CN111595460A - 一种基于人脸识别的高精度红外测温方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，包括以下步骤：步骤1、确定额头大小和区域；步骤2、确定额头中心点及允许偏离量；步骤3、根据成像确定距离触发测温；步骤4、异常体温提醒判断。本发明的有益效果在于：结合人脸特征值判断额头中心点坐标在屏幕上的移动位置，然后通过成像大小判断距离，从而让实际坐标与有效测温坐标满足特定的数字关系，进而准确测温的办法。

Description

一种基于人脸识别的高精度红外测温方法、装置

技术领域

本发明属于红外线测温技术，尤其涉及一种基于人脸识别的高精度红外测温方法。

背景技术

传统非接触红外测温如额温枪或红外热成像设备只能单纯采集热像或温度值，无法把被测人身份与体温值进行实时关联，需要借助手工登记，存在交叉感染、数据容易出错以及上报不及时的问题，因为目前市面上出现了很多基于人脸识别技术的红外测温产品，主要是通过在人脸识别设备上加装红外测温模块进行温度测量，通过人脸识别获取被测人身份信息，同步把测量到的温度关联起来，保存到本地或后台系统，但是此类设备通常存在如下问题：

人脸识别设备上多采用基于热电堆技术的红外测温传感器，此类传感器多用于额温枪跟耳温枪，所以对距离没有太多要求，通常1-3cm就可以，但是人脸识别测温设备上，如果距离太近去测温，一方面需要人面部贴近屏幕体验非常不好，二是距离过近会导致面部完整成像超出屏幕，无法有效检测到人脸特征值，导致人脸识别失败。因此有的人脸设备会把近距离测温传感器放置在设备侧面，用手臂去测温，或者把传感器通过一个长的金属鹅颈管把传感器模块从设备端突出来，但是这两种方式都存在体验不好和容易交叉感染的风险。

采用远距离热电堆测温传感器应用到人脸设备上，虽然能够解决测温距离的问题，但是由于测温距离和精度要求，人脸测温多选用视场角3°-8°范围的高精度测温传感器，大概在距离设备屏幕50cm的地方，传感器有效测温直径只有2CM-4CM左右，也就是说，一个人必须在距离传感器50cm时能够准确把额头对准屏幕上指定测温点，否则采集温度有可能偏差较大，但实际情况下，被测人并不知道自己跟屏幕之间的准确距离，而且随着人越来越靠近屏幕，人的额头的成像在屏幕上也是不断变化的，导致精准测温的额温区并没有办法准确标记的屏幕上。如果标记的太小，会导致额头很难准确贴合，造成精度误差，如果标记太大，会造成随意贴合，那么传感器有可能采集到的是头发或者眼镜的温度，从而出现低温异常数据。标记的太高，实际贴合额头时有可能采集到眼镜或者眉毛的温度，如果标记太低，可能采集到头发温度，总之都会遇到测温误差和精度不满足的问题。

发明内容

本发明通过研究人面部在移动过程中在测温屏幕上的运动变化轨迹，结合人脸识别特征值计算额头中心点和额头长宽，确定允许的有效测温区域，在确保测温精准度的同时，实现最佳的测量体验，提高测温效率。

一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，包括：

步骤1、确定额头大小和区域；

步骤2、确定额头中心点及允许偏离量；

步骤3、根据成像确定距离触发测温；

步骤4、异常体温提醒判断。

进一步的，步骤1中，选取额头上一定区域作为额温区，记录该额温区四个点的坐标分别为：A(X1,Y1)、B(X1,Y2)、C(X2，Y1)、D(X2，Y2)，坐标以显示屏左上角为(0,0)原点坐标，并记录额温区宽度D。

