近年來(lái)，人工智能技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了熱成像測(cè)溫相機(jī)的智能化。年初疫情之下，熱成像測(cè)溫相機(jī)精確遠(yuǎn)程測(cè)溫功能被廣泛應(yīng)用。但在AI的加持下，熱成像相機(jī)不僅僅具有測(cè)溫功能，更可以與AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更多的智能分析功能。
疫情引發(fā)的對(duì)人體測(cè)溫產(chǎn)品需求
受新型冠狀病毒肺炎的影響，不少地區(qū)要求在人員密集區(qū)域進(jìn)行體溫篩查，人體測(cè)溫相關(guān)產(chǎn)品的需求大增。2020年2月1日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于組織做好紅外體溫檢測(cè)儀及配套零部件生產(chǎn)企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)工作的緊急通知》，明確將紅外體溫檢測(cè)儀納入疫情防控重點(diǎn)物資。作為疫情重點(diǎn)區(qū)域的武漢，也出臺(tái)了相關(guān)政策，武漢市新型冠狀病毒肺炎疫情防控指揮部提出在全市實(shí)行“雙測(cè)溫雙報(bào)告”制度，其中要求市民每天兩次測(cè)量體溫。隨著防疫工作的推進(jìn)，各地學(xué)校開(kāi)始開(kāi)學(xué)復(fù)課，各地政府也出臺(tái)了相關(guān)的測(cè)溫政策要求。
基于市場(chǎng)的大量需求，市面上涌現(xiàn)出各類測(cè)溫產(chǎn)品，其中熱成像測(cè)溫產(chǎn)品以其精確高效的技術(shù)特點(diǎn)及靈活的布控方式獲得了用戶廣泛認(rèn)可。熱成像測(cè)溫產(chǎn)品可以做到非接觸式批量測(cè)溫，且溫度可以精確到±0.5℃。熱成像測(cè)溫設(shè)備的布控方式可分為固定式布控方案以及靈活式布控方案，其中固定式布控方案：如人體測(cè)溫相機(jī)，適用于樓宇社區(qū)、學(xué)校、工廠、企業(yè)、醫(yī)院等室內(nèi)主要出入口，相機(jī)發(fā)現(xiàn)異常可以發(fā)出聲光報(bào)警，相機(jī)具有低功耗，成像質(zhì)量?jī)?yōu)異的優(yōu)點(diǎn);靈活布控方案：如手持人體測(cè)溫儀，適用于各小區(qū)出入口，使用靈活，單體設(shè)備，開(kāi)箱即用，簡(jiǎn)單便捷。
在疫情過(guò)后，普通測(cè)溫相機(jī)類產(chǎn)品的功能將后繼乏力，造成大量資源浪費(fèi)，而熱成像測(cè)溫相機(jī)還可以應(yīng)用在消防領(lǐng)域，使得熱成像測(cè)溫相機(jī)在后疫情時(shí)代顯得更有價(jià)值。
熱成像測(cè)溫技術(shù)原理
自然界中的一切物體，只要其溫度高于絕對(duì)零度(-273℃)，都能輻射電磁波，紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生的自身的分子和原子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量。熱輻射的紅外線是一種電磁波，具有電磁波的一切物理特性，電磁波在穿過(guò)大氣層時(shí)，會(huì)受到大氣層的反射、吸收和散射，因而使透過(guò)大氣層的電磁波能量受到衰減，電磁波通過(guò)大氣層較少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段成為大氣窗口。熱成像測(cè)溫相機(jī)通過(guò)熱成像鏡頭將物體的紅外輻射投射到紅外探測(cè)器上，紅外探測(cè)器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像。
圖一：電磁波頻譜
熱成像主要采集熱紅外波段(8μm-14μm)的光，來(lái)探測(cè)物體發(fā)出的熱輻射，把熱輻射轉(zhuǎn)化為灰度值，再利用各物體的灰度值差異來(lái)成像，從而發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。
圖二：可見(jiàn)光與熱成像對(duì)比
熱成像測(cè)溫技術(shù)優(yōu)勢(shì)
