CN103250037A - 用于使用红外阵列传感器测量温度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于使用红外阵列传感器测量温度的装置和方法。本装置可以包括：红外阵列传感器模块，所述红外阵列传感器模块包括以进一步包括多个像素的阵列进行布置的多个红外传感器，用于获取关于对象的热像图的信息；OSD生成模块，所述OSD生成模块具有与对象的整体形状或局部形状对应的轮廓，用于生成对待被测量温度的目标区进行限定的指示器；显示模块，该显示模块用于显示指示器和关于热像图的信息；以及控制器，用于在当关于热像图的信息和指示器被显示在显示模块上时借助于关于热像图的信息被显示的对象的目标区与指示器交叠的情况下，控制红外阵列传感器模块来测量对象的温度。

Description

用于使用红外阵列传感器测量温度的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及对与从诸如材料或人体的对象所产生的红外线相对应的热像图（thermal picture）的测量。具体地，本发明涉及一种用于利用能够从对象检测热像图的红外阵列传感器来测量对象的温度的装置、以及用于完全地或部分地借助于该装置来测量对象温度的方法。

背景技术

现今，在各种技术领域中广泛地使用下述热检测装置：其响应于甚至微小的红外线从材料或人体感测温度。

例如，如图1所示，在昏暗的地点等处自动接通/断开灯的热检测装置被构成为包括热电传感器10、放大器（AMP）11、低通滤波器（LPF）12、比较器13、定时器14、驱动器15、灯16和光传感器17。

在这种热检测装置中，热电传感器10从例如人体接受微小的红外线并且生成与红外线对应的低压的电信号。然后，放大器11工作以将低压电信号放大直至为超过预定电压的电信号。

在此期间，在将电信号放大为超过预定电压的同时，低通滤波器12去除噪声，例如高频噪声。

比较器13运行以将高于预定电压而没有高频噪声的电信号与例如预定为0.7V的参考电压V_ref进行比较。如果比较结果是高于参考电压，则定时器14开始工作。

在定时器14工作的一定时间（例如，10秒）期间，驱动器15向灯16提供电力以接通灯16。这里，光传感器17响应于周围的亮度来生成与入射在光传感器17上的光对应的电信号，从而启用或停用比较器13的操作。

概括地，图1所示的传统的热检测装置以上述配置工作，使得：当人在昏暗的地点中靠近灯16时，热电传感器10使得灯16能够自动接通。在图1所示的热检测装置中，如公知的那样，热电传感器10使用具有热电效应的介电效应。然而，热电传感器10在不能检测停止而不移动的材料或人体时是不利的，因为热电传感器10在红外线不断入射在材料或人体上的情况下不进一步生成任何电信号。

为了改进热检测的这种缺点，如图2所示，提出了另一种使用热电堆传感器20代替图1中的热电传感器10的热检测装置。热电堆传感器20是一种主要用于以非接触模式测量停止的材料或人体的热传感器。

同时，图3示出了近年来开发以单个模块制造的热电堆阵列传感器（TAS），其中多个热电堆传感器以方像素阵列（例如，32×32）进行布置。

热电堆阵列传感器（TAS）被用在用于测量材料或人体的热像图的改进的单元中。在图4中示出了典型的热像图测量单元，其被构成为包括热电堆阵列传感器30、放大器（AMP）31、低通滤波器（LPF）32、第一模数转换器（ADC）33、第二模数转换器34、数字信号处理器35和显示装置36。

热电堆阵列传感器30例如由下述模块形成：其中多个热电堆传感器以方像素进行布置，以对应地从对象的各个部分（例如，32×32）检测温度。另外，热电堆阵列传感器30包括温度传感器TS，例如热敏电阻，用于检测模块的内部温度。

温度传感器TS输出与模块的内部温度对应的电信号。热电堆阵列传感器30的热电堆传感器以像素为单位分别从对象的各个部分接受红外线，并且然后输出与红外线分别对应的电信号。

放大器31工作以放大从热电堆阵列传感器30输出的电信号。低通滤波器32从电信号中去除高频噪声。第一模数转换器33将去除噪声的电信号从模拟分量变换成数字分量。

第二模数转换器34将从温度传感器TS输出的电信号从模拟分量变换成数字分量。数字信号处理器35根据由第一模数转换器33和第二模数转换器34变换的数字信号之间的比较来输出差，从而计算对象上各个部分的温度值。

作为示例，如果由温度传感器TS检测的内部模块温度为10°C并且由热电堆阵列传感器30的第一像素P(1,1)检测的对象的第一部分的温度为45°C，则计算它们之间的温差以确定第一部分的温度为35°C。同样，如果在由温度传感器TS检测的内部模块温度为10°C时由热电堆阵列传感器30的第二像素P_(1,2)检测的对象的第二部分的温度为46°C，则计算它们之间的温差以确定第二部分的温度为36°C。

