热成像仪怎么瞬间测到人体温度变化

□文/张擎鸣

机场、火车站等处使用的体温检测热成像仪

虽然新型冠状病毒感染肺炎症状有多种，但是很多人依旧有发热、咳嗽等症状，因此测量体温依旧是目前普通人对新型冠状病毒感染肺炎初步筛查的办法。进入银行、社区、学校、地铁等，都要进行人体测温。但是传统的水银体温计、额温枪等需要接触或靠近人体，容易发生交叉感染，而且检查速度也比较慢。为了解决这个问题，在人流量大的地方越来越多地采用红外热成像测温仪，无接触测温，检查快速。今天我们就来谈谈热成像仪是如何快速测量人体温度的。

人类的保护神

全球化的发展，把人类紧密地联系在一起，一种传染病在任何地区都有可能迅速传播到世界上的每一角落。在公共卫生领域，应对传染性疾病扩散，最为重要的一个环节就是检疫和区域性隔离，区分开病毒携带者与未感染群体。因此，机场、车站等交通人流汇聚点，已成为检查的重要关卡。以往，医学检疫过程必须对每个人进行全面检查，耗时漫长。特别在人流量大的机场、地铁出入口等地方，再使用传统方式逐个检疫每个通行人员，检疫过程冗长且效率较低，会导致旅客滞留，更严重的情况是滞留区交叉感染成为新的高危区域。所以，公共卫生中怎么将此类检疫过程时间缩短并高效化，成为至关重要的问题。

回望人类社会经历过埃博拉和SARS暴发的种种危机，当出现病毒传染等突发性卫生事件时，在世界各地出入境关口，都会借助一种叫作热成像仪的工具来对人流进行测温。这些检测工具是非接触式，因为没有触碰待检疫人群也降低了医护人员感染病毒的风险，虽然这种检测过程不能精准找到病毒也没法观察到细菌状态，但是它能完全显示出检测区域人体和环境的温度变化，捕捉到人体温度信息来初步判断是否感染病毒（在病理学中将人体发热症状作为判定很多疾病的一种综合性表现），所以有体温偏高的乘客，就可以立即将他们引导分流做进一步检查。有效保护未受感染的群体，同时也可以帮助安检人员区分高风险乘客。

瞬间测温的原理

那么热成像仪到底是怎么做到瞬间测控人体温度变化的呢？这得从1991年海湾战争说起，当时在战场上出现很多高科技武器和辅助平台，红外热成像技术便是其中最闪亮的明星，其中涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。当时该技术主要用在黑夜或浓厚云雾中探测伪装的目标、高速运动的目标等军事领域。

那么，它是怎么做到夜视、透视等神奇功能的呢？该技术的物理原理得从牛顿说起，1672年牛顿利用分光棱镜把太阳光(白光)分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同单色光。1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔对光进行热观测，他偶然将温度计放在红色光带外，发现比其他色光的温度指示数值都高。为了排除偶然误差事件，同样条件下反复多次试验，结果表明太阳光分解出单色光中热量最多的高温区，总是处于单色光带最边缘处红光的外面。物理学界认识到太阳辐射出的光线中除可见光线外，可能至少有一种以上看不见的“热光线”，这种看不见的“热光线”位于红色光外侧，被叫作红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78～1.5μm的部分称为近红外线，波长为1.5～10μm的部分称为中红外线，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0～1000μm的部分，称为热红外线。

