CN111623879B - 一种红外体温筛查系统制冷型红外探测器测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能红外体温筛查系统制冷型红外探测器测试方法，包括：面源黑体(1)、光学(2)、被测探测器(3)、探测器驱动电路(4)、测试用计算机(5)。驱动电路(4)为被测探测器提供偏压，并将探测器输出的模拟电压信号转换为CameraLink格式数字图像传给测试计算机(5)。测试计算机处理数字图像，计算探测器的噪声等效温差(NETD)、盲元率、响应率、非均匀性的指标，并有中值滤波功能，针对测试筛查体温所需的环境和黑体(目标)温度，对探测器通过固定方法进行有针对性的排查，并将排查合格的探测器图像数据上传至体温筛查系统的上位机。本发明具有操作方便、可有效筛查测试探测器的特点，可以提高测试速度，降低制冷型红外探测器成本。
Description
技术领域
本发明涉及体探测器测试筛查领域，特别是一种智能红外体温筛查系统中探测器筛查方法。
背景技术
车站、机场、医院、港口、学校等公共场所经常需要进行体温筛查，找出发热人员，特别是出现疫情的情况下体温筛查更为重要。目前红外体温测试装置多采用手持测温枪或者非制冷式红外探测装置，尽管价格较低，但前者效率低，只能测单个人员，且精度差。后者稳定性差，精度差，受环境因素影响大。一种智能红外体温筛查系统采用了制冷型红外热像仪，稳定性好，精度非常高，并采用独特算法，可以同时测量多个人员，几乎不受环境因素影响。但制冷型红外探测器价格非常高，即使是技术成熟、普及多年的320×256分辨率中波探测器，单只价格也在20万元以上，远高于非制冷产品，更高分辨率探测器价格会更高。但价格高的原因之一，是制冷型探测器多为军用，对性能要求、可靠性要求非常苛刻，因生产工艺水平所限，生产出来的探测器筛选合格率较低，且筛选测试过程复杂，大大提高了筛选后的价位。而对于测温装置而言，对探测器的要求远没有军用产品高。本发明提供一种红外体温系统的探测器筛查方法，可迅速对探测器完成筛选，甚至可以在军用产品筛选不合格品中直接进行二次筛选，对探测器物尽其用。使用本筛选方法，可以使制冷式红外探测器的成本降低到军用产品的60％左右，大大降低智能红外体温筛查系统的成本，也避免探测器生产材料的浪费，长久也会拉低军用产品的价格。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外体温筛查系统探测器测试方法，解决一般红外系统中探测器测试过程繁琐、制冷型红外探测器价格居高不下的问题。
对此，发明一种红外体温筛查系统的探测器测试方法，测试系统包括：被测中波制冷红外探测器、探测器驱动电路、光学、面源黑体、测试用计算机。面源黑体为探测器提供测试基准；探测器驱动系统将红外探测器输出的模拟小信号转换为原始数字图像信号，上位机读取、存储这些数字图像，并计算非均匀校正系数、盲元表。通过不同温度下探测器原图，计算探测器噪声等效温差(NETD)值；再通过不同温度下探测器校正图灰度、响应率、均匀性，筛选探测器是否可以用在测温系统上。同时，将探测器灰度、响应等指标发送给智能红外体温筛查系统的上位机软件。
本发明对探测器各项指标进行了分解，重点关注体温筛查系统的指标。
对于灰度要求，在30℃到40℃温度之间的目标温度，对探测器测试精度要求严苛，偏差不能超过±0.05℃，且在相同环境条件下重复加电灰度也不能偏差。对于不同环境条件下的灰度变化，需满足正常曲线，后期智能体温筛查系统根据温度传感器传来的环境温度进行计算。而对于此温度范围外的灰度值、黑体响应非均匀性、包括探测器饱和温度等，则制订了较宽松的标准。
本系统中对探测器校正图带有中值滤波功能，因此，对探测器的盲元也有独特都要求，对于响应率或信号上下限超过一定值(略宽于国家标准)的盲元，进行盲元填补后嵌入到校正系数中，并要求盲元率及连续盲元的指标；而未超过此范围的盲元，通过中值滤波解决，此情况的盲元允许每次加电后位置不同。
同理，对于探测器其它指标，也做了针对性的规定。探测器测试的灰度值和响应率数据上传到智能红外体温筛查系统。因不同探测器略有区别，智能红外体温筛查系统会自动调节参数。
附图说明
图1是本发明的一种红外体温筛查探测器测试系统连接示意图。
1.面源黑体 2.光学 3被测红外探测器 4.驱动电路 5测试计算机.