在生成对应于与对象的各个部分相应的这些温差值的热像图之后，如图4中所举例说明的那样，热像图被表示在显示装置36（例如监视器或其他装置）上。因此，用户能够通过表示在监视器或其他显示单元上的热像图来识别对象的热分布状态或对象的其他热状况。

然而，在借助于上述的热像图测量单元仅从人体的特定部分（例如，前额、耳朵、手或人体中的另外的部分）检测热状况时，上述的热像图测量单元在使用上会是不方便的，因为必须仔细地调整对象的部分与热像图测量单元之间的距离和角度。如果测量的距离和角度被不合适地调整，则在从对象检测温度和/或热分布时将导致严重的误差。

为了使通用的热电堆传感器具有用于以红外线进行热测量的适当的温度值，需要在从对象或目标获得针对温度的电压输出之前从传感器本身检测温度。在常规技术中，由于假定传感器的温度等于传感器的环境温度，所以环境温度用作传感器的温度。参考美国专利第5,012,813号、第6,056,435号、第6,299,347号、第6,499,877号、第7,314,309号和第7,787,938号中所公开的技术，检测其自身温度的温度传感器通过以非线性对数函数为特征的热敏电阻模式来工作，以使得会使反应速率变慢并且使环境温度的准确度降低。特别地，由于仅一个传感器被用于测量其自身的温度，所以会不可避免地导致关于热检测的准确度降低。

另外，在前面的美国专利5,012,813、6,056,435、6,299,347、6,499,877、7,314,309和7,787,938中考虑将应用于核心温度Tc的转换公式的环境温度Ta作为得到的体温，以便根据周围的热变化来校正实际的体温。然而，在环境温度下降为低于18°C的情况下，应该另外考虑并且校正皮肤上的热下降，因为光学部件以及传感器在温度方面变低并且系统的运算放大器在导热系数方面变化。

此外，关于前面的美国专利5,012,813、6,056,435、6,299,347、6,499,877、7,314,309和7,787,938，不可以校正由非接触模式产生的错误的距离测量，因为它仅仅能够接受单通道（或单像素）信息，而不接受阵列的形式。这种单像素信息不能提供找出距待检测的对象的实际距离的任何方式。例如，如在PCT/IB2006/003859中所公开的，需要用于将焦点集中到一对发光装置（LED）的另外的辅助物。而且，现有的非接触测量不能够检测或校正温度计或对象的摇动或移动，其原因是由仅通过一个像素的热数据不足以根据热变化辨别出对象的移动所造成的。

同时，现有技术的美国专利7,787,938和PCT/IB2006/003859必须通过将温度计接触到前额或通过以距前额约5cm的距离隔开温度计来扫描温度，以便找到前额周围皮肤的峰值。这是因为：由于传感器仅具有一个像素，所以不可避免将温度计朝向最高温度的点移位。然而，颞动脉的分布存在个体差异，如像在前额周围、嘴周围或在太阳穴处找到较高的温度点。因此，前面的技术仅仅提供用于扫描前额及其周围的装置，不能胜任从整个面部扫描并且检测温度，使得难以从在其他面部点而不是他的前额处具有更高温度的人精确地检测温度。

发明内容

技术问题

因此，本发明针对于提供一种使用红外阵列传感器、能够通过选择材料或人体的特定部分（例如前额、耳朵、手等）更方便且精确地测量热像图和体温的装置和方法。

技术问题的解决方案

在一个实施方式中，一种用于测量温度的装置可以包括：红外阵列传感器模块，被配置成获取对象的热像图信息，所述红外阵列传感器模块包括以像素阵列布置的多个红外传感器；屏幕上显示模块，被配置成生成具有与所述对象的整体形状或局部形状对应的轮廓并且限定待被测量温度的目标点的指示器；显示模块，被配置成表示指示器和热像图信息；以及控制器，被配置成：在热像图信息连同指示器一起被表示在显示模块上时由热像图信息显示的目标点与指示器交叠的情况下，使得红外阵列传感器模块能够测量对象的温度。

该装置还可以包括：相机模块，所述相机模块被配置成获取图像信息。在此情况下，显示模块可以使图像信息与指示器交叠。在图像信息连同指示器一起被表示在显示模块上时由热像图信息显示的目标点与指示器交叠的情况下,控制器可以使得红外阵列传感器模块能够测量对象的温度。

另外，控制器可以在目标点与指示器交叠的情况下确定包括在指示器中的像素为有效像素，并且然后参考由与有效像素相对应的红外传感器测量的温度值来计算对象的得到的温度值。控制器还可以参考由与除了有效像素之外的其他像素相对应的红外传感器测量的温度值来计算环境温度值，并且然后参考环境温度值来校正得到的温度值。

同时，控制器可以在各自由红外传感器测量的温度值处于预定温度范围内的情况下确定与红外传感器对应的像素为有效像素，并且参考由与有效像素对应的红外传感器测量的温度值来计算对象的得到的温度值。而且，控制器可以根据由与除了有效像素之外的其他像素对应的红外传感器测量的温度值来计算环境温度值，并且参考环境温度值来校正对象的得到的温度值。

