: находят по ним коэффициент усиления и коэффициент смещения для инфракрасной камеры; и

S8: применяют коэффициент усиления и коэффициент смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю изображения, для получения скорректированного электронного изображения;

- способ также содержит этап, на котором применяют заранее определенный поправочный коэффициент к значению температуры каждого пикселя изображения или к максимальному значению температуры, определенному на этапе S9;

- способ также содержит предшествующий этапу S1 этап S0, на котором определяют присутствие человека в арке, при этом этапы S1 - S9 выполняют только тогда, когда человек присутствует в проходе;

- способ также содержит этап, на котором генерируют оповещение, когда максимальное значение температуры выше заранее определенного порога; и/или

- на этапе S3 выявляют пиксели видимого изображения, соответствующие глазам человека, предпочтительно - пиксели видимого изображения, соответствующие по меньшей мере одному внутреннему углу глаза человека.

Согласно третьему аспекту изобретения, предложена система измерения температуры тела человека, содержащая:

- арку, содержащую две боковые панели, соединенные поперечиной и совместно ограничивающие проход для человека;

- инфракрасную камеру, содержащую микросхему инфракрасного детектирования, содержащую матрицу инфракрасных пикселей и выполненную с возможностью преобразования энергии инфракрасного излучения, полученной каждым пикселем матрицы, в соответствующее значение температуры и генерирования электронного изображения, содержащего множество пикселей инфракрасного изображения, при этом каждый инфракрасный пиксель отражает значение температуры, воспринятой соответствующим пикселем матрицы, при этом инфракрасная камера прикреплена к арке так, чтобы поле обзора инфракрасной камеры перекрывало по меньшей мере часть прохода;

- первый эталонный объект, расположенный в поле обзора инфракрасной камеры так, чтобы электронное изображение содержало пиксели, отражающие значения температуры первого эталонного объекта;

- второй эталонный объект, расположенный в поле обзора инфракрасной камеры так, чтобы электронное изображение содержало пиксели, отражающие значение температуры второго эталонного объекта;

- первый тепловой датчик, выполненный с возможностью измерения текущей температуры первого эталонного объекта;

- второй тепловой датчик, выполненный с возможностью измерения текущей температуры второго эталонного объекта; и

- обрабатывающий блок, выполненный с возможностью нахождения коэффициента усиления и коэффициента смещения по соответствующим текущим температурам первого эталонного объекта и второго эталонного объекта и значениям температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта в электронном изображении и применения найденных таким образом коэффициента усиления и коэффициента смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю инфракрасного изображения, для получения скорректированного электронного изображения, определения максимального значения температуры по скорректированному электронному изображению и определения на его основе температуры тела человека;

Некоторые предпочтительные, но не ограничивающие, признаки системы измерения по третьему аспекту, применяемые по отдельности или в комбинации, раскрыты ниже:

- первый эталонный объект, второй эталонный объект, первый тепловой датчик и второй тепловой датчик установлены на арке;

- обрабатывающий блок также выполнен с возможностью применения заранее определенного поправочного коэффициента к значению температуры каждого пикселя инфракрасного изображения;

- система измерения также содержит камеру видимого спектра, содержащую микросхему детектирования в видимом спектре, содержащую матрицу видимых пикселей и выполненную с возможностью генерирования видимого изображения, содержащего множество пикселей видимого изображения, при этом камера видимого спектра закреплена на арке так, чтобы поле обзора камеры видимого спектра перекрывало по меньшей мере часть прохода, при этом обрабатывающий блок также выполнен с возможностью выявления пикселей видимого изображения, соответствующих по меньшей мере части лица человека, совмещения видимого изображения с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, для определения максимального значения температуры, относящегося к выявленным пикселям инфракрасного изображения;

- инфракрасная камера и камера видимого спектра установлены на штанге, закрепленной на поперечине и проходящей от выхода из арки;

- система измерения также содержит датчик присутствия, выполненный с возможностью определения присутствия человека в проходе;

- первый эталонный объект и второй эталонный объект прикреплены к одной из двух боковых панелей и к поперечине;

- первый эталонный объект имеет первую эталонную температуру, а второй эталонный объект имеет вторую эталонную температуру, отличную от первой эталонной температуры;

- первая эталонная температура и вторая эталонная температура лежат в диапазоне от 35°С до 40°С;

- система измерения также содержит первый нагревательный элемент и второй нагревательный элемент, выполненные с возможностью поддержания первого эталонного объекта и второго эталонного объекта при первой эталонной температуре и при второй эталонной температуре соответственно;

- система измерения также содержит сигнальный блок, выполненный с возможностью генерирования оповещения, когда максимальное значение температуры выше заранее определенного порога;

- обрабатывающий блок выполнен с возможностью выявления пикселей видимого изображения, соответствующих глазам человека, предпочтительно - внутреннему углу по меньшей мере одного глаза человека; и/или

- система измерения также содержит лампу, предпочтительно - мигающую, прикрепленную вблизи инфракрасной камеры для привлечения взгляда человека, проходящего через проход.

Согласно четвертому аспекту изобретения, предложен способ измерения температуры тела человека посредством системы измерения по третьему аспекту, содержащий этапы, на которых:

S1: создают электронное изображение части прохода, в котором находится человек, при этом электронное изображение содержит множество пикселей инфракрасного изображения, отражающих значение температуры, воспринятой соответствующим инфракрасным пикселем матрицы инфракрасных пикселей инфракрасной камеры;

S5: определяют текущую температуру первого эталонного объекта и текущую температуру второго эталонного объекта;

S6: определяют в электронном изображении значения температуры пикселей изображения, соответствующих первому эталонному объекту и второго эталонного объекта;

S7: находят по ним коэффициент усиления и коэффициент смещения для инфракрасной камеры;

S8: применяют коэффициент усиления и коэффициент смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю изображения для получения скорректированного электронного изображения; и

S9: определяют максимальное значение температуры, относящееся к выявленным пикселям инфракрасного изображения, и определяют на его основе температуру тела человека.

Некоторые предпочтительные, но не ограничивающие, признаки способа измерения по четвертому аспекту, применяемые по отдельности или в комбинации, раскрыты ниже:

- способ также содержит этапы, на которых:

S2: создают видимое изображение всего прохода или его части, при этом видимое изображение содержит множество пикселей видимого изображения;

S3: выявляют пиксели видимого изображения, соответствующие по меньшей мере части лица человека, предпочтительно - по меньшей мере одного внутреннего угла глаза;

S4: совмещают видимое изображение с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, выявленным на этапе S3; при этом этап S9 выполняют с применением пикселей инфракрасного изображения, выявленных на этапе S3;

- этапы S1 и S2 выполняют одновременно;

- способ также содержит этап, на котором применяют заранее определенный поправочный коэффициент к значению температуры каждого пикселя изображения или к максимальному значению температуры, определенному на этапе S9;

- способ также содержит предшествующий этапу S1 этап S0, на котором определяют присутствие человека в арке, при этом этапы S1 - S9 выполняют только тогда, когда человек присутствует в проходе;

- способ также содержит этап, на котором генерируют оповещение, когда максимальное значение температуры выше заранее определенного порога; и/или

- на этапе S3 выявляют пиксели видимого изображения, соответствующие глазам человека, предпочтительно - пиксели видимого изображения, соответствующие по меньшей мере одному внутреннему углу глаза человека.

