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      機器視覺

      利用熱成像技術阻斷感染鏈

        2021年04月27日  

        全球新冠疫情向人們展示了高傳染性病毒能夠給全社會帶來的極大危害。游客和旅客在無形中提高了疾病的傳播率。在機場到達大廳檢測感染患者就成為阻斷感染鏈的重要保障。熱成像照相機在這樣的場合就發揮了關鍵作用。FAULHABER電機幫助這些照相機在不足一秒的時間內獲取精確圖像和測量值。

        其實大規模溫度監控技術的應用早已存在。該技術的推出和逐步推廣開始于SARS(非典)、MERS(中東呼吸綜合癥)和Ebola(伊波拉)病毒的區域性疫情防控。鑒于這些病毒給健康帶來的嚴重危害,一些國家在多年前就已經開始在機場和其它高人流量的地點采用熱成像掃描技術,以達到阻止流行病傳播的目的。新館肺炎疫情使該技術在全球范圍內的應用頻率急劇上升。

        體熱是傳染性疾病的常見癥狀。雖然體溫升高并不一定代表感染了新冠病毒,但仍然有必要做進一步檢查。在發現有體熱癥狀旅客的情況下,即可有針對性的進行檢查并立即采取相關措施。

      快速、非接觸式檢測

        采用熱成像照相機進行溫度檢測的主要優勢在于大規模監控的適用性。此自動化過程完全無接觸,需時數秒。這意味著該技術可以應用在機場、邊防檢查或其它關卡等人流量大的場合,這樣可以避免人工檢查的繁瑣,同時確保正常人流速度。比如,韓國在2020年4月15日進行議會選舉時就采用了該技術。進入投票間之前,每名投票人的體溫都得到測量。這也許是韓國防疫成果好于其它國家的原因所在。

        眼皮內角是快速、可靠測量體溫最適合的人臉部位。比如,額頭溫度在出汗后可能急劇下降,而眼角溫度相對來說則非常穩定。通過體表的紅外線輻射即可完成測量。大多數熱成像照相機捕捉此輻射的方式與采用高達一百萬像素圖像傳感器的普通數碼相機相類似。

        每個像素都是一個微小的輻射熱測量計,用于測量若干平方微米熱輻射的接收器。輻射熱測量計厚度僅為150納米,能夠在不到10毫秒的時間內感測到相當于物體與測量計之間溫差五分之一的熱輻射。這些值的和用于計算被感測表面的溫度特征。我們經??吹降募t外熱量圖就是這些溫度的圖像顯示,顏色越淺的區域,溫度越高。

      熱像素和量子阱

        除了熱輻射測量計以外,還有其它非接觸式和光學溫度測量方法。比如,某些類型的傳感器可以通過輻射的波長來檢測溫度。熱輻射測量計和波長檢測器不僅用于醫學測量人體溫度。另一個常見應用領域是查找建筑物的隔熱泄漏。通過彩色熱量圖就可以立即確定溫控建筑物內熱量或冷氣的泄漏位置。

        質量控制是熱成像技術的另一個較為廣泛卻鮮為人知的應用領域。無論是金屬、塑料或玻璃行業,熱處理步驟中精確的溫度控制是保證產品質量的決定因素。這也是在熱軋、夾層或玻璃硬化工藝當中經常采用熱成像照相機進行監控的原因。在太陽能電池領域,可以利用熱成像技術發現有能量缺陷的結構性損壞部位。熱成像技術在安全技術方面也起到重要作用。熱掃描可以識別出高溫部件,防止出現危險狀態。

        大氣和太空研究采用的是一個完全不同的方法:量子阱紅外探測器 (QWIP)。它由非常薄的半導體材料層組成,利用的是量子效應。材料層用于限制粒子的量子物理狀態。進入材料層的紅外波對此狀態構成影響,通過此變化即可獲取有意義的圖像。這些圖像的色彩具有非常高的分辨率。

        也有一些儀器并不使用熱輻射,而是利用有源照明。一個紅外光源對需要觀測的區域進行照射,就如同普通攝影用燈一樣,熱成像照相機就變為一臺夜視裝置。這種方法的應用場合包括黑暗空間內的反恐行動。被監測目標看不到紅外光源。

      光學的動力來源

        無論采用哪一種方法,都必須對電磁波進行“采集”、匯聚和引導,以實現最終的測量和成像。這和采用可見光源的傳統照相技術基本上沒有區別。所使用的光學元件也一樣:透鏡的移動(聚焦和縮放),光圈的調整,濾鏡的定位和快門的操縱。就拿應用廣泛的熱輻射測量計來說,必須在短周期內對熱像素進行校準,才能確保相同溫度的點在圖像中的亮度保持相同。為了達到這個目的,絕大多數裝置都有一個黑色快門,它能自動移動到傳感器前側,將所有像素校準至相同值??扉T移動速度越快,完成測量的時間就越短。

        為實現聚焦和縮放,光學裝置通常裝配1524 ... SR系列貴金屬直流微電機。它們性能極高,所占空間極小。驅動裝置如果需要內置于微透鏡,還可以采用直徑8-10mm的電機。比如ADM0620型步進電機與內置絲杠組合,最適合于完成濾鏡與快門的運動。FAULHABER還提供眾多其他類型電機、減速箱、編碼器和附件。它們幾乎能為每一個應用領域提供最佳解決方案。這些驅動部件已在很多傳統光學裝置內得到多年應用和測試。照相機在云臺底座上的自動對準技術也一樣。FAULHABER緊湊型低振動步進電機尤其適合于此類應用。

      標簽:FAULHABER  我要反饋
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