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。
本发明提出一种红外体温筛查系统探测器测试方法，测试模块包括：面源黑体1、光学2、被测探测器3、探测器驱动电路4、测试用计算机5。
测试时，面源黑体1放在被测探测器3正前方，驱动电路4为被测探测器3提供偏压和工作所需的数字控制信号，并将被测探测器3输出的模拟电压信号转换为CameraLink格式数字图像传给测试计算机5；对被测探测器3直接输出及经过光学2所输出的图像均进行灰度测试，在放光学2的情况下，灰度测试需测试黑体1在探测器近端及5米远处两种情况；测试用计算机5处理数字图像，计算探测器的噪声等效温差NETD、盲元率、响应率、整图灰度均值、时域方差或者空域方差均值、特定温度图像非均匀性的指标、黑体响应非均匀性，并进行图像中值滤波，针对测试筛查体温所需的环境和黑体的不同温度，对探测器3进行排查，并将排查合格的探测器图像数据上传至体温筛查系统的上位机处理；测试用计算机5将探测器的响应率、NETD值、盲闪元率、整图灰度均值、时域方差或者空域方差均值、特定温度图像非均匀性、黑体响应非均匀性及性能良好温度范围与体温筛查系统的要求标准比对后，得到初测合格的探测器；再经过不少于三次复测，剔除有较多移动盲元的探测器，以得到筛查合格的探测器。
实施例
如图1所示，在不安装光学前，黑体放在探测器附近测试一组数据；安装光学后，黑体放在探测器附近和5m距离处做对比测试。光学放在探测器前的时候，将焦距调至5m处清晰成像。5m距离的确定是根据体温筛查系统实际工作距离得出。经过多次测试，一般5m距离外黑体图像响应比黑体在近端，探测器输出电压值低20mV左右，而对于远端距离在一定范围内变化，探测器输出电压值变化不大；距离变化后，探测器对同一温差的响应无明显变化；因此，体温筛查系统准确探测距离不小于1m～10m范围内人员体温。
驱动电路直接与探测器直接相连。驱动电路为探测器提供工作所需的偏压、数字控制信号；探测器输出的模拟图像信号经过运算放大器处理后，输入给ADC转为数字信号；数字信号经过FPGA预处理后，合成为1路原始灰度图像信号，转换为CameraLink标准格式图像后输出给测试计算机。不同种类探测器需配备不同驱动电路。对于同种类探测器，其GPOL偏置电压略有区别，驱动电路可通过软件动态调整。驱动电路噪声仅0.2mV左右，对探测器输出信号的噪声影响可忽略不计。探测器输出模拟信号的电压值严格对应数字图像的灰度值。数字图像14位，灰度值在0～16383之间。
测试计算机内部含专用测试模块，专用测试模块分为图像显示界面单元、存储单元单元、回放单元和性能分析单元；不同温度的原图经存储单元存储后，通过性能分析界面计算校正系数和盲元表，并可直接嵌入到图像显示界面单元或回放单元，使图像显示变为非均匀校正后的图像。同时，测试用计算机5可以通过原图计算探测器3的响应率、NETD、计算盲元率并显示盲元分布图、计算整图灰度均值、时域方差或者空域方差均值、某特定温度图像非均匀性、黑体响应非均匀性等，还包括加电复测数据对比功能。
采图温度包括10℃，20℃，31℃～37℃(该温度区间的步进为0.5℃)，45℃。其中校正系数和盲元表计算使用20℃黑体图像作为低温图像，35℃黑体图像作为高温图像。计算校正系数后，通过10℃、45℃黑体图像的非均匀性(一般空域方差不超过5DN/14位)测试探测器自身的温度适应性，保证在高低温条件下校正图像均可较高性能输出，剔除因非均匀性随温度变化较大等原因，在校正温度范围外校正图恶化较快的探测器。而31℃～37℃之间则为测试体温所需的温度。在该区间内以0.5℃为步进采集，在0.5℃范围内部通过平均分割的方式确定每0.1℃对应灰度值。因人体额头温度本身低于体温，再加上距离、环境等因素，31℃～37℃一般情况下可涵盖人体体温范围。通过此参考灰度、额头实际灰度、环境温度(每台体温筛查系统均配备环境温度传感器)通过复杂公式精准计算体温，此参考灰度、响应等作为公式的某些系数，即使实际采集到的灰度略超此范围，仍可以精准测温。
