窝在家里躲避新型冠状病毒的时候，在微信公众号上看到我们所（中国科学院半导体研究所）刘建国老师研制红外测温仪的消息，能够在5米以内的距离，无接触地批量测量人体的问题，测温精度优于±0.3度。

这学期我在讲《激光光谱学》，这门课程可以认为就是用光学方法做各种测量，要点就是尽可能地提高信噪比（信号和噪声的比值），从而快速地高精度地得到测量结果。这里我从测量的角度谈谈用于非接触式测量人体体温的红外测温仪。

原理很简单：任何温度的物体都会有热辐射（其实就是电磁波），温度越高，辐射的功率越大，当然还伴随着峰值波长的变化。太阳比月亮更亮，更耀眼，由此就可以知道，太阳的温度比月亮高得多。测量辐射的功率，就可以推知物体的温度。

优点很突出：测量仪不用和人体接触，而且测量速度快，因而避免了交叉感染的可能性。接触式体温计通常利用材料电阻随温度而改变的效应，需要和待测物体直接接触，张三身上的病毒就看传给下一个被测的李四。

测准不容易：主要是因为探测的温度区间很小。人体的温度（这里指的是裸露在外面的面部和手）大概是37度，上下浮动范围不过是一两度——39度以上的，大多都躺在床上了，而35度以下的，可能真的要“凉了”。再一个是没有很好的温度标准。测量仪器早中晚都要工作，环境温度可能改变十度甚至更多，而人体温度超过标准值0.5度就必须报警了。

测量系统示意图：如下图所示，红外测温仪由红外探测镜头、红外测温芯片、红外标校黑体、可见光成像系统、智能控制终端等部分组成，在5米以内的测温精度优于±0.3度。

接下来谈谈各部分的功能。

红外标校黑体：提供标准的温度（37度）。人体的热辐射波长在红外区（波长比红光还长，人眼看不见），这就是“红外标校黑体”里“红外”的意思。“标”就是标准，利用加热电路和测温电阻构成的反馈回路，保证示意图左边三脚架上的“黑体”温度总是37度。这个测温电阻是关键，必须保证它测量的温度是准的，这就是“校”的含义——通过其他方法精确校对过了。至于说“黑体”，不仅是颜色黑，还涉及到大学普通物理里的概念，我们这里把它简单地当作一个标准参考物体就行了。

红外探测镜头：收集红外光，也许还会加一些滤光片消除可见光，降低外界环境的影响（太阳光、路灯，等等）。相当于我们的眼睛，只是工作在红外光的区间。

红外探测芯片：就是探测器，相当于我们的视网膜，只是工作在红外光的区间。类似于手机里的CCD，但是用不同的半导体材料做成的，拍照片不如手机，但是手机对红外光的响应很差。

可见光成像系统：其实就是可见光探测镜头和可见光探测芯片，只是我们对这个很熟悉了（人眼、手机、照相机，等等），就捏在一起说了。采用这个系统，是为了看清楚来的是谁，它的成像质量比红外系统好得多，进行人脸识别的计算机算法也更成熟，可以更容易地找到哪里是脸，哪里是手。红外镜头和可见光镜头靠在一起，视场基本相同，从可见光系统得到的信息很容易对应到红外系统上去。

智能控制终端：就是计算机了。把可见光系统和红外系统得到的图像对应起来，确定来的是人还是狗，确定来人的温度是不是符合标准，如果对方发烧了就赶紧发警报，等等。

最后，再看几个实物照片，都是我在所门口拍的。

左下图，铁门上方的那个黑方块就是“红外标校黑体”，红色数字显示其温度为37度。左下图，右侧远方的三脚架上，就是双镜头的红外测温仪。右下图是近景的图片，可以看到两块砖头吊在三脚架上，虽然方法有些土，但是提高了稳定性，防止它被风吹翻。上方的图片是计算机屏幕显示的两个视场，左边来自于红外系统，右边是可见光系统。可以看到，“为人进出的门紧锁着”，真的是“早已森严壁垒，更加众志成城”。显然，右边的照片质量好得多，但是左边能告诉你温度的差别。

注意左边视场的左侧，铁门的上方有个圆圆的亮斑，那就是“红外表校黑体”的位置，其他物体的温度都是跟这个亮斑做比较的。注意右边视场的远方，多处明亮的部分来自于玻璃反射的太阳光，在左侧视场里，这些反光大部分都被消除了，主要原因是红外探测芯片对太阳光不敏感。

在我看来，这套系统最困难的部分在于红外探测芯片，应该也是最贵的部分。其他的都要更加成熟得多，也不会很贵。在红外区工作的、大面积的、像素性质均匀的CCD芯片，仍然是我们国家的一个短板。

PS:

公共场合如何测体温？中科院半导体所广域无感测温仪来了！

作者：胡珉琦 来源：中国科学报 发布时间：2020/2/7 17:10:26

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/2/435480.shtm

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春节期间，北京市科委发布了测温方案征集通知，中科院半导体研究所迅速组织科研力量进行了相关的科研攻关，由研究员刘建国带领的智能光子研究团队经过近十天昼夜技术攻关，完成了第一台红外测温产品样机研制。

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据悉，这台红外测温样机由红外探测镜头、红外测温芯片、红外标校黑体、可见光成像系统、智能控制终端等部分组成，经过软硬件调试和不同场景试验验证，可满足5m距离下，对办公楼门口、小区大门口、出入闸口等多位行人的批量无感监测筛查需求，测温精度优于±0.3度。

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