CN111707374B - 一种人体红外测温仪的距离估算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体红外测温仪的距离估算方法及系统，属于测温仪技术领域，包括：利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的人脸额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；根据矩形区域中心的水平坐标从预先构建的夹角‑水平坐标表格中查找出对应的夹角α；根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。本发明在不增加额外硬件的情况下，能够准确估算出测温对象距测温仪的距离。

Description

一种人体红外测温仪的距离估算方法及系统

技术领域

本发明涉及测温仪技术领域，特别涉及一种人体红外测温仪的距离估算方法及系统。

背景技术

由于重大疫情防控的需要,在一些重要设施、地点的出入口,需要对进出的人员进行测温。对于人流不是很密集的场所，一般用手持式的红外测温仪进行测温。对于人流密集的场所，一般采用可以远距离测温的红外测温仪进行测温。远距离工作的红外测温仪可以在大致1-10米的范围内快速对人体裸露部位进行测温，具有人流通过量大，基本不需要人员配合的优点。

远距离红外测温仪工作的原理是通过红外感光器件测定人员特定区域(如额头、脖子等)的红外光谱辐射的强度，换算出人员的体温。但由于红外光强度具有随着距离衰减的特性，人员在不同距离上，测出的红外光辐射强度是不同的，因此会造成测出温度的偏差。

如果测温时能够知道目标的距离，就可以根据预先测定的辐射强度关于距离的衰减曲线进行校正，从而提高人体温度测量的精度。

目前估计目标距离，一般有这样一些处理的方式：1)不估计，按照目标距离恒定处理，这样会造成测温精度下降。2)根据人脸的尺寸估计目标距离，但当人员扭头时，因为检测出的人脸宽度会偏小，这样估计的距离会有明显的偏差。3)加装超声波测距模块，会增加设备的硬件成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，在不增加额外硬件成本的情况下，准确估算出目标距测温仪的距离。

为实现以上目的，采用一种人体红外测温仪的距离估算方法，包括如下步骤：

利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；

根据矩形区域中心的水平坐标从预先构建的夹角-水平坐标表格中查找出对应的夹角α；

根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

进一步地，所述夹角-水平坐标表格的构建过程为：

令标定对象在设定的基准圆圆周上变换位置，将各位置下标定对象与摄像机镜头之间连线与摄像机镜头法线之间的夹角与每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象的额头中心的水平坐标构建为所述夹角-水平坐标表格。

进一步地，所述基准圆为以摄像机镜头中心点在地面的投影点为圆心、半径为R的圆。

进一步地，所述标定对象在设定的基准圆圆周上按照同一方向变换位置，且每个位置均在所述摄像机的拍摄范围内。

进一步地，所述根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L，具体为：

L＝W/sinα。

进一步地，在所述摄像机架设位置与所述测温对象身高相比，高出设定距离H时，还包括：

利用所述距离H对所述测温对象与摄像机之间的距离L进行修正，得到修正后的距离L₁作为所述测温对象与摄像机之间的距离。

进一步地，所述利用所述距离H对所述测温对象与摄像机之间的距离L进行修正的公式为：

进一步地，在所述根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L之后，还包括：

根据预先测定的辐射强度关于距离L的衰减曲线，对所述人体红外测温仪所测量的测温对象温度进行校正，得到校正后的温度值。

另一方面，采用一种人体红外测温仪的距离估算系统，包括检测模块、查找模块和测距模块，其中：

检测模块用于利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的人脸额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；