Краткое описание чертежей

Прочие признаки, цели и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания, носящего исключительно иллюстративный и неограничивающий характер, которое следует рассматривать совместно прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 схематически иллюстрирует пример осуществления системы измерения по одному из вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 2 - частичный вид спереди системы измерения на Фиг. 1;

Фиг. 3 - частичный вид сзади системы измерения на Фиг. 1;

Фиг. 4 - вид сверху системы измерения на Фиг. 1, в которой световые пучки четырех фотоэлектрических барьеров обозначены штриховой линией;

Фиг. 5 - вид сбоку системы измерения на Фиг. 1, изображающий примеры полей обзора инфракрасной камеры и камера видимого спектра;

Фиг. 6 - вид с пространственным разделением деталей примера осуществления калибровочного модуля;

Фиг. 7 - вид с пространственным разделением деталей примера осуществления кожуха, содержащего инфракрасную камеру и камеру видимого спектра системы измерения по настоящему изобретению;

Фиг. 8 иллюстрирует пример электронного изображения, которое может быть получено посредством инфракрасной камеры измерительного устройства на Фиг. 1, где схематически детально проиллюстрирован пример калибровочного модуля;

Фиг. 9 и 10 - схемы последовательности этапов способа измерения по одному из вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 11 - обзорная схема одного примера осуществления системы измерения по настоящему изобретению.

На всех фигурах аналогичные элементы обозначены идентичными номерами позиций.

Осуществление изобретения

Для надежных, стабильных и бесконтактных измерений температуры тела человека, в настоящем изобретении предложена система 10 измерения температуры тела человека, содержащая:

- арку 11;

- инфракрасную камеру 12;

- камеру 6 видимого спектра;

- необязательно - датчик 13 присутствия и/или лампу 30, предпочтительно - мигающую; и

- обрабатывающий блок 15, выполненный с возможностью определения температуры тела человека.

Арка 11

Арка 11 содержит две боковые панели 1, соединенные поперечиной 2 и совместно ограничивающие проход 9 для человека. Боковая панель 1 и поперечина 2 соединены механически с образованием единого целого.

Арка 11 необязательно может содержать дополнительную поперечину 2, по существу параллельную поперечине 2 и также соединяющую две боковые панели 1.

Каждая боковая панель 1 имеет внутреннюю грань, ориентированную в сторону прохода 9. А именно, внутренняя грань первой панели обращена к внутренней грани второй панели так, что они ограничивают проход по бокам. Каждая из боковых панелей 1 также содержит первый конец или входной конец, совместно ограничивающие вход 9а в проходе для человека, и второй конец или выходной конец, противоположный входному концу и образующий выход 9b из прохода 9. Таким образом, проход 9 ограничен входом 9а и выходом 9b арки 11, при этом вход 9а и выход 9b являются таковыми по направлению перемещения человека в арке 11.

Арка 11 также содержит опору, прикрепленную к одной из боковых панелей 1 и к поперечине 2 и выполненную с возможностью размещения инфракрасной камеры 12 и камеры 6 видимого спектра. В одном варианте осуществления опора включает в себя штангу 7, содержащую первый конец, прикрепленный к арке 11, предпочтительно - у выхода 9b арки 11, и второй, свободный, конец, противоположный первому концу и проходящий в пространстве, являющемся продолжением арки 11. Инфракрасная камера 12 и камера 6 видимого спектра могут быть установлены, например, на втором конце штанги 7 таким образом, чтобы они был ориентированы в сторону внутреннего пространства прохода 9.

Таким образом, наличие штанги 7 обеспечивает возможность установки камер 6, 12 и их ориентирования в сторону внутреннего пространства прохода. Более того, данная конфигурация обеспечивает возможность перемещения инфракрасной камеры 12 и камеры 6 видимого спектра за арку 11 по направлению движения и, тем самым, гарантирует, что созданные изображения будут включать в себя изображения человека, когда он находится внутри прохода. В этом случае поля 31, 32 обзора камер 6, 12 могут перекрывать проход 9 лучше, чем если бы камеры были установлены непосредственно на поперечине 2 или боковых панелях 1.

Предпочтительно, штанга 7 прикреплена к поперечине 2 у выхода 9b арки 11 и проходит перпендикулярно поперечине 2 за проходом 9 по направлению движения.

Указанная реализация арки 11, образующей проход 9 для человека, обеспечивает преимущество, состоящее в возможности гарантировать то, что только один человек будет единовременно находиться в поле 31, 32 обзора инфракрасной камеры 12 и камера 6 видимого спектра, и, тем самым, повысить точность выполняемых измерений.

Инфракрасная камера 12

Инфракрасная камера 12 выполнена с возможностью создания электронного изображения человека. Для этого она содержит микросхему 25 инфракрасного детектирования, содержащую процессор (или микропроцессор) и матрицу пикселей (далее - «инфракрасных» пикселей), и оптическую систему 26, 27, выполненную с возможностью фокусирования энергии инфракрасного излучения на матрицу инфракрасных пикселей. Каждый инфракрасный пиксель матрицы выполнен с возможностью генерирования электронного сигнала в зависимости от энергии инфракрасного излучения, поступающей через оптическую систему в ходе создания электронного изображения. Далее происходит передача указанного электрического сигнала процессору микросхемы 25 инфракрасного детектирования, которая преобразует его в соответствующее значение температуры. Процессор генерирует электронное изображение, содержащее множество пикселей инфракрасного изображения, при этом каждый пиксель инфракрасного изображения отражает значение температуры, воспринятой соответствующим инфракрасным пикселем матрицы. Данное электронное изображение может быть соответствующим образом передано и отображено на экране в виде цветовой карты, отражающей кажущуюся температуру человека.

Инфракрасные пиксели микросхемы 25 инфракрасного детектирования выполнены с возможностью детектирования энергии инфракрасного излучения с длиной волны не менее восьми микрометров и не более четырнадцати микрометров. Максимальная ширина каждого инфракрасного пикселя может составлять не менее пяти микрометров и не более ста микрометров в зависимости от желаемого общего разрешения инфракрасной камеры 12. Указанный диапазон разрешающей способности позволяет точно измерять температуру зон тела человека малой площади, например, внутреннего угла глаза.

Микросхема 25 инфракрасного детектирования может представлять собой микроэлектронную механическую систему (МЭМС).

Микросхема 25 инфракрасного детектирования смонтирована на печатной плате 24. В одном варианте осуществления печатная плата 24 содержит прилив, в котором сформирована сквозная полость. Микросхема 25 инфракрасного детектирования сформирована в указанной полости.

Оптическая система содержит одну или несколько линз 26, расположенных на оптической оси инфракрасной камеры 12 и выполненных с возможностью фокусирования энергии инфракрасного излучения на микросхему 25 инфракрасного детектирования. Например, оптическая система может содержать линзу 26, установленную в полости перед микросхемой 25 инфракрасного детектирования. Оптическая система также содержит диафрагму 27, расположенную на оптической оси линзы 26 и выполненную с возможностью ограничения зоны для прохождения инфракрасного луча. При необходимости, диафрагма 27 может быть установлена на приливе или перед ним для закрытия полости, вмещающей микросхему 25 инфракрасного детектирования, и изоляции ее от внешней среды.

Линза 26 и диафрагма 27 могут быть выполнены, например, из германия для обеспечения возможности пропускания инфракрасного излучения.

