DE102020208813A1 - Method for determining a person's temperature, computer program, storage medium, measuring arrangement and black body radiator - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Person 2 in einem Überwachungsbereich 3, wobei der Überwachungsbereich 3 von einem Thermosensor 4 sensortechnisch erfasst wird und Sensordaten von dem Thermosensor 4 bereitgestellt werden, wobei in dem sensortechnisch erfassten Überwachungsbereich 3 die Person 2 und ein Schwarzkörperstrahler 5 angeordnet ist, wobei die Sensordaten eine erste Strahlungsleistung und eine zweite Strahlungsleistung umfassen, wobei die erste Strahlungsleistung eine vom Thermosensor 4 detektierte thermische Strahlungsleistung eines Personenabschnitts bildet, wobei die zweite Strahlungsleistung eine vom Thermosensor 4 detektierte thermische Strahlungsleistung eines Schwarzkörperstrahlerabschnitts 9 bildet, wobei die Temperatur der Person 2 basierend auf der ersten und zweiten Strahlungsleistung ermittelt wird.Method for determining the temperature of a person 2 in a monitoring area 3, the monitoring area 3 being detected by a thermal sensor 4 and sensor data being provided by the thermal sensor 4, the person 2 and a blackbody radiator 5 being arranged in the monitored area 3 detected by the sensor, wherein the sensor data comprises a first radiant power and a second radiant power, the first radiant power forming a thermal radiant power of a section of a person detected by the thermal sensor 4, the second radiant power forming a thermal radiant power of a black-body radiator section 9 detected by the thermal sensor 4, the temperature of the person 2 being based is determined on the first and second radiant power.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Person in einem Überwachungsbereich.The invention relates to a method for determining the temperature of a person in a surveillance area.
Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung einer Oberflächentemperatur eines Messbereichs sind im Stand der Technik bekannt. Dergleichen Vorrichtungen und/oder Verfahren werden beispielsweise zur Bestimmung der Oberflächentemperatur von Elektronik, Versuchsgegenständen und/oder Personen angewendet.Devices and methods for determining a surface temperature of a measurement area are known in the prior art. The same devices and/or methods are used, for example, to determine the surface temperature of electronics, test objects and/or people.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Person in einem Überwachungsbereich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12, eine Messordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Schwarzkörperstrahler mit den Merkmalen des Anspruchs 14 vorgeschlagen. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.A method for determining the temperature of a person in a surveillance area with the features of claim 1 is proposed. Furthermore, a computer program with the features of
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Person in einem Überwachungsbereich. Insbesondere ist das Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung der Temperatur ausgebildet. Das Verfahren kann zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur der Person, beispielsweise Hauttemperatur, ausgebildet sein. Alternativ und/oder ergänzend ist das Verfahren ausgebildet, eine Kerntemperatur der Person zu bestimmen. Mittels des Verfahrens ist die Temperatur der Person, insbesondere absolute Temperatur, abstandsunabhängig bestimmbar.The invention relates to a method for determining the temperature of a person in a surveillance area. In particular, the method is designed for contact-free determination of the temperature. The method can be designed to determine a surface temperature of the person, for example skin temperature. Alternatively and/or additionally, the method is designed to determine a core temperature of the person. The temperature of the person, in particular the absolute temperature, can be determined independently of the distance by means of the method.
Der Überwachungsbereich ist beispielsweise ein Innenbereich. Besonders bevorzugt ist der Überwachungsbereich als ein Eingang, als eine Schleuse, als eine Tür, eine Einlass- oder Kontrollstelle ausgebildet. Beispielsweise kann der Überwachungsbereich ein Zugang zu einem Flughafenabschnitt, beispielsweise Gate darstellen, wobei im Überwachungsbereich die Person auf erhöhte Temperatur, beispielsweise Fieber, zu kontrollieren ist, insbesondere um Infektionsketten zu minimieren. Der Überwachungsbereich ist insbesondere eingerichtet, neben der Temperaturbestimmung eine Sicherheitsüberprüfung, beispielsweise Gepäck-, Security- oder Personenkontrolle vorzusehen. Insbesondere ist das Verfahren eingerichtet und/oder ausgebildet, eine nachfolgende beschriebene Messanordnung und/oder Schwarzkörperstrahler zur verbesserten Bestimmung der Temperatur der Person einzusetzen. Das Verfahren kann insbesondere computerimplementiert, im Speziellen auch unter Benutzung eines neuronalen Netzes, ausgeführt werden.The monitored area is, for example, an indoor area. The monitoring area is particularly preferably designed as an entrance, as an airlock, as a door, as an entry or control point. For example, the monitored area can represent access to an airport section, for example a gate, in which case the person in the monitored area is to be checked for increased temperature, for example fever, in particular in order to minimize chains of infection. The monitoring area is set up in particular to provide for a security check, for example baggage, security or personal checks, in addition to determining the temperature. In particular, the method is set up and/or designed to use a measuring arrangement described below and/or black-body radiators for improved determination of the person's temperature. The method can, in particular, be computer-implemented, specifically also using a neural network.
Das Verfahren sieht vor, dass der Überwachungsbereich von einem Thermosensor sensortechnisch erfasst und/oder überwacht wird. Beispielsweise ist der Thermosensor auf den Überwachungsbereich ausgerichtet. Der Thermosensor nimmt beispielsweise Objekte, insbesondere Personen, die in dem Überwachungsbereich angeordnet sind oder diesen passieren, sensortechnisch war. Der Thermosensor ist ausgebildet, Sensordaten bereitzustellen, wobei die Sensortaten den vom Thermosensor erfassten Überwachungsbereich, Informationen und/oder Wärmestrahlung umfasst. Der Thermosensor ist vorzugsweise als ein Microbolometer ausgebildet. Insbesondere kann und/oder ist der Thermosensor als eine IR-Kamera und/oder Wärmebildkamera ausgebildet. Der Thermosensor umfasst beispielsweise eine Detektionsfläche, wobei die Detektionsfläche Pixel umfasst.The method provides for the monitoring area to be detected and/or monitored by a thermal sensor. For example, the thermal sensor is aimed at the monitored area. The thermal sensor, for example, detects objects, in particular people, who are arranged in the monitored area or pass through it, using sensors. The thermal sensor is designed to provide sensor data, the sensor data comprising the monitoring area detected by the thermal sensor, information and/or thermal radiation. The thermal sensor is preferably designed as a microbolometer. In particular, the thermal sensor can and/or is designed as an IR camera and/or thermal imaging camera. The thermal sensor includes, for example, a detection area, the detection area including pixels.