作为本发明的另一个方面，一种用于测量温度的方法可以包括步骤：(a)由红外阵列传感器获取对象的热像图信息；(b)生成具有针对对象的目标点的轮廓的指示器，并且将指示器连同热像图信息一起进行显示；(c)在由热像图信息显示的目标点与指示器交叠的情况下，由红外阵列传感器从对象测量温度；以及(d)参考由包括在红外阵列传感器中的多个红外传感器测量的温度值，来计算并显示对象的得到的温度值。

在一个实施方式中，一种用于测量温度的方法可以包括步骤：(a)由相机模块获取对象的图像信息；(b)生成具有针对对象的目标点的轮廓的指示器，并且将指示器连同图像信息一起进行显示；(c)在由热像图信息显示的目标点与指示器交叠的情况下，由红外阵列传感器从对象测量温度；以及(d)参考由包括在红外阵列传感器中的多个红外传感器测量的温度值，来计算并显示对象的得到的温度值。

特别地，计算并显示得到的温度值的步骤(d)可以包括：确定包括在指示器中的像素作为有效像素；以及参考由与有效像素对应的红外传感器测量的温度值来计算对象的得到的温度值。在此情况下，计算并显示得到的温度值的步骤可以包括：根据由与除了有效像素之外的其他像素对应的红外传感器测量的温度值来计算环境温度值；以及参考环境温度值来校正得到的温度值。

在另一个实施方式中，计算并显示得到的温度值的步骤(d)可以包括：在各自由红外传感器测量的温度值处于预定温度范围内的情况下，确定与红外传感器对应的像素为有效像素；以及根据由与有效像素对应的红外传感器测量的温度值来计算得到的温度值。在此情况下，计算并显示得到的温度值的步骤可以包括：根据由与除了有效像素之外的其他像素对应的红外传感器测量的温度值来计算环境温度值；以及参考环境温度值来校正得到的温度值。

本发明的效果

根据本发明的装置和方法，例如，在显示与待被检测温度的对象的特定部分对应的指示器之后，当对象上特定部分的像图与指示器交叠时，通过红外传感器模块来测量对象上特定部分处的温度。因此，可以在关于对象的距离和角度的最佳条件下检测温度，从而实现更准确的测量。

另外，允许将有效像素分类到待检测的对象的目标点并且基于有效像素选择来从目标点测量准确的温度。例如，用户能够选择人的特定部分，例如前额、耳朵、手等，并且更方便且精确地从特定部分测量温度，从而增强测量温度和热分布的可靠性以及使用的容易度。

此外，可以根据有效像素周围的无效像素来计算环境温度值并且然后参考环境温度值来校正红外传感器自身的值。这使得相比于仅仅借助于内部温度传感器计算环境温度值的传统方法能够进行更准确的校正，从而进一步提高了热检测的结果的可靠性。

附图说明

图1示出了使用热电传感器的热检测装置；

图2示出了使用热电堆传感器的热检测装置；

图3示出了热电堆阵列传感器模块；

图4示出了使用热电堆阵列传感器模块的热像图测量单元；

图5示出了应用于便携式装置的本发明的实施方式；

图6示出了根据本发明的实施方式的便携式温度测量装置的配置；

图7示出了显示针对人的前额的指示器的实施方式；

图8示出了显示针对人的耳朵的指示器的实施方式；

图9示出了显示针对人的手的指示器的实施方式；

图10示出了通过用户的触摸来显示特定部分的温度的另一个实施方式；

图11示出了显示针对人的前额的热像图与相机图像之间的交叠的实施方式；

图12示出了根据本发明的便携式温度测量装置的另一个实施方式；

图13示出了在半透明的LCD屏幕上显示针对人的前额的指示器的实施方式；

图14示出了根据本发明的便携式温度测量装置的又一个实施方式；

图15示出了在不同的透明玻璃窗上打印各种指示器的实施方式；以及

图16示出了在透明玻璃窗上打印针对人的前额的指示器的实施方式。

※附图的主要部件的参考标记的描述

10:热电传感器

11,31,54：放大器

12,32,55：低通滤波器

13：比较器

14：定时器

15：驱动器

16：灯

17：光传感器

20：热电堆传感器

30,53：热电堆阵列传感器

33,34,56,57：A/D转换器

35,43,58：数字信号处理器

36,50：显示装置

40：透镜构件

41：CCD

42：自动增益控制器

44：CCD驱动器

45：控制器

46：检测器

47：交叠部

48：OSD模块

49：开关

51：存储装置

52：TAS驱动器

优选的实施方式根据本发明，一种用于使用红外阵列传感器测量温度的装置可以包括：红外阵列传感器模块，被配置成获取对象的热像图信息，所述红外阵列传感器模块包括以像素阵列布置的多个红外传感器；屏幕上显示模块，被配置成生成指示器，该指示器具有与所述对象的整体形状或局部形状对应的轮廓并且限定待被测量温度的目标点；显示模块，被配置成表示指示器和热像图信息；以及控制器，被配置成：在热像图信息连同指示器一起被表示在显示模块上时由热像图信息显示的目标点与指示器交叠的情况下，使得红外阵列传感器模块能够测量对象的温度。