进一步的，步骤2中，获取到面部两个眉毛最高点的坐标值，分别是T(Xt1， Yt1)和T(Xt2，Yt1)，然后以(Xt1+Xt2)/2作为额头的X坐标，以Yt1-D/2作为额头Y坐标，即人在屏幕移动时，额头中心点坐标为((X1+X2)/2,Y1-D/2), 结合步骤1中额头模型有效测温成像区域的四个标识坐标，则需满足Y2≥ Yt1≥Y1+D/2且X1≤(Xt1+Xt2)/2≤X2。

进一步的，步骤2中，还包括选取人脸框上1/3部分作为额头移动区域，从而跟有效额温标识去贴合，即对比1/3区域长方形坐标和屏幕额温标识四个坐标的关系来控制测温精度。

进一步的，根据摄像头成像大小，以一定距离成像大小作为触发条件，在设定的距离内开启人脸检测，并触发语音提示靠近。

进一步的，当额头坐标在额温区范围内移动时，传感器采集温度作为正常值，然后经过体表温度转换成体温值，如果额头坐标任何一项不满足，则测温异常，启动语音提示重新检测。

进一步的，当额头坐标在额温区范围内移动时，满足Yt1＜Y2，则传感器镜头可能会采集到被人头发温度，启动语音提示重新检测。

进一步的，当额头坐标在额温区范围内移动时，如果Yt1＜Y1+D/2，，则测温传感器可能采集到眉毛甚至被测人口罩或眼镜片温度，导致测温值偏低，启动语音提示重新检测。

实施上述方法的一种人脸识别终端，其是在人脸识别终端上方增加红外测温模组，在设备屏幕上增加额温区标识，当人靠近屏幕时，通过人的面部在屏幕上的大小成像测算人靠近屏幕的距离，然后通过两个眉毛的人脸特征值坐标计算眉心坐标。

本发明的有益效果是：结合人脸特征值判断额头中心点坐标在屏幕上的移动位置，然后通过成像大小判断距离，从而让实际坐标与有效测温坐标满足特定的数字关系，进而准确测温的办法。

附图说明

图1是本发明实施例提供的红外测温装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中有效测温成像区域示意图。

图3是本发明实施例提供的红外测温装置爆炸结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

在现有红外测温终端上的基础上的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，包括如下步骤：

步骤1、确定额头大小和区域。

不同人额头的宽度和长度都不同，为了确保测温算法适用于绝大多数人，我们通过对不同面部大小的人进行实际测量，取4cm*8cm作为一个最小额头面积，其中4cm是额头的宽度，即从眉毛线到发际线之间的距离，8cm是长度，即人的太阳穴两侧之间的距离，在这个尺寸大小范围内，传感器采集到的温度值都可以作为正常体温值。

我们把4cm*8cm大小的额头模型在正对红外传感器前方不同距离位置移动，观察额头模型在屏幕上实际成像大小，由于需要兼顾人脸检测识别距离和额头有效测温距离，我们首先对不合适的距离进行过滤，根据实际选型的摄像头镜头参数，在距离屏幕20cm时，面部头像已经完全覆盖甚至超出屏幕，此距离不利于人脸特征值提取，而距离屏幕50cm以上，超出了传感器精确测温的距离，因为我们折中选取30-50cm作为有效测温距离。并根据传感器镜头高度和视场角，分别计算在30cm、40cm、以及50cm处的有效测温面积，然后对应观察这三个距离对应的额头模型屏幕成像大小，随着人从远处走进屏幕，在50cm、40cm、30cm处，额头模型成像会越来越大，且在屏幕上的位置会越来越靠近屏幕上方：

根据实测观察，30cm和50cm额头准确测温的成像重合部分较少，为了确保测温一致性和准确性，我们选择40-50cm重合区域作为准确屏幕测温标识，并记录该额温区四个点的坐标分别为：A(X1,Y1)、B(X1,Y2)、C(X2，Y1)、D (X2，Y2)，坐标以显示屏左上角为(0,0)原点坐标。并记录额温区宽度D。如图 2所示。

