Тепловизор в системах видеонаблюдения

Комплексы видеонаблюдения имеют разное практическое назначение. Одним из ответвлений стали системы на базе тепловизоров. Такое видеонаблюдение позволяет вести удаленный контроль за температурой исследуемого объекта. Инфракрасная термография используемая в основе видеодетекции позволяет получить на изображении или видеоряде температурное распределения полей. На базе полученных данных аналитические системы принимают решения и передают их исполнительным системам. Комплексы, основанные на этом принципе, давно используются в промышленности, а также для организации охранного видеонаблюдения при условиях плохой видимости. Но с последними событиями в мире стала актуальной проблема точного измерения температуры тела человека.

Теория измерения температуры тела техническими средствами

Повышение температуры человека характерно большинству вирусных инфекций. Контроль ее точными приборами легок и не вызывает каких-либо трудностей. Но задачи требуют, чтобы процедура осуществлялась в людском потоке. Единичное тестирование тоже применяется, но требует большого внимания к происходящему и корректировки процесса оператором.

Это обусловлено тем, что точность измерения температуры сильно зависит от дальности, от того находится ли человек в движении или стоит, от интенсивности передвижения, и от ориентации относительно камеры.

Для точного определения температуры нужно захватить именно те участки тела где считывание будет наиболее эффективным. Этого добиваются пропуском потока людей через узкие зоны прохода. Контрольно-пропускные пункты и вахтовые помещения наиболее оптимальны для такой организации движения. Также стоит учитывать, что нормальная температура человека понятие довольно относительное. Разные возрастные группы имеют некоторые отклонения от общепринятых 36.6 градусов. Более того температура одного и того же человека может варьироваться в течении дня. Разброс довольно значительный разница может достигать 1-2 градуса.

Для работы с большим скоплением людей применяются тепловизионные камеры с функциями многоцелевых измерений. Они поддерживают множественный захват лиц отсекая тем самым участки тела, закрытые от детектирования. Уличные метод определения температуры людского потока практически не используется. Так как даже незначительный ветер или освещение солнечными лучами открытого участка тела приводит к большим погрешностям в измерениях. Ну и стоит помнить, что температура кожи с которой считываются показания, не может в точности предавать внутреннею температуру организма.

Наиболее известные проблемы дистанционного измерения температуры

• Многие интеграторы настраивая оборудование сталкиваются с проблемами измерения температуры у женского населения. Причина лежит на поверхности – это косметика. Любительницы наносить «красоту» слоями часто становятся детектированы как лица с повышенной температурой. Так же во второй фазе месячного цикла у 50% девушек и женщин детородного возраста температура выше 37 и до 37,5 является нормой, так работают гормоны.
• Алкоголь – еще одна причина не правильного определения температуры. Прилив крови к коже лица вносит значительные погрешности в показания.
• Проход с горячими напитками через зону обследования как правило существенных искажений не вносит, но, если за несколько секунд до определения температуры был сделан глоток горячего кофе или чая – отклонение показаний в большую сторону неизбежно.

Устройство и принцип действия тепловизора

Техническое устройство и принцип действия тепловизора очень похож на устройство обычного фотоаппарата. Инфракрасное излучение от нагретых предметов проходит через фокусирующую оптику и фиксируется инфракрасным сенсором (матрицей), далее полученное изображение поступает в цифровой электронный блок, где оно обрабатывается и выводится на экран дисплея.

Тепловизионные комплексы для дистанционного измерения температуры тела

Тепловизионные камеры как самостоятельные приборы достаточно эффективны, но работа их в составе комплекса повышает удобство эксплуатации. Сейчас системах контроля доступа все большее предпочтение отдается сетям с большой степенью интеграции. Во многих комплексах видеонаблюдения возможно безболезненное добавление устройств температурного контроля. Связка видеокамеры и тепловизора предназначена для работы в дополняющем составе.

Камера видимого спектра отслеживает лицо человека и далее от возложенных задач сравнивает, например, его базами личности. Камера теплового спектра анализирует этого же человека на наличие температуры.

Изображения людей, у которых выявлена повышенная температура тела, превышающая заданный предел в автоматизированном режиме передаются в базу данных с привязкой ко времени и месту пропуска людей. При обнаружении человека с повышенной температурой формируется отчет с указанием времени, места, термограммой и температурными данными.