此外，根据本发明，一种用于使用红外阵列传感器测量温度的方法可以包括步骤：(a)由红外阵列传感器获取对象的热像图信息；(b)生成具有针对对象的目标点的轮廓的指示器，并且将指示器连同热像图信息一起进行显示；(c)在由热像图信息显示的目标点与指示器交叠的情况下，由红外阵列传感器从对象测量温度；以及(d)参考由包括在红外阵列传感器中的多个红外传感器测量的温度值，来计算并显示对象的得到的温度值。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更全面地描述关于用于用红外阵列传感器测量温度的装置和方法的各种示例性实施方式。

用于用红外阵列传感器测量温度的装置可以通过示例性地包括红外阵列传感器模块、相机模块和控制其他组成模块的电路模块而被配置。在此配置中，红外阵列传感器模块可以由如像热电堆阵列传感器的多个红外传感器（例如，热电堆传感器）形成。红外传感器被布置成像素阵列，每个红外传感器对应于每个像素，以从对象（例如材料或人体）获取热像图信息。相机模块用于从对象获得图像信息，所述相机模块包括例如电荷耦合器件（CCD）或互补金属-氧化物半导体（CMOS）相机的相机装置。同时，如图5所示，该用于温度测量的装置可以应用于装备有相机模块、热电堆阵列传感器（TAS）模块、显示模块、键钮等的便携式装置。相机模块和热电堆阵列传感器模块例如可以与显示模块沿相反或相同的方向并排地固定。另外，如图5所示，相机模块和热电堆阵列传感器模块可以借助于回转构件被安装成可旋转超过180°，从而与显示模块面向相反或相同的方向。另外，用于温度测量的装置可以被固定地设置在便携式装置的特定位置处。

现在将参考图6详述根据本发明的温度测量装置的配置和操作。

如上所述，该装置可以被构成为包括相机模块、红外阵列传感器模块和电路模块。在一个实施方式中，相机模块可以由透镜构件40和CCD41形成。红外阵列传感器模块可以由热电堆阵列传感器53、放大器（AMP）54、低通滤波器（LPF）55、第一模数转换器（ADC）56、第二模数转换器（ADC）57和数字信号处理器（DSP）58形成。电路模块可以被形成为包括自动增益控制器（AGC）42、数字信号处理器（DSP）43、CCD驱动器44、控制器50、存储装置51和TAS驱动器52。

显示模块50可以与适合于便携式装置的小的LCD一起使用，特别是与为了简化键钮和使用方便的考虑而包括触摸屏的LCD一起使用。

在显示模块50上可以选择性地表示由CCD41获取的相机图像信息、由热电堆阵列传感器53测量的热像图信息、或者相机图像与热像图信息的交叠。此外，从稍后将描述的屏幕上显示（OSD）模块48提供的指示器（indicator）可以在显示模块50上与相机图像和/或热像图交叠。对于此操作，控制器45用于响应于用户键输入来控制OSD模块48，从而使得各种菜单类型和OSD图像（即多种形式的指示器）能够被表示在显示模块50上。

作为示例，如果用户想要仅从人的前额（作为对象）测量热像图，参考图7，则控制器45迫使OSD模块48在显示模块50中表示具有与前额的形状对应的边缘线的指示器。

指示器具有与对象的整体形状或局部形状相对应的轮廓。此处，由指示器表示的区域被定义为由用户待测量精确温度的目标点（对象的整体区域或局部区域）。基于预先的实验结果，事先在存储装置51中保存并管理关于指示器的具体形状和所显示的点的信息，以提供针对前额的测量的距离和角度的适当的范围。

控制器45还迫使开关（SW）49在指示器正被示出时，使得CCD41的相机图像信息和热电堆阵列传感器的热像图信息能够在显示模块50上交叠。然后，用户调整由相机图像显示的前额的部分，以与指示器的边缘线匹配。

当用户在通过上述过程使前额部分与指示器匹配之后按压测量键钮时，控制器45可以通过控制TAS驱动器52来启动（enable）热电堆阵列传感器53。

从热电堆阵列传感器53输出的电信号借助于放大器54、低通滤波器55、第一模数转换器56和数字信号处理器58被处理作为热像图信息。此热像图信息是指首先由多个热电堆传感器获取的温度值。控制器45参考事先被存储的传感器校正数据来计算并转换由热电堆传感器各自检测的电信号值。控制器45还可以使显示器50表示取决于由像素测量的温度值而改变颜色的热像图信息。