Der Thermosensor ist ausgebildet, Wärmestrahlung des sensortechnisch erfassten Überwachungsbereichs zu erfassen und/oder zu detektieren und als Sensordaten bereitzustellen. Insbesondere kann der Thermosensor neben Infrarotstrahlung, beispielsweise mittlerer und/oder langweiliger Infrarotstrahlung, ergänzend sichtbare Strahlung und/oder UV-Strahlung erfassen. Besonders bevorzugt ist es, dass der Thermosensor ausgebildet ist, Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge größer als 3 µm, insbesondere größer als 10 µm zu detektieren und/oder zu erfassen. Ferner kann der Thermosensor ausgebildet sein, Wärmestrahlung bis zu einer Grenzwellenlänge, beispielsweise 50 µm, zu erfassen und/oder zu detektieren. Der Thermosensor ist vorzugsweise fest angeordnet und/oder ausgerichtet, beispielsweise an einer Decke und/oder einer Wand montiert. Insbesondere ist die Ausrichtung und/oder die Perspektive des Thermosensors auf den Überwachungsbereich fest und/oder konstant. Alternativ kann der Erfassungsbereich und/oder die Ausrichtung des Thermosensor ausrichtbar und/oder einstellbar sein, sodass der Thermosensor bzw. dessen Erfassungsbereich gezielt, gesteuert und/oder zufällig auf unterschiedliche Abschnitte und/oder Überwachungsbereiche ausrichtbar ist. Insbesondere kann der Thermosensor, bzw. dessen Erfassungsbereich und/oder Perspektive, nachgeführt werden, beispielsweise um eine Person zu erkennen und/oder genauer auszuwerten.The thermal sensor is designed to capture and/or detect thermal radiation of the monitored area detected by the sensor and to make it available as sensor data. In particular, in addition to infrared radiation, for example medium and/or long infrared radiation, the thermal sensor additionally detect visible radiation and/or UV radiation. It is particularly preferred that the thermal sensor is designed to detect and/or record infrared radiation with a wavelength greater than 3 μm, in particular greater than 10 μm. Furthermore, the thermal sensor can be designed to record and/or detect thermal radiation up to a limit wavelength, for example 50 μm. The thermal sensor is preferably arranged and/or aligned in a fixed manner, for example mounted on a ceiling and/or a wall. In particular, the orientation and/or the perspective of the thermal sensor on the monitored area is fixed and/or constant. Alternatively, the detection area and/or the alignment of the thermal sensor can be aligned and/or adjustable, so that the thermal sensor or its detection area can be targeted, controlled and/or randomly aligned to different sections and/or monitoring areas. In particular, the thermal sensor, or its detection range and/or perspective, can be tracked, for example in order to recognize and/or evaluate a person more precisely.
Das Verfahren sieht vor, dass eine in dem Überwachungsbereich befindliche Person und/oder eine Person die den Überwachungsbereich passiert sensortechnisch vom Thermosensor erfasst wird. Beispielsweise sieht das Verfahren die dauerhafte, kontinuierliche und/oder zyklische Erfassung und/oder Bereitstellung von Sensordaten durch Erfassung des Überwachungsbereichs vor, sodass eine Person im Überwachungsbereich ebenfalls vom Thermosensor erfasst wird.The method provides for a person located in the monitored area and/or a person passing through the monitored area to be detected by the thermal sensor using sensors. For example, the method provides for the permanent, continuous and/or cyclical detection and/or provision of sensor data by detecting the monitored area, so that a person in the monitored area is also detected by the thermal sensor.
Das Verfahren sieht vor, dass ein Schwarzkörperstrahler, insbesondere extended area Blackbodyradiator in dem Überwachungsbereich angeordnet ist. Der Thermosensor ist ausgerichtet und/oder angeordnet, den Schwarzkörperstrahler im Überwachungsbereich zu erfassen und die Erfassung als Sensordaten bereitzustellen. Der Schwarzkörperstrahler ist vorzugsweise mindestens abschnittsweise ein optimaler oder nahezu optimaler Schwarzkörper. Der Schwarzkörperstrahler ist insbesondere temperiert, wobei die Temperatur des Schwarzkörperstrahlers kontrolliert wird. Der Schwarzkörperstrahler wird auf eine einstellbare und/oder festgelegte Temperatur temperiert. Der Schwarzkörperstrahler bzw. dessen Temperatur kann als eine Referenztemperatur und/oder Referenzstrahler aufgefasst werden.The method provides that a black body radiator, in particular an extended area black body radiator, is arranged in the monitoring area. The thermal sensor is oriented and/or arranged to detect the blackbody radiator in the surveillance area and provide the detection as sensor data. The blackbody radiator is preferably at least partially an optimal or near-optimal blackbody. In particular, the blackbody radiator is temperature-controlled, with the temperature of the blackbody radiator being controlled. The blackbody radiator is tempered to an adjustable and/or fixed temperature. The black body radiator or its temperature can be understood as a reference temperature and/or reference radiator.
Die Sensordaten umfassen eine erste Strahlungsleistung und eine zweite Strahlungsleistung. Die erste Strahlungsleistung bildet und/oder beschreibt eine thermische Strahlungsleistung die von einem Personenabschnitt ausgeht. Beispielsweise kann der Personenabschnitt ein Gesicht und/oder ein Gesichtsabschnitt der Person im Überwachungsbereich darstellen. Insbesondere können von der Person mehrere Personenabschnitte und/oder thermische Strahlungsleistungen von Personenabschnitten bestimmt und/oder erfasst werden. Die die erste Strahlungsleistung kann beispielsweise als eine Strahlungsleistung verstanden werden, die von einem Abschnitt im Überwachungsbereich ausgeht, an dem sich die Person befindet. Die zweite Strahlungsleistung bildet, umfasst und/oder beschreibt eine vom Thermosensor detektiert thermische Strahlungsleistung eines Schwarzkörperstrahlerabschnitts. Der Schwarzkörperstrahlerabschnitt ist insbesondere ein Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers, wobei dieser Abschnitt insbesondere einem idealen und/oder nahezu idealem (technisch realisierbaren) Schwarzkörper entspricht. Beispielsweise weist der Schwarzkörperstrahlerabschnitt einen Absorptionskoeffizienten von Epsilon ungefähr eins auf. Die zweite Strahlungsleistung und/oder die thermische Strahlungsleistung des Schwarzkörperstrahlerabschnitts beschreibt beispielsweise eine thermische Strahlungsleistung, die von einem Bereich und/oder Abschnitt des Überwachungsbereichs ausgeht, an dem sich der Schwarzkörperstrahler befindet. Die zweite Strahlungsleistung beschreibt damit insbesondere eine Strahlungsleistung, die nicht, zumindest nicht explizit, von der Person ausgeht.The sensor data includes a first radiant power and a second radiant power. The first radiant power forms and/or describes a thermal radiant power that emanates from a section of a person. For example, the person section can represent a face and/or a face section of the person in the surveillance area. In particular, several parts of the person and/or thermal radiation power of parts of the person can be determined and/or detected. The first radiation power can be understood, for example, as a radiation power that emanates from a section in the monitored area where the person is located. The second radiant power forms, includes and/or describes a thermal radiant power of a blackbody radiator section detected by the thermal sensor. The blackbody radiator section is in particular a section of the blackbody radiator, this section corresponding in particular to an ideal and/or almost ideal (technically realizable) blackbody. For example, the black body radiator section has an absorption coefficient of epsilon approximately one. The second radiant power and/or the thermal radiant power of the blackbody radiator section describes, for example, a thermal radiant power that emanates from an area and/or section of the monitored area where the blackbody radiator is located. The second radiant power thus describes in particular a radiant power that does not emanate from the person, at least not explicitly.
