512人体红外测温技术研究背景意义及现状
1红外测温技术研究背景
密集人中的疾病防治工作是目前公认的难度较大的工作，尤其是在火车站，机场，会场等人口密集，而且流动性有很大的场所，这项工作更是难上艰难。像之前我们遭遇的“非典”，“H1N1”因为其具有较高的传染性和发病前期较好的隐藏性（除体温偏高），使得这类疾病的防治工作变得十分困难。因为这类疾病最主要，也是最明显的的的发病特征是体温比正常人偏高。所以，如果能够在密集人中快速，准确的把体温偏高者与正常体温者区别出来是防治这类疾病的重要手段。目前，我们经常使用的传统体温测量的手段有很多，但是都不能满足在密集人中快速，准确的发现体温偏高者，而且，由于这类疾病的高传染性，使得传统手段需要时测量者与被测量者接触，这就可能造成疾病的互相传染。 红外测温技术作为一种非接触测温技术在测量领域已经发展多年，它与传统测温技术相比具有很多优点：它的测量不干扰测温场，不影响测温场原有的分布，因此相比传统测温方式它具有不可比拟的测量精度，理论上温度分辨率可达0.01℃。红外测温与普通接触式测温计测温的不同之处在于它不需要与测温对象达到热平衡就能读出物体的温度，它的测温速度非常快，可以实时观测，便于快速与动态测量，尤其对于一些测量人员不便于接近的设备或者一些易传染疾病（SARS，H1N1）的测量具有很大的优势。可以确定微小目标的温度。红外测温可以实现实时观测与自动控制，测量距离可近可远，并且可以夜间作业，具有较强的适应性。测温范围宽，红外测温的方法在理论上无测量上限。正是由于上述传统技术无法比拟的优势，目前红外测温技术已经广泛应用在电力工业，航空航天，质量检测及冶金等领域。 2研究意义
近年来，我们先后遭遇了“非典”，“H1N1”等流行性疾病的侵扰，这些疾病最大的特点是传染性强，有潜伏性。因此，能够在第一时间发现病患，隔离病患是预防这类疾病的一项重要手段与方法。尤其是在像火车站，商场，学校等人口密集的场所，不可能对人进行一
对一式的检查，必须使用一种快速有效地检测方法来迅速出发病者。而体温是一项人体重要的健康指数，当人体健康时，其体温会维持在一个基本确定的数值。但是当人体内的某些发生改变或者某些部位发生病变时，原来恒定的体温将产生变化，如“非典”，“H1N1”发病的典型特征就是体温偏高。
由于“非典”，“H1N1”这类疾病的高传染性，使得这类在公共场所进行体温监测时主要考虑以下三个基本要求：非接触、测量的快速性和准确性。采用红外非接触测温方法进行体温测量可以满足这样的要求。因此，对非接触人体体表温度的测量方法进行研究有着非常现实的意义，是在非常时期应付突发疫情的必要工作。
用于测量人体温度的仪器仪表大体上可以分为两大类：接触式的和非接触式。接触式温度计又可分为玻璃液体温度汁、电子体温计和液晶温度计；非接触式温度计又可分为耳温计、手持式额温计、医用红外热像以及红外体温监测仪。接触式体温计的体温测量是用医用玻璃液体温度计、医用电子接触式温度计或液晶体温计等插入人体内部(舌下、直肠)或置于腋下，通过接触使温度计的温度等于被测处的温度。医用玻璃液体温度计是根据液体的体积受温度变化而产生变化的原理制成的，如水银温度计；医用电子接触式温度计采用半
导体温度传感器(如热敏电阻)将温度信号转换为电信号，处理得到的电信号得到温度的信息；接触式体温计的优点是它们本身准确、稳定，仪表的误差通常不超过0.1℃；而且容易使用，价格便宜，既可作医疗使用，也可作为家用。其缺点是测量的速度慢，测量时要求与病人接触，因此在使用时容易因为消毒不彻底而引起交叉感染。
利用红外热成像的方法对被测物进行温度测量，不需要与被测物体进行接触，对于像SARS，H1N1这种具有高传染性的流行性疾病具有很好的防止作用。通过红外热成像系统显示的伪彩图像出密集人中体温偏高的疑似患者，并且通过系统的测温模块对疑似患者进行远距离体温测量，既可以发现密集人中体温偏高者，又可以在自身不被传染的前提下对疑似患者进行体温测定与跟踪。 s100无人机3国内外研究现状