在此期间，为了使得热电堆阵列传感器的每个像素值具有适度的温度值，使用附加传感器用于测量被用于补偿由每个红外传感器获得的温度值的内部传感器温度。换言之，首先假定内部传感器温度和对象周围的环境温度相同，根据由红外传感器的附加传感器测量的内部传感器温度是环境温度来校正由每个像素（即与每个像素对应的每个红外传感器）获取的值。

此处，由于使用非线性对数函数的热敏电阻传感器作为温度传感器降低了传感器本身的测量准确度，所以本发明使用例如以利用一阶函数的线性运算为特征的、与绝对温度成比例（PTAT）的传感器，以提高传感器本身的温度测量的准确度。利用PTAT传感器，用于补偿温度值的过程可以更容易。

在一个实施方式中，四个PTAT传感器中的所有传感器分别被安放在热电堆阵列传感器的角落处。然后，通过采用PTAT传感器的平均温度值作为传感器温度，所测量的值被校正。当最终选择四个PTAT传感器的平均值时，在接受该平均值之前存在一个条件。也就是说，直到PTAT传感器的温度分布范围均被测量为处于±0.2°C的范围内，才识别出稳定条件，然后平均值被获取并且最终用作内部传感器温度的值。

同时，当热像图信息（即对象的热像图）或图像信息（即对象的相机图像）连同指示器一起被表示在显示模块50上时，用户调整装置或对象的位置，以使对象的目标点与指示器交叠。此后，针对对象的目标点测量温度。在此期间，为了针对目标点进行精确的温度测量，根据本发明的下述方式被执行以从对象检测温度。

在一个实施方式中，通过确定安置在与对象的目标点交叠的指示器内的像素为“有效像素”，基于由与这些有效像素对应的热电堆传感器检测的温度值来计算得到的温度值。示例性地，对于8×8阵列传感器，总共获得64个像素值。由于所有像素数据不都是合理的，所以待被有效地用于温度测量的像素被确定为有效像素。参考图7，在热电堆阵列传感器53的8×8像素之中，仅与由指示器限定的前额对应的这些像素（例如，P_(5,3)，P_(5,4)，P_(5,5)，P_(5,6)，P_(6,3)，P_(6,4)，P_(6,5)和P_(6,6)）被选择为有效像素并且用于计算作为对象的人的体温。

在此期间，如果测量被执行以使得温度计与对象的面部隔开超过参考距离，则难以获取精确的温度值，因为由传感器覆盖的像素区域由于变宽的视场（FOV）而被延伸。因此，这种有效像素可以通过将对象的面部限制在参考距离内而获得。特别地，在根据本发明的温度测量装置中，可以首先通过使在热像图信息（或相机图像信息）中表示的对象的目标点与指示器的边缘线匹配来针对对象适当地调整测量的距离和角度。

在像素确认有效（validation）的另一个实施方式中，数据在预定温度范围（例如，对于人体为30.0℃至40.0℃）内的像素被确定为有效像素。因而，在温度范围以外的其他像素数据被放弃测量，因为它们与人体不相关。

同时，由于在对象摇动太严重的情况下难以获得精确的温度值，所以下述方式允许确定有效像素，以通过找到移动状态而在稳定化状况下进行测量。

在一个实施方式中，在用8×8传感器进行的测量开始时，从热电堆阵列传感器按帧获取64个温度值。每一帧可以是像素数据的聚合。对象的移动可以通过比较以帧为单位提供的信号而找到。

例如，假定2个帧信号通过互相关模式（cross-correlation mode）被定义为x(i)和y(i)，帧之间的相对于延迟值d的互相关值r可以通过下述等式而给出：

$r\left(d\right)=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}[(x\left(i\right)-\mathrm{mx})\×(y(i-d)-\mathrm{my})]}{\sqrt{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{(x\left(i\right)-\mathrm{mx})}^2}\sqrt{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{(y\left(i\right)-\mathrm{my})}^2}}$

根据等式，参数mx和my是指2个帧的平均值。作为这些互相关值之中出现峰的部分的x轴值的像素值表示移位距离，作为两个帧的经延迟的值。

示例性地，如果互相关值的峰出现的部分的x轴值为-2，则这是指存在2个像素的移位。符号“-”表示帧#2处的图像被向上移位。并且，利用各帧之间的像素尺寸和数据获取时间，对象的移位速率可以通过短时操作而获得。

在本实施方式中，如果测量的时间被设置成2秒，则应该以最小移动限制对象2秒。此外，通过借助于上述的互相关模式来将移位距离限制在2个像素之内，可以仅当互相关的x峰值和y峰值二者都小于±2时指示温度测量的正常得到的值。

上述像素确认有效可以被独立地执行或被重复。在一个实施方式中，包括在指示器中的像素首先被确定为有效像素，并且接下来从首先选择的像素中选中具有包括在人的温度范围中的温度值的得到的有效像素。另外，如果有效像素的数目不与预定范围对应，则可导致关于已经超出参考距离执行前面的测量而恢复温度测量。

根据本发明的实施方式，当可以通过对象的热像图（或相机图像）与指示器之间的交叠而首先调整测量的距离和角度时，可以通过另外进行上述的像素确认有效来更加提高距离调整的准确度。