Das Verfahren sieht vor, dass die Temperatur der Person, insbesondere maximale Temperatur, Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, basierend auf der ersten und der zweiten Strahlungsleistung ermittelt wird. Beispielsweise können erste Strahlungsleistung und zweite Strahlungsleistung zur analytisch Bestimmung der Temperatur herangezogen werden. Alternativ und/oder ergänzend kann die Bestimmung der Temperatur basierend auf der ersten und der zweiten Strahlungsleistung unter Verwendung einer Kennlinie und/oder Referenzparametern erfolgen.The method provides that the temperature of the person, in particular maximum temperature, surface temperature and/or core temperature, is determined based on the first and the second radiation power. For example, the first radiant power and the second radiant power can be used to analytically determine the temperature. Alternatively and/or additionally, the temperature can be determined based on the first and the second radiant power using a characteristic curve and/or reference parameters.
Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass bei der Bestimmung einer Temperatur, insbesondere einer Person, vielfältigste Umgebungseinflüsse, szenenspezifische Einflüsse und/oder umgebende Objekte, Einfluss auf eine präzise Temperaturbestimmung haben. Beispielsweise emittiert auch die Umgebung thermische Strahlung, die von dem Thermosensor erfasst wird und so beispielsweise die Temperaturbestimmung der Person verfälschen würde. Andererseits wird thermische Strahlung des Objekts bei der Übertragung und/oder dem Passieren des Wegs zum Thermosensor geschwächt. Um derartige Fehler, sowohl Schwächung als auch Verstärkung, berücksichtigen zu können, wird zusätzlich zur reinen Detektion des Personenabschnitts ein Schwarzkörperstrahler bzw. Schwarzkörperstrahlerabschnitt, mittels des Thermosensors erfasst, wobei dieser temperiert ist und somit als eine Art Referenz und/oder Vergleich dienen kann. Insbesondere kann der Schwarzkörperstrahlerabschnitt dazu genutzt werden, physikalische, insbesondere thermodynamische, Prozesse und/oder szenenspezifische Störungen zu berücksichtigen.The invention is based on the consideration that when determining a temperature, in particular of a person, a wide variety of environmental influences, scene-specific influences and/or surrounding objects have an influence on a precise temperature determination. For example, the environment also emits thermal radiation, which is detected by the thermal sensor and would thus, for example, falsify the determination of the person's temperature. On the other hand, thermal radiation from the object is attenuated as it transmits and/or passes through the path to the thermal sensor. In order to be able to take such errors, both weakening and amplification, into account, in addition to the pure detection of the human section, a black-body radiator or black-body radiator section is detected by means of the thermal sensor, with this being temperature-controlled and thus serving as a kind of reference and/or comparison can. In particular, the blackbody radiator section can be used to take into account physical, in particular thermodynamic, processes and/or scene-specific disturbances.
Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass die Temperatur der Person basierend auf einem thermodynamischen Modell ermittelt wird. Das thermodynamische Modell sieht insbesondere die Berücksichtigung von Abschwächungseffekten, beispielsweise durch Konvektion, Transmission und/oder Reflexion, vor. Ferner sieht das thermodynamische Modell beispielsweise verstärkende Umgebungseffekte vor, beispielsweise Strahlung von umgebenden Objekten, vom Objekt reflektierte Anteile und/oder thermische Strahlung der Luft. Im Speziellen basiert das thermodynamischen Modell auf dem Stefan-Boltzmann-Gesetz. Beispielsweise sieht das thermodynamische Modell vor, dass eine vom Thermosensor erfassbare und/oder erfasste thermische Strahlungsleistung einen Personenstrahlungsanteil und einen Umgebungsstrahlungsleistungsanteil umfasst, wobei der Umgebungsstrahlungsleistungsanteil basierend auf der zweiten Strahlungsleistung ermittelt wird. Mit anderen Worten sieht das thermodynamische Modell beispielsweise vor, dass eine vom Thermosensor, im Speziellen von dem Mikrobolometer und/oder der Wärmebildkamera, erfasste Strahlungsleistung typischerweise eine akkurate Kalibrierung erfordert und/oder szenenspezifische Parameter, wie reflektierte thermische Strahlung von anderen Objekten in der Umgebung und thermische Strahlung der Luft zu berücksichtigen sind. Beispielsweise berücksichtigt das thermodynamische Modell, dass eine von einem Objekt, beispielsweise der Person oder dem Schwarzkörperstrahler, abgestrahlte Strahlungsleistung P dem Zusammenhang genügt P = ∈σAT4, wobei ∈ der Emissionsgrad des Körpers, σ die Stefan-Boltzmannkonstante, A die strahlende Fläche und T die absolute Temperatur ist. Durch die Verwendung eines Thermosensors, beispielsweise Mikrobolometers, kann das thermodynamische Modell beispielsweise in der Form beschrieben werden, dass die von einem Pixel ausgelesene Temperatur T und die gemessene thermische Strahlungsleistung PM dem Zusammenhang genügt PM = ∈calσAT 4. Im Speziellen berücksichtigt das thermodynamische Modell, das eine gemessene thermische Strahlungsleistung PM mehrere Komponenten umfasst, beispielsweise die Strahlungsleistung P des eigentlichen Objekts, beispielsweise der Person, eine mittlere effektive Strahlungsleistung PE, die von Umgebungsobjekten ausgehende am Objekt reflektierte Strahlungsleistung umfasst, sowie eine Strahlungsleistung PA ausgehend von der Luft zwischen Objekt. Beispielsweise kann das thermodynamischen Modell beschrieben werden als PM = τ[P + (1 - ∈)PE] + (1 - τ)PA.In particular, the method provides that the person's temperature is determined based on a thermodynamic model. In particular, the thermodynamic model provides for the consideration of weakening effects, for example due to convection, transmission and/or reflection. Furthermore, the thermodynamic model provides, for example, amplifying environmental effects, for example radiation from surrounding objects, portions reflected by the object and/or thermal radiation in the air. In particular, the thermodynamic model is based on the Stefan-Boltzmann law. For example, the thermodynamic model provides that a thermal radiation power that can be detected and/or detected by the thermal sensor includes a personal radiation component and an ambient radiation power component, with the ambient radiation power component being determined based on the second radiation power. In other words, the thermodynamic model provides, for example, that a radiant power detected by the thermal sensor, in particular by the microbolometer and/or the thermal imager, typically requires accurate calibration and/or scene-specific parameters, such as reflected thermal radiation from other objects in the environment and thermal radiation of the air must be taken into account. For example, the thermodynamic model takes into account that a radiant power P emitted by an object, e.g. the person or the blackbody radiator , satisfies the relationship P = ∈σAT 4 , where ∈ is the emissivity of the body, σ is the Stefan-Boltzmann constant, A is the radiating area and T is the absolute temperature. By the use of a thermal sensor, for example microbolometer, the thermodynamic model can be described, for example in the form that the readout from one pixel temperature T and the measured thermal radiation power P M satisfies the relation P M = ∈ cal σAT. 4 In particular, the thermodynamic model, which includes a measured thermal radiant power P M , takes into account several components, for example the radiant power P of the actual object, for example the person, a mean effective radiant power P E , which includes radiant power emanating from surrounding objects and reflected on the object, as well as a radiant power P A starting from the air between object. For example, the thermodynamic model can be written as P M = τ[P + (1 - ∈)P E ] + (1 - τ)P A .