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红外热成像系统分为制冷型和非制冷型。制冷红外热像系统又有一代、二代和三代之分。第一代红外热成像系统主要由红外探测器(含致冷器)、光机扫描器、信号处理电路和视频显示器组成。红外探测器通常使用的有InSb和CMT器件，目前发展的是高性能多元CMT探测器，器件元数己高达60元、120元和180元。多元CMT器件不但提高了探测度，而且可以增大视场，提高分辨率和信噪比，并可在3-5μm和8~14μm两个大气窗口波段下工作。20世纪80年代初，又有一种称为Sprite的新型红外探测器(或称扫积型探测器)问世，它是由n条纵横比大于10:1的窄条光导CMT元件所组成，在高偏压下工作。Sprite探测器除了具有探测功能外，又能在元件内部实现信号的时间延迟和积分，从而取消了普通线列器件所需的后接信号处理电路，减少了元件引线和热负载，使红外系统简化紧凑，工艺难度下降，大大提高了可靠性。目前美国的热成像通用组件采用多元(60元、120元、180元)CMT探测器，并扫体制，图像清晰度可与采用图像增强技术的图像相比，最小可分辨温差达0.1K。
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第二代红外热成像系统与第一代通用组件相比，它的响应速度更快、分辨率更高、视场更大、尺寸更小、质量更轻、可靠性更好、能耗更少、自动化程度更高，且应用范围更广。第二代热成像系统采用位于光学系统焦平面、具有 n*m元且带有信号处理的面阵探测器，即红外焦平面探测器阵列(IRFPA)。它是借助集成电路的方法将探测器装在同一块芯片上，并利用极少量引线把每个芯片上成千上万个探测器信号传输到信号处理器中。这种焦平面阵列的优点是，既能在焦平面上封装高密度探测器，又能在焦平面上进行信号处理。红外焦平面阵列是探测器制造技术和大规模集成电路结合的产物，有两种工作方式:一种是扫描式，其阵列规模多在 50*4～1000*32之间。前一数字表示分辨通道的数目，后一数字决定
时间延迟和积分的次数;另一种是凝视式，其阵列规模在32*32～512*512元之间。阵列中元数越多，能获得视场景物的分辨率就越高。目前红外焦平面凝视式阵列(俗称第三代红外热成像器件)己日趋成熟，除32*32和64*64元凝视式中波红外阵列外，512*512元高密度CMT阵列也己经问世。
红外探测器是红外成像系统的核心部件，而红外探测器则分为光子探测器和热探测器两大类。虽然光子探测器如HgcdTe探测器(工作在8~14μ m波段)和Insb探测器(工作在3~5μm波段)的灵敏度、响应速度、探测距离等性能都比较高，但必须用低温致冷器进行制冷，而且红外成像系统几乎都要使用机械扫描装置，因而整个红外成像系统显得结构复杂、体积大、成本高，尤其是昂贵的价格不仅限制了它在军事上的普遍应用，而且也使商业(民用)用户望而却步。所以研究开发轻、小、低成本的非致冷焦平面(UFPA)及其成像系统成为了一种必然的发展趋势。近年来，军用、民用的低成本非致冷焦平面及其成像系统飞速发展，标志着这门高新技术的美好前景。非致冷热成像技术采用热电探测器探测景物的热辐射，利用热电探测器对红外辐射引起的温度变化敏感，而温度变化速度和探测器某些电参量成正比，通过光电和电光转换成像。其主要优点是可以在一般环境温度下工作，不需要致冷;缺点是灵敏度低和响应速度慢。非致冷焦平面的出现和应用标志红外技术的又一次革命，信号处理
拓宽了红外热成像技术发展领域。目前研制非制冷焦平面阵列的两大代表是以德克萨斯仪器公司(Tl公司)为首的热释电UFPA和霍尼威尔公司为首的微测辐射热计UFPA。
我国国内主要几家公司研制生产状况:1995年，中科院长春光学精密机械研究所采用微机械加工技术研制成低成本线列32元、128元硅微测热辐射计阵列，NEm为300mk存储时间为1ms。2000年12月，中科院上海技术物理研究所采用新工艺制成的钛酸锶钡铁电薄膜材料性能通过鉴定达到国际领先水平，与美国TI公司演示的第一代非制冷探测器所用材料相同。我国在非制冷红外热像仪方面的研发集中在公司、研究所和个别高等院校，他们都主要从事在整机系统方面的开发应用工作，而热像仪的核心部分，即红外焦平面阵列都还是从国外进口的。
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