控制器45以上述方式确定有效像素并且参考有效像素的数据（即，由与有效像素对应的红外传感器测量的温度值）来计算从对象检测的得到的温度值。

另外，根据本发明，可以参考除有效像素以外的其他像素来更精确地测量环境温度，借此能更精确地校正得到的温度值。

首先，假定“Ts”表示根据由各自形成像素的红外传感器测量的红外线的检测量的温度转换值，并且“Tpyro”表示由温度传感器测量的内部传感器温度值，相应地对应于红外传感器的像素数据“Tp”等于Ts和Tpyro之和（即，Tp=Ts+Tpyro）。因此，首先基于像上面提到的每个像素数据来显示热像图。

接下来，在由对象的热像图（由红外阵列传感器获取的）或图像（由相机获取的）标记的目标点处对应地生成指示器之后，指示器被控制以与热像图或相机图像交叠。然后，控制器45使得红外阵列传感器能够从对象测量温度。

在此期间，控制器45以上述方式确定有效像素。并且，根据除有效像素以外的其他像素（无效像素）的像素数据来计算环境温度值“Tamb”。Tamb可以通过无效像素数据Tpn和Tpyro的函数（Tamb=f(Tpn,Tpyro)）而给出。关于此环境温度值，可以补偿每个有效像素数据Tpe。经补偿的有效像素数据Tpec可以通过补偿之前的有效像素数据Tpe和环境温度值Tamb的函数（Tpec=f(Tpe,Tamb)）而给出。因而，可以从经补偿的有效像素数据输出得到的温度值。

虽然借助于PTAT传感器相对地且精确地测量了内部传感器温度，但是这可能基本上不同于环境温度。因此，为了对对象的目标点进行精确的温度测量，需要下述情况：Tp所基于的Tpyro的值与对象周围的环境温度相似。在现有技术中，由于还没有提出用于准确地测量对象周围的环境温度的任何其他合适的方式，所以在温度测量装置将被使用的情况下仅建议在长时间留置温度计之后进行温度检测。与此不同，根据本发明，相对于这种情况，首先根据Tpyro对Tp估值，其中可以参考无效像素的数据而不是有效像素的数据来计算对象的环境温度值。例如，如果环境温度值Tamb与Tpyro的值不同，则控制器45可以通过显示模块50或其他通知装置（例如，扬声器等）向用户通知温度测量的不适当情形。此外，控制器45可以将环境温度值Tamb与Tpyro进行比较。如果由比较产生的误差在预定范围之内，则控制器45将当前情形确定为适于温度测量，从而将其引导给用户。

在一个实施方式中，根据无效像素计算的环境温度值可以用于校正有效像素数据，并且经校正的有效像素数据可以用于计算对象的得到的温度。例如，在检测体温的情况下，由各自与有效像素对应的热电堆传感器获取的数据是对象的面部上的温度值。此面部温度低于实际的体温，所以需要进行用于将面部温度值转换成实际的体温值的过程，如下所示。

为了获得实际的体温与由红外传感器获取的像素温度之间的关系，用200人（100个正常和100个发烧）进行临床实验。通过首先经由根据本发明的装置的阵列传感器来收集像素温度值并且经由接触医院中所使用的电子温度计来获取口腔的温度，来进行实验，在此期间总共执行了5次温度测量。

根据通过实验收集的临床数据，当在像素以8×8被形成的情况下阵列传感器的数据足足为64时，如上所述选择有效像素，并且然后使用在阵列传感器数据（或像素数据）之中指示最高温度值的最大值作为对象的面部温度值。在获得由对象收集的5次阵列传感器数据的最大值的平均值之后，这些平均值连同5次口腔温度值的平均值一起被应用于比较表。通过设置X轴用于面部温度值（像素数据的最大值）同时设置Y轴用于口腔温度值，来获得得到的转换表。以被编程到微处理器的ROM中的查找表（LUT）的形式来构成转换表，其中通过将所测量的值放到X轴中并且然后经由线性内插来转换Y轴值，来计算实际的温度值。

在一个实施方式中，在由无效像素获取的环境温度值低于16°的情况下，在将有效像素数据转换成体温值之前，控制器45可以通过给予数据权重来帮助对面部温度值进行精确测量。另外，控制器45在输出有效像素的平均温度值时为了数据准确度甚至可以排除最高温度和最低温度的像素数据。

根据本发明的实施方式，通过像素确认有效、环境温度补偿、利用查找表的体温转换可实现精确的温度测量。特别地，由于各自能够对局部的点检测温度的多个红外传感器被对应地布置成像素阵列，所以可以参考根据曾经在不移动装置的情况下获取热像图而获得的像素数据，来精确地测量对象的体温。

在一个实施方式中，控制器45使得OSD模块48能够在显示模块50上表示所计算的平均温度（例如，36.7°）的文字。因而，用户能够方便地选择前额并且从其获得热像图，连同测量与前额对应的温度。

