CN113252182B - 一种室外带人脸识别及人体测温的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室外带人脸识别及人体测温的方法及系统，其中方法步骤为：同步获取人体皮肤表面测量温度、环境温度和标记物的表面温度，所述标记物的导热系数小于0.5W/(m·K)；根据获取的环境温度和标记物的表面温度，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；当标记物的表面温度无异常时，通过标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度。本发明避免了因获取到的环境温度值不准确导致最终计算的人体体温不准确的现象发生。从而为准确获取人体温度创造性了前提。
Description
技术领域
本发明涉及一种测温系统，属于测量技术领域。
背景技术
目前市面上的人脸测温PAD在户外测温时无法准确的读取到人体温度，主要是因为人体真实温度主要是受环境温度变化而变化，目前测温传感器都是通过读取环境温度来对体表温度进行补偿，因此读取到准确的环境温度对测温的准确性尤为重要。
由于环境中的各种物体与环境之间接近于热平衡，故传感器读取环境温度，可通过传感器采集的区域来获取环境温度，但是现有的技术不能保证镜头前一定无其他热源或者干扰源，如传感器范围内有热源（太阳光）或者有冰冷物体，这样获取的环境温度就会偏高或偏低，而人体读取的最终温度值是通过环境温度和皮表读取的温度进行换算的，这样获得人体温度肯定是不准的。
另外室外读取人体温度的影响因素是额头皮表温度的读取，因人脸测温PAD放置在户外，人在户外，头发吸取热能量，故头发的温度一般会比额头皮表温度高。故现有技术还存在误报高温的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种针对室外环境的提高测温准确度的测温方法、装置及存储介质。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种室外带人脸识别及人体测温的方法，其特征在于，步骤为：
在室外测温区域内设置一标记物，所述标记物的导热系数小于0.5W/(m·K)；
同步获取人体皮肤表面测量温度、环境温度和标记物的表面温度；
根据获取的环境温度和标记物的表面温度，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；当标记物的表面温度无异常时，采用无异常的标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度。
通过环境温度与人体皮肤表面测量温度计算人体温度的方法是：
根据环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算人体皮肤表面真实温度；
根据人体皮肤表面真实温度，计算人体温度Tc：
采用无异常的标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度计算人体温度的方法是：
根据标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算人体皮肤表面真实温度；
根据人体皮肤表面真实温度，计算人体温度。
判断标记物的表面温度是否异常的方法是：判断环境温度和标记物的表面温度的温度差是否满足设定的差值；如果环境温度和标记物的表面温度的温度差不大于设定的差值，则标记物的表面温度无异常；如果环境温度和标记物的表面温度的温度差大于设定的差值，则标记物的表面温度为异常。
用于判断标记物表面温度是否异常的设定差值为1-3℃。
如标记物的表面温度存在异常，则对标记物进行处理，从而获取无异常的标记物的表面温度。
对标记物进行处理方式包括更换或维修标记物。
人体皮肤表面温度的获取方法为：
通过对摄像头抓拍照片的算法分析，识别出头发的区域；
将矩阵测温模块对应的头发区域数据进行剔除，得到去除头发区域后面部区域的热红外数据；
根据去除头发区域后面部区域的热红外数据得到皮肤表面温度。
一种室外带人脸识别及人体测温的系统，其特征在于，包括：
摄像模块，用于获取人体的面部图像；
标记物，导热系数小于0.5W/(m·K)；
矩阵测温模块，用于同时获取人体的表面测量温度、环境温度和标记物的表面温度；
温度处理模块，根据获取的环境温度和标记物的表面测量温度，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；当标记物的表面温度无异常时，通过标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度。
所述矩阵测温模块为额温传感器。
所述标记物位于所述矩阵测温模块的测量范围内。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1.本发明提出的一种室外人脸识别及人体测温的方法及系统，重点是通过人脸识别及测温的组合来解决户外场景下测温不准的痛点。针对户外场景下测温传感器获取环境温度不准确的问题，创新的提出了标记物，具有较低导热系数的标记物，其表面温度与户外环境达成了热平衡，故其表面温度即为户外环境温度，通过计测量标记物的表面温度，这样便能准确获取到户外环境问题。避免了因获取到的环境温度值不准确导致最终计算的人体体温不准确的现象发生。从而为准确获取人体温度创造性了前提。
2.针对头发温度导致测温温度过高的问题，通过对摄像头抓拍照片的算法分析，识别出头发的区域。然后将矩阵对应区域数据进行剔除，从而保证读取的皮肤表面温度达到准确。
3.影响最终的人体测温温度的两个因素：环境温度和皮肤表面温度均获取到准确值，最终通过转换计算，获取到了准确的人体温度。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明系统框图；
图3为本发明系统的结构示意图；
