原创 科普 | 红外热成像仪是否准确？其原理你了解多少？

近日来疫情仍呈持续爆发的态势，阻断疫情进一步扩散刻不容缓，各种高科技手段不断助力疫情防控。

新型冠状病毒肺炎早期临床表现为主要为发热、干咳、乏力，针对此次疫情，根据官方权威发布平台发布的《新型肺炎防控知识手册》，新型冠状病毒肺炎早期临床表现出现体温≥37.3℃的人员应到当地指定医疗机构进行排查、诊治。

因此，体温检测成为判别和预防病毒感染的重要手段。无论是公共场合还是家庭场景中，非接触式测体温设备大展拳脚，背后的红外传感器技术功不可没。

红外热像仪早期主要应用于军事领域，近年来随着产品技术的不断成熟，红外热像仪逐步开始在民用领域得以广泛应用。

什么是红外热成像测温？红橙黄绿青蓝紫是大家所熟知的大自然的可见光。在可见光之外，有一种人类看不见的“光线”，叫做“红外线”。

      

只要高于绝对零度（-273℃）的物体，都会向外辐射红外线，因此自然界中的万物，无时无刻地都在向外辐射不可见的红外线，人类当然也不例外。红外线本身的物理特性就具有很强的热效应，例如太阳的热量主要通过红外线传到地球表面。

因此物体发射的红外线，通过红外探测器先进的光电转换效应，再通过科学的算法、精确的程序处理，其中所包含的热信息就能转化成物体表面的温度信息，这就是红外测温的基本原理，传感器在其中发挥了至关重要的作用。

红外热成像测温设备主要是利用可视化的图片与视频，来呈现人身体各部位温度的差异，它对人体细胞新陈代谢所产生的热辐射极其敏感，因而在设备上也可以用不同的颜色，对人身上异常热源的分布、深度、强度等信息加以呈现，帮助检测人员做初步的筛选检测。

单纯红外IRT的检测准确性受到环境温度，湿度等因素的影响较大。而且人在摄入酒精，或者退烧药物以后，体温也会被影响，误导检测设备。如风吹、空调、人行经过等造成环境温度扰动，实际工作中误差将达到±1℃，甚至更高，无法达到界别37.3℃的防控初步筛选疑似患者的标准。

无感测温作为初筛，主要目的是筛查出疑似的“漏网之鱼”，但如果测温温差过大，或造成体温数据查看管理困难，使用效果大打折扣。由于传统单纯红外传感型检测的准确性较差，容易漏检，利用可见光成像与红外热成像组合分析成为一种更加准确有效的检测方案。

人在感染病毒发病以后，人体生物体征信号会出现异常，比如：体温升高，心跳加快，呼吸加快。因此综合利用这些生物体征信号进行分析可以大大提高检测的准确性。采用可见光与红外热成像的混合方案，基于图像处理与AI的技术，使得成本降低的同时，准确性也得到了进一步的提高。

通过检测人在呼吸之间鼻孔区域的温度变化，可以检测出呼吸的频率

可见光图像用来检测人的心跳信息，人在面部血液循环会随心跳体现微小的颜色变化，通过这种颜色变化可以计算出人的心率。

全国总动员的疫情防卫战中，为何红外体温快速筛查仪能筑起“第一道防线”呢？“无接触式测温”、“大规模人群实时体温测量”、“自动抓取发热人群”三大特点，是红外体温快速筛查仪在防控新型肺炎时，筑起第一道防线的主要原因。

直观、智能、非接触、24小时不间断工作，异常及时报警，一旦有人员被测出体温超过告警温度阈值，或有疑似发烧的症状时，设备除了告警，还将把信息通过5G网络实时回传到相关部门。

红外热检测系统（Infrared Thermography ：IRT）特别适合人流密集的场所。例如杭州麦乐克科技、武汉高德红外、浙江大立科技、中国电科、等企业，在这次疫情爆发后，迅速行动，在火车站、机场、重点医院等单位安装了红外体温快速筛查仪，筑起了疫情防控的第一道防线。

据数据显示，我国红外热像仪市场的潜在需求要远大于实际需求：虽然当前我国民用红外热像仪市场的年需求约为4亿元，但从长期来看，中国红外热像仪市场的潜在需求可达500-600亿元。未来5年，预计我国红外热像仪市场的年均增长率可达20%，今年因为疫情原因，市场可能出现翻倍增长。

热成像结合5G技术与AI技术，可以快速完成大量人员的测温及体温监控，识别出温度异常的个体，同时将视频及响应数据，准确快速实时传送至大屏或云平台，帮助政府和企业筑起疫情防控第一道防线，避免测温人员的频繁、长时间工作，提升病区隔离管控水平。

红外体温计传感器 前期筛查疑似发烧人员

相对于其他类型的测温方式，采用红外测温方式的优势在于快速、直观、非接触检测。在此类设备中，不论是红外测温仪，还是耳温枪、额温枪等红外检测设备，都离不开基础的热红外传感器元件。

红外测温敏感元器件

简单来说，红外传感器接收到物体发出的能量后，通过其光学系统，可将红外能量转换成电信号，然后将其转换为温度值。

例如，耳温枪是一种典型的非接触式的红外测温仪，它是利用检测鼓膜(相当于下视丘) 所发出的红外线光谱（6~15μm）来测量体温。根据玻耳兹曼定律，物体温度越高，辐射能量越大。E=σεT（σ=常量，T物体绝对温度，ε比辐射率，n=4）。只要测出物体所发射的辐射能量，就可以确定它的温度。

耳温枪工作示意图

红外测温仪原理图

红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。待测目标的红外辐射信号，经过光学接收器传输给调制器滤除大面积的背景干扰信号，然后经过红外探测器将红外辐射信号转变成电信号，该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内置的算法和目标发射率校正后，最终可转变为被测目标的温度值。

总的来说，面对严峻的疫情防控形势，传感器的应用体现在方方面面，对于前期筛查而言，在人群中发现疑似发烧人员，进一步采用各类红外传感器检测设备进行精确的体温测量及后续检查，显得非常重要。

除此之外，传感器在此次疫情中还有着更加广泛的应用，例如差压传感器在救护车和隔离病房中的应用，传感器在医疗器械中的应用等等。

红外特征敏感元器件除了用在测温与成像方面，例如气体检测传感设备也可以使用，在智能家居领域，麦乐克就打造了多款空气环境检测仪，如PM2.5、有机挥发物等都可以通过红外特征敏感元器件进行检测，相比于化学检测方法，红外物理检测拥有长寿命、免标定等多种优势。

来源：数智网