Инфракрасная камера 12 закреплена на арке 11 так, чтобы ее поле 32 обзора перекрывало по меньшей мере часть прохода 9, предпочтительно - по меньшей мере, верхнюю часть прохода 9, в которой, как предполагается, будет находиться лицо и, возможно, туловище человека (см. Фиг. 5, например). «Верхняя часть» в данном случае означает часть прохода 9, расположенную вблизи поперечины 2 арки 11. Поле 32 обзора инфракрасной камеры 12 определяют вертикальный угол (ϕ) и горизонтальный угол (θ) (являющиеся вертикальным и горизонтальным относительно ориентации арки 11, когда она находится в эксплуатации, т.е. когда арка 11 установлена на земле или на опоре и выполняет измерения температуры). Для оптимизации измерения температуры, вертикальный угол (ϕ) и горизонтальный угол (θ) составляют не менее 30° и не более 120°, чтобы снизить риск перекрытия полем 32 обзора инфракрасной камеры 12 окружающего пространства и гарантировать попадание лица человека в поле 32 обзора инфракрасной камеры 12, когда он проходит через проход 9, независимо от его роста.

Камера 6 видимого спектра

Камера 6 видимого спектра выполнена с возможностью создания видимого изображения человека. Для этого она содержит микросхему 29 детектирования в видимом спектре, содержащую матрицу пикселей (далее - «видимых пикселей») и оптическую систему, выполненную с возможностью фокусирования видимого электромагнитного излучения на матрицу видимых пикселей. Каждый видимый пиксель матрицы выполнен с возможностью генерирования электронного сигнала в зависимости от видимого излучения, поступающего через оптическую систему в ходе создания видимого изображения. Данный электронный сигнал передается процессору (или микропроцессору) микросхемы 29 детектирования в видимом спектре, который преобразует его в соответствующий цвет. Процессор генерирует видимое изображение, содержащее множество пикселей видимого изображения, при этом каждый пиксель видимого изображения представляет видимое излучение, принятое соответствующим видимым пикселем матрицы.

Видимые пиксели микросхемы 29 детектирования в видимом спектре выполнены с возможностью детектирования видимого излучения с длиной волны не менее 0.4 микрометров и не более 0.7 микрометров. Максимальная ширина каждого видимого пикселя может составлять не менее одного микрометра и не более тридцати микрометров в зависимости от желаемого общего разрешения камеры 6 видимого спектра. Указанный диапазон разрешающей способности позволяет получить изображение, в котором можно точно выявить зоны тела человека малой площади, например, внутренний угол глаза.

Микросхема 29 детектирования в видимом спектре может представлять собой микроэлектронную механическую систему (МЭМС).

Микросхема 29 детектирования в видимом спектре смонтирована на печатной плате 28, как проиллюстрировано на Фиг. 7. В соответствующих случаях, микросхема 29 детектирования в видимом спектре может быть смонтирована на той же печатной плате 24, что и микросхема 25 инфракрасного детектирования.

Оптическая система камеры 6 видимого спектра представляет собой известную систему и как таковая содержит одну или несколько линз, расположенных на оптической оси камеры 6 видимого спектра и выполненных с возможностью фокусирования видимого излучения на микросхему 29 детектирования в видимом спектре.

Камера 6 видимого спектра закреплена на арке 11 так, чтобы ее поле 31 обзора перекрывало по меньшей мере ту часть прохода 9, которую перекрывает поле 32 обзора инфракрасной камеры 12. При ее наличии, поле 31 обзора камеры 6 видимого спектра может быть больше поля 32 обзора инфракрасной камеры 12.

Печатные платы, к которым прикреплены инфракрасная камера 12 и камера 6 видимого спектра, размещены в кожухе 8, содержащем основание, к которому прикреплены печатные платы 28, 24, и крышку 23, соединенную с основанием и прикрепленную к нему. Крышка 23 содержит первое отверстие, расположенное напротив инфракрасной камеры 12, и второе отверстие, расположенное напротив камеры 6 видимого спектра. В качестве альтернативы, в крышке 23 может быть выполнено одно отверстие, расположенное напротив обеих камер 6, 12.

Диафрагма 27 может, в частности, быть установлена между инфракрасной камерой 12 и крышкой 23.

В одном из вариантов осуществления система 10 измерения содержит только одну инфракрасную камеру 12, 6 (или две инфракрасные камеры 12, 6), при этом инфракрасная камера 6 также выполняет функции камеры 6 видимого спектра.

Обрабатывающий блок 15

Обрабатывающий блок 15 может включать в себя вычислительное устройство типа процессора, микропроцессора, микроконтроллера и т.п., выполненное с возможностью исполнения инструкций и управления процессором микросхемы 25 инфракрасного детектирования, камерой 6 видимого спектра и, необязательно, датчиком 13 присутствия и/или по меньшей мере одним сигнальным блоком 33 (раскрытыми ниже).

В одном из вариантов осуществления обрабатывающий блок 15 смонтирован на той же печатной плате, что и микросхема 25 инфракрасного детектирования. Обрабатывающий блок 15 может быть выполнен за одно целое с процессором микросхемы 25 инфракрасного детектирования. В качестве альтернативы, обрабатывающий блок 15 и процессор инфракрасной камеры 12 могут быть обособлены друг от друга, и в этом случае обрабатывающий блок 15 может быть размещен в арке 11 на некотором расстоянии в отдельной консоли арки 11 (см. Фиг. 1, например) или в составе сети.

Обрабатывающий блок 15 выполнен с возможностью определения температуры тела человека, проходящего через проход 9, на основе электронного изображения, полученного посредством инфракрасной камеры 12 и, при ее наличии, на основе видимого изображения, полученного посредством камеры 6 видимого спектра.

Если система 10 содержит камеру 6 видимого спектра, обрабатывающий блок 15 соединен с камерой 6 видимого спектра и выполнен с возможностью приема видимого изображения и выявления в этом видимом изображении пикселей видимого изображения, соответствующих по меньшей мере части лица человека. В одном варианте осуществления обрабатывающий блок 15 предпочтительно выявляет только часть лица, обычно глаза или даже внутренний угол глаза. Следует отметить, что зона с самой высокой температурой на лице обычно относится к внутреннему углу глаза.

Обрабатывающий блок 15 также соединен с инфракрасной камерой 12 и выполнен с возможностью приема электронного изображения и совмещения его с электронным изображением для выявления в электронном изображении пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, соответствующих лицу, или, в соответствующих случаях, глазам и/или внутреннему углу одного или обоих глаз. В частности, данное соответствие позволяет гарантировать то, что значения температуры, вычисленные на основе электронного изображения, действительно соответствуют значениям температуры человека, а не окружающей его среды. Выбор именно глаз, в частности - внутреннего угла глаза, также позволяет ограничить помехи от окружающей среды, гарантировав, что измеренное значение температуры близко к температуре тела человека.

И наконец, независимо от конфигурации (с камерой 6 видимого спектра или без нее), обрабатывающий блок 15 выполнен с возможностью определения максимального значения Tmax температуры, относящегося к пикселям инфракрасного изображения, соответствующим лицу, глазам и/или внутреннему углу глаза, и определения на его основе температуры тела человека.

Для сравнения, известные системы измерения, в частности - переносные системы (контактные или бесконтактные), не позволяют выполнять измерение в углу глаза либо потому, что они предназначены для приведения в контакт со лбом или с областью внутри уха человека, либо потому, что оператор не смог бы проверить температуру тела человека на входе в зону ограниченного доступа путем снятия показания температуры у глаза. В отличие от указанных систем, изобретение предусматривает создание электронного изображения человека, что позволяет определить в изображении точку с наиболее высокой температурой, которая обычно относится к внутреннему углу глаза, бесконтактным способом и без необходимости вмешательства оператора.

