CN111537076B - 一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外测温领域，具体涉及一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法及系统，其方法包括如下步骤，开机启动面对黑体的红外设备，并同步记录红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；基于三次插值法对同步记录的内部温度数据和成像灰度数据进行函数拟合，得到红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数；利用温度漂移抑制函数对红外设备后续开机时在启动阶段的温度漂移进行抑制；其中，启动阶段为从红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。本发明针对红外快速异常体温筛查仪启动过程中长期的温度漂移问题具有很好的改善效果，实现红外快速异常体温筛查仪快速进入准确测温状态，无需长时间提前开机或等待。
Description
技术领域
本发明涉及红外测温领域，具体涉及一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法及系统。
背景技术
针对如SARS和新冠肺炎等恶性传染病而言，对感染者及时进行识别及妥善处理是阻止疫情持续蔓延的重要手段。由于该类疾病的感染人群常伴有发烧、高热症状，对人群中体温异常者进行筛查就成为识别感染者的主要方法之一。红外快速异常体温筛查仪可在不影响行人通行效率的情况下实现对大量人群进行无接触体温测量，该设备适用于机场、火车站、地铁站等人群密度和人流量较大的场所。由于红外探测器器件自身的易受环境温度变化影响的特性，红外快速异常体温筛查仪在设备启动、内部部件升温过程中会出现较长时间的测温温度漂移现象，所以在使用前需要提前较长时间启动，对于设备的快速使用十分不便。
采用现有技术解决上述缺陷的方案为：在测温工作开始前，提前启动红外快速异常体温筛查仪，以便在测温工作开始时设备已经进入准确测温工作状态，避免测温错误产生漏检和误检。该现有技术方案要求在设备使用前提前启动，但使用不同类型红外探测器的测温设备从启动到稳定工作状态所需时间不同，使用者往往不容易正确估计。而且温度漂移持续时间较久，往往需等待一小时甚至更久。提前启动对使用者来说非常不便，也不利于测温设备在防疫工作中的快速部署及使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法及系统，针对红外快速异常体温筛查仪启动过程中长期的温度漂移问题具有很好的改善效果，实现红外快速异常体温筛查仪快速进入准确测温状态，无需长时间提前开机或等待。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，包括如下步骤，
开机启动面对黑体的红外设备，并同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；
基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数；
利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备后续开机时在启动阶段的温度漂移进行抑制；
其中，所述启动阶段为从所述红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述红外设备为红外快速异常体温筛查仪。
进一步，所述红外设备正常工作的判断标准为，记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据达到稳定状态。
进一步，利用设置在所述红外设备上的串行接口记录所述灰度数据，通过设置在所述红外设备内部的温度传感器记录所述内部温度数据。
进一步，同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据的具体步骤为，在所述启动阶段内，每秒记录一次所述红外设备的所述内部温度数据和所述成像灰度数据。
进一步，基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合的具体步骤为，
基于三次插值法，利用每相邻两秒记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行一次函数拟合，对应得到每相邻两秒之间的分段温度漂移抑制函数；
将所有所述分段温度漂移抑制函数进行叠加，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数。
进一步，利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备在启动阶段的温度漂移进行抑制的具体过程为，在所述启动阶段，将所述红外设备的测温值减去所述温度漂移抑制函数中对应的拟合温度值，并添加固定偏置常数，实现对所述红外设备在启动阶段的温度漂移进行抑制。
进一步，获得所述固定偏置常数的具体步骤为，
在所述启动阶段，将所述红外设备对所述黑体的测温值减去所述温度漂移抑制函数中对应的拟合温度值，得到恒定温度值；
将所述恒定温度值与所述黑体的实际温度值作差处理，得到所述固定偏置常数。
基于上述一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，本发明还提供一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的系统。
一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的系统，包括如下模块，
记录模块，其用于在开机启动面对黑体的红外设备后，同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；
函数拟合模块，其用于基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备后续开机时在启动阶段的温度漂移抑制函数；
温度矫正模块，其用于利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备在启动阶段的温度进行校正；
其中，所述启动阶段为从所述红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。
基于上述一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，本发明还提供一种计算机存储介质。
一种计算机存储介质，包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述所述的方法步骤。
