非接触体温筛查-到底靠谱不？（三）

——请告诉我，到底能不能准

我们（一）和（二）的分析并不是彻底否定了热成像技术在体温测量应用中的可能性。我们分析的结论是—只通过热像仪本身是不可能精确测温的，特别是对于人体这种常温对象来说。而要实现精确测温，必须对光路和算法做一定的处理，解决上一篇中提到的各种问题。下面，我们仍从几个问题的角度来讨论如何提高精度。

问题1：热辐射的来源。我们在上一篇提到，热像仪接收到的辐射不仅仅来自于人体，还包括背景辐射、反射，并在大气传输中衰减。这一问题导致了热像仪往往用于测量高温物体温度，而不是常温物体。解决这一问题的最有效手段，是在使用前进行严格的标定。在热像仪安装时，在目标物（待测人群距离附近）位置应放置黑体进行标定。黑体的温度陆续设置为2个：低于环境温度和高于目标温度（如45℃）。分别测量这两个温度下的黑体辐射，从而获得b和c部分的辐射，以及所有辐射的大气衰减。这一标定过程应由热像仪厂商的专业人员完成，或在热像仪软件中增加指导模块功能。而且，当更换应用环境、环境温度显著变化时，必须重新标定。

而除了上述辐射定标外，还应在使用前进行非均匀性校正（用黑体或挡板在近距离覆盖视场，通过算法补偿每一个像元响应）。特别对于非制冷探测器的热像仪来说，探测器的非均匀性非常严重。如果不做标定，在人群的体温测量中，很可能出现同样体温的人，在同时测量中会得到不同温度。

问题2：探测器响应漂移。如前所述，探测器的响应漂移造成了热像仪往往用来测量温差，而很难测量常温物体的绝对温度。其根本原因是响应漂移造成了已定标的反演模型直接失效。但这个问题实际上也是可以解决的：最直接的方法是在视场中一直放置两个温度固定的黑体（一个略低于人体温度，如34℃；一个略高于发烧者体温，如41℃）。每次测量中，通过对两个黑体辐射的测量，实时扣除每一帧图像的漂移。

问题3：人体皮肤的发射率差异不可忽略。皮肤表面的化妆品、汗渍、油污等均会造成发射率变化。这造成了很大的测量误差。要避免这个问题，一个可行的办法是采用变谱法，即在热像仪前安装一个滤光片，每次测量时，滤光片切入视场。这样，就获得了两个波段的辐射量，从而通过两个测量方程的迭代消除发射率不定造成的影响。（如果有人想使劲涂化妆品混过筛查，这下可以死心了）。

问题4：体表温度代表性不高。如前所述，人的体表皮肤处于热交换中，所以即使可以测准，但与体核温度的相关性不大。眼睑的温度比较恒定，但又难以测量。解决这一问题的方法是在热像仪旁边安装可见光摄像头，并通过算法配准热红外图像和可见光图像。通过开发眼脸区识别算法，自动提取眼脸位置的温度。值得指出的是，一旦被测者佩戴眼镜，就只能通过额头温度替代眼脸，但必须保证被测者在室内环境下已稳定，即其额头皮肤没有显著的热交换。

以上是作者对“热像仪测温是否靠谱”的回答。简而言之，简单地使用热像仪本身，是不可能筛查发热者的。但通过上述的一系列措施，通过光路和算法上的改进，则能很大程度提升热像仪精度，使之满足于体温筛查。作者一直研究动物体表温度的热成像筛查系统。近5年的长期验证中，测温误差一直在0.15°C以内。但这必须在采取上述措施的基础上，即使用前标定，使用中实时校准，并利用变谱法排除发射率影响。如果您看到某些场合只是用一个简单的热像仪，周围没有校正系统，而在安装前也没有定标，那么这个东西必然是个摆设。

此外，由于成本等原因，现在大部分筛查系统安装的是非制冷探测器的热像仪，比如探测器为氧化钒阵列。这种探测器虽然成本低，无需制冷，但其灵敏度和稳定性均远差于制冷型探测器（如在8-14微米常用的MCT探测器）。基于MCT探测器的热像仪的噪声等效温差一般在20 mK以内，但基于氧化钒探测器的热像仪的噪声等效温差往往超过80mK。因此，我们强烈建议在人群体温筛查系统中优先使用制冷探测器的热像仪。

其他国家的研究者们也早就意识到了热红外测量人体温度中的问题。国际标准IEC 80601-2-59是目前唯一的热像仪筛查发热者的标准，但这一标准并不完备，且很多细节无法完成。随着新型冠状病毒在全球的进一步扩散，密集人流处的防控愈加重要。如要发挥热像仪在人群体温筛查中的作用，应全部或部分参考我们的上述措施，从而修正热像仪在测温模型、发射率、响应漂移等方面的误差。

请关注下一集：（四）额温枪、无人机测温、机器人测温，这些商业化的产品们。