Если система 10 содержит только инфракрасную камеру 12, 6, обрабатывающий блок выполнен с возможностью непосредственного определения в электронном изображении электронных пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, соответствующим лицу, или, в соответствующих случаях, глазам и/или внутреннему углу одного или обоих глаз.

Таким образом, измерение выполняют фактически только в зоне лица, предпочтительно - только в зоне лица, где находятся глаза и/или внутренний угол глаза человека, и сравнивают максимальную температуру Tmax в данной ограниченной зоне с заранее определенным порогом Tthreshold. Так применение системы 10 измерения позволяет гарантировать то, что будет получено значение температуры, очень близкое к температуре тела человека или равное ей.

Датчик 13 присутствия

Для ограничения внешних помех в ходе измерения температуры тела человека, система 10 измерения может также содержать датчик 13 присутствия, выполненный с возможностью определения присутствия человека внутри прохода 9 арки 11. При этом обрабатывающий блок 15 выполнен с возможностью генерирования электронного изображения и видимого изображения только в случае обнаружения датчиком 13 присутствия объекта (предположительно - человека) внутри прохода 9.

Заявитель понимает, что окружающая среда, в которой расположена система, генерирует энергию инфракрасного излучения, могущую создавать помехи для измерений температуры. Например, следует отметить, что свет от светоизлучающего диода (СИД) или люминесцентной лампы имеет температуру около 40°С, то есть температуру, которая может быть симптомом лихорадочного состояния, и может, в связи с этим, создавать помехи для измерения температуры системой. Генерирование электронного изображения только тогда, когда внутри прохода 9 находится человек, позволяет гарантировать то, что человек занимает поле 31 обзора, 32 инфракрасной камеры 12 и камеры 6 видимого спектра в ходе создания электронного и видимого изображений, и то, что внешние факторы не создают помех для измерения температуры.

Датчик 13 присутствия может быть закреплен на арке 11, например, на одной из панелей или на поперечине 2. Например, датчик 13 присутствия может включать в себя один или несколько фотоэлектрических барьеров, прикрепленных к внутренним граням противоположных панелей. Предпочтительно, система содержит по меньшей мере один фотоэлектрический барьер, расположенный у входа 9а арки 11, и один фотоэлектрический барьер, расположенный у выхода 9b арки 11 (и необязательно один или несколько фотоэлектрических барьеров, распределенных между указанными двумя), при этом обрабатывающий блок 15 выполнен с возможностью генерирования электронного изображения и видимого изображения в период с момента обнаружения присутствия человека фотоэлектрическим барьером, расположенным у входа 9а, до момента обнаружения присутствия человека фотоэлектрическим барьером у выхода 9b.

Как известно, каждый из фотоэлектрических барьеров содержит излучатель светового пучка, установленный на одной из внутренних граней боковых панелей 1, и приемник светового пучка, установленный на другой внутренней грани. В качестве альтернативы, излучатель и приемник могут быть прикреплены к одной и той же боковой панели 1, при этом фотоэлектрический барьер содержит отражатель, прикрепленный к противоположной внутренней грани и выполненный с возможностью отражения светового сигнала, испускаемого излучателем, на отражатель. Во время прохождения человека происходит прерывание приема светового пучка приемником, при этом оценивающая электроника (микропроцессорного типа) отправляет определенный электрический сигнал обрабатывающему блоку 15, сигнализирующий о прохождении человека. Если фотоэлектрический барьер размещен у входа 9а арки 11, центральный блок на основе указанного сигнала определяет, что в проходе 9 присутствует человек. Если фотоэлектрический барьер размещен у выхода 9b арки 11, центральный блок на основе указанного сигнала определяет, что человек покинул проход 9.

Лампа 30

Система 10 измерения может также необязательно содержать лампу 30, предпочтительно - мигающую, расположенную вблизи инфракрасной камеры 12, для привлечения взгляда человека во время создания электронного и видимого изображений. Например, лампа 30 может быть установлена на кожухе 8 вблизи инфракрасной камеры 12.

В одном варианте осуществления лампа 30 может включать в себя светоизлучающий диод (СИД).

Лампа 30 может быть включена, и, в соответствующих случаях, мигать, непрерывно. В качестве альтернативы, обрабатывающий блок 15 может быть соединен с лампой 30 с возможностью ее включения, в соответствующих случаях - в режиме мигания, только тогда, когда должны быть созданы электронное изображение и видимое изображение. Обычно, если система 10 измерения содержит датчик 13 присутствия, обрабатывающий блок 15 может включать лампу 30, в соответствующих случаях - в режиме мигания, когда датчик 13 присутствия обнаружит человека.

Сигнальный блок 33

В одном варианте осуществления система 10 измерения может также содержать по меньшей мере один сигнальный блок 33, выполненный с возможностью генерирования оптического оповещения (светового сигнала) и/или звукового оповещения (акустического сигнала), когда максимальное значение Tmax температуры выше заранее определенного порога.

Сигнальный блок 33 также может быть необязательно выполнен с возможностью генерирования сигнала, когда максимальное значение Tmax температуры не выше заранее определенного порога Tthreshold, чтобы сигнализировать оператору о том, что измерение было выполнено, но температура тела человека ниже порога. Например, сигнальный блок 33 может содержать зеленый сигнал и красный сигнал. При этом обрабатывающий блок 15 выполнен с возможностью отправки инструкций на включение красного сигнала, когда максимальная температура Tmax выше заранее определенной пороговой температуры Tthreshold, и зеленого сигнала, когда она не выше заранее определенного порога.

Способ измерения

Измерение температуры тела человека посредством системы 10 измерения может включать в себя следующие этапы.

На начальном этапе S0 посредством датчика 13 присутствия определяют присутствие человека в арке 11. Для этого обрабатывающий блок 15 опрашивает датчик 13 присутствия, например, фотоэлектрический барьер.

Если датчик присутствия включает в себя фотоэлектрические барьеры, то когда барьер, расположенный у входа 9а (или, соответственно, у выхода) арки 11, отправляет сигнал присутствия обрабатывающему блоку 15, блок на его основе определяет, что человек вошел в проход 9 (или, соответственно, покинул его). Поэтому обрабатывающий блок 15 запускает измерение температуры тела человека в период с момента приема сигнала присутствия от барьера, расположенного у входа 9а, до момента приема сигнала присутствия от барьера, расположенного у выхода 9b.

При этом, если фотоэлектрические барьеры, в частности - барьер у входа 9а, не отправляет сигнал присутствия, обрабатывающий блок 15 на этом основании определяет, что в проходе 9 не присутствует какой-либо человек, и не запускает измерение температуры.

На этапе S1 обрабатывающий блок 15 отправляет инструкции инфракрасной камере 12 на создание электронного изображения. Как сказано выше, инфракрасная камера 12 ориентирована соответствующим образом посредством штанги 7 так, чтобы ее поле 32 обзора перекрывало полностью или частично проход 9, включая по меньшей мере его верхнюю часть.

Поскольку создание электронного изображения происходит в период между обнаружениями, выполненными барьерами у входа 9а и у выхода 9b арки 11, оно обязательно включает в себя указанного человека. Более того, поскольку инфракрасная камера 12 установлена на арке 11 так, чтобы ее поле 32 обзора перекрывало по меньшей мере верхнюю часть прохода 9, лицо и, возможно, туловище человека находятся в поле 32 обзора инфракрасной камеры 12.