當(dāng)前測(cè)溫傳感器方案主要包括:紅外熱電堆、熱成像探測(cè)。區(qū)別于其它兩種技術(shù)方案，熱成像技術(shù)具有高效、精確、遠(yuǎn)距離探測(cè)等優(yōu)勢(shì)。
紅外熱電堆測(cè)溫成本較低，但是探測(cè)距離近，一般要保持在1-3cm的距離，有近距離傳染風(fēng)險(xiǎn);且測(cè)溫效率較低，平均5s/人，只能單人測(cè)溫，在人員流量較大的場(chǎng)景下易造成人員擁堵。
熱成像探測(cè)人體溫度是指通過(guò)熱成像傳感器初步對(duì)人體表面溫度進(jìn)行檢查，快速找出溫度異常的個(gè)體。測(cè)溫速率高，平均只需0.2s/人，高端熱成像方案可滿足30人以上同時(shí)測(cè)溫，在測(cè)溫人數(shù)多的場(chǎng)景下可以有效避免人員擁堵;測(cè)溫距離能夠達(dá)到10m，無(wú)需近距離接觸，避免人員近距離傳染。
除此之外，熱成像對(duì)環(huán)境有極強(qiáng)的適應(yīng)性，在逆光、眩光環(huán)境下對(duì)熱成像都沒(méi)有任何影響，在微光甚至無(wú)光的環(huán)境下，優(yōu)勢(shì)也很明顯，針對(duì)霧霾雨雪天氣，成像效果也要優(yōu)于可見(jiàn)光。而且其探測(cè)能力強(qiáng)，可以識(shí)別隱蔽目標(biāo)，對(duì)隱藏較深的可發(fā)熱物體也可以準(zhǔn)確做出識(shí)別;隱蔽性高，不需要主動(dòng)發(fā)出探測(cè)信號(hào)，無(wú)需接觸檢測(cè)和補(bǔ)光，有效降低設(shè)備被破壞的風(fēng)險(xiǎn);對(duì)溫度的感知靈敏，可以快速發(fā)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)位，定位到問(wèn)題區(qū)域。
熱成像測(cè)溫在消防領(lǐng)域的應(yīng)用
在疫情過(guò)后，熱成像測(cè)溫相機(jī)精確的遠(yuǎn)程測(cè)溫功能同樣可以廣泛地應(yīng)用于公安、交通、金融、建筑、消防等領(lǐng)域。接下來(lái)我們?cè)敿?xì)討論熱成像測(cè)溫相機(jī)在消防領(lǐng)域的幾個(gè)應(yīng)用：
一、 早期火災(zāi)預(yù)警應(yīng)用
基于熱成像測(cè)溫相機(jī)距離遠(yuǎn)、準(zhǔn)確率高等特性，在智慧消防領(lǐng)域可以應(yīng)用在“早期火災(zāi)預(yù)期”。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，一般都需要經(jīng)過(guò)初期物體表面溫度升高，冒出煙霧，起明火的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中如果可以在火災(zāi)初期檢測(cè)到溫度異常并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決，就可以避免很多不必要的損失。市場(chǎng)上常見(jiàn)的早期火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要是基于光電感煙技術(shù)，無(wú)法對(duì)溫度上升進(jìn)行報(bào)警。而熱成測(cè)溫相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)迅速靈敏的溫升報(bào)警，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)火情的可視化，滿足消防重點(diǎn)區(qū)域的火災(zāi)預(yù)警需求。
圖三：火災(zāi)起火過(guò)程
二、 禁煙應(yīng)用
基于國(guó)家的禁煙條例規(guī)定，所有室內(nèi)公共場(chǎng)所一律禁止吸煙。但是由于各方面原因，如難于取證，甚至“情面問(wèn)題”不舉報(bào)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正控?zé)煛岢上窦夹g(shù)的介入，可以精確地判斷抽煙情況，同時(shí)和可見(jiàn)光結(jié)合實(shí)現(xiàn)實(shí)地取證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)勸阻。
三、 森林草原火災(zāi)報(bào)警應(yīng)用
