CN113252180B - 用于红外测温系统的温度校准方法及红外测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及红外测温技术领域，具体地说，涉及一种用于红外测温系统的温度校准方法及红外测温系统。该温度校准方法包括包括如下步骤：步骤S1、获取原始参数；步骤S2、基于黑体对人体测量温度T_x的校正；步骤S3，基于环境温度T₂对首次校正体温T_x ^’的校正。该红外测温系统采用上述温度校准方法。通过本发明能够较佳地实现对测量温度的补偿校准。

Description

用于红外测温系统的温度校准方法及红外测温系统

技术领域

本发明涉及红外测温技术领域，具体地说，涉及一种用于红外测温系统的温度校准方法及红外测温系统。

背景技术

红外测温设备作为一种非接触式测温方法，其能够较佳地运用于诸如安防监控、卫生防疫等领域。目前的红外测温系统中，均需要采用黑体对测温数据进行校正。黑体是表面喷涂有黑体漆的铝块或者铜块，其能够较佳地避免环境辐射热的影响，故能够较佳地用于为人脸识别设备提供一个精度高的基准温度。

现有红外测温系统中，通常会对RGB图像和热成像图像进行同时采集，通过对RGB图像和热成像图像的标定，能够实现RGB图像和热成像图像的对齐。其中，RGB图像主要是用于实现对测温位置的识别，如对黑体位置、人体额头位置等识别；其中，热成像图像用于根据在RGB图像中识别出的对应位置的灰度，对测温位置的温度进行计算。

在红外测温过程中，由于外加环境等因素的干扰，故而测得的温度会偏离实际温度。由于黑体能够较佳地不受环境辐射热的影响，故而通过计算测得的黑体温度与黑体实际温度间的偏差，即可获取测温对象的测量温度与实际温度间的偏差，故而能够较佳地实现温度的校正。

现有技术中，通常会向黑体设定一个恒定温度，并以该恒定温度作为黑体的实际温度。该种方式存在如下弊端：

1、恒温为一理论概念，实际上很难达到恒温，直接以设定温度作为黑体的实际温度，会导致误差较大。

2、现有的黑体校准方法中，是基于黑体能够完全吸收环境辐射的原理而进行的，但实际上黑体概念也为一理论概念，实际上并不存在绝对黑体，也即实际上的黑体只能降低环境辐射的影响而无法完全避免环境辐射的影响；也即，现有的红外测温过程中，即便是采用了黑体技术，也无法完全避免环境温度的影响。

发明内容

本发明提供了一种用于红外测温系统的温度校准方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的用于红外测温系统的温度校准方法，其包括如下步骤：

步骤S1、获取原始参数

该步骤中，基于红外测温系统获取黑体实际温度T₁、环境温度T₂、黑体测量温度T_n以及人体测量温度T_x；

步骤S2、基于黑体对人体测量温度T_x的校正

该步骤中，对人体测量温度T_x进行校正进而获取首次校正体温T’_x，T’_x＝T_x-α*Δ；其中，α为设定黑体补偿系数，Δ为黑体温度偏差且Δ＝T_n-T₁，“*”为数量积运算；

步骤S3，基于环境温度T₂对首次校正体温T’_x的校正

该步骤中，根据环境温度T₂对首次校正体温T’_x进行校正，进而获取最终体温T”_x并输出；其中，

T₂＜T_L时，T”_x＝β₁*T’_x+γ₁；

T_L≤T₂＜T_H时，T”_x＝β₂*T’_x+γ₂；

T₂≥T_H时，T”_x＝β₃*T’_x+γ₃；

其中，T_L和T_H分别为设定低温阈值和设定高温阈值，β₁、β₂和β₃分别为低温系数、常温系数和高温系数，γ₁、γ₂和γ₃分别为低温补偿值、常温补偿值和高温补偿值。

本发明中，通过步骤S2能够较佳根据依据黑体的实际温度T₁与黑体测量温度T_n实现对人体测量温度T_x的补偿校正，故而能够较佳地实现对环境干扰的去除。在步骤S2中，由于直接采用黑体的实际温度T₁作为黑体温度偏差的计算依据，故而能够较佳地避免因黑体的实际温度偏离设定值而导致的误差；此外，由于黑体补偿系数α的引入，能够较佳地依据黑体的特性而对黑体温度偏差进行进一步校正，其中黑体补偿系数α能够设置为黑体的辐射率。