На этапе S2 обрабатывающий блок 15 отправляет инструкции камере 6 видимого спектра на создание видимого изображения всего прохода 9 или его части.

В одном из вариантов осуществления поле 31 обзора камеры 6 видимого спектра и поле 32 обзора инфракрасной камеры 12 перекрывают по существу одну и ту же часть прохода 9 и, в любом случае, его верхнюю часть, благодаря чему и видимое изображение, и электронное изображение включают в себя лицо и туловище человека.

Поле 32 обзора инфракрасной камеры 12 и/или поле 31 обзора камеры 6 видимого спектра может необязательно перекрывать проход 9 по всей высоте.

Этапы S1 и S2 предпочтительно выполняют одновременно для облегчения совмещения видимого и инфракрасного изображений. Более того, в одном варианте осуществления лампа 30 может быть включена обрабатывающим блоком 15 (или быть включена постоянно), в соответствующих случаях - в режиме мигания, для привлечения взгляда человека во время создания электронного и видимого изображений на этапах S1 и S2.

На этапе S3 обрабатывающий блок 15 выявляет в видимом изображении пиксели видимого изображения, соответствующие лицу человека, глазам человека и/или внутренним углам глаз. Обрабатывающий блок 15 предпочтительно выявляет пиксели видимого изображения, соответствующие по меньшей мере одному внутреннему углу глаза.

Для этого обрабатывающий блок 15 распознает лицо (соответственно -глаза и/или по меньшей мере один внутренний угол глаза) по способу Виолы - Джонса (Viola and Jones) (или изображения в интегральном представлении), представляющему собой способ обучения с учителем с применением каскадного классификатора Хаара (Haar). Дополнительную информацию об этом способе см. в статье Пола Виолы и Майкла Джонса «Быстрое распознавание объектов с помощью усиленного каскада простых признаков» (Paul Viola and Michael Jones, "Rapid Object Detection using a Boosted Cascade of Simple Features"), 2001, материалы Конференции Общества вычислительной техники Института инженеров по электротехнике и электронике «Машинное зрение и распознавание образов».

Для выполнения этапа S3 можно использовать другие способы, например, способы глубинного обучения с применением классификатора для семантической сегментации. Дополнительные сведения по применению классификаторов для семантической сегментации можно получить из статьи Алекса Крижевски, Ильи Суцкевера и Джеффри Э. Хинтона «Классификация по базе данных ImageNet с применением глубинных сверточных нейронных сетей» (Alex Krizhevsky, llya Stuskever and Geoffroy E. Hinton, "ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks") или статьи Виджая Бадринарайяна, Алекса Кендала и Роберто Чиполла «SegNet: Глубинная сверточная архитектура кодер-декодер для сегментации изображений» (Vijay Badrinarayanan, Alex Kendall and Roberto Cipolla, "SegNet: A Deep Convolutional Encoder-Decoder Architecture for Image Segmentation"). В соответствующих случаях возможно применение указанных способов и их комбинирование для повышения скорости распознавания и точности искомых характеристик.

На этапе S4 обрабатывающий блок 15 совмещает видимое изображение с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, выявленным на этапе S3.

Видимые пиксели и пиксели инфракрасного изображения можно совместить путем переноса координат пикселей видимого изображения в электронное изображение с учетом положений и ориентаций камеры 6 видимого спектра и инфракрасной камеры 12 путем, известным специалисту в данной области техники. Например, это можно осуществить путем автоматического обучения характеристикам камер 6, 12 (параметрам, внутренне присущим камерам 6, 12, таким как фокусное расстояние и искажение, и вторичным параметрам, таким как положение и ориентация). Данное обучение происходит единовременно, обычно в ходе установки и калибровки измерительной системы 10. Например, перенос можно осуществить путем аффинного наложения видимого изображения на электронное изображение. С этой целью находят коэффициенты аффинного наложения в ходе калибровки системы 10 измерения. Для этого в пространстве могут быть расположены визуальные ориентиры в известных относительных положениях, а затем созданы видимое и инфракрасное изображения этих визуальных ориентиров посредством камер 6, 12. Зная положения визуальных ориентиров в трех измерениях относительно обеих камер 6, 12, можно найти коэффициенты аффинного наложения видимого изображения на электронное изображение.

На этапе S9 обрабатывающий блок 15 определяет максимальное значение Tmax температуры, относящееся к пикселям инфракрасного изображения, выявленным на этапе S4, и на его основе определяет температуру тела человека.

Калибровка инфракрасных измерений

В одном варианте осуществления для коррекции электронного изображения, полученного посредством инфракрасной камеры 12, и обеспечения надежности измерения температуры тела, система 10 измерения также содержит:

- опору 16;

- первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5, расположенные в поле 32 обзора инфракрасной камеры 12; и

- первый тепловой датчик 20 и второй тепловой датчик 22, выполненные с возможностью измерения текущей температуры первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5.

Обрабатывающий блок 15 также выполнен с возможностью нахождения коэффициента усиления и коэффициента смещения для инфракрасной камеры 12 и соответствующей коррекции электронного изображения, полученного посредством инфракрасной камеры 12, с целью определения на этапе S9 максимального значения Tmax температуры, относящегося к пикселям инфракрасного изображения, выявленным на этапе S4.

Далее будет раскрыт вариант осуществления изобретения, в котором обрабатывающий блок 15 выполняет калибровку инфракрасных измерений. Однако он не является ограничивающим; указанную калибровку можно осуществлять с помощью любого процессора или микропроцессора, например, специально предназначенного для этого микроконтроллера под управлением обрабатывающего блока 15, или внешней локальной электронной вычислительной машины, или удаленной сетевой электронной вычислительной машины.

Первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5

Первый эталонный объект 4 имеет первую эталонную температуру, а второй эталонный объект 5 имеет вторую эталонную температуру и функцию, обеспечивающую возможность калибровки инфракрасной камеры 12 в ходе создания каждого электронного изображения. Первая эталонная температура и вторая эталонная температура предпочтительно отличны друг от друга. Например, каждый из первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 может содержать поверхность, нагреваемую до соответствующей эталонной температуры. Например, каждый из первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 может содержать поверхность, которая может быть по существу плоской, нагреваемую до соответствующей эталонной температуры.

Для обеспечения оптимальной коррекции электронного изображения, создаваемого посредством инфракрасной камеры 12, первая и вторая температуры близки к температуре тела, при которой обычно считают, что человек имеет симптомы лихорадочного состояния, т.е. обычно 37.5°С. Например, первая и вторая эталонная температура могут лежать в диапазоне от 35°С до 40°С. В одном варианте осуществления первая эталонная температура равна 36°С, а вторая эталонная температура равна 39°С.

Каждый из первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 расположен в поле 32 обзора инфракрасной камеры 12, благодаря чему электронное изображение содержит пиксели изображения, отражающие их соответствующие значения температуры. Первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 предпочтительно неподвижны относительно инфракрасной камеры 12 и размещены в поле 32 обзора инфракрасной камеры 12.

