Программно-аппаратное устройство автоматизированного бесконтактного определения температуры тела человека
HARDWARE AND SOFTWARE DEVICE FOR AUTOMATED NON-CONTACT DETERMINATION OF HUMAN BODY TEMPERATURE

Изобретение относится к устройствам дистанционного бесконтактного измерения температуры поверхности тела человека и может быть использовано для контроля пространства в зонах скопления людей, определения температуры, отслеживания перемещения человека с повышенной температурой тела и передачи данной информации в систему контроля и управления доступом (СКУД) предприятия с целью предотвращения распространения потенциальной инфекции на территории предприятия.
Известна «Система и способ контроля температуры тела людей по видеоданным» по патенту РФ №2737138, опубликованному 25.11.2020 г., МПК G06K 9/46, 9/62, А61В 5/01. Система содержит память, сконфигурированную для хранения базы данных, содержащей по меньшей мере фотографии лиц людей, а также для хранения видеоданных и соответствующих им метаданных; по меньшей мере, одно устройство обработки данных; несколько видеокамер, каждая из которых содержит обычный объектив и тепловизионный объектив. Видеокамеры сконфигурированы для выполнения следующих этапов: получения посредством обычного объектива видеоданных из области зрения видеокамеры, определения области лица каждого человека в кадре и автоматического выделения этой области лица рамкой лица; определения посредством тепловизионного объектива показателя температуры каждого человека в выделенной области лица; вшивания рамок лица и показателей температуры в каждый кадр видеоданных, на котором присутствует по меньшей мере один человек; формирования метаданных, которые содержат для каждого обнаруженного лица человека координаты одной рамки лица, время выделения упомянутой рамкой лица человека в кадре и его температуру. Устройство обработки данных сконфигурировано с возможностью выполнения следующих этапов: получения в режиме реального времени от видеокамер видеоданных, с выделенными лицами людей и отображаемыми показателями температур рядом с каждым выделенным лицом человека, и соответствующих им метаданных; определения из полученных видеоданных по меньшей мере одного изображения лица человека на основании координат рамки лица и данных о времени, причем определяется изображение того лица человека, которое располагается ближе всего к упомянутой рамке лица; сохранения показателя температуры, соответствующего на основании полученных видеоданных и метаданных упомянутому изображению лица человека, в базе данных вместе с изображением лица этого человека. Однако, в данной системе используется способ измерения температуры одним тепловизором, что недостаточно для обеспечения точности результатов измерения температуры человека, на основе которой принимается решение о предоставлении допуска человеку.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является устройство, описанное в патенте на полезную модель RU №203731 «Программно-аппаратное устройство для автоматизированного бесконтактного выявления повышенной температуры на поверхности тела и биометрической идентификации», опубликованном 19.04.2021 г., МПК А61В 5/01. Программно-аппаратное устройство содержит корпус, камеру, датчик тепловизионного модуля для измерения температуры на лице и инфракрасный датчик для измерения температуры на запястье, микрокомпьютер, экран, динамик и светодиод, причем камера, экран, динамик и светодиод соединены с микрокомпьютером и установлены в металлическом корпусе при помощи ложементов, а микрокомпьютер выполнен для соединения с блоком питания. Алгоритм работы описанного устройства следующий: человек заходит в здание и подходит к устройству. При приближении человека с камеры на экран выводится его изображение в реальном времени, далее проводится биометрическая идентификация личности и на экран выводятся данные о человеке и результаты измерения температуры поверхности тела с двух устройств - тепловизионного модуля и инфракрасного датчика. С помощью тепловизионного модуля происходит измерение температуры поверхности лица путем нахождения точки максимальной температуры, с помощью инфракрасного датчика температура человека измеряется на запястье. Данные измерений передаются в микрокомпьютер, который обрабатывает полученные результаты и сравнивает их с максимально допустимой нормой. В случае выявления у человека повышенной температуры система через динамик выдает звуковой сигнал, запускает мигание светодиода и выводит тревожное сообщение на экране. Однако, в данном устройстве не предусмотрена система калибровки измерения температуры тепловизионным модулем, что ведет к уменьшению точности результатов измерения, а также нет возможности подключения устройства к системе контроля и управления доступом.
Задачей заявляемого изобретения является создание программно-аппаратного устройства автоматизированного бесконтактного определения температуры тела с повышенными техническими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - создание программно-аппаратного устройства автоматизированного бесконтактного определения температуры тела с повышенной точностью измерения, без необходимости в калибровке тепловизионного модуля во время эксплуатации вследствие применения абсолютно черного тела в качестве эталонного источника излучения, с улучшенными эксплуатационными характеристиками благодаря возможности подключения устройства к системе контроля и управления доступом, а также повышения надежности крепления внутренних элементов при эксплуатации устройства.
Это достигается тем, что в программно-аппаратное устройство автоматизированного бесконтактного определения температуры тела, содержащее блок питания, корпус, в котором установлены тепловизионный и телевизионный модули и микрокомпьютер, расположенные так, что на вход блока питания подается электроэнергия посредством подключения к электросети, выход блока питания соединен с первым входом микрокомпьютера, выход тепловизионного модуля соединен со вторым входом микрокомпьютера, а выход телевизионного модуля соединен с третьим входом микрокомпьютера, в отличие от известного, введены абсолютно черное тело, вход которого связан с первым выходом микрокомпьютера, накопительный диск с программным обеспечением и базой изображений, подключенный к микрокомпьютеру через интерфейс SATA, позволяющий осуществлять чтение и запись данных микрокомпьютером, а также система охлаждения, установленная таким образом, что вход системы охлаждения соединен со вторым выходом микрокомпьютера, кроме того, на внутренней поверхности защитного стекла, установленного на передней части корпуса имеется зеркальное покрытие, отражающее излучение от абсолютно черного тела.