本发明中，通过步骤S3，能够较佳地依据当前的实际环境温度而设定不同的补偿系数，故而能够较佳地实现对环境干扰的进一步校正。通过步骤S3，不仅能够较佳地降低因黑体无法完全吸收环境热辐射而导致的干扰，且能够较佳地降低因环境温度对黑体的实际温度T₁的影响而导致的干扰。

作为优选，步骤S1中，获取黑体的设定恒温温度T₀；

步骤S2中，根据公式T_y＝T₀+y获取黑体的理论测量温度T_y，y为距离补偿值；若T_n＞T_y且T_n-T_y≤Z，则Δ＝T_n-T₁；若T_n≤T_y，则黑体温度偏差Δ保持不变；若T_n-T_y＞Z，则黑体温度偏差Δ保持不变；其中，Z为设定黑体变化限值。

本发明中，通过获取黑体的设定恒温温度T₀，故而能够较佳地对其进行距离补偿后，获取黑体的理论测量温度T_y。可以知晓的是，因受到环境热辐射的影响，故而黑体测量温度T_n理论上应当高于黑体的理论测量温度T_y。故而在步骤S2中，若T_n＞T_y，即可采用“T_n-T₁”作为黑体温度偏差Δ，若T_n≤T_y则可认定体测量温度T_n存在错误，故而能够保持黑体温度偏差Δ不变，故而能够较佳地避免因测量误差而导致的误差。此外，本实施例中还引入了距离补偿值y，若T_n-T_y≤Z则可认定测量误差在允许误差之类，若T_n-T_y＞Z则可认定测量数据存在较大错误，故能够继续保持黑体温度偏差Δ不变，故而能够较佳地保证测量精度。

作为优选，步骤S2中，在T_n≤T_y时，若连续出现m次出现T_n＜T_y+p或T_n＞T_y+q，则对黑体位置进行调整；其中，m为设定黑体偏移次数，p为设定黑体偏移下限，q为设定黑体偏移上限。故而能够较佳地在黑体测量误差持续出现错误时，对其进行校正。

此外，本发明还提供了一种红外测温系统，其采用任一上述的温度校准方法进行温度校准；其包括处理单元、红外测温单元以及黑体单元，黑体单元用于实现步骤S1中的黑体实际温度T₁和环境温度T₂的获取，红外测温单元用于实现步骤S1中的黑体测量温度T_n和人体测量温度T_x的获取，处理单元用于实现步骤S2及步骤S3中的数据处理。

通过本发明中的红外测温系统，能够较佳地对原始测量数据进行处理，进而实现精度较高的数据的输出。

作为优选，黑体单元具有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器用于分别获取黑体实际温度T₁和环境温度T₂。故而能够较佳地获取黑体实际温度T₁和环境温度T₂。

作为优选，黑体单元具有黑体辐射靶面，黑体辐射靶面处设置加热单元及散热单元。故而能够较佳地实现黑体辐射靶面处的温度恒定。

作为优选，加热单元包括电加热装置。故而能够较佳的实现温度调节。

作为优选，散热单元包括散热风扇。故而能够较佳的实现温度调节。

作为优选，黑体单元与处理单元间通过无线或总线进行数据交互。故而能够较佳地实现数据传输。

附图说明

图1为实施例1中的温度校准方法的流程示意图；

图2为实施例2中的红外测温系统的框图示意图；

图3为实施例2中的黑体单元的框图示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例1

结合图1所示，本实施例提供了一种用于红外测温系统的温度校准方法，其包括如下步骤：

步骤S1、获取原始参数

该步骤中，基于红外测温系统获取黑体实际温度T₁、环境温度T₂、黑体测量温度T_n以及人体测量温度T_x；

步骤S2、基于黑体对人体测量温度T_x的校正

该步骤中，对人体测量温度T_x进行校正进而获取首次校正体温T’_x，T’_x＝T_x-α*Δ；其中，α为设定黑体补偿系数，Δ为黑体温度偏差且Δ＝T_n-T₁，“*”为数量积运算；

