CN103479339A - 一种红外体温监测自动校准方法及校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外体温监测自动校准方法及校准系统。该系统由红外体温监测设备和校准数据处理中心、耳道测温设备、环境参数监测设备、环境参数监测系统、红外体温监测系统组成，在校准数据处理中心以耳道温度T₀为基准温度，环境参数作为干扰因素，体表温度T_y作为待校准的数据信息，进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。本发明相对简单、易行、经济、有效的方法，解决目前国境口岸等区域使用的红外体温监测系统存在的误报、错报、漏报等诸多问题。

Description

一种红外体温监测自动校准方法及校准系统

技术领域

涉及红外体温监测系统的自动校准技术，特别适用于国境口岸区域出入境旅检通道红外体温监测设备的实时、精确的校准。

背景技术

温度在绝对零度(-273℃)以上的物体，都会对外辐射出红外线，物体温度越高，辐射越强。红外探测设备将红外辐射的波长、强度等信号转换成电信号，电信号经放大器和信号处理后转变为被测目标的温度值，成像装置将电信号模拟扫描物体表面温度的空间分布，经处理后传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图，从而实现远距离目标热状态图像成像和测温并进行分析判断，这就是红外热成像测温的基本原理。该项技术已经广泛地用于工业探伤、炉温监测、军事等领域。2003年SARS流行期间，红外热成像技术开始被应用于人群体表温度监测。由于该方法具有自动、快速、非接触、自动报警、自动跟踪发热者等优点，从而受到边境口岸、车站码头等场所相关管理部门的欢迎，在SARS、甲型流感等传染病防控期间，对发热病人筛检起到了关键作用。目前全国各国境口岸广泛配置了红外体温监测系统，用于口岸出入境人员体表温度监测，在出入境人群传染病防控中发挥重要作用。红外体温监测系统的理论依据是，通过体表温度的监测，反应被监测个体的体温高低，从中筛检出体温升高、发烧等个体。当前的红外体温监测系统可以较为准确的监测到人的体表温度（一般以额头或者颜面部温度为准），经过红外体温监测系统的校准参数，进行计算与修正后输出体温，然而目前的校准参数只是仪器操作人员根据经验简单的将红外测得的体表温度加上相应的温度差值，不能够真实反应红外测得的体表温度与旅客体温对应关系。

通过实践发现，（1）人的体表温度容易受到外界环境的温度、湿度、风速、个人身体差异等多方面因素影响；（2）不同体温区间校准参数是不一致。现有的红外体温监测系统可以有效的反应人群体表温度，但是获取了体表温度信息后，在经红外体温监测系统修正转化成体温信息时出现较大偏差。经研究发现（1）现有的测温系统校准参数缺乏数据支撑。目前，所有在用的测温系统中的校准参数的设置与调试主要依靠测温设备维护使用人员的经验来设置，因此测温仪的参数设置的实时性、科学性与有效性均难以保证。（2）在气温等环境参数变化较大时候，人的体表温度会随着环境变化等多因素变化而变化，体表温度和体温差距在不断变化，但是现有红外测温系统的参数设置不能及时随着环境参数变化而变化，因此常常引起虚报、漏报，难以满足口岸体温快速监测、快速通关的要求。（3）由于当前的测温系统分布于全国各个出入境口岸，各口岸所处经度、维度、气候条件等诸多状况不一样，当前的红外测温系统的校准参数设置没有充分考虑到这些因素。因此，现有的红外体温监测系统经常因为外界环境的变化出现漏报、误报、虚假报警，严重影响了通关速度与传染病监测效率。

发明内容

本红外体温监测校准系统提供一种相对简单、易行、经济、有效的方法，解决目前国境口岸等区域使用的红外体温监测系统存在的误报、错报、漏报等诸多问题。

本发明的一种红外体温监测自动校准系统，包括红外体温监测设备和校准数据处理中心，耳道测温设备、环境参数监测设备、环境参数监测系统、红外体温监测系统；它们通过有线或无线方式进行数据传输；其中

（1）耳道测温设备，用于采集耳道温度数据T0，并传输至校准数据处理中心；

（2）环境参数监测设备：用于采集环境相关信息，并将环境信息转化成电信号，传输至环境参数监测系统；

（3）环境参数监测系统，接收到采集到的电信号以后，通过数据处理，换算成环境参数数据，并传输至校准数据处理中心；

（4）红外体表温度监测设备，用于采集步骤（1）中相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统；

（5）红外体温监测系统，用于接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号，将电信号进行数据处理，换算成体表温度T_y传入校准数据处理中心；