Besonders bevorzugt ist es, dass mittels des Verfahrens eine Kerntemperatur TC der Person bestimmt wird. Insbesondere erfolgt die Bestimmung der Kerntemperatur basierend auf einer Differenz einer Personenoberflächentemperatur TS, kurz Oberflächentemperatur, und einer Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz ΔTC,S. Insbesondere ist die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz eine szenenspezifische Größe. Beispielsweise kann die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz Windchilleffekte, Luftfeuchtigkeitsaspekte, Verdunstungskälte und/oder Luftströmungseffekte berücksichtigen. Die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz gibt beispielsweise an, wie groß ein Unterschied zwischen Oberflächentemperatur und Kerntemperatur ist, insbesondere unter Berücksichtigung von Umgebungsparametern und/oder szenenspezifischen Größen. Beispielsweise sieht das Verfahren vor, dass eine Oberflächentemperatur des Personenabschnitts, im speziellen der Person, bestimmt wird, wobei zur Bestimmung der Kerntemperatur die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz berücksichtigt wird, beispielsweise addiert oder abgezogen wird. Beispielsweise kann dies von dem thermodynamischen Modell berücksichtigt werden. Im Speziellen gilt für die Kerntemperatur TC = TS(x,y) - ΔTC,S(x,y), wobei x, y eine Position auf der Person, bzw. den Personenabschnitt, beschreiben.It is particularly preferred that a core temperature T C of the person is determined by means of the method. In particular, the core temperature is determined based on a difference between a person 's surface temperature T S , surface temperature for short, and a core-surface temperature difference ΔT C,S . In particular, the core-surface temperature difference is a scene-specific quantity. For example, the core-surface temperature difference can take into account wind chill effects, air humidity aspects, evaporative cooling and/or air flow effects. The core-surface temperature difference indicates, for example, how big a difference between surface temperature and core temperature is, in particular taking into account environmental parameters and/or scene-specific variables. For example, the method provides that a surface temperature of the part of the person, in particular the person, is determined, with the core-surface temperature difference being taken into account for determining the core temperature, for example being added or subtracted. For example, this can be taken into account by the thermodynamic model. In particular, the following applies to the core temperature T C =T S (x,y) − ΔT C,S (x,y), where x, y describe a position on the person or the part of the person.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sieht das Verfahren vor, dass die Kerntemperatur basierend auf einer maximalen Personenoberflächentemperatur TS,max bestimmt wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass zu Bestimmung der Kerntemperatur eine minimale Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz ΔTC,S,min herangezogen und/oder bestimmt wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass Temperaturunterschiede zwischen Kern und Oberfläche einer Person abhängig sind von der Position an der die Oberflächentemperatur, beziehungsweise Hauttemperatur, bestimmt wird. Beispielsweise sind bestimmte Körperteile, zum Beispiel Nase, weiter vom Körperkern entfernt und/oder kühler. Bereiche in der Umgebung des Auges sind in der Regel wärmer und im speziellen auch näher an einem Körpermittelpunkt. Zur Bestimmung der Kerntemperatur ist es daher besonders vorteilhaft, eine maximale Personenoberflächentemperatur, mit anderen Worten die wärmste Stelle der Körperoberfläche, zu bestimmen, wobei hier im Speziellen eine minimale Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz verrechnet werden soll. Die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz ist insbesondere eine szenenspezifische Größe, beispielsweise abhängig von der Luftfeuchtigkeit. Um eine gute und verlässliche Temperaturbestimmung der Kerntemperatur zu gewährleisten, ist es daher vorteilhaft einzelne minimale Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz heranzuziehen.In a particularly preferred embodiment, the method provides for the core temperature to be determined based on a maximum person surface temperature T S,max . In particular, it is provided that a minimum core-surface temperature difference ΔT C,S,min is used and/or determined to determine the core temperature. This configuration is based on the consideration that temperature differences between the core and surface of a person depend on the position at which the surface temperature or skin temperature is determined. For example, certain parts of the body, such as the nose, are further from the core and/or cooler. Areas around the eye are usually warmer and especially closer to a body center. In order to determine the core temperature, it is therefore particularly advantageous to determine a maximum person surface temperature, in other words the warmest point on the body surface, with a minimum core-surface temperature difference being specifically to be calculated here. The core-surface temperature difference is in particular a scene-specific variable, for example dependent on the air humidity. In order to ensure a good and reliable temperature determination of the core temperature, it is therefore advantageous to use individual minimum core-surface temperature differences.
Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass zur Ermittlung der maximalen Oberflächentemperatur eine Gesichtserkennung auf die Sensordaten und/oder basierend auf den Sensordaten angewendet wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass der wärmste Bereich der Person und/oder einer Person meist im Gesicht zu finden sind. Häufig sind andere Bereiche, zum Beispiel Arme, Beine, Oberkörper, durch Textilien und/oder mehrere Schichten aus Textilien bedeckt, so dass hier niedrigere Temperaturen gemessen werden. Durch die Bestimmung und/oder Erkennung der Position des Gesichts und/oder des Gesichts der Person in den Sensordaten, kann die Bestimmung der maximalen Oberflächentemperatur gezielt in diesem Bereich erfolgen. Insbesondere sieht diese Ausgestaltung vor, dass verdecken und/oder abschirmen durch Objekte, wie beispielsweise einer Brille oder eines Mundschutzes, bei der Bestimmung der maximalen Oberflächentemperatur berücksichtigt werden und/oder dergleichen Bereiche ausgeschlossen werden.In particular, the method provides that face recognition is applied to the sensor data and/or based on the sensor data to determine the maximum surface temperature. This configuration is based on the consideration that the warmest area of the person and/or a person is usually found in the face. Other areas, for example arms, legs, upper body, are often covered by textiles and/or several layers of textiles, so that lower temperatures are measured here. By determining and/or recognizing the position of the face and/or the face of the person in the sensor data, the maximum surface temperature can be determined specifically in this area. In particular, this embodiment provides that obscuring and/or shielding by objects, such as glasses or a face mask, are taken into account when determining the maximum surface temperature and/or similar areas are excluded.