非均匀校正系数通过两个温度的原图获取，通过每个像素在两个温度之间的响应、温度自身的非均匀性分别确定a、b两组系数，嵌入图像内可得到校正图像。测试软件可实时存储、调用非均匀校正系数。在测试及产品中，盲闪元表直接镶嵌在校正系数中，可直接输出经过盲元填补的校正图。同时，通过中值滤波，可对孤立的新增、移动盲元进行滤波处理。
使用此测试方法，可有效对探测器进行二次筛选：对于NETD指标要求稍宽；对于非均匀性指标要求较宽；对于盲元个数、盲元簇等也降低了一定要求。对于在10℃之下、45℃之上饱和温度不符合要求的探测器、对于新增、移动盲元(每次加电盲闪元位置不一致，无法通过预存盲元表校正)的探测器，均可在某些情况下加以利用。以上所有指标的设定，均以满足体温筛查条件、满足系统视觉要求为前提。以NETD指标为例，以响应率为准，一般在31℃～37℃之间，在所使用的积分条件下，每0.1℃响应不应低于7DN(14位图像)则可满足计算需求，而系统噪声不能超过3DN(理论上满足0.05℃精度的要求)，此时NETD需求为42.8mK。但实际应用中要考虑更多因素，包括更多温度偏离、计算偏差等，按照2/3计算，要求NETD不大于28mK。实际制冷型红外探测器NETD指标多在20mK以下，性能远强于此需求。
值得注意的是，部分探测器新增、移动盲元较多，灰度及响应偏离值较大，无法通过中值滤波剔除，这些探测器不能使用。这类探测器显然不能通过一次加电剔除。因此，每次加电测试后必须同步保存该探测器的非均匀校正系数和盲闪元表。断电后在10min内第一次加电复测，加载原系数和盲元表后对于均匀图像空域方差不应有明显增大；因更多探测器往往是断电时间较长后再次加电盲闪元才会新增或者移动，因此，第二、三次复测会在1天、3天后进行，加载第一次测试时原始图像的校正系数和盲闪元表，只测35℃黑体空域方差，及新增盲闪元个数，判别探测器是否有移动盲元的问题。一般当次加电，除非极长时间拷机，极少有探测器会有盲闪元变化；断电后再次加电变化的也较少；对于有移动盲元的探测器，1天后复测至少能筛查出一半以上；3天后再次复测则可筛查出90％；如果此时没有，则认为探测器合格，安装前再次复测，几乎可以筛查出全部问题探测器。
此系统投入使用后，探测器测试筛选遵从一定法则，不仅提高了筛选速度，也为智能红外测温系统提供探测器相应数据。经过小批量探测器测试，对于军品使用淘汰的探测器，测试通过率达到78.6％，大大降低了制冷型红外探测器成本。同时，对探测器经过筛查后，使用探测器的整机产品，即智能红外体温筛查系统，经过北京市计量监测科学研究院计量，完全满足温度精确性±0.1℃的要求。
Claims (8)
1.一种智能红外体温筛查系统制冷型红外探测器测试方法，其特征在于，利用面源黑体（1）、光学（2）、探测器（3）、驱动电路（4）、测试用计算机（5）；其中，
