Комплексные системы безопасности
проектированиеинтеграциямонтажпоставка
Комплексные системы безопасности
проектированиеинтеграциямонтажпоставка

Правда и мифы о современных дистанционных «градусниках» (часть 2)

17.07.2020

Правда и мифы о современных дистанционных «градусниках» (часть 2)

Что может обнаружить неохлаждаемый болометрический тепловизор и с какой точностью?

Не вдаваясь глубоко в технологические аспекты развития элементной базы современного тепловидения, просто примем к сведению, что практически все тепловизионные камеры, предлагаемые сегодня для дистанционного скрининга повышенной температуры, построены на детекторах микроболометрического типа. Такие устройства способны обнаруживать, измерять и отображать не абсолютные значения, а только относительные изменения температуры на поверхности кожи. Поэтому, руководствуясь исключительно показаниями тепловизора, в принципе невозможно получить правильный ответ на следующие вопросы:

  • Есть ли у человека лихорадка;
  • Болен ли он;
  • Является ли он носителем инфекции;
  • Может ли он кого-либо заразить.

Тепловизоры выступают лишь вспомогательным инструментом, помогающим быстро и эффективно выявлять людей, у которых температура поверхности кожи превышает установленное оператором пороговое значение. А причинами такого превышения могут быть самые разные факторы, иногда совершенно не связанные с инфекциями и болезнями. Реальный же диагноз может поставить только медицинский работник, использующий другие методы, одобренные соответствующими государственными органами здравоохранения: измерение температуры тела человека высокоточным медицинским градусником, анализы крови, компьютерная томография, исследования других биологических материалов на наличие вирусных инфекций и пр.

Как вообще работает болометрический тепловизор? Светочувствительная матрица устройства улавливает инфракрасную энергию, излучаемую поверхностью любого твердого тела. Полученная каждым пикселем детектора тепловая энергия математически преобразуется в показания температуры, шкала значений которой раскладывается на соответствующий диапазон цветовой палитры. Именно такую цветовую картину мы наблюдаем на встроенном дисплее ручного тепловизора или на экране монитора тепловизионного комплекса при осуществлении термометрии человека.

На абсолютную точность показаний тепловизионной камеры влияют такие разные факторы, как излучательная способность тел, пространственное разрешение, шумы детектора и системы в целом и температурный дрейф элементов. С учетом этих влияний фактическая точность тепловизоров болометрического типа не превышает значения ± 2°C, что подтверждается многочисленными практическими экспериментами. Чисто технологически получить лучшие результаты можно, но для этого камеру нужно поместить в жестко контролируемую температурную среду, достижимую лишь в лабораторных условиях.

Влияние на точность измерений некоторых факторов можно компенсировать или учесть. С излучательной способностью человеческой кожи все понятно: принятое во всем мире значение этого показателя составляет 0,98. Уровень собственных шумов тепловизора можно рассчитать, зная параметр NETD (так называемый «тепловой контраст»), который обязательно должен приводиться в спецификациях на устройства. Когда собственный шум прибора становится эквивалентным наименьшей измеримой разнице температур, детектор достигает предела способности разрешать полезный тепловой сигнал. Чем больше шум, тем выше значение NETD детектора и ниже его абсолютная точность.

Это интересно: 1) Типичные значения NETD для неохлаждаемых тепловизионных камер с микроболометром находятся в диапазоне 45-60 мК. Научные тепловизоры с детекторами на основе фотонов и криогенным охлаждением могут достигать значений NETD около 18 мК. 2) Показания шума меняются в зависимости от выбранного диапазона и температуры объекта, поэтому некоторые тепловизоры поставляются с несколькими калиброванными диапазонами измерений. 3) В технических спецификациях на устройства значение теплового контраста указывают для определенной температуры объекта, а выглядит это следующим образом: NETD @ 30C: 60 мК.

Погрешности, связанные с пространственным разрешением прибора, обычно устраняются его правильной установкой относительно зоны, в которой будет осуществляться измерение температуры человека, и выбором соответствующего объектива.

Самым неприятным, с точки зрения воздействия на точность прибора, фактором является то, что в процессе реальной эксплуатации тепловая матрица, объектив и электроника камеры нагреваются и создают неоднородный температурный дрейф. Без его активной компенсации путем принудительного охлаждения повысить абсолютную точность тепловизора невозможно.

Однако научно-техническая мысль не стоит на месте, и специалисты нашли вполне действенные методы значительного повышения точности измерений температуры тела существующими болометрическими тепловизорами путем включения в систему дополнительных алгоритмов или устройств, на чем мы подробнее остановимся ниже.

Каким образом можно повысить точность измерений температуры тела тепловизорами?

Итак, максимальная точность измерения температуры у современных тепловизионных камер на базе неохлаждаемых микроболометров составляет всего ± 2°C. Откуда же в технических спецификациях на термографы появляются значения погрешности измерений величиной 0,5°C или даже 0,3°C?

Вполне возможно, что тепловизионные комплексы, обладающие такими характеристиками, используют при работе один из двух известных методов повышения точности измерений. Первый метод предполагает наличие в составе оборудования откалиброванного термостабильного источника излучений, называемого абсолютным черным телом (АЧТ). Такой эталон должен всегда находиться в поле зрения камеры, причем расстояние до него должно равняться расстоянию до лица человека, у которого производится замер температуры. Наличие АЧТ позволяет программному обеспечению тепловизора осуществлять более точную калибровку сцены и тем самым добиваться меньшей погрешности измерений температуры.

Важным моментом является то, что активная (излучающая) область АЧТ для получения желаемых результатов должна покрываться достаточным количеством пикселей болометрического сенсора камеры. В идеале подобный кластер должен содержать 10 х 10 пикселей. Правильное использование АЧТ способно поднять точность измерения температуры до уровня в 10 раз выше заявленного значения NETD камеры, что в среднем и составляет 0,5°C.