图4是测温模块矩阵测温点示意图；
其中：1为矩阵测温模块；2为标记物；3为PAD摄像头；4为整机PAD；5、为矩阵测温数据点；6为标记物对应遮挡的测温区域。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明：
如图1所示，本发明一种室外带人脸识别及人体测温的方法，步骤为：
在室外测温区域内设置一标记物，所述标记物的导热系数小于0.5W/(m·K)，标记物可以选择塑料、木头等材质。
同步获取人体皮肤表面测量温度Tr、环境温度Ta和标记物的表面温度Tb；
根据获取的环境温度Ta和标记物的表面温度Tb，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度Ta与人体皮肤表面测量温度Tr，计算出人体温度Tc；当标记物的表面温度无异常时，采用无异常的标记物的表面温度Tb与人体皮肤表面测量温度Tr，计算出人体温度Tc。
通过环境温度Ta与人体皮肤表面测量温度Tr，计算出人体温度Tc的方法是：
第一步，通过环境温度Ta与人体皮肤表面测量温度Tr，计算人体皮肤表面真实温度To ：
其中，
为表面发射率；
为大气透射率； n为红外波段对应的参数，红外波段为8-14um，n取1.41，不同波段参数n的值不同。
第二步，根据人体皮肤表面真实温度To，计算人体温度Tc：
Tc=-a1To6+a2To5– a3To4 + a4To3 – a5To2 + a6To – a7 + To
式中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7分别为设定系数；各自取值分别为：a1=0.000125；a2=0.0283429488；a3=2.67004808；a4=133.762569；a5=3758.41829；a6=56155.4892；a7=348548.755。
通过标记物的表面温度Tb与人体皮肤表面测量温度Tr，计算出人体温度Tc的方法是：
第一步，根据标记物的表面温度Tb与人体皮肤表面测量温度Tr，计算人体皮肤表面温度To：
其中，
为表面发射率 ；
为大气透射率；n为红外波段对应的参数，红外波段为8-14um，n取1.41，不同波段参数n的值不同。
第二步，根据人体皮肤表面温度To，计算人体温度Tc：
Tc=-a1To6+a2To5– a3To4 + a4To3 – a5To2 + a6To – a7 + To
式中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7分别为设定系数；各自取值分别为：a1=0.000125；a2=0.0283429488；a3=2.67004808；a4=133.762569；a5=3758.41829；a6=56155.4892；a7=348548.755。
判断标记物的表面温度是否异常的方法是：判断环境温度Ta和标记物的表面温度Tb的温度差是否满足设定的差值；如果环境温度Ta和标记物的表面温度Tb的温度差不大于设定的差值，则标记物的表面温度Tb无异常；如果第环境温度Ta和标记物的表面温度Tb的温度差大于设定的差值，则标记物的表面温度Tb为异常。
用于判断标记物表面温度是否异常的设定差值为1-3℃。在一个实施例中，设定差值为2℃，即Ta-2≤Tb≤Ta+2时认为标记物的表面温度Tb正常。
如标记物的表面温度存在异常，则对标记物进行处理，从而获取无异常的标记物的表面温度。对标记物进行处理方式包括更换或维修标记物。
人体皮肤表面温度的获取方法为：
通过对摄像头抓拍照片的算法分析，识别出头发的区域；
将矩阵测温模块对应的头发区域数据进行剔除，得到去除头发区域后面部区域的热红外数据；
根据去除头发区域后面部区域的热红外数据得到皮肤表面温度。
一种室外带人脸识别及人体测温的系统，包括：
摄像模块，用于获取人体的面部图像；
标记物，导热系数小于0.5W/(m·K)；
矩阵测温模块，用于同时获取人体的表面测量温度、环境温度和标记物的表面温度；
温度处理模块，根据获取的环境温度和标记物的表面温度，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；当标记物的表面温度无异常时，通过标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度。
在一个实施例中，矩阵测温模块为额温传感器。标记物位于矩阵测温模块的测量范围内，从而通过一个矩阵测温模块同时测量得到人体皮肤测量温度和标记物的表面温度。
图3是室外带人脸识别及人体测温系统的结构示意图，测温系统采用人脸测温PAD，是基于额温传感器MLX90640的矩阵式测温进行处理的，PAD结构上附上标记物2（塑料材质），该标记物2设计时通过视场角及距离的计算，刚好能覆盖矩阵测温模块1的几个测温点，在一个实施例中，标记物正好对应矩阵测温模块1右上角的四个测温点。
图4是测温模块矩阵测温点示意图，测温模块1选用测温芯片MLX90640；矩阵测温数据点5为行列分布的，最右上角的四个测温点通过结构设计以及测温点的计算，对应测试的是标记物2的表测温区域6，而其他区域通过提取人脸部分获取人脸表面温度。
针对头发区域温度过高影响To获取的精准度，需要结合PAD的摄像头抓拍的图片和测温模块抓拍的热红外数据图像进行重合对比，去除掉头发区域数据，将剩余合理的数据进行转换，从而得出准确的人体温度。
因PAD设备长期处于户外场景，因标记物的导热系数较低，小于0.5W/(m·K)，标记物2的表面温度已与环境达到热平衡，故标记物2的表面温度即为环境温度，并且读取的该温度值极为准确，该标记物2即可解决了读取环境温度不准确的问题。同时当人员进行人脸识别时，传感器同步会输出环境温度值Ta，可通过与Ta值的对比，判断标记物2是否被人为破坏。通过流程避免小概率人为破坏标记物2导致测温输出的不准确。标记物2设计如下：标记物2不遮挡摄像头的成像效果，同时保证其遮挡住测温传感器的右上角测温数据点。