熱成像技術(shù)還可以應(yīng)用于森林草原防火。森林草原火災(zāi)是具有毀滅性打擊的，2019年，我國(guó)發(fā)生森林火災(zāi)2345起，受害森林面積約達(dá)13505公頃。森林草原火災(zāi)著火點(diǎn)隱秘，只有勢(shì)頭很大時(shí)才能發(fā)現(xiàn)煙和火。通過(guò)搭建熱成像技術(shù)，如果發(fā)現(xiàn)溫度異常，可以第一時(shí)間發(fā)起溫度報(bào)警，同時(shí)配合無(wú)人機(jī)、瞭望云臺(tái)，發(fā)起視頻聯(lián)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)位，盡早做出對(duì)應(yīng)處理方式，把損失降到最低。
四、 秸稈燃燒報(bào)警應(yīng)用
莊稼收獲之后，農(nóng)田會(huì)殘留大量的秸稈。部分農(nóng)民為了貪圖便利，會(huì)在田間直接焚燒秸稈，但秸稈的燃燒會(huì)產(chǎn)生許多危害，污染大氣，產(chǎn)生大量的有毒氣體。熱成像測(cè)溫相機(jī)可以迅速發(fā)現(xiàn)秸稈燃燒，發(fā)出警報(bào)并通知有關(guān)部門(mén)，相比于現(xiàn)有的人工巡查和可見(jiàn)光監(jiān)控方案，具有發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)更迅速，報(bào)警更準(zhǔn)確，系統(tǒng)更穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
五、 應(yīng)急救援領(lǐng)域應(yīng)用
火場(chǎng)中煙霧彌漫，其中含有大量微米級(jí)碳黑顆粒，非常容易吸收可見(jiàn)光，導(dǎo)致可視距離大幅降低，對(duì)搜救被困人員造成極大影響。熱成像測(cè)溫相機(jī)能夠各種環(huán)境中尋找熱源，發(fā)現(xiàn)真正的著火點(diǎn)，并將彩色編碼的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娔X、手機(jī)或大屏幕顯示屏上。輔助消防人員準(zhǔn)確判斷火災(zāi)蔓延趨勢(shì)，并將實(shí)時(shí)情況傳回指揮中心，以便進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研判和救援指揮調(diào)度。
技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)應(yīng)用趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)已有廠家研發(fā)在開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱成像傳感器，不久的將來(lái)隨著核心部件成本降低，熱成像測(cè)溫相機(jī)產(chǎn)品會(huì)加快普及。相關(guān)技術(shù)正朝著高靈敏度、高分辨率、低功耗、小型化和智能化的方向發(fā)展。
近年來(lái)，人工智能技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了熱成像測(cè)溫相機(jī)的智能化。通過(guò)AI深度學(xué)習(xí)技術(shù)加持，熱成像相機(jī)不再是僅僅具有測(cè)溫功能，而是與AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更多的智能分析功能。結(jié)合AI圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)目標(biāo)物體周邊劃定的區(qū)域進(jìn)行多維度識(shí)別，并通過(guò)自主學(xué)習(xí)算法智能評(píng)估建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)測(cè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。
未來(lái)，在智慧城市建設(shè)中，熱成像測(cè)溫相機(jī)將繼續(xù)在安防監(jiān)控、消防應(yīng)急、衛(wèi)生醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮重要的作用，為人們生產(chǎn)生活提供更多安全保障。
文/趙曉凱 祝凱翔 姜黔鑫 豆倩倩 夏燕 王李寧 單位：浙江海康消防技術(shù)有限公司