此外，控制器45可操作以控制检测器46：通过扫描数字化相机图像来获取前额轮廓，并且然后在相机图像与指示器匹配时开始热像图测量。

如图7所示，在显示模块50上可以表示针对相机图像的菜单项（例如，“相机”）、针对相机图像与热像图的交叠的菜单项（例如，“交叠”）、针对温度测量的结果的菜单项（例如，“温度”）、以及针对由热电堆阵列传感器获取的热像图的菜单项（例如，“TAS”）。

用户还能够从显示模块50识别并处理其他项，即当前指示器（例如，“前额”）、针对另一个指示器（例如耳朵、手等）的选择项（例如，左箭头和右箭头）、以及开始热测量的选择项（例如，“进入”）。

在一个实施方式中，控制器45使得OSD模块48能够显示下述指示器：该指示器由按下选择项或另一个键钮的用户所作为另一个指示器。

例如，参考图8，如果用户想要从人的耳朵测量温度，则控制器45使得OSD模块48能够在显示模块50上表示耳朵形状的指示器。在此期间，在8×8的热电堆阵列传感器之中与耳朵对应的像素（例如，P_(2,4)，P_(2,5)，P_(3,4)，P_(3,5)，P_(4,4)，P_(4,5)，P_(5,4)，P_(5,5)，P_(6,4)，P_(6,5)，P_(7,4)和P_(7,5)）被选择作为有效像素来计算它们的温度值。

同样，参考图9，如果用户想要从人的手测量温度，则控制器45使得OSD模块48能够在显示模块50上表示手形状的指示器。在此期间，在8×8的热电堆阵列传感器之中与耳朵对应的像素（例如，P_(2,3)，P_(2,4)，P_(2,5)，P_(3,3)，P_(3,4)，P_(3,5)，P_(4,3)，P_(4,4)，P_(4,5)，P_(5,2)，P_(5,3)，P_(5,4)，P_(5,5)，P_(6,2)，P_(6,3)，P_(6,4)，P_(6,5)，P_(6,6)，P_(7,3)，P_(7,4)，P_(7,5)和P_(7,6)）被选择作为有效像素来计算它们的温度值。

现在参考图10，如果用户请求，则控制器45可以根据有效像素的平均温度值（例如，36.7°）来计算得到的温度值，并且然后在显示模块50上表示平均温度值。控制器45还可以使得能够同时显示有效像素的最高温度值和最低温度值（例如，36.9°和36.5°）。

此外，在根据平均温度值来计算得到的温度值的过程中，控制器45可以排除最高温度值和最低温度值以使平均值稳定，或给布置在有效像素的中心处的像素的温度值赋予较高的权重（例如，120%）而给外围像素的温度值赋予较低的权重（例如，80%）。

在显示器50使用具有触摸屏功能的LCD的情况下，如图10所示，当用户触摸LCD上的特定位置时，控制器45还使OSD模块48能够在找到位置的坐标之后标记与特定位置对应的像素（例如，T_(6,5)）的温度值（例如，36.8°）。

另外，参考图11，如果用户选择“交叠”的菜单项，则控制器45使交叠部分47和开关49能够在显示模块50上将相机图像与热像图交叠。因此，用户能够容易识别前额处的热分布。

同时，如果通过上述过程测量的温度值被确定作为在预定参考温度范围之外的异常，则控制器45使存储装置51能够保留关于相机图像、热像图和温度的信息，以便使用户重放并且观看这些信息。

在一个实施方式中，根据本发明的温度测量装置可以另外配备有有线或无线通信模块。在此情况下，控制器45可以通过有线或无线通信网络将相机图像、热像图和温度的信息从存储装置51传送到耦接到控制器45的计算机或服务器。

作为根据本发明的另一个实施方式，参考图12，一种用于温度测量的装置可以包括半透明的LCD作为显示模块。

在此情况下，用户能够用肉眼直接识别通过透明或半透明的LCD所暴露的对象的形状，而不是相机图像。在此期间，在透明或半透明的LCD上可以反映出（reflect）如上提出的各种指示器。例如，参考图13，当示出人的前额的指示器表示在透明或半透明的LCD上时，用户能够通过处理目标点与指示器之间的相关性来适当地调整测量的距离和角度，同时用肉眼直接观看通过LCD正被播送的对象的形状。

而且，如果用户按下用于获取热像图的键，如结合图7所描述的那样，则通过像素确认有效、环境温度补偿等执行用于测量热像图和温度的过程。

在另一个实施方式中，参考图14，根据本发明的温度测量装置可以包括透明玻璃窗连同LCD作为显示模块。

在本实施方式中，在透明玻璃窗的顶部处可以提供较便宜的小的或半透明的LCD，从而显示最少的消息。在透明玻璃窗上可以打印具有采用标签形式的形状的指示器。例如，参考图15，用户能够改变其中另一个指示器被打印的标签。