Например, первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 могут быть закреплены на арке 11. В одном варианте осуществления первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 закреплены на поперечине 2 арки 11 в поле 32 обзора инфракрасной камеры 12. В частности, данная конфигурация может быть предусмотрена, если инфракрасная камера 12 установлена на штанге 7 так, что она проходит за проход 9 по направлению движения. Закрепление первого и второго эталонных объектов 4, 5 на поперечине 2 обеспечивает преимущество, состоящие в возможности расположения эталонных объектов 4, 5 неподвижно относительно инфракрасной камеры 12 и устранения риска того, что человек, проходящий через проход, закроет их собой.

В соответствующих случаях, первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 могут быть размещены в одном и том же кожухе 3.

Положение и площадь первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 относительно инфракрасной камеры 12 выбраны так, чтобы каждый из первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 проходил в поле 32 обзора на по меньшей мере один пиксель микросхемы 25 инфракрасного детектирования, например, на величину подматрицы, содержащей 3x3 пикселя. Для этого первый и второй эталонные объекты 4, 5 могут быть расположены на расстоянии от 20 см до 1.5 метра от микросхемы 25 инфракрасного детектирования и иметь площадь от 25 мм² до 400 мм².

В одной разновидности варианта осуществления первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 могут быть прикреплены на внутреннюю поверхность одной и/или другой из боковых панелей 1 арки 11, предпочтительно - вблизи поперечины 2.

Для защиты первого и второго эталонных объектов 4, 5, система может также необязательно содержать диафрагму 17, 18, расположенную перед каждым эталонным объектом 4, 5 для их защиты от окружающей среды и предотвращения любых помех (например, потока воздуха или иного элемента, могущего изменить температуру эталонных объектов 4, 5). В соответствующих случаях, диафрагмы 17, 18 могут быть установлены между соответственно первым эталонным объектом 4 и вторым эталонным объектом 5 и крышкой кожуха 3.

Система 10 измерения также содержит первый нагревательный элемент 21 и второй нагревательный элемент 23, выполненные с возможностью поддержания первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 при первой эталонной температуре и второй эталонной температуре соответственно. Например, каждый из первого и второго нагревательных элементов 21, 23 может включать в себя резистор, соединенный соответственно с первым и вторым эталонными объектами 4, 5. В одном варианте осуществления первый и второй нагревательные элементы 21, 23 установлены на грани, противоположной той, на которой расположена инфракрасная камера 12 (которая соответствует грани, расположенной напротив первого и второго эталонных объектов 4, 5) так, чтобы они не были видны инфракрасной камере 12 (см. Фиг. 6).

В соответствующих случаях, первый и второй нагревательные элементы 21, 23 могут быть размещены в том же кожухе 3, что и первый и второй эталонные объекты 4, 5.

Первый и второй тепловые датчики 20, 22

Первый и второй тепловые датчики 20, 22 выполнены с возможностью измерения текущей температуры соответственно первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5. Первый и второй тепловые датчики 20, 22 предпочтительно контактируют (непосредственно или опосредованно) соответственно с первым или вторым эталонным объектом 4, 5. Первый и второй тепловые датчики 20, 22 предпочтительно выполнены за одно целое соответственно с первым или вторым эталонным объектом 4, 5. Следует отметить, что первый и второй тепловые датчики 20, 22 предпочтительно расположены так, чтобы не создавать препятствие между человеком и инфракрасной камерой 12.

Погрешность измерения первого и второго тепловых датчиков 20, 18 предпочтительно составляет не более 0.1°С для обеспечения высокой точности значения текущей температуры каждого эталонного объекта 4, 5. Ниже будет раскрыто, что впоследствии обрабатывающий блок 15 будет использовать именно текущие значения температуры первого и второго эталонных объектов 4, 5, а не запрограммированные значения первой и второй эталонных температур, для коррекции электронного изображения, сгенерированного инфракрасной камерой 12.

В одном варианте осуществления тепловые датчики 20, 22 соединены с соответствующими эталонными объектами 4, 5 проводящей дорожкой. При этом Заявитель отметил, что в работе температура проводящей дорожки была по существу равна (в пределах 0.1°С) температуре нагреваемой поверхности соответствующей эталонного объекта 4, 5. Следовательно, в одном варианте осуществления обрабатывающий блок 15 может считать проводящую дорожку, соединяющую первый тепловой датчик 20 с нагреваемой поверхностью первого эталонного объекта 4, и второй тепловой датчик с нагреваемой поверхностью второго эталонного объекта 5, частью соответствующих эталонных объектов 4, 5. Поэтому в этом варианте осуществления первый и второй тепловые датчики 20, 22 могут быть установлены в непосредственной близости от первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5. Например, первый тепловой датчик 20 может быть прикреплен в центре нагреваемой поверхности первого эталонного объекта 4, а второй тепловой датчик 22 может быть прикреплен в центре нагреваемой поверхности второго эталонного объекта 5 (см. Фиг. 8, например). Например, первый и второй тепловые датчики 20, 22 могут содержать полупроводниковую интегральную схему. В этом случае эталонные объекты 4, 5 охвачены верхней частью полупроводниковой интегральной схемы у края зоны считывания.

Если опора 16 содержит дополнительную печатную плату, тепловые датчики могут быть установлены на этой дополнительной печатной плате.

В соответствующих случаях, первым и вторым нагревательными элементами 21, 23 может управлять обрабатывающий блок 15 в зависимости от текущий значений температуры первого и второго эталонных объектов 4, 5, измеренных первым и вторым тепловыми датчиками 20, 22.

Для коррекции электронного изображения инфракрасной камеры 12, обрабатывающий блок 15 также выполнен с возможностью нахождения коэффициента усиления и коэффициента смещения по соответствующим текущим температурам первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 и значениям температуры первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 в электронном изображении и применения найденных коэффициента усиления и коэффициента смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю инфракрасного изображения, для получения скорректированного электронного изображения.

Таким образом, в отличие от известных измерительных устройств, система 10 измерения создает электронное изображение человека и определяет значение температуры в каждом пикселе изображения, то есть не ограничивается выполнением измерения в случайной точке на лице человека, тем самым снижая риск помех для измерения под действием факторов окружающей среды.

Таким образом, обрабатывающий блок 15 выполнен с возможностью исполнения инструкций и управления первым и вторым тепловыми датчиками 20, 22 и первым и вторым нагревательными элементами 21 и 23.

Способ калибровки инфракрасных измерений

Значения температуры, относящиеся к пикселям инфракрасного изображения, выявленным на этапе S4, можно калибровать с помощью системы 10 измерения по способу, включающему в себя следующие этапы.

На этапе S5 определяют текущую температуру первого эталонного объекта 4 и текущую температуру второго эталонного объекта 5 посредством первого теплового датчика 20 и второго теплового датчика 22 соответственно.

Этапы S1 и S5 предпочтительно выполняют одновременно. В данном случае, «одновременно» означает, что этапы S1 и S5 выполняют в одно и то же время или с задержкой не дольше, чем на время, необходимое для изменения температур первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 на 0.1°.

На этапе S6 обрабатывающий блок 15 определяет в электронном изображении, полученном на этапе S1, значение температуры каждого из пикселей инфракрасного изображения, соответствующих первому эталонному объекту 4 и второму эталонному объекту 5. Пиксели инфракрасного изображения, соответствующие эталонным объектам 4, 5, могут быть выявлены в электронном изображении, поскольку пространственное положение первого и второго эталонных объектов 4, 5 относительно инфракрасной камеры 12 известно и является неподвижным.