牛顿用分光棱镜分解太阳光

F.W.赫胥尔对光的热观测

光的电磁波谱

随着科学的进步，红外线辐射的神秘面纱慢慢被揭开，在自然界中红外线辐射仅是一种普遍存在的电磁波辐射，红外线在电磁波连续频谱中分布在无线电波与可见光之间的区域。地球上除了太阳能产生辐射外，任何物体在自然条件下，也能通过分子和原子的无规则运动，不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动越强烈，所产生的辐射能量也就越大;相反，辐射的能量也就越小。所以高温物体产生的热辐射能量明显强于低温物体。因此，只要将这种红外辐射强弱信息收集到，便能判定出该物体的温度与能量。利用探测器对目标和背景之间的红外线差测量，反馈出不同强弱的红外图像，称为热图像。用在观测物体上的热图像，有别于肉眼能看到的可见光图像，它呈现出的是该物体表面温度分布情况的图像。这种观测方式可以简单理解为，将人类肉眼直接观察不到的物体表面温度分布，转化为肉眼可见的表面温度分布的热图像。这样，就能在光线较差的夜间、大雾等环境中依然观察到物体。特别是远距离情况下，无法区分混杂在环境中的生物与设备（工作中的设备常有热量聚集，温度高于环境温度），开发出对远距离目标热状态图像成像和测温的夜视与透视等多项功能。这种技术称为被动红外夜视技术，原理是基于在自然界中温度高于绝对零度(-273℃)的一切物体，任何时间都在不断地辐射出红外线这一前提条件，由物体本身状态下放射出的这种红外线辐射都具备该物体基本属性的信息（形状、温度等）。通过光电红外探测器收集到物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号，这种强弱有序的电信号在图像处理后便能一一对应还原出物体表面温度的空间分布，转化出热图像视频信号在显示器等可视端口，得到与物体表面热分布相对应的夜视热图像。

应用领域广泛

热成像仪可应用于身体健康评估、疾病筛查等领域。人体是天然的生物红外辐射源，其热态(温度)分布具有一定的稳定性和特征性，因解剖结构、组织代谢、血液循环、神经活动状态不同，形成了不同热场。当人体某处发生疾病或功能改变时，该处组织代谢、血液循环、神经活动状态就会变化，导致局部热场改变，辐射量发生变化，表现为局部温度分布的相应改变。

在医疗诊断上，根据人体体表温度的分布，测量人体各个部位的温度变化将病变区域与正常区域对比，快速确诊病灶区域，并根据温度变化情况判定病理变化程度。热成像仪可以检测到人体表面0.005～0.025℃的代谢热强度改变，能精确捕捉到组织细胞代谢异常信息，并形成人体全息医学图像及数据。据此分析和评估，就可以从功能医学角度实现对人体健康信息的综合评估，实现对疾病的早发现、早治疗。

在不同的领域中，红外热成像技术也起到至关重要的作用。热成像仪在工业上发挥的作用有检测设备、监测运行状况及产品质量检验等。利用热成像仪显示的热图像和设备表面温度分布的信息，找到处于危险隐患的部件和正出现问题的区域，准确定位并及时处理。石油化工生产中需要许多管道运输高温高压气体和液体，如果管道内部出现腐蚀、渗漏、破损、堵塞等问题，人眼直接观察不到。借助热成像仪能检测到该区域的温度分布是否有热量散失，来定位和判断事故原因。在电力系统中，电子部件使用时间较长后出现松动、破裂、锈蚀等造成接触电阻增加，致使电子部件温度升高，采用热成像仪直接观察和测量潜在故障、损坏情况来提前排除隐患。在城市建筑中，利用热成像仪对墙壁内部裂痕、管道渗漏、采暖保温都能做到检测和评价。在森林火灾防护上，对干旱季节期间不易发现的隐火，利用热成像技术全面定位、提前扑灭。在消防灭火现场辅助救助上，在浓烟大火中消防队员无法睁眼搜救受困人群，在红外热成像仪帮助下可以辨析人体和高温火源位置，还能有效寻找逃生路径。在野外科考上，利用机载热成像仪可以悄无声息、不分昼夜地远距离观察野生动物，也不干扰它们本有的生活环境。在食品安全上，储藏制冷装置和管道的隔热出现问题，就会导致食物受到细菌感染，用热成像仪可以检查设备工作状态，还可以筛选蔬菜、水果生理腐败变质等。

某款热成像仪使用说明书

主要功能

人体体温筛查 ，发热报警后自动拍照捕获发热目标，支持自动校温，支持报警预值设置，不漏过一个疑似人员，大大降低操作人员的工作量。标配PC电脑，功能强大，可多人同时测温，人员无须停留，测温效率极高，毫秒级测温，实现无感筛查，每分钟筛查测温可超500人，历史数据可查。

应用领域

公共场所大面积的人员体温测温监控与发烧人群筛查，控制并减少如埃博拉、SARS、寨卡、新冠肺炎等发热疫情的蔓延。

关键参数

红外分辨率：120x900、可见光：200万像素、测温范围：20～50℃、测温精度：≤0.5℃、适用环境：室内/无风、建议距离：1～1.5米，最远可以10米外测温，不会近距离接触带来传染风险，更安全高效。