步骤2、确定额头中心点及允许偏离量。

我们通过人脸检测算法获取到面部两个眉毛最高点的坐标值，分别是T (Xt1，Yt1)和T(Xt2，Yt1)，然后以(Xt1+Xt2)/2作为额头的X坐标，以Yt1-D/2 作为额头Y坐标，即人在屏幕移动时，额头中心点坐标为((X1+X2)/2,Y1-D/2), 结合步骤1中额头模型有效测温成像区域的四个标识坐标。则需满足Y2≥Yt1≥Y1+D/2且X1≤(Xt1+Xt2)/2≤X2。

步骤3、根据成像确定距离触发测温。

根据摄像头成像大小，以50cm处成像大小作为触发条件，在1米以内开启人脸检测，并触发语音提示靠近，当被测人靠近到50cm后开始采集有效测温值，同时进行人脸识别算法比对，当被测人距离屏幕低于40cm时，语音提示请靠后，即被测人有效测温有10cm距离的调整距离，避免单点测温带来的对距离的严格控制，同时因为40-50有效额温区成像重合区域较多，因此该距离范围内提示对准额温区，可确保红外测温镜头完全对准额头，取温精度最高。

涉及到的测温标识面积和尺寸大小，与传感器选型有关，40-50cm的测温也并非不可更改，包括人脸模型选型大小跟具体成像大小的数值，都是在专利实现的具体人脸设备上实现的，跟设备选用的传感器和摄像头镜头都有关系，如果换用其他距离和视场角的传感器，或者更换屏幕尺寸大小以及摄像头参数，整体的专利涉及到的精度判断的逻辑是一样的。

步骤4、异常体温提醒判断。

当额头坐标在步骤2所述范围内移动时，传感器采集温度作为正常值，然后经过体表温度转换成体温值，如果额头坐标任何一项不满足，则测温异常，此时传感器无论取温多少，都会启动语音提示重新检测。一般来说，额头左右允许的测温范围比上下要多，因为额头宽度有限，Yt1＜Y2,意味着额头整体偏下，则传感器镜头可能会采集到被人头发温度，如果Yt1＜Y1+D/2，意味着额头整体偏高，则测温传感器可能采集到眉毛甚至被测人口罩或眼镜片温度，都有可能导致测温值偏低。

在步骤2中，适合比较宽的长方形人脸框，取人脸框上1/3部分作为额头移动区域，从而跟有效额温标识去贴合，即对比1/3区域长方形坐标和屏幕额温标识四个坐标的关系来控制测温精度，此方式与本发明所阐述的眉毛中心取值类似。只是额头取值大小可能不同；

根据本方法的另一种实施例：是在测温设备前固定位置地面上粘贴测温标识(比如黄色脚丫)，当被测人站立在该位置时，即固定被测人离屏幕的距离，然后在屏幕上标记有效额温区，如果距离一定，则标识有效测温区域就固定，此时只要额头贴合，测温数据就比较准确，此方式通过地标控制了被测人在屏幕前移动的距离范围，不需要做成像大小和距离的判断，但是其主要的测温逻辑包含在此专利中。

根据本方法的第三种实施例：不限制额头测温区域为方形，只判断额头两侧连线有没有被屏幕上的有效测温面积覆盖，如果覆盖则可以正常测温，该方式实质也是在判断额头坐标和标识坐标的X和Y的关系。

如图1-2所示，本发明所采用的人脸测温设备，是在人脸识别终端上方增加红外测温模组10，在设备屏幕上增加额温区标识30，当人靠近屏幕时，双目摄像头20获取人脸面部图形，通过人的面部在屏幕上的大小成像测算人靠近屏幕的距离，然后通过两个眉毛的人脸特征值坐标计算眉心坐标，根据正常人额头的平均长宽面积做参考模型，计算在30-50cm时，额头区域在屏幕上移动时的成像长与宽，确定兼容多个距离的重合区域，从而确定屏幕准确额温区准确位置和大小，从而与人移动时额头中心点在屏幕上成像坐标进行比对，从而准确判断额头区域是否对准传感器镜头并给与语音提示，从而确保采集到的温度的准确性。