本发明的有益效果是：本发明一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法及系统基于三次插值法利用红外设备的内部温度数据和成像灰度数据进行函数拟合，得到红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数，并利用温度漂移抑制函数抑制红外设备后续开机时在启动阶段的温度漂移，实现红外测温设备启动后快速进入准确测温的稳定工作状态，无需长时间提前开机或等待。
附图说明
图1为红外快速异常体温筛查仪的内部温度随时间变化的曲线图；
图2为红外快速异常体温筛查仪在启动阶段输出的成像灰度数据随时间的变化曲线图；
图3为本发明一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法的流程图；
图4为采用本发明的方法后红外设备输出的测量温度与时间关系的曲线图；
图5为本发明一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
红外探测器的工作原理是对所有物体的热辐射进行探测并成像，因此红外探测器具有较高的热灵敏度。使用红外探测器作为测温核心部件的红外快速异常体温筛查仪在开机后，内部器件开始工作不断升温并产生大量的热量，受到持续变化的热量的干扰，在此阶段，红外快速异常体温筛查仪对固定温度进行测量的温度数值输出是并不是准确稳定的，而是持续变化的，导致温度测量的不准确。红外快速异常体温筛查仪启动后经过较长时间工作，探测器及红外快速异常体温筛查仪内部温度不再变化后，红外快速异常体温筛查仪进入正常工作阶段，可稳定且准确输出测温数值。从启动至正常工作期间(启动阶段)红外快速异常体温筛查仪内部温度随时间变化如图1所示。使用红外探测器的红外快速异常体温筛查仪的测温本质是利用热成像的灰度图像与温度对应关系间接实现对温度的测量。红外快速异常体温筛查仪在启动阶段输出的成像灰度数据随时间的变化如图2所示。
通过上述对温度漂移产生的原因进行分析，本发明提出一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法；如图3所示，一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，包括如下步骤，
开机启动面对黑体的红外设备，并同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；
基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数；
利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备后续开机时在启动阶段的温度漂移进行抑制；
其中，所述启动阶段为从所述红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。
三次插值法可以利用极小值点逼近所求函数值，通过对被拟合函数多次分段拟合，可以得到不同变量的准确变化关系。在本发明中，利用串行接口对红外设备在启动阶段的成像灰度数据进行读取，同时在红外设备内部安装温度传感器，对同期的内部温度数据进行读取，再利用三次插值法对所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数。
三次插值公式为：P(x)＝a1(x-a)3+a2(x-a)2+a3(x-a)+a4
其中a1、a2、a3和a4为三次插值公式的待定系数，P(x)为所构造的插值函数值，所述待定系数可通过取值区间[a b]端点数据对应的插值函数值和一阶导数值进行确定。a为取值区间的左端点，b为取值区间的右端点，x为取值点。对所述待定系数求解可以对三次插值公式进行如下变换，三次插值公式两边同取一阶导数：P′(x)＝3a1(x-a)2+2a2(x-a)+a3
当x＝a时，即可得：
P(a)＝a4，
P′(a)＝a3；
当x＝b时，可得：
P(b)＝a1(b-a)3+a2(b-a)2+a3(b-a)+a4，
P′(b)＝3a1(b-a)2+2a2(b-a)+a3；
综上变形可得：
a3＝P′(a)，
a4＝P(a)。
利用三次插值法对红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数进行拟合，为了使拟合结果尽可能接近真实函数，在红外设备正常工作前对红外设备的内部温度数据和成像灰度数据进行每秒取值一次，即每相邻两秒之间进行一次函数拟合，对应得到每相邻两秒之间的分段温度漂移抑制函数，最终将所有所述分段温度漂移抑制函数进行叠加，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数。例如，红外设备在启动后的第1秒时的内部温度数据为x1，成像灰度数据为p(x1)；红外设备在启动后的第2秒时的内部温度数据为x2，成像灰度数据为p(x2)；红外设备在启动后的第3秒时的内部温度数据为x3，成像灰度数据为p(x3)；在第1秒与第2秒的时间段内，x1作为取值区间[a b]中的左端点a，x2作为取值区间[ab]中的右端点b，则利用上述所述待定系数的推导方法，可以获得红外设备在第1秒和第2秒之间的分段温度漂移抑制函数；同理，在第2秒与第3秒的时间段内，x2作为取值区间[a b]中的左端点a，x3作为取值区间[a b]中的右端点b，则利用上述所述待定系数的推导方法，可以获得红外设备在第2秒和第3秒之间的分段温度漂移抑制函数。
在本发明中，利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备在启动阶段的温度漂移进行抑制的具体过程为，在所述启动阶段，将所述红外设备的测温值减去所述温度漂移抑制函数中对应的拟合温度值，并添加固定偏置常数，实现对所述红外设备在启动阶段的温度漂移进行抑制。
由于恒温物体的测温值应该是恒定不变的，理想的输出图像为平行于时间轴的直线。但是在启动阶段由于温度漂移的持续出现，对于恒温物体测温会出现检测温度随时间的变化为曲线，也就是温度不恒定。在启动阶段，红外设备的测温值减去所述温度漂移抑制函数中对应的拟合温度值后可获得一条平行于时间轴的近似直线，即拟合矫正的初步结果是得到恒定温度值，但由于不同探测器制作工艺差别，这个恒定温度值并不是恒温物体的真实温度值，所以在出厂前需要标定出恒定温度值与恒温物体的真实温度值之间的差异，结合试验在得到的恒定温度值基础上添加一个固定偏置常数，即可得到恒温物体的真实温度值；恒定温度值和恒温物体的真实温度值之间的差为恒定常数，也就是所述固定偏置常数。这个固定偏置常数是因为器件本身特性决定，固定偏置常数标定后就不需要再更改了，这样，红外设备输出的测量值就是真实温度值了。
本发明通过记录的6390组数据进行上述三次插值法可以获得红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数，将所述红外设备在启动阶段的测温函数减去所述温度漂移抑制函数并添加固定偏置常数可获得抑制温度漂移的测量值，实现开机后迅速准确测温，红外设备在在启动阶段进行温度漂移抑制后，红外设备输出的测量温度与时间关系如图4所示。