Das Verfahren sieht beispielsweise vor, dass zur Bestimmung der Temperatur der Person, insbesondere der Oberflächentemperatur und/oder der Kerntemperatur der Person, eine Luftstrahlungsleistung berücksichtigt wird und/oder der Umgebungsstrahlungsleistungssanteil die Luftstrahlungsleistung umfasst. Im letzteren Fall umfasst das thermodynamische Modell und/oder berücksichtigt das thermodynamische Modell beispielsweise die Luftstrahlungsleistung. Die Luftstrahlungsleistung und/oder eine zur Luftstrahlungsleistung zugehörige Lufttemperatur wird insbesondere basierend auf der Strahlungsleistung des Schwarzkörpers, im Speziellen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts ermittelt und/oder bestimmt, wobei insbesondere eine Schwarzkörperabschnittstemperatur berücksichtigt wird. Die Schwarzkörperabschnittstemperatur ist beispielsweise eine tatsächlich gemessene Temperatur des Schwarzkörperstrahlerabschnitts, beispielsweise durch kontaktierende Temperaturmessung. Alternativ und/oder ergänzend kann die Schwarzkörperabschnittstemperatur als eine eingestellte und/oder kontrollierte Temperatur des Schwarzkörperstrahlers berücksichtigt werden. Die Luftstrahlungsleistung beschreibt insbesondere einen Einfluss auf eine gemessene Strahlungsleistung des Thermosensors der von der umgebenden Luft bzw. deren Temperatur ausgeht. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch kontrollieren einer Schwarzkörperabschnittstemperatur und/oder direkten Bestimmung der Schwarzkörperabschnittstemperatur und einem Messen der Strahlungsleistung des Schwarzkörperstrahlerabschnitts mittels des Thermosensors, der Einfluss der Luftstrahlungsleistung auf die Temperaturbestimmung der Person bestimmt und berücksichtigt werden kann. Beispielsweise wird hierzu die Strahlungsleistung des Schwarzkörperstrahlers insbesondere des Schwarzkörperstrahlerabschnitts mittels des Thermosensors ermittelt und die tatsächliche, beispielsweise gemessene oder kontrollierte, Schwarzkörperabschnittstemperatur mit der gemessenen verglichen. Insbesondere basiert dies auf der Überlegung, dass der Schwarzkörperstrahlerabschnitt ideal und/oder nahezu ideal Strahlung absorbiert bzw. nicht reflektierend ist (∈ ≈ 1), sodass bei Verwendung des thermodynamischen Modells beispielsweise reflektierende Strahlungsleistungsanteile vernachlässigt und/oder unberücksichtigt bleiben.The method provides, for example, that an air radiation power is taken into account to determine the temperature of the person, in particular the surface temperature and/or the core temperature of the person, and/or the ambient radiation power component includes the air radiation power. In the latter case, the thermodynamic model includes and/or takes into account the air radiation power, for example. The air radiation power and/or an air temperature associated with the air radiation power is determined and/or determined in particular based on the radiation power of the black body, in particular the black body radiator section, with a black body section temperature being taken into account in particular. The blackbody portion temperature is, for example, an actually measured temperature of the blackbody radiator portion, for example, by contact temperature measurement. Alternatively and/or additionally, the blackbody portion temperature may be considered as a set and/or controlled temperature of the blackbody radiator. The air radiation power describes in particular an influence on a measured radiation power of the thermal sensor which emanates from the surrounding air or its temperature. This configuration is based on the consideration that by checking a blackbody section temperature and/or directly determining the blackbody section temperature and measuring the radiant power of the blackbody radiator section using the thermal sensor, the influence of the air radiant power on the temperature determination of the person can be determined and taken into account. For example, the radiant power of the blackbody radiator, in particular of the blackbody radiator section, is determined by means of the thermal sensor and the actual, for example measured or controlled, blackbody section temperature is compared with the measured temperature. In particular, this is based on the consideration that the blackbody radiator section absorbs radiation ideally and/or almost ideally or is not reflective (∈ ≈ 1), so that when using the thermodynamic model, for example, reflective radiation power components are neglected and/or not taken into account.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass zur Bestimmung der Temperatur der Person, beispielsweise Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, eine mittlere Reflexionsstrahlungsleistung berücksichtigt wird. Beispielsweise umfasst der Umgebungsstrahlungsleistungsanteil die mittlere Reflexionsstrahlungsleistung. Hierzu wird beispielsweise eine Temperatur eines reflektierenden Reflektorabschnitts mittels des Thermosensors ermittelt. Insbesondere wird ein Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers mittels des Thermosensors erfasst, in welchem der reflektierende Reflektorabschnitt angeordnet ist. Beispielsweise ist hierzu am Schwarzkörperstrahler eine reflektierende Folie, Fläche und/oder Element angeordnet. Beispielsweise ist der Reflektorabschnitt als ein mit Goldfolie oder Silberfolie bedeckter Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers ausgebildet. Die Sensordaten umfassen die Reflektorstrahlungsleistung. Die Reflektorstrahlungsleistung ist insbesondere eine vom Thermosensor detektierte thermische Strahlungsleistung ausgehend vom Reflektorabschnitt. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die mittlere Reflexionsstrahlungsleistung und/oder die zugehörige mittlere Reflexionstemperatur, insbesondere gemessene Reflexionstemperatur, basierend auf der gemessenen Reflektorstrahlungsleistung und der zugehörigen tatsächlichen Temperatur, beispielsweise der Schwarzkörperabschnittstemperatur, ermittelt wird. Diese Ausgestaltung basiert auf der Überlegung, dass durch die Erfassung eines Reflektorabschnitts mittels des Thermosensors ∈ ≈ 0 verwendet werden kann, sodass das thermodynamische Modell und/oder die physikalisch anzuwendenden Formeln stark vereinfacht werden können.In particular, it is provided that an average reflected radiation power is taken into account to determine the temperature of the person, for example surface temperature and/or core temperature. For example, the ambient radiation power component includes the average reflected radiation power. For this purpose, for example, a temperature of a reflecting reflector section is determined by means of the thermal sensor. Specifically, a portion of the blackbody radiator in which the reflective reflector portion is disposed is detected by the thermal sensor. For example, a reflective foil, surface and/or element is arranged on the blackbody radiator for this purpose. For example, the reflector portion is formed as a portion of the blackbody radiator covered with gold foil or silver foil. The sensor data includes the reflector radiant power. The reflector radiant power is, in particular, a thermal radiant power detected by the thermal sensor, starting from the reflector section. For example, it is provided that the mean reflected radiant power and/or the associated mean reflection temperature, in particular measured reflection temperature, is determined based on the measured reflector radiant power and the associated actual temperature, for example the blackbody section temperature. This configuration is based on the consideration that by detecting a reflector section using the thermal sensor, ∈≈0 can be used, so that the thermodynamic model and/or the formulas to be used physically can be greatly simplified.