如图3所示，本发明的一种红外测温装置，包括外壳8，外壳8上固定显示屏1，外壳背面固定安装支架9，遮光罩2固定在安装支架9上，并遮住装置的上端。红外测温模组10固定在遮光罩2上，装置还包括双目摄像头20，补光灯5，主板4、接口电路板6，电池3，安装在外壳内。双目摄像头20通过摄像头固定板21，固定在外壳8内上端位置，补光灯5通过固定条11固定在外壳 8内上端位置，电池和电路板固定在外壳内，接口电路板6与主板电路连接，固定在外壳内，通过外壳后的通孔伸出，通过接口与外部设备连接。

固定架9两侧凸出用于固定遮光罩2的螺丝孔位19，通过螺丝固定的方式将遮光罩2固定在固定架上，固定架还安装在装置背部。

如图3所示，装置还包括感应模块12和扬声器13，设置在装置外壳的内的下部分，感应模块12主要是设置在感应电路板感应电路，比如RF射频感应电路，扬声器13通过扬声器支架23固定在外壳内，与音频电路板14电路连接。显示屏上标记有刷卡区指示标记22，IC卡在标记处与显示屏接触，完成刷卡。

感应模块12和扬声器13与电路板4通过电路连接，电路板4、感应模块12 上均设置有散热片(16、15)，用于给电路板上的芯片散热。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定额头大小和区域；

步骤2、确定额头中心点及允许偏离量；

步骤3、根据成像确定距离触发测温；

步骤4、异常体温提醒判断。

2.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，步骤1中，选取额头上一定区域作为额温区，记录该额温区四个点的坐标分别为：A(X1,Y1)、B(X1,Y2)、C(X2，Y1)、D(X2，Y2)，坐标以显示屏左上角为(0,0)原点坐标，并记录额温区宽度D。

3.根据权利要求2所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，步骤2中，获取到面部两个眉毛最高点的坐标值，分别是T(Xt1，Yt1)和T(Xt2，Yt1)，然后以(Xt1+Xt2)/2作为额头的X坐标，以Yt1-D/2作为额头Y坐标，即人在屏幕移动时，额头中心点坐标为((X1+X2)/2,Y1-D/2),结合步骤1中额头模型有效测温成像区域的四个标识坐标，则需满足Y2≥Yt1≥Y1+D/2且X1≤(Xt1+Xt2)/2≤X2。

4.根据权利要求3所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，步骤2中，还包括选取人脸框上1/3部分作为额头移动区域，从而跟有效额温标识去贴合，即对比1/3区域长方形坐标和屏幕额温标识四个坐标的关系来控制测温精度。

5.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，根据摄像头成像大小，以一定距离成像大小作为触发条件，在设定的距离内开启人脸检测，并触发语音提示靠近。

6.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，当额头坐标在额温区范围内移动时，传感器采集温度作为正常值，然后经过体表温度转换成体温值，如果额头坐标任何一项不满足，则测温异常，启动语音提示重新检测。

7.根据权利要求6所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，当额头坐标在额温区范围内移动时，满足Yt1＜Y2，则传感器镜头可能会采集到被人头发温度，启动语音提示重新检测。

8.根据权利要求6所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，当额头坐标在额温区范围内移动时，如果Yt1＜Y1+D/2，，则测温传感器可能采集到眉毛甚至被测人口罩或眼镜片温度，导致测温值偏低，启动语音提示重新检测。

9.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的高精度红外测温方法，其特征在于，实施该方法的一种人脸识别终端，其是在人脸识别终端上方增加红外测温模组，在设备屏幕上增加额温区标识，当人靠近屏幕时，通过人的面部在屏幕上的大小成像测算人靠近屏幕的距离，然后通过两个眉毛的人脸特征值坐标计算眉心坐标。

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