В частности, в одном варианте осуществления, если тепловые датчики включают в себя полупроводниковую интегральную схему, обрабатывающий блок 15 может более специфически определять значение температуры каждого пикселя инфракрасного изображения, соответствующего проводящей дорожке, соединяющей первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 с первым тепловым датчиком 20 и вторым тепловым датчиком 22. Как сказано выше, температура указанных проводящих дорожек фактически по существу равна температуре соответствующих эталонных объектов 4, 5, в связи с чем их считают частью первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 соответственно. Зона совмещения тепловых датчиков 20, 22 с нагреваемой поверхностью эталонных объектов 4, 5 позволяет значительно уменьшить погрешности из-за перепадов температуры. В качестве альтернативы, обрабатывающий блок 15 может определять значения температуры, относящиеся к нагреваемым поверхностям эталонных объектов 4, 5. Если первому эталонному объекту 4 и второму эталонному объекту 5 в электронном изображении соответствуют несколько пикселей изображения, обрабатывающий блок 15 может выбрать среднее значение температуры в данной подматрице пикселей изображения в качестве текущего значения соответствующего эталонного объекта 4, 5.

На этапе S7 обрабатывающий блок 15 на основе значений температуры, определенных на этапе S6, а также текущих температур первого и второго эталонных объектов 4 и 5, измеренных на этапе S5, определяет коэффициент k₁ усиления и коэффициент k₂ смещения инфракрасной камеры 12. Коэффициент k₁ усиления соответствует отклонению в амплитуде инфракрасной камеры 12, а коэффициент k₂ смещения соответствует погрешности с постоянным значением смещения значений, измеренных на оси у выходного напряжения микросхемы 25 инфракрасного детектирования.

В частности, текущая температура T_{i_1} (и, соответственно, T_{i_2}) первого эталонного объекта 4 (соответственно второго эталонного объекта 5) равна коэффициенту K₁ усиления, умноженному на значение T_{IR_1} температуры (и, соответственно, T_{IR_2}), определенное на этапе S3 для первого эталонного объекта 4 (и, соответственно, для второго эталонного объекта 5), и для коэффициента k₂ смещения:

T_{i_1}=T_{IR_1}*k₁+k₂

T_{i_2}=T_{IR_2}*k₁+k₂.

Текущие температуры T_{i_1}, T_{i_2} первого эталонного объекта 4 и второго эталонного объекта 5 не зависят от отклонения инфракрасной камеры 12, так как их измеряют первый и второй тепловые датчики 20, 22. Кроме того, отклонение инфракрасной камеры 12 является одинаковым для значений T_{IR_1} и T_{IR_2} температуры, определенных на этапе S3. В результате, k₁ и k₂ идентичны в указанных двух уравнениях. Таким образом, решение указанных уравнений, возможное благодаря наличию двух эталонных объектов 4, 5 и определению их текущих температур T_{i_1} и T_{i_2} относящимися к ним тепловыми датчиками 20, 22, позволяет найти значения коэффициента k₁ усиления и коэффициента k₂ смещения инфракрасной камеры 12.

На этапе S5 обрабатывающий блок 15 применяет коэффициент k₁ усиления и коэффициент K₂ смещения, найденные на этапе S4, к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю изображения, для получения скорректированного электронного изображения.

Таким образом, для любого пикселя i инфракрасного изображения электронного изображения, сгенерированного на этапе S3, обрабатывающий блок 15 применяет коэффициент k₁ усиления и коэффициент k₂ смещения к значению T_{IR_1} температуры, относящемуся к данному пикселю i инфракрасного изображения, для получения, для каждого пикселя i изображения, скорректированного значения T_{corr_i} температуры и получения на его основе скорректированного электронного изображения, содержащего скорректированные пиксели инфракрасного изображения:

T_{corr_i}=k₁*+T_{IR_i}+k₂.

На этапе S9 обрабатывающий блок 15 определяет максимальное значение Tmax температуры в скорректированном электронном изображении и сравнивает данное максимальное значение Tmax температуры с заранее определенным порогом Tthreshold. Так как температура тела, начиная с которой обычно считают, что человек имеет симптомы лихорадочного состояния, обычно составляет 37.5°С, заранее определенный порог Tthreshold может, например, быть равен 37.5°С.

Если максимальная температура Tmax не ниже заранее определенной пороговой температуры Tthreshold, то обрабатывающий блок 15 отправляет инструкции сигнальному блоку 33, чтобы тот сгенерировал оповещение (обычно визуальное и/или звуковое оповещение).

В одном варианте осуществления способ измерения также содержит этап S8, на котором обрабатывающий блок 15 применяет заранее определенный поправочный коэффициент K₃ к значению температуры каждого пикселя инфракрасного изображения для компенсации разности излучательных способностей первого и второго эталонных объектов 4, 5 и человеческой кожи и, тем самым, получения скорректированного значения температуры, более близкого к фактической температуре тела человека:

T_{final_i}=T_{corr_i}*k₃.

Именно это скорректированное значение T_{final_i} температуры с поправкой применяют на этапе S9 для определения максимального значения Tmax температуры, а не скорректированное значение T_{corr_i}.

В одной разновидности варианта осуществления поправочный коэффициент можно применять только к максимальному значению Tmax температуры, определенному на этапе S9. В этом случае этап S8 следует за этапом S9.

Поправочный коэффициент к₃ представляет собой постоянный и заранее определенный коэффициент, не зависящий от какого-либо теплового смещения или измерения параметра окружающей среды. При этом, данный коэффициент зависит от излучательной способности человеческой кожи и излучательных способностей первого и второго эталонных объектов 4, 5, а именно - материала, образующего их нагреваемые поверхности или, в соответствующих случаях, соединенные с ними проводящие дорожки. Поэтому может быть предпочтительно, чтобы первый и второй эталонные объекты 4, 5 состояли из одного и того же материала, а разной была только их соответствующая эталонная температура.

В одном варианте осуществления этапы S1 - S9 можно выполнять непрерывно с одинаковым периодом опроса (могущим представлять собой опрос длительностью от десяти миллисекунд до пятисот миллисекунд), независимо от обнаружения человека в проходе 9. В этом случае обрабатывающий блок 15 отправляет сигнальному блоку 33 инструкции на генерирование оповещения, только если датчик 13 присутствия обнаружит человека в проходе 9.

Более того, этапы S1 - S9 повторяют в течение всего времени, пока человек находится в проходе 9, обычно - до тех пор, пока фотоэлектрический барьер, расположенный у выхода 9b прохода 9, не обнаружит, что человек вышел. Период для повторения указанных этапов может быть равен периоду опроса датчика 13 присутствия обрабатывающим блоком 15.

Кроме того, следует отметить, что в любой момент во время работы системы (и, следовательно, во время опроса датчика 13 присутствия обрабатывающим блоком 15) первый и второй нагревательные элементы 21, 23 поддерживают первый эталонный объект 4 и второй эталонный объект 5 при первой эталонной температуре и второй эталонной температуре соответственно, чтобы обеспечить близость текущих температур указанных объектов их соответствующим эталонным температурам на этапах S1 и S5.

Как известно из уровня техники, измерительная система 10 также содержит терминал, состоящий из основания и экрана, соединенного с обрабатывающим блоком системы, например, через интерфейс сети Ethernet.

