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提高红外热像仪测量人眼温度准确性的方法

体表温度可以反映出人体的健康状况,因此需要对人体的体表进行温度测量。目前测量人体温度的设备为水银温度计,热电偶温度计,红外额温枪和红外热像仪。前三个设备可在0.05°C的温度范围内进行精确的温度测量,但测量效率太低。后一种设备的测量效率很高,但是测量精度还有待提高。研究表明,红外热像仪从人眼的测量结果与腋窝温度的测量值高度相关,可以看作是人体核心温度的估计值。如果能够充分提高测量精度,红外热像仪将在许多领域具有更加广阔的应用前景。

图为红外热像仪

近几十年来,大多数科学家研究并发展了红外热像仪。由于其高性能,无接触测试,无损检测,测量范围广,功耗低,分辨率高,响应速度快和成本低的特点,它已广泛用于军事和民用领域,包括电气工程、医学、建筑、制造和道路交通流量监控。未冷却的红外热像仪已经发展到一定的灵敏度和分辨率,但其测量精度受许多因素的影响,例如被测物体的发射率,环境温度,被测物体与成像器之间的距离,大气温度以及大气的透射率。

之前的研究中尝试了各种方法来提高红外热像仪的测量精度。但在大多数情况下都仅限于实验室条件,而不是类似进入人体测温领域的应用。为了找到一种成功的方法来减少红外热成像测量人眼温度的误差,重点是探究环境温度和测量距离的影响。

提高红外热像仪测量人眼温度准确性的方法

图为红外热像仪下的人脸温度分布

 

为了确定测量距离和环境温度对红外热像仪测量温度的影响,研究者进行了一些实验。这些实验表明,测量距离和环境温度对测量精度具有很强的线性影响。并且根据测得的温度,建立了一个经验模型。首先,将前额温度用作中间变量,以获得人眼的实际温度。然后,分别分析了环境温度和测量距离对温度测量的影响。最后,建立一个经验模型,将实际的眼睛温度与测得的温度,环境温度和测量距离相关联。研究者获得了将测得的温度校准到人眼实际温度的经验公式。为了验证公式,在不同距离测试了三种不同的环境温度,可大大减少测量误差。实验证明该公式是有效的,通常在已知测量距离和环境温度的条件下,该模型可以大大提高测量精度。

 

参考资料:

Bin Yuan, Ping Gong, Liang Xie, et al. An empirical method for improving accuracy of human eye temperature measured by uncooled infrared thermal imager. Journal of Semiconductors. 39(9):094008, 2018.