（6）校准数据处理中心，用于将收集到的耳道温度、环境参数、红外体表温度进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。

本发明中所述的环境参数包括环境温度T_X、湿度RH_X、风速V_1X、人体移动速度V_2x、气压P_X、CO₂浓度C_BX、粉尘浓度C_粉X、周围热源参数K_X、相对于镜头位置坐标参数a=（x，y，z）。

本发明中校准数据处理中心通过自回归模型算法等算法进行数据分析和处理。

本发明还公开了一种红外体温监测自动校准方法，包括以下步骤：

（1）通过耳道测温设备获取人的耳道温度T₀，传输至校准数据处理中心；

（2）通过环境参数监测设备获取环境温度信息，通过环境监测系统将环境参数数据传输至数据处理中心；

（3）通过红外体表温度监测设备采集步骤（1）中相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统；

（4）红外体温监测系统将接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号进行数据处理，换算成体表温度T_y传入校准数据处理中心；

（6）校准数据处理中心以耳道温度T₀为基准温度，环境参数作为干扰因素，体表温度T_y作为待校准的数据信息，进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。

与现有的测温系统相比，本校准系统选择了更为精准的耳道温度作为标准源，同时自动采集环境参数信息，能够根据环境变化自动调整现有的红外测温系统校准参数曲线（环境参数-体表温度-体温修正曲线）设置，达到现有红外测温系统智能化调整自身参数的目的。最大限度的提高了国境口岸等区域红外体温监测的科学性、有效性和准确度，提高口岸地区通关速度与传染病监测效率。

附图说明

图1为红外体温监测校准系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施方案：根据科学研究发现，人的耳道更靠近体温中枢，因此耳道温度比腋下温度更接近体温。同时耳温比腋下温度更容易获得，更容易被出入境人群接受。因此选择耳温可以作为体温参考标准。

红外体温监测校准系统的选择耳温T₀作为基准温度参数，选择环境参数如环境温度T_X、湿度RH_X、风速V_1X、人体移动速度V_2x、气压P_X、CO₂浓度C_BX、粉尘浓度C_粉X、周围热源参数K_X、相对于镜头位置坐标参数a=（x，y，z）等参数作为影响因素，对红外测温系统监测到的红外体表温度T_Bx等参数作为输入量，然后采用自回归模型等算法对采集到的数据进行处理，具体如下：

本发明通过环境参数监测设备通过环境参数监测设备，实时获得环境参数：环境温度T_X、湿度RH_X、风速V_1X、人体移动速度V_2x、气压P_X、CO₂浓度C_BX、粉尘浓度C_粉X、相对于镜头位置坐标参数a=（x，y，z）等参数。

1、红外体表温度监测系统设备，用于实时采集通过人群的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统；红外体温监测系统，用于接收到红外体温监测设备传输过来的电信号，将电信号进行数据处理，换算成体表温度。

2、选择经过通道的不同个体旅客，利用耳道测温设备，读取人体耳温信息T₀，作为校准的基准温度，无线自动传输技术，传入校准数据处理中心；在耳温检测设备上安装自动定位装置同时发出定位信号，将红外体表温度监测设备获取到的该旅客的体表温度信息T_y传入校准数据处理中心。

3、在红外测温系统计算机校准数据处理中心采用自回归模型等算法，以获得的耳道温度为标准温度，以获得的环境参数为影响因素，对红外测温系统获得的温度进行分析与运算，获得实时校准参数曲线。

4、将分析获得的参数曲线自动导入到红外体温监测系统中，实现对红外测温系统的实施实时校准；

5、在耳温仪未启动时，计算机数据处理中心根据环境参数监测系统获取的实时信息，自动调取历史校准信息数据库进行主动分析，给出实时校准参数曲线（环境参数-体表温度-体温修正曲线），对红外体温监测系统实时校准。

6、自回模型算法如下：

记x₁(n)，x₂(n)，x₃(n)……x_N(n)表示n时刻，第N个参数（环境温度T_X、湿度RH_X、风速V_X、气压P_X、CO₂浓度C_BX、粉尘浓度C_粉X、周围热源参数K_X、相对于镜头位置坐标参数a=（x，y，z）、红外体表温度T_y等参数）的观测值。y(n)表示n时刻目标的实际温度。考虑到耳温仪测温的准确性，故可以将耳温仪测得的数据作为目标的实际温度的有效估计。即假定:

$y\left(n\right)=\tilde{y}\left(n\right)---\left(1\right)$

假定实际目标温度y(n)为N个观测参数的函数：

y(n)＝f(x₁(n),x₂(n)...x_N(n))   (2)

将（2）式带入（1）式，可得

$\tilde{y}\left(n\right)=f(x_1\left(n\right),x_2\left(n\right)...x_N\left(n\right))---\left(3\right)$

本问题的关键在于，通过已经获得的数据，得到函数f(·)的最优估计。假定各参数之间符合如下关系：

$\tilde{y}\left(n\right)=h_1{x}_1\left(n\right)+h_2{x}_2\left(n\right)+...h_N{x}_N\left(n\right)+{\mathrm{\ϵ}}_n---\left(6\right)$

其中，ε为噪声，为随机变量，假定其分布为Φ(0,δ²)。其第n时刻的观测值为ε_n，则对于不同时刻，(4)式可以表示为：

$\left(\begin{array}{c}\tilde{y}\left(1\right)\\ \tilde{y}\left(2\right)\\ ...\\ \tilde{y}\left(N\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{x}_1\left(1\right)& x_2\left(1\right)...& x_N\left(1\right)\\ x_1\left(2\right)& x_2\left(2\right)...& x_N\left(2\right)\\ ...& & \\ x_1\left(N\right)& x_2\left(N\right)...& x_N\left(N\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ h_2\\ ...\\ h_N\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_1\\ {\mathrm{\ϵ}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\ϵ}}_N\end{array}\right)---\left(5\right)$

可表示为如下矩阵形式：

Y＝Xh+ε   (6)

基于最小二乘原理，（6）式中，系数向量的一个估计为：

$\hat{h}={\left(X^{H}X\right)}^{-1}{X}^H\tilde{y}---\left(7\right)$

其中，(·)^H表示矩阵的共轭转置，(·)^-1表示矩阵的求逆。

Claims (6)

1.一种红外体温监测自动校准系统，包括红外体温监测设备和校准数据处理中心，其特征在于还包括耳道测温设备、环境参数监测设备、环境参数监测系统、红外体温监测系统；其中 

（1）耳道测温设备，用于采集耳道温度数据T₀，并传输至校准数据处理中心； 

（2）环境参数监测设备：用于采集环境相关信息，并将环境信息转化成电信号，传输至环境参数监测系统； 

（3）环境参数监测系统，接收到采集到的电信号以后，通过数据处理，并换算成环境参数数据，并传输至校准数据处理中心； 

（4）红外体表温度监测设备，用于采集步骤（1）中相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统； 

（5）红外体温监测系统，用于接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号，将电信号进行数据处理，换算成体表温度T_y传入校准数据处理中心； 

（6）校准数据处理中心，用于将收集到的耳道温度、环境参数、红外体表温度进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。 

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环境参数数据包括：环境温度T_X、湿度RH_X、风速V_1X、人体移动速度V_2x、气压P_X、CO₂浓度C_BX、粉尘浓度C_粉X、周围热源参数K_X、相对于镜头位置坐标参数a=（x，y，z）。 

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，校准数据处理中心通过自回归模型算法进行数据分析和处理。 

4.一种红外体温监测自动校准方法，其特征在于包括以下步骤： 

（1）通过耳道测温设备获取人的耳道温度T₀，传输至校准数据处理中心； 

（2）通过环境参数监测设备获取环境温度信息，通过环境监测系统将环境参数数据传输至数据处理中心； 

（3）通过红外体表温度监测设备采集步骤（1）中相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统； 

（4）红外体温监测系统将接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号进行数据处理，换算成体表温度T_y传入校准数据处理中心； 

（5）校准数据处理中心以耳道温度T₀为基准温度，环境参数作为干扰因素，体表温度T_y作为待校准的数据信息，进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。 

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境参数数据包括：环境温度T_X、 湿度RH_X、风速V_1X、人体移动速度V_2x、CO₂浓度C_BX、粉尘浓度C_粉X、周围热源参数K_X、相对于镜头位置坐标参数a=（x，y，z）。 

6.根据权利要求1所述的方法方法，其特征在于，校准数据处理中心通过自回归模型算法进行数据分析和处理。 

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