红外快速异常体温筛查仪开机后设备开始工作，内部部件随着启动并开始升温，出现温度漂移。同时采用本发明一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法开始对温度漂移进行抑制，即对漂移温度进行矫正，使红外设备输出准确的测量体温数值，实现开机迅速进入准确测温状态，无需长时间等待即可实现对行人中体温异常者进行快速准确筛查，减轻使用者的工作负担，同时也节省能源消耗。利用设备预设体温阈值对体温数据是否异常进行判断：体温正常者可快速通过；若被检行人体温异常则立即发出警报，等待相关工作人员进行人工复检及后续处理。
采用本发明的方法，红外设备无需提前开机，开机后无需长时间等待，可适应紧急任务及意外重启后迅速稳定工作。
利用本发明的方法对出厂的红外设备进行初次校正，得到红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数，然后将所述温度漂移抑制函数写入红外设备，由于红外设备在启动阶段的温度漂移是固定的，所以在后续每一次开机时，就可以利用初次校正时得到的温度漂移抑制函数对启动阶段的温度漂移进行抑制。
基于上述一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，本发明还提供一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的系统。
如图5所示，一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的系统，包括如下模块，
记录模块，其用于在开机启动面对黑体的红外设备后，同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；
函数拟合模块，其用于基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数；
温度矫正模块，其用于利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备后续开机时在启动阶段的温度进行校正；
其中，所述启动阶段为从所述红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。
基于上述一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，本发明还提供一种计算机存储介质。
一种计算机存储介质，包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述所述的方法步骤。
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 (10)
1.一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：包括如下步骤，
开机启动面对黑体的红外设备，并同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；
基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数；
利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备后续开机时在启动阶段的温度漂移进行抑制；
其中，所述启动阶段为从所述红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。
2.根据权利要求1所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：所述红外设备为红外快速异常体温筛查仪。
3.根据权利要求1所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：所述红外设备正常工作的判断标准为，记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据达到稳定状态。
4.根据权利要求1所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：利用设置在所述红外设备上的串行接口记录所述灰度数据，通过设置在所述红外设备内部的温度传感器记录所述内部温度数据。
5.根据权利要求1所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据的具体步骤为，在所述启动阶段内，每秒记录一次所述红外设备的所述内部温度数据和所述成像灰度数据。
6.根据权利要求5所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合的具体步骤为，
基于三次插值法，利用每相邻两秒记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行一次函数拟合，对应得到每相邻两秒之间的分段温度漂移抑制函数；
将所有所述分段温度漂移抑制函数进行叠加，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数。
7.根据权利要求1至6任一项所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备在启动阶段的温度漂移进行抑制的具体过程为，在所述启动阶段，将所述红外设备的测温值减去所述温度漂移抑制函数中对应的拟合温度值，并添加固定偏置常数，实现对所述红外设备在启动阶段的温度漂移进行抑制。
8.根据权利要求7所述的抑制红外设备在启动阶段温度漂移的方法，其特征在于：获得所述固定偏置常数的具体步骤为，
在所述启动阶段，将所述红外设备对所述黑体的测温值减去所述温度漂移抑制函数中对应的拟合温度值，得到恒定温度值；
将所述恒定温度值与所述黑体的实际温度值作差处理，得到所述固定偏置常数。
9.一种抑制红外设备在启动阶段温度漂移的系统，其特征在于：包括如下模块，
记录模块，其用于在开机启动面对黑体的红外设备后，同步记录所述红外设备在启动阶段的内部温度数据和成像灰度数据；
函数拟合模块，其用于基于三次插值法对同步记录的所述内部温度数据和所述成像灰度数据进行函数拟合，得到所述红外设备在启动阶段的温度漂移抑制函数；
温度矫正模块，其用于利用所述温度漂移抑制函数对所述红外设备后续开机时在启动阶段的温度进行校正；
其中，所述启动阶段为从所述红外设备开机启动瞬间至正常工作的期间。
10.一种计算机存储介质，其特征在于：包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8任一项所述的方法步骤。
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