Optional ist es vorgesehen, dass zur Bestimmung der Temperatur der Person, beispielsweise Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, ein Transmissionsgrad τ der Luft und/oder ein Kalibrierungsemissionsgrad ∈cal des Thermosensors berücksichtigt wird, beispielsweise vom thermodynamischen Modell berücksichtigt wird. Insbesondere ist der Transmissionsgrad τ = τ(d) abhängig von einem Abstand d zwischen Thermosensors und Objekt bzw. Person. Der Transmissionsgrad und/oder der Kalibrierungsemissionsgrad kann beispielsweise für die Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens, mittels einer oder mehrerer Messreihen ermittelt werden. Ferner kann der Transmissionsgrad und/oder der Kalibrierungsemissionsgrad basierend auf einer Kennlinie ermittelt, extrahiert und/oder bereitgestellt werden. Die Kennlinie und/oder die Messreihe umfasst und/oder basiert auf thermischen Strahlungsleistungen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts bei unterschiedlichen Schwarzkörperabschnittstemperaturen und/oder unterschiedlichen Abständen zwischen Thermosensor und Schwarzkörperstrahler. Beispielsweise werden hier zu und/oder wurden hier zu, thermische Strahlungsleistungen des Schwarzkörperabschnitts mittels des Thermosensors ermittelt und/oder gemessen, wobei die Temperatur, beispielsweise eingestellte Temperatur, des Schwarzkörperstrahlerabschnitts und/oder der Abstand zwischen Thermosensor und Schwarzkörperstrahlerabschnitt variiert werden.It is optionally provided that for determining the temperature of the person, for example surface temperature and/or core temperature, a transmittance τ of the air and/or a calibration emissivity ∈ cal of the thermal sensor is taken into account, for example taken into account by the thermodynamic model. In particular, the transmittance τ=τ(d) depends on a distance d between the thermal sensor and the object or person. The transmittance and/or the calibration emissivity can be determined, for example, for the measuring arrangement for carrying out the method, by means of one or more series of measurements. Furthermore, the transmittance and/or the calibration emissivity can be determined, extracted and/or provided based on a characteristic. The characteristic curve and/or the series of measurements includes and/or is based on thermal radiation powers of the blackbody radiator section at different blackbody section temperatures and/or different distances between thermal sensor and blackbody radiator. For example, here at and/or were here at, thermal radiation power of the blackbody section is determined and/or measured by means of the thermal sensor, with the temperature, for example the set temperature, of the blackbody radiator section and/or the distance between the thermal sensor and the blackbody radiator section being varied.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz als eine Summe aus einer konstanten Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz und eines szenenabhängigen Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offsets aufgefasst werden. Beispielsweise kann die konstante Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz einen Durchschnittswert des Menschen beschreiben, wobei dieser beispielsweise aus der Literatur entnommen ist und/oder auf einer oder mehreren Messreihen basiert. Insbesondere kann der konstante Anteil ortsabhängig ausgebildet sein, beispielsweise körperteilabhängig, z.B. Nase, Augen, Stirn spezifisch. Der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset ist insbesondere abhängig von einer Luftfeuchtigkeit, Luftströmung, Umgebungstemperatur und/oder weiteren Umgebungsparametern. Der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset kann insbesondere aus einer hinterlegten Kennlinie und/oder Referenztabelle entnommen werden, alternativ kann und/oder wird der szenenabhängige Offset durch eine oder mehrere Messungen für die Szene bestimmt.In particular, it is provided that the core-surface temperature difference is interpreted as a sum of a constant core-surface temperature difference and a scene-dependent core-surface temperature difference offset. For example, the constant core-surface temperature difference can describe an average human value, which is taken from the literature, for example, and/or is based on one or more series of measurements. In particular, the constant component can be designed to be location-dependent, for example dependent on a part of the body, e.g. nose, eyes, forehead-specifically. The scene-dependent core-surface temperature difference offset is dependent in particular on air humidity, air flow, ambient temperature and/or other ambient parameters. The scene-dependent core-surface temperature difference offset can be taken from a stored characteristic curve and/or reference table, alternatively the scene-dependent offset can and/or is determined by one or more measurements for the scene.
Besonders bevorzugt ist es, dass der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset basierend auf der sensortechnischen Überwachung eines Abschirmungsabschnitts des Schwarzkörperstrahlers ermittelt wird. Der Schwarzkörperstrahler weist hierzu beispielsweise eine Abschirmung als Abschirmungsabschnitt auf, wobei die Abschirmung beispielsweise einen Abschnitt der Oberfläche des Schwarzkörperstrahlers bedeckt. Vorzugsweise ist und/oder sind die physikalischen, chemischen und/oder thermodynamischen Parameter der Abschirmung ähnlich zu denen einer Person, insbesondere Haut und/oder Gesichtsabschnitt. Beispielsweise weist die Abschirmung einen ähnlichen Emission- und/oder Absorptionsgrad auf. Der Abschirmungsabschnitt ist insbesondere an mindestens einer Stelle temperiert, beispielsweise temperiert auf die Schwarzkörperabschnittstemperatur an der dem Thermosensor abgewandten Seite. Der Abschirmungsabschnitt wird mittels des Thermosensors erfasst, wobei die Sensordaten dies als eine Abschirmungsstrahlungsleistung umfassen. Der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset wird basierend auf der Abschirmungsstrahlungsleistung ermittelt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass durch Einführung einer Abschirmung auf dem Schwarzkörperstrahler, die sich strahlungstechnisch insbesondere ähnlich zur Oberfläche eines Menschen verhält, der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset abgeschätzt und/oder ermittelt werden kann.It is particularly preferred that the scene-dependent core-surface temperature difference offset is determined based on the sensor-based monitoring of a shielding section of the black-body radiator. For this purpose, the black-body radiator has, for example, a shield as a shielding section, the shield covering, for example, a section of the surface of the black-body radiator. Preferably, the physical, chemical and/or thermodynamic parameters of the shield is and/or are similar to those of a person, in particular skin and/or facial portion. For example, the shield has a similar degree of emission and/or absorption. The shielding section is in particular temperature-controlled at at least one point, for example temperature-controlled to the black-body section temperature on the side facing away from the thermal sensor. The shield portion is detected by the thermal sensor, and the sensor data includes this as a shield radiation performance. The scene-dependent core-surface temperature difference offset is determined based on shield radiation power. This configuration is based on the consideration that by introducing a shield on the blackbody radiator, which behaves in a manner similar to the surface of a person in terms of radiation, the scene-dependent core-surface temperature difference offset can be estimated and/or determined.
