Kamery termowizyjne do wykrywania gorączki

Poniższy opis systemów, przeznaczonych do szybkiego wykrywania osób z podwyższeniem temperatury, powstał z uwagi na duże zainteresowanie kamerami termowizyjnymi do wykrywania gorączki. Rozwiązanie opisuje 4 gotowe zestawy, które z powodzeniem sprawdzą się w powyższej aplikacji - w tym dwa, które mogą być ponownie wykorzystane w innych zastosowaniach przemysłowych. Artykuł odpowiada również na najczęstsze pytania oraz rozwiewa wątpliwości w zakresie skuteczności i wiarygodności bezdotykowych pomiarów temperatury, przeprowadzanych z wykorzystaniem kamer termowizyjnych.

Spis treści

1. Na co zwrócić uwagę wybierając kamerę termowizyjną do wykrywania gorączki?
2. W czym stacjonarne kamery termowizyjne są lepsze od kamer przenośnych?
3. Standardowa dokładność kamer termowizyjnych (±2°C) a skuteczność w wykrywaniu osób z gorączką
4. Jak zwiększyć dokładność wskazań kamery termowizyjnej?
5. Kamery termowizyjne do wykrywania gorączki – gotowe rozwiązania
   
   • Zestaw 1: Monitoring termowizyjny do wykrywania osób z gorączką ATM-T5
   • Zestaw 2: Przemysłowa kamera termowizyjna z wymiennymi obiektywami PI45i
   • Zestaw 3: Medyczna kamera termowizyjna Workswell MEDICAS
   • Zestaw 4: Stacjonarna kamera termowizyjna XI400
6. Kontakt

Na co zwrócić uwagę wybierając kamerę termowizyjną do wykrywania gorączki?

Główne parametry, które warunkują jakość przeprowadzonych pomiarów oraz skuteczność wykrywania osób z objawami gorączki to:

• odpowiednia rozdzielczość detektora podczerwieni (zalecane minimum to 320 x 240 pikseli - im wyższa, tym lepsza)
• jak najwyższa czułość termiczna (zdolność do wykrywania najmniejszych zmian temperatury)
• obiektyw kamery dobrany do warunków pomiaru (teleskopowy – dla pomiarów z dalszych odległości, pośredni – dla pomiarów wewnątrz pomieszczeń)
• odpowiednia odległość pomiaru (zachowane proporcje wypełnienia obrazu termowizyjnego przez twarz osoby poddawanej badaniom)
• poprawnie dobrany parametr emisyjności (dla skóry przyjmuje się wartość ok. E = 0.98)
• stabilne warunki pracy kamery (brak gwałtownych zmian temperatury otoczenia)
• odpowiednie przygotowanie kamery do pracy (rozgrzanie detektora przez min. 15-30 minut)
• zapewnienie przez sprzęt możliwości stabilnego, stałego montażu
• opcja ustawienia referencyjnego punktu temperaturowego (punkt kalibracji)

System termowizyjny do wykrywania gorączki Workswell MEDICAS

W czym stacjonarne kamery termowizyjne są lepsze od kamer przenośnych?

Najważniejsze - są niezawodne, w większości przypadków mogą pracować bezobsługowo oraz zapewniają funkcjonalności nieosiągalne dla mobilnych kamer termowizyjnych.

Kamery przenośne (ręczne kamery termowizyjne) sprawdzają się doskonale podczas szybkiej i krótkotrwałej (wyrywkowej) kontroli temperatury. Niestety, dla pomiarów długotrwałych i realizowanych w sposób ciągły, w przypadku wielu modeli przenośnych (ręcznych) kamer termowizyjnych istnieją pewne ograniczenia w stosowaniu, wynikające z:

• braku możliwości obrazowania na ekranie komputera (brak opcji strumieniowego przesyłania video) – jedyny podgląd obrazu jest realizowany na niewielkim, z reguły ok. 3-4” ekranie
• braku możliwości wymiany obiektywu – z uwagi na „uniwersalność zastosowań”, większość sprzętu jest oferowana w wariancie ze stałym, niewymiennym obiektywem (najczęściej o dosyć szerokim polu widzenia)
• ubogim oprogramowaniu, które nie pozwala na definiowanie obszarów pomiarowych o ściśle określonych warunkach przeprowadzania badań (np. częstotliwość uśredniania pomiaru, wstrzymanie szczytowej wartości temperatury) – z reguły oprogramowanie dedykowane dla kamer przenośnych jest skupione na odpowiednim raportowaniu, a nie na zastosowaniu w pomiarach temperatury on-line
• braku opcji związanych z definiowaniem referencyjnych punktów temperaturowych (służących do kalibracji kamery w czasie rzeczywistym) – szczególnie istotne w przypadku wykrywania niewielkich zmian temperatury
• konieczności ciągłego zaangażowania operatora w obsługę kamery
• w wielu przypadkach – na braku możliwości montażu kamery np. na statywie (brak odpowiedniego otworu montażowego)

Okno oprogramowania PIX Connect do obsługi przemysłowych kamer termowizyjnych Optris | zdjęcie wykonane za pomocą kamery Optris XI400

Standardowa dokładność kamer termowizyjnych (±2°C) a skuteczność w wykrywaniu osób z gorączką

Dokładność deklarowana przez producentów aparatury kontrolno-pomiarowej jest maksymalną odchyłką wskazań, jaka może wystąpić w określonym (lub w całym) zakresie pomiarowym, czasami przy założeniu spełnienia pewnych warunków, np. odpowiedniej temperatury pracy urządzenia. Nie oznacza to jednak, że kamery termowizyjne oferujące precyzję wskazań na poziomie ±2°C każdorazowo zaniżają lub zawyżają pomiar o maksymalne, dopuszczalne wartości.