Кроме того, все элементы внутри корпуса могут быть установлены на кронштейнах.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого программно-аппаратного устройства автоматизированного бесконтактного определения температуры тела, на фиг. 2 приведен внешний вид программно-аппаратного устройства с двух ракурсов с разрезами, соответственно фиг. 2а и 2б, где отражено внутреннее расположение составных частей устройства и перечислены элементы, которые не изображены на структурной схеме на фиг. 1.
Программно-аппаратное устройство автоматизированного бесконтактного определения температуры тела (фиг. 1, фиг. 2а, 2б) состоит из блока питания 1, корпуса 2. Внутри корпуса 2 установлены микрокомпьютер 3, тепловизионный модуль 4, абсолютно черное тело 5, телевизионный модуль 6, накопительный диск 7 и система охлаждения 8. На передней части корпуса 2 расположены защитные стекла 9 и 10 (фиг. 2б). Защитное стекло 9 прозрачно в видимом диапазоне спектра для телевизионного модуля. Защитное стекло 10 прозрачно в инфракрасной области спектра и не прозрачно в видимой области для тепловизионного модуля. На внутренней стороне защитного стекла 10 имеется область зеркального покрытия для отражения излучения от абсолютно черного тела 5. Вход блока питания 1 подключен к электросети, а его выход подключен через разъем питания (фиг. 2а) на корпусе 2 к первому входу микрокомпьютера 3, а выход тепловизионного модуля 4 соединен со вторым входом микрокомпьютера 3. Абсолютно черное тело 5 расположено так, что его вход связан с первым выходом микрокомпьютера 3, при этом излучение от абсолютно черного тела 5 отражается от зеркального покрытия на защитном стекле 10 (фиг. 2а), установленного внутри на корпусе 2. Телевизионный модуль 6, в котором установлена матрица (на фиг. не указана), своим выходом соединен с третьим входом микрокомпьютера 3. Накопительный диск 7 с программным обеспечением и базой изображений подключен к микрокомпьютеру 3 через интерфейс SATA, позволяющий осуществить чтение и запись данных микрокомпьютером 3. Вход системы охлаждения 8 соединен со вторым выходом микрокомпьютера 3. Все элементы внутри корпуса 2 установлены на кронштейнах для увеличения надежности крепления элементов при эксплуатации устройства.
Программно-аппаратное устройство автоматизированного бесконтактного определения температуры тела работает следующим образом. Световой поток, исходящий от человека, попадает на матрицу телевизионного модуля 6 и матрицу тепловизионного модуля 4. Также световой поток от абсолютно черного тела 5 отражается от области зеркального покрытия внутренней поверхности защитного стекла 10 и попадает на правый нижний угол матрицы тепловизионного модуля 4. Информация от телевизионного модуля 6 и тепловизионного модуля 4 поступает на микрокомпьютер 3. Далее микрокомпьютер 3 при помощи программного обеспечения обрабатывает данные с телевизионного модуля 6 в части обнаружения лица человека и при успешном обнаружении лица на видеоданные накладывается рамка в области лица человека. В этот же момент происходит распознавание человека путем сравнения данных с базой изображений, хранящейся на накопительном диске 7. Далее микрокомпьютер 3 при помощи программного обеспечения обрабатывает данные от тепловизионного модуля 4 в части сравнения температуры внутри области, выделенной рамкой, со значением температуры абсолютно черного тела 5 и добавляет информацию о температуре конкретного человека в видеоданные от телевизионного модуля 6. Результат в режиме реального времени выводится на внешний экран через разъем HDMI (фиг. 2а). Далее микрокомпьютер 3 сравнивает полученное значение температуры человека с допустимым значением. В случае превышения допустимого значения на внешний экран выводится тревожное сообщение и происходит сохранение на накопительный диск 7 кадра, в котором находится человек с повышенной температурой. После по интерфейсу Ethernet (фиг. 2а) информация о запрете допуска передается в СКУД. В случае соответствия температуры допустимому значению в СКУД передается информация о разрешении допуска, а все элементы внутри корпуса 2 установлены на кронштейнах.
Работа абсолютно черного тела 5 основана на передачи управляющих сигналов микроконтроллером, входящим в состав абсолютно черного тела 5, термоэлектрическому преобразователю для поддержания эталонного значения температуры. При первоначальной настройке абсолютно черного тела 5 на производстве выполняется сравнение при помощи тепловизора пятен излучения термоэлектрического преобразователя и эталонного источника излучения температурой 37°С. По результатам сравнения производится калибровка термоэлектрического преобразователя абсолютно черного тела 5. Далее при эксплуатации абсолютно черное тело 5 является эталоном температуры, с которым происходит сравнение температуры человека. Так как при эксплуатации программно-аппаратного устройства автоматизированного бесконтактного определения температуры тела происходит сравнение температуры человека с эталонным значением температуры от абсолютно черного тела 5, исключается необходимость постоянной калибровки устройства.
На всех этапах питание устройству подается от блока питания 1 через разъем питания (фиг. 2а), а в целях защиты микрокомпьютера 3 от перегрева работает система охлаждения 8. Включение и выключение устройства осуществляется путем переключения кнопки включения (фиг. 2а).
Таким образом, обеспечено получение технического результата: создано программно-аппаратное устройство автоматизированного бесконтактного определения температуры тела с улучшенными техническими характеристиками - с повышенной точностью измерения, без необходимости в калибровке тепловизионного модуля во время эксплуатации вследствие применения абсолютно черного тела в качестве эталонного источника излучения, с улучшенными эксплуатационными характеристиками благодаря возможности подключения устройства к системе контроля и управления доступом, а также повышения надежности крепления внутренних элементов при эксплуатации устройства.