以下为实验示例：对20个人进行测试对比前后方案的改变，重点关注人体温度值，使用水银计对人体腋窝部位进行同步测温，该值将作为判断标准。
| 测试人员 | 水银计测温值 | 旧方案测温值 | 新方案测温值 |
| 人员1 | 36.4℃ | 36.8℃ | 36.3℃ |
| 人员2 | 36.7℃ | 36℃ | 36.7℃ |
| 人员3 | 36.6℃ | 36．3℃ | 36.7℃ |
| 人员4 | 36.4℃ | 36.9℃ | 36.3℃ |
| 人员5 | 36.3℃ | 36.8℃ | 36.3℃ |
| 人员6 | 36.8℃ | 36.9℃ | 36.7℃ |
| 人员7 | 36.7℃ | 36.4℃ | 36.8℃ |
| 人员8 | 36.4℃ | 36.8℃ | 36.3℃ |
| 人员9 | 35.9℃ | 35.8℃ | 36℃ |
| 人员10 | 36.9℃ | 36.2℃ | 37.1℃ |
| 人员11 | 36.8℃ | 35.8℃ | 36.7℃ |
| 人员12 | 36℃ | 36.6℃ | 36℃ |
| 人员13 | 36.4℃ | 36℃ | 36.4℃ |
| 人员14 | 36.8℃ | 37.2℃ | 36.7℃ |
| 人员15 | 36.5℃ | 36.3℃ | 36.6℃ |
| 人员16 | 36.2℃ | 36.6℃ | 36.3℃ |
| 人员17 | 36.5℃ | 37℃ | 36.4℃ |
| 人员18 | 36.2℃ | 36.2℃ | 36.3℃ |
| 人员19 | 36℃ | 36.5℃ | 36℃ |
| 人员20 | 37.1℃ | 37.4℃ | 37℃ |
通过对新方案与旧方案以及水银计的测试对比，发现新的方案与水银计的测温温度值误差在±0.1℃；而旧方案与水银计的温度值差异较大，根据实际测试环境会出现偏高偏低，容易出现误报高温的现象。
Claims (7)
1.一种室外带人脸识别及人体测温的方法，其特征在于，步骤为：
在室外测温区域内设置一人脸测温PAD，人脸测温PAD包括矩阵测温模块，PAD结构上附上标记物，标记物覆盖矩阵测温模块的几个测温点；所述标记物的导热系数小于0.5W/(m·K)；
采用所述矩阵测温模块，同步获取人体皮肤表面测量温度、环境温度和标记物的表面温度；
根据获取的环境温度和标记物的表面温度，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；当标记物的表面温度无异常时，采用无异常的标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；
判断标记物的表面温度是否异常的方法是：判断环境温度和标记物的表面温度的温度差是否满足设定的差值；如果环境温度和标记物的表面温度的温度差不大于设定的差值，则标记物的表面温度无异常；如果环境温度和标记物的表面温度的温度差大于设定的差值，则标记物的表面温度为异常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过环境温度与人体皮肤表面测量温度计算人体温度的方法是：
根据环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算人体皮肤表面真实温度；
根据人体皮肤表面真实温度，计算人体温度Tc：
采用无异常的标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度计算人体温度的方法是：
根据标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算人体皮肤表面真实温度；
根据人体皮肤表面真实温度，计算人体温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用于判断标记物表面温度是否异常的设定差值为1-3℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如标记物的表面温度存在异常，则对标记物进行处理，从而获取无异常的标记物的表面温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：对标记物进行处理方式包括更换或维修标记物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：人体皮肤表面测量温度的获取方法为：
通过对摄像头抓拍照片的算法分析，识别出头发的区域；
将矩阵测温模块对应的头发区域数据进行剔除，得到去除头发区域后面部区域的热红外数据；
根据去除头发区域后面部区域的热红外数据得到皮肤表面测量温度。
7.一种室外带人脸识别及人体测温的系统，其特征在于，包括：
人脸测温PAD，人脸测温PAD包括矩阵测温模块和摄像模块，PAD结构上附上标记物，标记物覆盖矩阵测温模块的几个测温点；所述标记物的导热系数小于0.5W/(m·K)；所述摄像模块，用于获取人体的面部图像；所述矩阵测温模块，用于同时获取人体的表面测量温度、环境温度和标记物的表面温度；
温度处理模块，根据获取的环境温度和标记物的表面测量温度，判断标记物的表面温度是否异常；当标记物的表面温度出现异常时，通过环境温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；当标记物的表面温度无异常时，通过标记物的表面温度与人体皮肤表面测量温度，计算出人体温度；
所述标记物位于所述矩阵测温模块的测量范围内；
判断标记物的表面温度是否异常的方法是：判断环境温度和标记物的表面温度的温度差是否满足设定的差值；如果环境温度和标记物的表面温度的温度差不大于设定的差值，则标记物的表面温度无异常；如果环境温度和标记物的表面温度的温度差大于设定的差值，则标记物的表面温度为异常。
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