Группа изобретений относится к медицине. Система измерения температуры тела человека содержит: арку, ограничивающую проход для человека; камеру видимого спектра, закрепленную на арке так, чтобы поле обзора камеры видимого спектра перекрывало по меньшей мере часть прохода; инфракрасную камеру, закрепленную на арке так, чтобы поле обзора инфракрасной камеры полностью или частично перекрывало проход; и обрабатывающий блок, выполненный с возможностью выявления пикселей, соответствующих лицу человека в видимом изображении, для определения соответствующих пикселей в электронном изображении и определения максимального значения температуры, относящегося к пикселям, соответствующим указанному лицу, для определения на его основе температуры тела человека. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система измерения температуры тела человека, содержащая:

арку, содержащую две боковые панели, соединенные поперечиной и совместно ограничивающие проход для человека;

инфракрасную камеру, содержащую микросхему инфракрасного детектирования, при этом микросхема инфракрасного детектирования содержит матрицу инфракрасных пикселей и выполнена с возможностью преобразования инфракрасного излучения, принятого каждым инфракрасным пикселем, в соответствующее значение температуры и генерирования электронного изображения, содержащего пиксели инфракрасного изображения, при этом каждый пиксель инфракрасного изображения отражает значение температуры, воспринятой соответствующим инфракрасным пикселем, при этом инфракрасная камера закреплена на арке так, чтобы поле обзора инфракрасной камеры полностью или частично перекрывало проход;

обрабатывающий блок, выполненный с возможностью выявления инфракрасных пикселей, соответствующих по меньшей мере части лица человека, определения максимального значения температуры, относящегося к выявленным инфракрасным пикселям, и определения на его основе температуры тела человека;

и калибровочный модуль, содержащий: первый эталонный объект и второй эталонный объект, расположенные в поле обзора инфракрасной камеры так, чтобы электронное изображение содержало пиксели инфракрасного изображения, отражающие значения температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта; и первый тепловой датчик, выполненный с возможностью измерения текущей температуры первого эталонного объекта, и второй тепловой датчик, выполненный с возможностью измерения текущей температуры второго эталонного объекта,

при этом обрабатывающий блок также выполнен с возможностью нахождения коэффициента усиления и коэффициента смещения по соответствующим текущим температурам первого эталонного объекта и второго эталонного объекта и значениям температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта в электронном изображении и применения найденных таким образом коэффициента усиления и коэффициента смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю инфракрасного изображения, для получения скорректированного электронного изображения, при этом обрабатывающий блок выполнен с возможностью определения максимального значения температуры по скорректированному электронному изображению.

2. Система по п.1, в которой обрабатывающий блок выполнен с возможностью определения инфракрасных пикселей, соответствующих по меньшей мере части лица человека, в электронном изображении.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая камеру видимого спектра, содержащую микросхему детектирования в видимом спектре, при этом микросхема детектирования в видимом спектре содержит матрицу видимых пикселей и выполнена с возможностью генерирования видимого изображения, содержащего пиксели видимого изображения, при этом камера видимого спектра закреплена на арке так, чтобы поле обзора камеры видимого спектра перекрывало по меньшей мере часть прохода, при этом обрабатывающий блок выполнен с возможностью совмещения видимого изображения с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения.

4. Система по любому из пп.1-3, в которой обрабатывающий блок также выполнен с возможностью применения заранее определенного поправочного коэффициента к значению температуры каждого пикселя инфракрасного изображения.

5. Система по любому из пп.1-4, в которой первый и второй тепловые датчики соединены с первым и вторым эталонными объектами, соответственно, первой и второй проводящими дорожками, при этом обрабатывающий блок выполнен с возможностью определения текущих температур первой и второй проводящих дорожек и определения на их основе текущих температур первого и второго эталонных объектов, соответственно.

6. Система по п.5, в которой каждый из первого и второго тепловых датчиков содержит полупроводниковую интегральную схему, соединенную с первым и вторым эталонными объектами, соответственно, первой и второй проводящими дорожками.

7. Система по п.6, в которой полупроводниковые интегральные схемы первого и второго тепловых датчиков прикреплены в центре нагреваемых поверхностей первого эталонного объекта и второго эталонного объекта, соответственно.

8. Система по любому из пп.1-7, в которой первый эталонный объект и второй эталонный объект прикреплены к одной из двух боковых панелей и к поперечине.

9. Система по любому из пп.1-8, также содержащая датчик присутствия, выполненный с возможностью определения присутствия человека в проходе, при этом обрабатывающий блок выполнен с возможностью генерирования электронного изображения и видимого изображения только в случае обнаружения датчиком присутствия объекта внутри прохода.

10. Система по любому из пп.1-9, в которой инфракрасная камера и камера видимого спектра установлены на штанге, закрепленной на поперечине и проходящей от выхода из арки.

11. Система по любому из пп.1-10, также содержащая лампу, прикрепленную вблизи инфракрасной камеры для привлечения взгляда человека, проходящего через проход.

12. Система по п.11, в которой лампа выполнена мигающей.

13. Система по любому из пп.1-12, в которой поле обзора инфракрасной камеры имеет вертикальный угол и горизонтальный угол не меньше 30° и не больше 120°.

14. Способ измерения температуры тела человека посредством системы по любому из пп.1-13, содержащий этапы на которых:

S1: создают электронное изображение части прохода, в котором находится человек, при этом электронное изображение содержит пиксели инфракрасного изображения, отражающие значение температуры, воспринятой соответствующим инфракрасным пикселем матрицы инфракрасных пикселей инфракрасной камеры, при этом первый эталонный объект и второй эталонный объект расположены в поле обзора инфракрасной камеры так, чтобы электронное изображение содержало пиксели инфракрасного изображения, отражающие значения температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта;

S5: определяют текущую температуру первого эталонного объекта посредством первого теплового датчика и текущую температуру второго эталонного объекта посредством второго теплового датчика;

S6: определяют в электронном изображении значения температуры пикселей изображения, соответствующих первому эталонному объекту и второму эталонному объекту;

S7: находят по ним коэффициент усиления и коэффициент смещения для инфракрасной камеры;

и S8: применяют коэффициент усиления и коэффициент смещения к значению температуры, относящемуся к каждому пикселю изображения, для получения скорректированного электронного изображения;

и S9: определяют максимальное значение температуры, относящееся к выявленным пикселям инфракрасного изображения, и определяют на его основе температуру тела человека.

15. Способ по п.14, также содержащий предшествующие этапу S9 этапы, на которых: S2: создают видимое изображение всего прохода или его части, при этом видимое изображение содержит пиксели видимого изображения; S3: выявляют пиксели видимого изображения, соответствующие по меньшей мере части лица человека; и S4: совмещают видимое изображение с электронным изображением для выявления пикселей инфракрасного изображения, соответствующих пикселям видимого изображения, выявленным на этапе S3.

16. Способ по п.15, в котором этапы S1 и S2 выполняют одновременно.

17. Способ по п.15 или 16, в котором указанная часть лица человека содержит по меньшей мере один внутренний угол глаза человека.

18. Способ по любому из пп.14-17, в котором заранее определенный поправочный коэффициент применяют к значению температуры каждого пикселя изображения или к максимальному значению температуры, определенному на этапе S9.

19. Способ по любому из пп.14-18, в котором первый и второй тепловые датчики соединены с первым и вторым эталонными объектами, соответственно, первой и второй проводящими дорожками, при этом на этапе S5 определяют текущие температуры первой и второй проводящих дорожек.

20. Способ по любому из пп.14-19, дополнительно содержащий предшествующий этапу S1 этап S0, на котором определяют присутствие человека в арке, при этом этапы S1-S9 выполняют только тогда, когда человек присутствует в проходе.