查找模块用于根据矩形区域中心的水平坐标从所述夹角-水平坐标表格中查找出对应的夹角α；

测距模块用于根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

进一步地，所述夹角-水平坐标表格的构建过程为：

令标定对象在设定的基准圆圆周上变换位置，将各位置点与摄像机镜头之间连线与摄像机镜头法线之间的夹角与每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象的额头中心的水平坐标构建为所述夹角-水平坐标表格。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过在人体红外测温仪工作之前，在工作区域内摄像机架设时，对各位置点与摄像机镜头之间的连线与摄像机镜头法线的夹角以及摄像机处于各位置所拍摄画面中用户额头中心的水平坐标进行标定，构建夹角-水平坐标表格；在人体红外测温仪正常工作时，进行测温对象与摄像机的距离估算，利用测温仪检测出测温对象人脸额头部分的矩形区域，利用矩形区域中心的水平坐标和夹角-水平坐标表格中对应的夹角，即可计算出测温对象与摄像机的距离估算。标定过程只在工作区域内摄像机架设完毕时运行一次，距离估算过程是测温仪正常工作中，每次对特定人员测温时都要运行一次，本方案可在不增加额外硬件的情况下，准确的估算出行人员与摄像机的距离。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种人体红外测温仪的距离估算方法的流程图；

图2是标定过程中，从摄像机正上方向下观察的示意图；

图3是距离估算过程中，从摄像机正上方向下观察的示意图；

图4是一种人体红外测温仪的距离估算系统的结构图。

图中：P点的圆圈代表某个时间点时某个人员的位置，P点所在的平行于摄像机镜头法线方向的带箭头的直线代表通行人流的行进方向。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种人体红外测温仪的距离估算方法，包括如下步骤S1至S3：

S1、利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的人脸额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；

需要说明的是，通过测温仪可见光谱或红外光谱检测出通过人员的人脸额头部分的矩形区域，检出方法目前已有很多成熟算法，不再赘述。

需要说明的是，W取值一般应在0.4-3米之间。

S2、根据矩形区域中心的水平坐标从预先构建的夹角-水平坐标表格中查找出对应的夹角α；

S3、根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

其中，夹角-水平坐标表格中的夹角的一边标定对象所在位置点(即圆周各点)与摄像机镜头之间的线段，另一边为摄像机镜头的法线，水平坐标为每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象额头中心的水平坐标。夹角-水平坐标表格为人体红外测温仪工作之前进行标定得到，该标定过程只在工作区域内摄像机架设完毕时运行一次，距离估算过程是测温仪正常工作中，每次对特定人员测温时都要运行一次，本方案可在不增加额外硬件的情况下，准确的估算出行人员与摄像机的距离。

进一步地，如图2所示，所述夹角-水平坐标表格的构建过程为：

令标定对象在设定的基准圆圆周上变换位置，将标定对象与摄像机镜头法线夹角与每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象额头中心的水平坐标构建为所述夹角-水平坐标表格。

其中，所述基准圆为以摄像机镜头中心点在地面的投影点为圆心、半径为R的圆，半径R取值一般在2-4米之间。

需要说明的是，在夹角-水平坐标表格的标定构建过程中，将摄像机架设至比人体略高的高度，摄像机架设的高度一般在1.6-2.3米高之间，且摄像机镜头法线保持水平。

进一步地，在标定过程中，标定对象在设定的基准圆圆周上按照同一方向变换位置，一般每隔5度测量一次，以在圆周上测量足够多不同的位置点，且每个位置均在所述摄像机的拍摄范围内，以确保每个位置在摄像机的画面中可以看到用户的额头中心。并记录下图2中的夹角c和画面中用户额头中心的水平坐标。

需要说明的是，如果人员站立的位置太偏，导致在摄像机拍摄画面中看不到用户的额头中心，则不进行记录，以确保夹角-水平坐标表格构建的准确性。

进一步地，如图3所示，上述步骤S3：所述根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L，具体为：

L＝W/sinα。

需要说明的是，在距离估算过程中，摄像机架设位置高于所述测温对象的身高，且摄像机镜头法线保持水平。

进一步地，在所述摄像机架设位置与所述测温对象身高相比，高出设定距离H时，还包括：

利用所述距离H对所述测温对象与摄像机之间的距离L进行修正，得到修正后的距离L₁作为所述测温对象与摄像机之间的距离。

需要说明的是，在摄像机架设高度高出测温对象身高较高时，比如H≥40cm，所估算出的测温对象距摄像机的距离值会存在误差，因此需要对估算出的距离进行修正，距离修正公式为：

需要说明的是，一般来说摄像机架设高度高于测温对象身高时，所计算出的距离误差很小，可以忽略，如果误差处于厂商的容错范围内即可无需对距离值进行修正。实际应用中是否需要对距离值进行修正，取决与厂商对距离值计算精度的要求。

