紅外測溫的原理

原理

任何物體只要它的溫度高于絕對零度（-273.15℃），就會向外部發(fā)射熱輻射，同時也吸收其他物體發(fā)射的熱輻射，物體溫度不同，其輻射出的能量也不同，且輻射波的波長也不同，但總是包含著紅外輻射在內(nèi)。1000℃度以下的物體，其熱輻射中最強的電磁波是紅外波，所以對物體自身紅外輻射的測量，便能準確測定它的表面溫度。

基爾霍夫定律(熱輻射定律)認為：在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物性無關，只與波長和溫度有關。

黑體

如果有一個物體，已知他的輻射能量和吸收能量之比，那用這個物體做標準，探測出附近目標物體輻射的熱量，我們就能反推出他的表面溫度（反推的過程，方法有很多）。這個作為標準的物體被稱為絕對黑體，簡稱黑體。

黑體是這樣定義的：它能夠在任何溫度下將輻射到它表面上的任何波長的能量全部吸收。這意味著黑體的輻射熱量和吸收熱量的比值為1。

因為黑體的這個特性，在實際測溫中，可以把黑體用來作為標準，來測量其他物體溫度。

黑體的標定可以在生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行，也可以在現(xiàn)場環(huán)境中在線標定。但這僅僅是理論上，在實際環(huán)節(jié)中，有多方面原因會影響到溫度測量的精確度。

影響人體測溫準確性的因素

通過以上分析，如果測量一個人的體溫，會有以下三個方面影響測量溫度的準確性：人體本身，熱量傳輸過程，紅外探測器。

人體本身溫度

環(huán)境溫度會影響人體體溫。

不同的運動狀態(tài)會影響人的體溫，比如剛跑完步，人的體溫會偏高。

人體早晚會有溫差，凌晨最低，下午達到最高，然后又逐漸下降。女性體溫一般略高于男性體溫。

人體體表不同地方溫度不一樣。額頭的表面無遮擋、毛細血管分布密集、溫度分布比較均勻，是較好的測溫點。
上面說到黑體的輻射率是1，用黑體做標準，人體的大約是0.98，近似于黑體（實際黑體也很難達到1），所以有些實際測溫中，直接把人當黑體來處理。這種辦法也未嘗不可。

熱量傳輸過程

物體發(fā)射的熱能只同溫度和波長有關，同時紅外波段集中了絕大部分的輻射能量。要探測溫度，我們無需探測全波段的能量，只用研究紅外波段。

物體的紅外輻射與大氣的穿透性和波長有很大關系。很幸運，上帝給我們開了幾扇窗（學名：紅外大氣窗口），主要的大氣窗口包括包括 2μm -2.6μm，3μm～ 6μm 和 8μm～14μm。紅外熱成像技術就是在利用紅外輻射的“大氣窗口”。（很多紅外探測器選擇鍺玻璃鏡頭就是因為，鍺玻璃在2-16μm波段具有很好的透光性能，且化學性質穩(wěn)定。）

雖然是窗口，但透射比還是沒有達到1，所以熱輻射受距離影響會有一定的衰減。距離近時，我們把問題簡化，忽略掉影響；距離遠時，紅外電磁波在空氣中傳播會受到二氧化碳等氣體的吸收，造成能量衰減，需要考慮相應的溫度補償。

紅外探測器

將熱輻射轉換為電信號常用的有兩類探測器：A 基于熱電堆（熱電偶）的探測器；B 基于電阻微測輻射原理的探測器。

基于電阻微測輻射原理的探測器

熱敏電阻受紅外輻射影響，會產(chǎn)生溫度改變，進而改變電阻阻值，讀出由電阻阻值改變造成的電壓變化即可獲得紅外輻射的數(shù)值。

熱成像儀多采用這種原理，一般工業(yè)和醫(yī)用的多為非制冷型，軍事領域一般多用制冷型。按熱敏電阻材料不同，又有采用氧化釩(VOx)的方案和非晶硅(α-Si))的方案。

考慮的問題

從熱成像探測器得到的信號和物體溫度不是線性關系，所以問題很復雜，我們很難得到比較準確的人體溫度。但是我們可以從以下幾個方面去努力：

把人當黑體，通過AI算法，做好測溫區(qū)域的選擇，確定好實時在線標定的策略，有些AI測溫攝像機采用這種做法。

把黑體加入到應用場景，實時在線定標。這種辦法雖然麻煩，成本大，但是測量的數(shù)據(jù)比較準確，實際精度能達到±0.3℃。

目前廣州地鐵有部分出入口采用的是這種方式。這是比較負責的做法。