步骤S3，基于环境温度T₂对首次校正体温T’_x的校正

该步骤中，根据环境温度T₂对首次校正体温T’_x进行校正，进而获取最终体温T”_x并输出；其中，

T₂＜T_L时，T”_x＝β₁*T’_x+γ₁；

T_L≤T₂＜T_H时，T”_x＝β₂*T’_x+γ₂；

T₂≥T_H时，T”_x＝β₃*T’_x+γ₃；

其中，T_L和T_H分别为设定低温阈值和设定高温阈值，β₁、β₂和β₃分别为低温系数、常温系数和高温系数，γ₁、γ₂和γ₃分别为低温补偿值、常温补偿值和高温补偿值。

本实施例中，通过步骤S2能够较佳根据依据黑体的实际温度T₁与黑体测量温度T_n实现对人体测量温度T_x的补偿校正，故而能够较佳地实现对环境干扰的去除。在步骤S2中，由于直接采用黑体的实际温度T₁作为黑体温度偏差的计算依据，故而能够较佳地避免因黑体的实际温度偏离设定值而导致的误差；此外，由于黑体补偿系数α的引入，能够较佳地依据黑体的特性而对黑体温度偏差进行进一步校正，其中黑体补偿系数α能够设置为黑体的辐射率。

本实施例中，通过步骤S3，能够较佳地依据当前的实际环境温度而设定不同的补偿系数，故而能够较佳地实现对环境干扰的进一步校正。通过步骤S3，不仅能够较佳地降低因黑体无法完全吸收环境热辐射而导致的干扰，且能够较佳地降低因环境温度对黑体的实际温度T₁的影响而导致的干扰。

本实施例中，考虑到黑体与红外测温系统的探头间存在间距，故为了对该距离进行补偿，本实施例中采取如下措施：

步骤S1中，获取黑体的设定恒温温度T₀；

步骤S2中，根据公式T_y＝T₀+y获取黑体的理论测量温度T_y，y为距离补偿值；若T_n＞T_y且T_n-T_y≤Z，则Δ＝T_n-T₁；若T_n≤T_y，则黑体温度偏差Δ保持不变；若T_n-T_y＞Z，则黑体温度偏差Δ保持不变；其中，Z为设定黑体变化限值。

本实施例中，通过获取黑体的设定恒温温度T₀，故而能够较佳地对其进行距离补偿后，获取黑体的理论测量温度T_y。可以知晓的是，因受到环境热辐射的影响，故而黑体测量温度T_n理论上应当高于黑体的理论测量温度T_y。故而在步骤S2中，若T_n＞T_y，即可采用“T_n-T₁”作为黑体温度偏差Δ，若T_n≤T_y则可认定体测量温度T_n存在错误，故而能够保持黑体温度偏差Δ不变，故而能够较佳地避免因测量误差而导致的误差。此外，本实施例中还引入了距离补偿值y，若T_n-T_y≤Z则可认定测量误差在允许误差之类，若T_n-T_y＞Z则可认定测量数据存在较大错误，故能够继续保持黑体温度偏差Δ不变，故而能够较佳地保证测量精度。

可以理解的是，本实施例中的黑体温度偏差Δ在每次进行温度测量时均进行一次运算，故而能够实现对测量温度的实时校正。

本实施例的步骤S2中，在T_n≤T_y时，若连续出现m次出现T_n＜T_y+p或T_n＞T_y+q，则对黑体位置进行调整；其中，m为设定黑体偏移次数，p为设定黑体偏移下限，q为设定黑体偏移上限。故而能够较佳地在黑体测量误差持续出现错误时，对其进行校正。

实施例2

基于实施例1中的温度校准方法，本实施例还提供了一种红外测温系统，其能够较佳地实现对人体的测温。

结合图2所示，本实施例中的红外测温系统，包括处理单元、红外测温单元以及黑体单元，黑体单元用于实现步骤S1中的黑体实际温度T₁和环境温度T₂的获取，红外测温单元用于实现步骤S1中的黑体测量温度T_n和人体测量温度T_x的获取，处理单元用于实现步骤S2及步骤S3中的数据处理。