然后，用户能够适当地调整测量的距离和角度，以使得对象的目标点与被打印在透明玻璃窗上的指示器匹配，用肉眼观看通过透明玻璃窗所播送的对象的形状，而不是相机图像。例如，如图16所示，当与人的前额对应的指示器被打印在透明玻璃窗上时，用户能够调整适于前额的距离和角度，同时用肉眼通过透明玻璃窗观看对象的形状。

因此，由于可以通过选择人的特定部分（例如，前额、耳朵、手等）方便且精确地测量热像图，所以这增强了使用的容易度并且进一步提高了测量温度和热分布的可靠性。

上文说明了示例性实施方式，但是不应被理解为限制于此。虽然已经描述了若干示例性实施方式，但是本领域技术人员将容易理解，在没有本质上脱离新颖的教示和优点的情况下，可以对示例性实施方式做出多种变型。因此，所有这种变型意在被包括在如权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种用于测量温度的装置，包括：

红外阵列传感器模块，被配置成获取对象的热像图信息，所述红外阵列传感器模块包括以像素阵列布置的多个红外传感器；

屏幕上显示模块，被配置成生成具有与所述对象的整体形状或局部形状对应的轮廓并且限定待被测量温度的目标点的指示器；

显示模块，被配置成表示所述指示器和所述热像图信息；以及

控制器，被配置成：在所述热像图信息连同所述指示器一起被表示在所述显示模块上时由所述热像图信息显示的所述目标点与所述指示器交叠的情况下，使得所述红外阵列传感器模块能够测量所述对象的温度。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括相机模块，所述相机模块被配置成获取图像信息，

其中，所述显示模块被配置成使所述图像信息与所述指示器交叠，

其中，所述控制器被配置成：在所述图像信息连同所述指示器一起被表示在所述显示模块上时由所述热像图信息显示的所述目标点与所述指示器交叠的情况下，使得所述红外阵列传感器模块能够测量所述对象的温度。

3.根据权利要求1和2之一所述的装置，其中，所述控制器被配置成：在所述目标点与所述指示器交叠的情况下确定包括在所述指示器中的像素为有效像素，并且然后参考由与所述有效像素相对应的红外传感器测量的温度值来计算所述对象的得到的温度值。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制器被配置成：参考由与除了所述有效像素之外的其他像素相对应的红外传感器测量的温度值来计算环境温度值，并且然后参考所述环境温度值来校正所述得到的温度值。

5.根据权利要求1和2之一所述的装置，其中，所述控制器被配置成：在各自由所述红外传感器测量的温度值处于预定温度范围内的情况下确定与所述红外传感器对应的像素为有效像素，并且参考由与所述有效像素对应的所述红外传感器测量的温度值来计算所述对象的得到的温度值。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器被配置成：根据由与除了所述有效像素之外的其他像素对应的红外传感器测量的温度值来计算环境温度值，并且参考所述环境温度值来校正所述对象的所述得到的温度值。

7.一种用于使用权利要求1所述的装置来测量温度的方法，所述方法包括：

(a)由红外阵列传感器获取对象的热像图信息；

(b)生成具有针对所述对象的目标点的轮廓的指示器并且将所述指示器连同所述热像图信息一起进行显示；

(c)在由所述热像图信息显示的目标点与所述指示器交叠的情况下，由所述红外阵列传感器从所述对象测量温度；以及

(d)参考由包括在所述红外阵列传感器中的多个红外传感器测量的温度值，来计算并显示所述对象的得到的温度值。

8.一种用于使用权利要求2所述的装置来测量温度的方法，所述方法包括：

(a)由相机模块获取对象的图像信息；

(b)生成具有针对对象的目标点的轮廓的指示器并且将所述指示器连同所述图像信息一起进行显示；

(c)在由所述热像图信息显示的目标点与所述指示器交叠的情况下，由所述红外阵列传感器从所述对象测量温度；以及

(d)参考由包括在所述红外阵列传感器中的多个红外传感器测量的温度值，来计算并显示所述对象的得到的温度值。

9.根据权利要求7和8之一所述的方法，其中，所述(d)包括：

确定包括在所述指示器中的像素作为有效像素；以及

参考由与所述有效像素对应的所述红外传感器测量的温度值，来计算所述对象的所述得到的温度值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述(d)包括：

根据由与除了所述有效像素之外的其他像素对应的所述红外传感器测量的温度值来计算环境温度值；以及

参考所述环境温度值来校正所述得到的温度值。

11.根据权利要求7和8之一所述的方法，其中，所述(d)包括：

在各自由所述红外传感器测量的温度值处于预定温度范围内的情况下，确定与所述红外传感器对应的像素为有效像素；以及

根据由与所述有效像素对应的所述红外传感器测量的温度值来计算所述得到的温度值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述(d)包括：

根据由与除了所述有效像素之外的其他像素对应的所述红外传感器测量的温度值来计算环境温度值；以及

参考所述环境温度值来校正所述得到的温度值。

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