Im Speziellen ist es vorgesehen, dass die Kerntemperatur der Person basierend auf der eingestellten Temperatur des Schwarzkörperabschnitts, auch Schwarzkörperabschnittstemperatur genannt, der gemessenen und/oder eingestellten Temperatur des Reflektorabschnitts und des Abschirmungsabschnitts, der ersten Strahlungsleistung, der zweiten Strahlungsleistung, der Reflektorstrahlungsleistung und der Abschirmungsstrahlungsleistung erfolgt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass durch diese Größen und/oder Parameter ein thermodynamisches Modell genutzt werden kann, dass eine sichere, gute und verlässliche Bestimmung der Kerntemperatur der Person gewährleistet, wobei insbesondere alle wesentlichen Umgebungseinflüsse berücksichtigt werden.In particular, it is provided that the core temperature of the person is based on the set temperature of the blackbody section, also called blackbody section temperature, the measured and/or set temperature of the reflector section and the shielding section, the first radiant power, the second radiant power, the reflector radiant power and the shielding radiant power . This embodiment is based on the consideration that a thermodynamic model can be used through these quantities and/or parameters that ensures a safe, good and reliable determination of the person's core temperature, with all significant environmental influences being taken into account in particular.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Computerprogramm. Das Computerprogramm ist insbesondere ausführbar auf einem Computer. Das Computerprogramm ist ausgebildet, bei Ausführung die Temperatur einer Person, beispielsweise absolute Temperatur Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, zu bestimmen. Insbesondere wird zur Bestimmung das Verfahren wie vorher beschrieben vom Computerprogramm ausgeführt und/oder abgearbeitet.A further object of the invention is a computer program. In particular, the computer program can be executed on a computer. The computer program is designed, when executed, to determine the temperature of a person, for example absolute temperature, surface temperature and/or core temperature. In particular, the method as previously described is executed and/or processed by the computer program for the purpose of determination.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein maschinenlesbares Speichermedium, wobei auf dem maschinenlesbaren Speichermedium das Computerprogramm gespeichert ist.A further object of the invention is a machine-readable storage medium, the computer program being stored on the machine-readable storage medium.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Messordnung zur Ermittlung der Temperatur der Person, insbesondere Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur. Die Messordnung umfasst den Thermosensor, insbesondere des Mikrobolometers, den Schwarzkörperstrahler und eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung ist insbesondere ausgebildet und/oder eingerichtet, das Computerprogramm und/oder das Verfahren wie vorher beschrieben auszuführen. Der Thermosensor ist angeordnet und/oder ausgebildet, den Schwarzkörperstrahler und die Person im Überwachungsbereich sensortechnisch zu erfassen. Der Thermosensor ist ausgebildet, der Auswerteeinrichtung die Sensordaten bereitzustellen. Ferner sind der Auswerteeinrichtung insbesondere die kontrollierte und/oder eingestellte Temperatur des Schwarzkörperstrahlers, des Schwarzkörperstrahlerabschnitts, des Reflektorabschnitts und/oder des Abschirmungsabschnitts bereitgestellt.A further object of the invention is a measuring arrangement for determining the temperature of the person, in particular the surface temperature and/or core temperature. The measuring arrangement includes the thermal sensor, in particular the microbolometer, the black body radiator and an evaluation unit tion. In particular, the evaluation device is designed and/or set up to execute the computer program and/or the method as previously described. The thermal sensor is arranged and/or designed to detect the black-body radiator and the person in the monitoring area using sensors. The thermal sensor is designed to provide the evaluation device with the sensor data. Furthermore, the controlled and/or set temperature of the black-body radiator, the black-body radiator section, the reflector section and/or the shielding section is made available to the evaluation device.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Schwarzkörperstrahler. Der Schwarzkörperstrahler weist einen Schwarzkörperstrahlerabschnitt sowie einen Reflektorabschnitt und/oder Abschirmungsabschnitt auf. Der Abschirmungsabschnitt ist insbesondere als eine Bedeckung des Schwarzkörperabschnitts und/oder Schwarzkörpers ausgebildet. Vorzugsweise weist der Abschirmungsabschnitt einen ähnliche Emissionsgrad und/oder Absorptionsgrad wie die menschliche Haut auf. Der Reflektorabschnitt ist beispielsweise ein Abschnitt mit keiner und/oder sehr geringer thermischen Absorption. Beispielsweise ist der Reflektorabschnitt als ein mit Goldfolie, Silberfolie oder reflektierende Folie bedeckter Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers.A further subject matter of the invention is a blackbody radiator. The blackbody radiator has a blackbody radiator section and a reflector section and/or shielding section. The shielding section is in particular formed as a covering of the blackbody section and/or blackbody. The shielding section preferably has a degree of emission and/or degree of absorption similar to that of human skin. The reflector section is, for example, a section with no and/or very low thermal absorption. For example, the reflector portion is a portion of the blackbody radiator covered with gold foil, silver foil, or reflective foil.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Wirkungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung; -
2a, b ,c Komponenten eines Schwarzkörperstrahlers; -
3a, b Schwarzkörperstrahler aus2 .
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1 an embodiment of a measuring arrangement; -
2a, b ,c components of a blackbody radiator; -
3a, b Black body radiator off2 .
Zur Bestimmung der Temperatur der Person 2 werden die Sensordaten ausgewertet, wobei die Sensordaten die sensortechnische Überwachung des Schwarzkörperstrahlers 5 und der Person 2 umfassen. Mittels des Verfahrens kann eine absolute Oberflächentemperatur der Person 2, insbesondere unabhängig vom Abstand zwischen Person 2 und Thermosensor 4 bestimmt werden. Ferner kann mittels des Verfahrens ein szenenspezifischer Temperaturunterschied zwischen Kern und Oberfläche der Person bestimmt werden.The sensor data are evaluated to determine the temperature of the person 2 , the sensor data including the sensor-based monitoring of the black-
Die Kerntemperatur, auch Körperkerntemperatur, der Person ist beschreibbar durch den Zusammenhang TC = TS(x,y) - ΔTC,S(x.y), wobei TC die Kerntemperatur, TS die Oberflächentemperatur, ΔTC/S der Temperaturunterschied zwischen der Kerntemperatur und der Haut ist und x,y die Körperoberflächenkoordinaten sind.The core temperature, also core body temperature, of the person can be described by the relationship T C = T S (x,y) - ΔT C,S (xy), where T C is the core temperature, T S is the surface temperature, ΔT C/S is the temperature difference between of core temperature and skin and x,y are body surface coordinates.
Die Temperaturdifferenz zwischen Kern und Oberfläche ist abhängig von der Position des Oberflächenabschnitts. Manche Abschnitte, beispielsweise Abschnitte nahe an den Augen der Person, weisen eine Temperatur auf die näher an der Kerntemperatur der Person ist als andere Abschnitte, beispielsweise die Nase. Durch eine Fokussierung auf Abschnitte mit höheren Temperaturen, beispielsweise Augen, kann die Gleichung TC = TS,max - ΔTC/S,min verwendet werden, wobei TS,max die maximale Hauttemperatur und ΔTC/S,min der minimale Temperaturunterschied zwischen Kerntemperatur und Haut ist.The temperature difference between the core and the surface depends on the position of the surface section. Some portions, such as portions near the subject's eyes, have a temperature closer to the subject's core temperature than other portions, such as the nose. By focusing on higher temperature portions, such as eyes, the equation T C = T S,max - ΔT C/S,min can be used, where T S,max is the maximum skin temperature and ΔT C/S,min is the minimum temperature difference between core temperature and skin.
Die Bestimmung von absoluten Temperaturwerten der Haut aus den Sensordaten des Thermosensors 4 ist häufig schwierig und erfordert eine exakte Kalibrierung des Thermosensors 4 und die Berücksichtigung von Umgebungsparametern, beispielsweise reflektierter thermischer Strahlung von Umgebungsobjekten und thermischer Strahlung der Luft. Zur Bestimmung der maximalen Hauttemperatur der Person 2 kann beispielsweise eine Gesichtserkennung durchgeführt werden, sodass die maximale Hauttemperatur durch Vermessung des Gesichts bestimmt wird. Die Bestimmung der minimalen Temperaturdifferenz zwischen Kern und Oberfläche ist in der Regel nicht trivial und erfordert das Wissen über szenenspezifische thermodynamische Kopplung von Umgebung und Person. Diese Kopplung hängt beispielsweise vom Wärmetransport durch Konvektion, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und weiteren Parametern ab.The determination of absolute temperature values of the skin from the sensor data of the
Das Verfahren geht vom Stefan-Boltzmann-Gesetz P = εσAT4 aus. Dabei ist P die Strahlungsleistung des Objekts, ε die Objektemissivität, Bereich [0,1], σ Stefan-Boltzmann Konstante, 5.670373 - 10-8 Wm-2 K-4, A die Projektoberfläche und T die Objekttemperatur.The procedure is based on the Stefan-Boltzmann law P = εσAT 4 . where P is the radiant power of the object, ε the object emissivity, range [0,1], σ Stefan-Boltzmann constant, 5.670373 - 10 -8 Wm -2 K -4 , A the project surface and T the object temperature.