Конструктивно камеры теплового и видимого спектра могут быть выполнены в одном корпусе и оба канала передачи должны быть зависимыми (соосными).

Такие камеры легко отличаются от обычных видеокамер наличием двух объективов. Как правило поставляемое программное обеспечение таких устройств уже рассчитано для совместной работы. Но можно дополнить и уже установленную систему видеонаблюдения тепловизионными камерами.

Визуально также можно отличить видеокамеру от тепловизора, у тепловизора обычно объектив не прозрачный:

Существенной экономии это не даст, спаренная камера в цене немногим ниже двух отдельных, да и специализированное программное обеспечение для связки двух типов камер достаточно дорогостоящее, а бесплатные аналоги ПО не раскроют все заложенные возможности. Термографическое оборудование вместе с системой распознавания лиц может сделать работу СКУД-системы эффективнее.

Принцип работы оборудования для удаленного контроля температуры человека

В отличие от охранных тепловизоров, для определения температуры человека используются несколько иной подход. Сегодня предложений достаточно много, но выбирая комплекс точного измерения температуры нужно остановить выбор на тех приборах у которых значения будут не менее этих:

• Точность измерения — ±0,3°C;
• Определение температуры по времени — 1 секунда;
• Наилучшее расстояние для измерения — 2-3 метра;
• Внешний калибратор эталонной температуры;
• Full HD камера видеонаблюдения;
• Удаленный контроль через интернет;
• Многоцелевые измерения — несколько одновременно движущихся целей;
• Запись результатов измерений с доступной функцией поиска, сигнализация и мгновенное уведомление при детекции аномальной температуры.

Опираясь на эти данные подбирается необходимое оборудование, но устанавливая его стоит помнить: Загрязнения, пар, дождь, солнце искажают результаты измерений, поэтому чем дальше от входной двери установлено оборудование, тем точнее будут показания. Влага имеет высокий коэффициент излучения, но при этом охлаждает поверхность. То есть небольшой дождь на улице и наличие довольно большой погрешности обеспечено.

Принцип получения теплового изображения строится на улавливании матрицей тепловизора ИК-спектра с размером волны 8-14 мкм. Мощность излучения тем больше, чем выше температура объекта. Чем выше температура тела, тем меньше длина волны при которой излучается максимальная тепловая энергия.

Важно:

Тепловизор регистрирует инфракрасное излучение, а не измеряет напрямую температуру. И уже в электронной «начинке» тепловизора происходит пересчет интенсивности излучения в температуру. Сердцем тепловизора является ИК-детектор, при попадании на него теплового излучения он меняет свое сопротивление.

Из детекторов состоит матрица, измеряемая в пикселах, то есть каждый детектор — это пиксел.

Изменение сопротивления пересчитывается по определенному алгоритму в температуру используя значения которой внутренним процессором формируется цветовое изображение.

Методы калибровки и сравнения

Для точности получения показаний широкое применение нашли два метода это:

1. Метод сравнения однородных объектов имеющих близкую температуру. От полученных результатов выводится среднее значения и принимается за эталон. Например, первые 10-15 человек проходящие через зону снятия температуры регистрируются, и с их тепловой картины высчитывается средний показатель. Он стает эталонным, и последующая диагностика высчитывается, опираясь на это значение.
2. Опорный метод. Сравнение с тепловым изображением, взятым за эталон. Это обычно дополнительное устройство, которое видит тепловизионная камера. Устройство имеет строгую температуру, например, для измерения температуры тела человека пусть это будет 36.5 градуса. Все изменения хотя бы на градус температуры проходящих людей в большую сторону от эталона будет расценивается как критический показатель. Хотя, как правило эталоны выставляются градусов на +35 по Цельсию. Другое название внешних эталонных источников тепла – черное тело. Выглядит устройство так:
   

Также стоит помнить, что объектив с большим фокусным расстоянием сильно сокращает угол обзора и увеличивает мёртвую зону перед камерой. Это всегда следует иметь в виду при определении места и направления установки тепловизора. Как правило спаренных модулях это уже учтено, а вот если видеокамера и тепловизионная камера установлены отдельно, то об этом забывать не стоит.