Второй метод обеспечения как можно более точных измерений температуры поверхности кожи связан с использованием так называемой «базовой выборки». Для реализации этого метода с помощью тепловизора измеряется температура у специально отобранной группы абсолютно здоровых людей (например, у 10 человек). Полученные значения сохраняются в памяти устройства в качестве калибровочных, а все последующие измерения сравниваются и соотносятся с этой базовой выборкой. Чем больше людей находится в базовой выборке, тем выше точность системы, и чисто теоретически она может достигать значения 0,3°C.

Оба метода повышения точности тепловизоров требуют периодического вмешательства обслуживающего персонала для проверки работоспособности аппаратных средств, а также для корректировки исходных данных в соответствии с изменениями параметров окружающей обстановки и усилением факторов внешней среды, влияющих на терморегуляцию человеческого тела.

Как температура тела человека связана с его физиологией

Скрининг повышенной температуры тела (EBT - Elevated Body Temperature) требует не только глубокого понимания термографии, но и знания физиологических особенностей человеческого организма. В частности, как тело регулирует собственную температуру.

Приведем несколько показательных данных о температурных особенностях организма, взятых из медицинской литературы. Это необходимо знать всем, кто сталкивался в прошлом, занимается сейчас или планирует заниматься в будущем решением задач, связанных с развертыванием качественной дистанционной термометрии на собственном объекте:

1. Нормальная температура тела (внутренняя температура) здорового человека в спокойном состоянии и при комфортных условиях окружающей среды находится в диапазоне 36-37°С.

2. В течение суток возможны колебания температура тела в пределах 0,1-0,6˚С, причем минимальный уровень температуры наблюдается утром (с 3 до 6 часов), а максимальный – вечером (с 17 до 21 часа).

3. Температура здорового человека может повышаться на 0,1-0,8°С в следующих случаях:

  • при сильных физических нагрузках;
  • при нахождении в стрессовом состоянии;
  • у женщин в определенные периоды менструального цикла;
  • непосредственно после приема пищи;
  • при высоких температурах окружающего воздуха.

4. Дети обычно имеют более высокую температуру тела в сравнении со взрослыми, а люди пожилого и старшего возраста, наоборот, более низкую.

5. Температура на поверхности тела в нормальных условиях обычно ниже внутренней на 1-1,3°С.

С учетом вышесказанного получается, что нормальная температура тела здорового человека является довольно относительным понятием и может варьироваться в широких пределах (по разным оценкам от 35,3 до 37,2 °C), что само по себе сильно усложняет задачу правильной калибровки и установки пороговых значений тепловизоров.

Термин «фебрильный» применяется к тому человеку, температура тела которого превышает пороговое значение. По уровню подъема температура различают следующие диапазоны:

  • Субфебрильная (слабая) - 37,2-38°С;
  • Фебрильная (умеренная) - 38,1-39°С;
  • Пиретическая (высокая) - 39,1-40°С;
  • Гиперпиретическая (чрезмерная) - выше 40°С.

Современные тепловизоры обычно измеряют температуру кожных покровов лица, которая в зависимости от условий окружающей среды может значительно отличаться от температуры тела человека как в одну, так и в другую сторону. Максимально близкой к внутренней температуре тела на лице человека является температура в зонах слезных проток, которые находятся в уголках глаз у переносицы. Именно в этих точках необходимо производить замер температуры, чтобы получить наиболее точное значение. А для этого тепловизионный комплекс должен оснащаться функцией обнаружения лиц.

На что влияет пороговое значение температуры тепловизора?

Точное измерение температуры тела является необходимым, но, отнюдь, не достаточным условием эффективности функционирования тепловизионной системы. Не менее важным параметром выступает пороговое значение или температура отсечки. Она определяет границу между областями нормальной и повышенной температуры тела и указывает тепловизору, когда необходимо формировать сигнал тревоги.

Выбор порога всегда является неким компромиссом между допустимыми значениями вероятностей ложноположительных и ложноотрицательных результатов измерений. Увеличение ложноположительных результатов, когда температура здорового человека определяется тепловизором как фебрильная, характерно для пороговых значений, установленных на уровне верхней границы диапазона нормальной температуры тела. В этом случае система будет иметь наивысшую чувствительность, однако частые ложноположительные срабатывания могут привести к таким неблагоприятным последствиям, как задержки и очереди в точках доступа и зонах прохода, опоздания на самолет или поезд, потери рабочего времени, увеличение нагрузки на персонал, проводящий дополнительный скрининг и пр.

Рост ложноотрицательных результатов, когда повышенная температура определяется тепловизором как нормальная, в свою очередь, происходит в том случае, если порог срабатывания установлен в области субфебрильных температур. В этом случае значительно повышается вероятность пропуска через зону контроля тех людей, которые действительно страдают лихорадкой в силу наличия у них какой-либо инфекции.

Безусловно, во время различных эпидемий температуру отсечки у всех тепловизионных систем надо устанавливать на более низком уровне, чтобы минимизировать количество ложноотрицательных результатов, каждый из которых представляет потенциальную угрозу здоровью населения. А вот в обычной жизни пороговые значения термографов могут быть и повышены в целях обеспечения удобства пользования и увеличения пропускной способности зон контроля. Для каждого конкретного приложения это значение нужно подбирать индивидуально, с учетом опыта практической эксплуатации термографа на объекте.



Товары в статье

К списку статей



Другие статьи

Hikvision DS-2CD2522FWD-IS (2,8 мм) добавлен в закладки

Запрос цены

Заказать звонок