将面源黑体（1）放在被测探测器（3）正前方，驱动电路（4）为被测探测器（3）提供偏压和工作所需的数字控制信号，并将被测探测器（3）输出的模拟电压信号转换为CameraLink格式数字图像传给测试计算机（5）；对被测探测器（3）直接输出及经过光学（2）所输出的图像均进行图像采集，在放光学（2）的情况下，图像采集包括黑体（1）在距离探测器10厘米远处及5米远处两种情况；测试用计算机（5）处理数字图像，计算探测器的噪声等效温差NETD、盲元率、响应率、整图灰度均值、时域方差或者空域方差、特定温度图像非均匀性、黑体响应非均匀性的指标，并进行图像中值滤波，针对测试筛查体温所需的环境和黑体的不同温度，对探测器（3）进行排查，并将排查合格的探测器图像数据上传至体温筛查系统的上位机处理；测试用计算机（5）将探测器的响应率、NETD值、盲闪元率、整图灰度均值、时域方差或者空域方差均值、特定温度图像非均匀性、黑体响应非均匀性及性能良好温度范围与体温筛查系统的要求标准比对后，得到初测合格的探测器；再经过不少于三次复测，以剔除有较多移动盲元的探测器，以得到最终合格的产品；
第一次加电复测在断电后在10min内进行，第二、三次复测分别在1天、3天后进行，加载第一次测试时原始图像的校正系数和盲闪元表，只测35℃黑体空域方差，及新增盲闪元个数，判别探测器是否有移动盲元的问题。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，探测器（3）输出的模拟图像信号经过运算放大器处理后，输入给ADC转为数字信号；所述数字信号经过FPGA预处理后，合成为1路原始灰度图像信号，转换为CameraLink标准格式图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测试计算机内部含专用测试模块，专用测试模块分为图像显示单元、存储单元、回放单元和性能分析单元；不同温度的原图经存储单元存储后，通过性能分析界面计算校正系数和盲元表，并直接嵌入到图像显示单元或回放单元，使图像显示变为非均匀校正后的图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，测试用计算机（5）通过原图计算探测器（3）的响应率、噪声等效温差NETD、计算盲元率并显示盲元分布图、计算整图灰度均值、时域方差或者空域方差均值、某特定温度图像非均匀性、黑体响应非均匀性，并包括加电复测对进行数据对比。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采集的黑体原图温度包括10℃，20℃，31℃~37℃、该温度区间的步进为0.5℃，45℃；其中校正系数和盲元表计算使用20℃黑体图像作为低温图像，35℃黑体图像作为高温图像；计算校正系数后，通过10℃、45℃黑体图像的非均匀性测试探测器自身的温度适应性，空域方差不超过5DN/14位。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过两个温度的原图获取非均匀校正系数，通过原图的每个像素在两个温度之间的响应、温度自身的非均匀性分别确定a、b两组非均匀校正系数，嵌入图像内可得到校正图像；实时存储、调用非均匀校正系数；在测试及产品中，盲闪元表直接镶嵌在校正系数中，直接输出经过盲元填补的校正图；同时，通过中值滤波，可对孤立的新增、移动盲元进行滤波处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，被测探测器（3）每次加电测试后同步保存该探测器的非均匀校正系数和盲闪元表。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，驱动电路（4）直接与探测器（3）直接相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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