Zur Bestimmung der Strahlungsleistung ist der Thermosensor 4 als Microbolometer mit mehreren Pixeln ausgebildet. Der Thermosensor 4 ist ausgebildet, Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 7 und 14 um in den einzelnen Pixeln zu detektieren, um so beispielsweise ein Thermobild des Überwachungsbereichs zu erzeugen.To determine the radiant power, the
Der Zusammenhang zwischen gemessener thermischer Strahlung PM und ausgelesener Pixeltemperatur kann beschrieben werden als PM = εcalσATM
Die gemessene thermische Strahlungsleistung umfasst drei Komponenten, die Strahlungsleistung ausgehend von der Person, die mittlere reflektierte Strahlungsleistung von Umgebungsobjekten und die Strahlungsleistung der umgebenden Luft. Dies führt zu dem thermodynamischen Modell PM =
τ[P + (1 - ε)PE] + (1 - τ)PA, wobei τ Transmittance für die Übertragung in Luft, τ ≈ 0.9 für 2m Abstand, PE die effektive Strahlungsleistung, die von allen anderen Objekten in der Umwelt abgestrahlt wird und PA Strahlungsleistung die von der Luft abgestrahlt wird ist.The measured thermal radiant power includes three components, the radiant power emanating from the person, the average reflected radiant power from surrounding objects, and the radiant power of the surrounding air. This leads to the thermodynamic model P M =
τ[P + (1 - ε)P E ] + (1 - τ)P A , where τ transmittance for transmission in air, τ ≈ 0.9 for 2m distance, P E is the effective radiant power emitted by all other objects in the Environment is radiated and P A is the radiant power that is radiated from the air.
Dieses thermodynamische Modell kann zur Bestimmung der absoluten Temperatur der Person herangezogen werden. Dieses Modell kann vereinfacht werden, in dem die Strahlungsleistung der Luft eliminiert wird. Basierend auf dem Stefan Boltzmann Gesetz ergibt sich der Zusammenhang
Um die Temperatur der umgebenden Luft aus der Gleichung zu eliminieren, wird mittels des Thermosensors 4 der Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 sensortechnisch erfasst. Dies ergibt den Zusammenhang
Zur Elimination der Größe TE wird die Strahlungsleistung des Reflektorabschnitts 14 gemessen. Diese Größe lässt sich beschreiben als
Durch Annahme εR = 0 und ersetzen von
Durch diese Annahmen lässt sich die absolute Temperatur, Oberflächentemperatur der Person zwei bestimmen als
Die Größe εcal und die Transmission τ(d) kann ermittelt werden durch eine Mehrzahl von Messungen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts für unterschiedliche Temperaturen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts TBB,i und unterschiedliche Abstände dBB,j. Durch umformen der Gleichung für
Der Wert aj kann aus den Abständen dBB,j aus einem Fit der Messpaare {(TBB,i 4 ;TM,BBij 4)} ermittelt werden. Unter Verwendung des geringsten möglichen Abstands d kann der aktuelle Emissionsgrad des Thermosensors mit τ = 1 bestimmt werden als ∈cal = 1/a0. Die Veränderung des Transmissiongrades mit dem Abstand die ist erhältlich aus einem Fit der Form τBB,j = aj/a0. Unter Annahme eines exponentiellen Verhaltens des Transmissiongrades kann dieser beschrieben werden als τ = e-βd, wobei β aus den Messpaaren (dBB,i, In τBB,j) bestimmt werden kann. Beispielsweise erhält man aus dem Literaturwert
Zur Bestimmung des minimalen Temperaturunterschieds zwischen Kern und Oberfläche ΔTC,S,min wird von dem Zusammenhang ΔTC,S,min = ΔTC,S,min,RT + ΔTC,S,SO ausgegangen, wobei ΔTC,S,SO den szenenspezifischen Temperaturunterschied beschreibt.To determine the minimum temperature difference between core and surface ΔT C,S,min , the relationship ΔT C,S,min = ΔT C,S,min,RT + ΔT C,S,SO is assumed, where ΔT C,S,SO describes the scene-specific temperature difference.
Der erste Teil dieser Gleichung, der konstante Raumtemperaturanteil, kann aus der Literatur entnommen werden oder durch Laborversuche bestimmt werden. Der zweite Anteil muss für die Anordnung bestimmt werden. Dies erfolgt durch sensortechnische Erfassung des Abschirmabschnitts. Der Abschirmabschnitt, bzw. die Abschirmung, ist optional durch einen schmalen luftgefüllten Spalt vom Schwarzkörperabschnitt getrennt. Für den Temperaturunterschied zwischen Schwarzkörperabschnitt und Abschirmabschnitt gilt ΔTBB,Sh = TSh - TBB. Durch die oben beschriebene Näherung ergibt sich hierfür ΔTBB,Sh = ΔTBB,Sh,RT + ΔTBB,Sh,SO. Durch geeignete Wahl des Materials der Abschirmung, insbesondere der Wahl das der Emissionsgrad und oder die Wärmeleitfähigkeit ähnlich der menschlichen Haut sind, sowie Dimensionierung der Schichtdicke, dass gilt ΔTBB,Sh,RT ≈ ΔTC,S,min,RT, wird für die gesuchte Größe angenommen ΔTC,S,SO = f(ΔTBB,Sh,SO) . Lineare Näherung erster Ordnung ergibt ΔTC,S,SO = γΔTBB,Sh,SO. Der Wert y kann aus Messungen experimentell bestimmt werden, zum Beispiel für unterschiedliche Lufttemperaturen und/oder Luftströmungen. Für die Kerntemperatur der Person ergibt sich dann TC = TS,max - (ΔTC,S,min,RT + ΔTC,S,SO). Durch ersetzen von ΔTC,S,SO ergibt sich TC = TS,max - ΔTC,S,min,RT - γΔTBB,SH,SO.The first part of this equation, the constant room temperature fraction, can be taken from the literature or determined by laboratory experiments. The second part must be determined for the arrangement. This is done by detecting the shielding section using sensors. The shield section, or shield, is optionally separated from the blackbody section by a narrow air-filled gap. T BB - BB .DELTA.T, Sh = T Sh applies to the temperature difference between black body portion and shielding. The approximation described above results in ΔT BB,Sh = ΔT BB,Sh,RT + ΔT BB,Sh,SO . With a suitable choice of the shielding material, in particular the choice that the emissivity and/or the thermal conductivity are similar to human skin, as well as dimensioning the layer thickness, that applies ΔT BB,Sh,RT ≈ ΔT C,S,min,RT , for the the quantity sought is assumed to be ΔT C,S,SO = f(ΔT BB,Sh,SO ) . First-order linear approximation gives ΔT C,S,SO = γΔT BB,Sh,SO . The value y can be determined experimentally from measurements, for example for different air temperatures and/or air flows. The core temperature of the person is then T C = T S,max - (ΔT C,S,min,RT + ΔT C,S,SO ). Substituting ΔT C,S,SO gives T C = T S,max - ΔT C,S,min,RT - γΔT BB,SH,SO .
Für die gesuchten Größen ergibt sich somit:
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- DE 102014226342 A1 [0003]DE 102014226342 A1 [0003]
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