进一步地，在上述步骤S3：在所述根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L之后，还包括：

根据预先测定的辐射强度关于距离L的衰减曲线，对所述人体红外测温仪所测量的测温对象温度进行校正，得到校正后的温度值。

需要说明的是，本实施例通过对测温对象距摄像机的距离进行估算，并根据预先测定的辐射强度关于距离的衰减曲线来对人体红外测温仪所测量的温度进行校正，从而增加了人体红外测温仪测量用户体温的精度。

如图4所示，本实施例还公开了一种人体红外测温仪的距离估算系统，其特征在于，包括检测模块10、查找模块20和测距模块30，其中：

检测模块10用于利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的人脸额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；

查找模块20用于根据矩形区域中心的水平坐标从所述夹角-水平坐标表格中查找出对应的夹角α；

测距模块30用于根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

其中，夹角-水平坐标表格中的夹角为用户与摄像机镜头法线夹角，水平坐标为每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象额头中心的水平坐标。

所述夹角-水平坐标表格的构建过程为：

令标定对象在设定的基准圆圆周上变换位置，将标定对象所在位置点与摄像机镜头法线夹角与每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象额头中心的水平坐标构建为所述夹角-水平坐标表格。

进一步地，测距模块30采用公式L＝W/sinα，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

进一步地，所述系统还包括距离修正模块，用于在所述摄像机架设位置与所述测温对象身高相比，高出设定距离H时，利用所述距离H对所述测温对象与摄像机之间的距离L进行修正，得到修正后的距离L₁作为所述测温对象与摄像机之间的距离，距离修正公式为：

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，包括：

利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；

根据矩形区域中心的水平坐标从预先构建的夹角-水平坐标表格中查找出对应的夹角α，其中，所述夹角-水平坐标表格的构建过程为：

令标定对象在设定的基准圆圆周上变换位置，将各位置点与摄像机镜头之间连线与摄像机镜头法线之间的夹角与每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象的额头中心的水平坐标构建为所述夹角-水平坐标表格；

根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

2.如权利要求1所述的人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，所述基准圆为以摄像机镜头中心点在地面的投影点为圆心、半径为R的圆。

3.如权利要求1所述的人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，所述标定对象在设定的基准圆圆周上按照同一方向变换位置，且每个位置均在所述摄像机的拍摄范围内。

4.如权利要求1所述的人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，所述根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L，具体为：

L＝W/sinα。

5.如权利要求1～4任一项所述的人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，在所述摄像机架设位置与所述测温对象身高相比，高出设定距离H时，还包括：

利用所述距离H对所述测温对象与摄像机之间的距离L进行修正，得到修正后的距离L₁作为所述测温对象与摄像机之间的距离。

6.如权利要求5所述的人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，所述利用所述距离H对所述测温对象与摄像机之间的距离L进行修正的公式为：

7.如权利要求6所述的人体红外测温仪的距离估算方法，其特征在于，在所述根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L之后，还包括：

根据预先测定的辐射强度关于距离L的衰减曲线，对所述人体红外测温仪所测量的测温对象温度进行校正，得到校正后的温度值。

8.一种人体红外测温仪的距离估算系统，其特征在于，包括检测模块、查找模块和测距模块，其中：

检测模块用于利用红外测温仪检测出人流通行通道中测温对象的人脸额头部分的矩形区域，该人流通行通道与摄像机镜头法线方向平行且与人流通行通道距离为W；

查找模块用于根据矩形区域中心的水平坐标从预先构建的夹角-水平坐标表格中查找出对应的夹角α，其中，所述夹角-水平坐标表格的构建过程为：

令标定对象在设定的基准圆圆周上变换位置，将各位置点与摄像机镜头之间连线与摄像机镜头法线之间的夹角与每个位置摄像机所拍摄画面中标定对象的额头中心的水平坐标构建为所述夹角-水平坐标表格；

测距模块用于根据矩形区域中心水平坐标对应夹角α以及距离W，计算测温对象与摄像机之间的距离L。

Images