通过本实施例中的红外测温系统，能够较佳地对原始测量数据进行处理，进而实现精度较高的数据的输出。

其中，黑体单元与处理单元间通过无线或总线进行数据交互。故而能够较佳地实现数据传输。

本实施例中，红外测温单元能够获取相关原始测量数据，处理单元能够基于黑体单元处所传输的数据实现最终输出数据的校正。

本实施例中，红外测温单元能够采用现有的红外测温设备，其能够具备RGB图像及热成像图像的获取及处理功能。也即，本实施例能够在现有红外测温设备的基础上，通过对黑体单元的改进及数据处理上的优化，而实现较高精度的温度测量。

结合图3所示，本实施例中的黑体单元具有黑体辐射靶面，黑体辐射靶面处设置加热单元及散热单元。故而能够较佳地实现对黑体辐射靶面处温度的调节。

其中，加热单元能够包括例如电加热装置。故而能够较佳地实现温度加热。

其中，散热单元能够包括例如散热风扇。故而能够较佳地实现温度降温。

此外，黑体单元具有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器用于分别获取黑体实际温度T₁和环境温度T₂。故而能够较佳地实现温度测量功能。

本实施例中，黑体辐射靶面包括一铝制或铜制的基体，该基体外侧设置黑体涂料层，红外测温单元所测量的黑体测量温度T_n即为此黑体涂料层处辐射的温度。

该基体的内侧能够设置如电加热装置等加热单元，且该基体的内侧处还能够设置如散热风扇等散热单元；加热单元与散热单元均通过一黑体处理单元进行控制，黑体处理单元处能够设置输入单元，输入单元用于向黑体处理单元输入黑体的设定恒温温度T₀。在设定恒温温度T₀确定后，黑体处理单元能够将黑体实际温度T₁与设定恒温温度T₀进行比较，进而实现对加热单元或散热单元的动作的控制。故而能够较佳地保证黑体辐射靶面处的恒温。

此外，黑体处理单元处还能够设显示单元，显示单元能够包括如数码管。故而使得黑体实际温度T₁在发送给黑体处理单元后，黑体处理单元能够对其进行数据转换后在显示单元处进行显示，故而使得使用者能够较佳地实时知晓黑体处的温度是否出现异常。

此外，黑体处理单元处还能够设置黑体通信单元，黑体通信单元能够包括蓝牙模块和/或RS232接口模块，故而能够较佳地通过无线或总线的方式实现与处理单元间的数据交互。

为了更近一步地对本实施例中的红外测温系统进行说明，本实施例还提供了一种具体的实施方法。其依照如下步骤进行：

1、系统部署

该步骤中，对处理单元、红外测温单元以及黑体单元进行部署，也即将其部署至所需运用场景中；

在该步骤中，主要需要对黑体单元与红外测温单元间的相对位置进行调整；可以理解的是红外测温单元同时对RGB图像和热成像图像进行采集，其具备相同的视野；在设置黑体单元时，应保证黑体辐射靶面与视野面平齐且位于视野的边缘，故而能够较佳地保证黑体测量温度T_n的准确性；在此过程中，一个尤为重要的参数为黑体辐射靶面与红外测温单元探头的间距，因为该参数涉及到距离补偿值y的设置；本实施例中设置该间距为1.5m，且在下述步骤中的距离补偿值y设置为-1℃；该种设置本身也为本发明对现有技术做出的贡献之一，其根据热辐射定律(普朗克黑体辐射定律、斯特藩定律、维恩位移定律)计算，并依据大量的实际实验数据总结后得出；

2、参数设定

该步骤中，设置黑体补偿系数α为1，可以理解的是，黑体补偿系数α设置为黑体辐射靶面的辐射率更为精确，但设置为1能够更便于数据处理；

该步骤中，设置距离补偿值y设置-1℃，设置黑体变化限值Z为5℃，设置设定黑体偏移次数m为10，设置设定黑体偏移下限p为-2℃，设置设定黑体偏移上限q为9.9℃。

该步骤中，设置黑体的设定恒温温度T₀为37℃；

该步骤中，设置设定低温阈值T_L为33.0℃，设定高温阈值T_H为39.8℃；设置低温系数β₁为0.10，低温补偿值γ₁为33.50℃；设置常温系数β₂为0.50，设置常温补偿值γ₂为20.00℃；设置高温系数β₃为1，设置高温补偿值γ₃为0℃。

该步骤中，还设置低温报警值为35.9摄氏度，高温报警值为37.3摄氏度，故而在最终体温T”_x超出该阈值时能够较佳地进行报警；

该步骤中给出的参数设定，均为经大量的理论计算及实际总结后得出，也为对现有技术做出的贡献之一；

3、体温检测

该步骤中，能够依据实施例1中的温度校准方法进行，故而能够较佳地执行体温测量流程；

其中，在获取黑体测量温度T_n时，红外测温单元能够以黑体辐射靶面中心点处的2*2个像素点的均值温度作为黑体测量温度T_n，故而使得黑体测量温度T_n能够较为精确；

其中，在获取人体测量温度T_x时也能够基于相同原理的均值处理，故而检测结果更具备准确性；其能够以人脸位置自上而下的1/3处与左右1/2处的交点作为中心点，并取该该中点处的相邻4*4的16个像素点作为均值处理的依据。

通过上述，即可较佳地实现对人体温度的测量，且精确度较高。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.用于红外测温系统的温度校准方法，其包括如下步骤：

步骤S1、获取原始参数

该步骤中，基于红外测温系统获取黑体实际温度T₁、环境温度T₂、黑体测量温度T_n以及人体测量温度T_x；

步骤S2、基于黑体对人体测量温度T_x的校正

该步骤中，对人体测量温度T_x进行校正进而获取首次校正体温T’_x，T’_x＝T_x-α*Δ；其中，α为设定黑体补偿系数，Δ为黑体温度偏差且Δ＝T_n-T₁，“*”为数量积运算；

步骤S3，基于环境温度T₂对首次校正体温T’_x的校正

该步骤中，根据环境温度T₂对首次校正体温T’_x进行校正，进而获取最终体温T”_x并输出；其中，

T₂＜T_L时，T”_x＝β₁*T’_x+γ₁；

T_L≤T₂＜T_H时，T”_x＝β₂*T’_x+γ₂；

T₂≥T_H时，T”_x＝β₃*T’_x+γ₃；

其中，T_L和T_H分别为设定低温阈值和设定高温阈值，β₁、β₂和β₃分别为低温系数、常温系数和高温系数，γ₁、γ₂和γ₃分别为低温补偿值、常温补偿值和高温补偿值。

2.根据权利要求1所述的用于红外测温系统的温度校准方法，其特征在于：

步骤S1中，获取黑体的设定恒温温度T₀；

步骤S2中，根据公式T_y＝T₀+y获取黑体的理论测量温度T_y，y为距离补偿值；若T_n＞T_y且T_n-T_y≤Z，则Δ＝T_n-T₁；若T_n≤T_y，则黑体温度偏差Δ保持不变；若T_n-T_y＞Z，则黑体温度偏差Δ保持不变；其中，Z为设定黑体变化限值。

3.根据权利要求2所述的用于红外测温系统的温度校准方法，其特征在于：步骤S2中，在T_n≤T_y时，若连续出现m次出现T_n＜T_y+p或T_n＞T_y+q，则对黑体位置进行调整；其中，m为设定黑体偏移次数，p为设定黑体偏移下限，q为设定黑体偏移上限。

4.基于权利要求1-3中任一所述的用于红外测温系统的温度校准方法的红外测温系统，其包括处理单元、红外测温单元以及黑体单元，黑体单元用于实现步骤S1中的黑体实际温度T₁和环境温度T₂的获取，红外测温单元用于实现步骤S1中的黑体测量温度T_n和人体测量温度T_x的获取，处理单元用于实现步骤S2及步骤S3中的数据处理。

5.根据权利要求4所述的红外测温系统，其特征在于：黑体单元具有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器用于分别获取黑体实际温度T₁和环境温度T₂。

6.根据权利要求4所述的红外测温系统，其特征在于：黑体单元具有黑体辐射靶面，黑体辐射靶面处设置加热单元及散热单元。

7.根据权利要求6所述的红外测温系统，其特征在于：加热单元包括电加热装置。

8.根据权利要求6所述的红外测温系统，其特征在于：散热单元包括散热风扇。

9.根据权利要求4所述的红外测温系统，其特征在于：黑体单元与处理单元间通过无线或总线进行数据交互。

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