Większość nowoczesnych, stacjonarnych kamer termowizyjnych posiada funkcję automatycznej kalibracji z wykorzystaniem zewnętrznego kalibratora (tzw. „black body”) lub za pomocą zintegrowanej przesłony, sterowanej przy użyciu serwomechanizmu.

Wykrywanie podwyższeń temperatury (tzw. „hot-spot”) musi być przeprowadzane na obszarze większym, niż pojedynczy piksel matrycy termowizyjnej (minimalna zalecana wartość to siatka 3x3 piksele). Oprogramowanie stacjonarnych kamer termowizyjnych pozwala na definiowanie obszarów o dowolnych wymiarach i kształtach oraz umożliwia sterowanie trybem uśredniania wykonanych pomiarów (np. średnia wartość maksymalna z całego obszaru, dla określonej liczby klatek pomiarowych itp.). Opcja ta pozwala na znaczne ograniczenie błędów, wynikających np. z niedoskonałości detektora podczerwieni.

Istotne z punktu widzenia precyzji w wykrywaniu zmian temperatury są także stabilne warunki pracy oraz odpowiednio wysoka czułość termiczna. Poniższe termogramy pokazują różnicę pomiędzy kamerami, wyposażonymi w detektor o czułości termicznej, odpowiednio: 80 mK (0,08°C) i 40 mK (0,04°C):

Porównanie czułości kamer termowizyjnych: 80 mK (po lewej) vs 40 mK (po prawej)

Następnym parametrem, który determinuje dokładność i wiarygodność pomiarów jest emisyjność. W przypadku skóry sprawa jest prosta – z reguły przyjmuje się wartość na poziomie E = 0.98.

Kolejna kwestia dotyczy osób, które są wychłodzone ze względu na długotrwałe przebywanie na zewnątrz (np. podróżujące do pracy) lub przegrzane z uwagi na wysiłek fizyczny (np. pracownicy firm kurierskich). Nie ma uniwersalnej metody, która pozwoli na dokładny, bezdotykowy pomiar temperatury powierzchni skóry bez względu na okoliczności. W przypadku pomiarów budzących wątpliwości (wykryta za niska lub za wysoka temperatura), pomiar powinien być bezwzględnie powtórzony, z zachowaniem czasu potrzebnego na rozgrzanie lub ochłodzenie ciała.

Podsumowując: warto mieć na uwadze, że podstawowym założeniem stosowania systemów do wykrywania gorączki jest nie tyle przeprowadzenie pomiarów z laboratoryjną precyzją, co możliwość szybkiej identyfikacji i odseparowania osób potencjalnie chorych. Pomiary temperatury, które wskazały jakiekolwiek anomalie (szczególnie podwyższenia) powinny być przeprowadzone powtórnie przy użyciu dokładnych, przeznaczonych do tego celu urządzeń (np. pirometrów medycznych lub termometrów alkoholowych).

Jak zwiększyć dokładność wskazań kamery termowizyjnej?

Najprostszą metodą poprawienia dokładności pomiarów wykonywanych przy użyciu stacjonarnej kamery termowizyjnej jest zastosowanie zewnętrznego kalibratora podczerwieni (piecyka kalibracyjnego do pirometrów) lub za pomocą zewnętrznego przetwornika 0-10V z sondą rezystancyjną, której element czynny (trzpień pomiarowy) ma odpowiednio duże wymiary oraz jest pokryty matową, czarną farbą.

Ustawianie referencyjnego punktu kalibracji

Konfiguracja wejścia napięciowego kamery

Kamery termowizyjne do wykrywania gorączki – gotowe rozwiązania

Zestaw 1: Monitoring termowizyjny do wykrywania osób z gorączką ATM-T5

Szczegółowy opis i dane techniczne urządzenia znajdują się na stronie: Monitoring termowizyjny do wykrywania osób z gorączką ATM-T5

Zestaw pomiarowy bazujący na algorytmach sztucznej inteligencji, pozwalający na termowizyjny monitoring osób pod kątem wykrywania objawów gorączki. Kamera termowizyjna IP pozwala na automatyczne wykrywanie twarzy (nawet osłoniętych maską) oraz na przeprowadzenie natychmiastowego, wielopunktowego pomiaru temperatury z opcją dokumentowania wskazań i alarmowania. Rozwiązanie daje możliwość integracji z zewnętrznymi urządzeniami alarmowymi lub interkomem (do dwukierunkowej komunikacji audio). Zapewnia wysoką dokładność wskazań (±0.3°C), która osiągana jest za pomocą zewnętrznego kalibratora podczerwieni (kalibracja w czasie rzeczywistym).

Przykład praktycznego wykorzystania kamery ATM-T5:

Zestaw 1: Przemysłowa kamera termowizyjna z wymiennymi obiektywami PI45i

Szczegółowy opis i dane techniczne urządzenia znajdują się na stronie: Stacjonarna kamera termowizyjna PI45i

Stacjonarna kamera termowizyjna Optris PI45i jest dedykowana do szeroko pojętych zastosowań przemysłowych, jednak ze względu na oferowaną czułość termiczną (40 mK) może być z powodzeniem wykorzystana do wykrywania najmniejszych zmian temperatury (w tym do detekcji osób z objawami gorączki).

Urządzenie jest kalibrowane za pomocą przesłony z elementem ciała doskonale czarnego, pojawiającej się przed detektorem podczerwieni z częstotliwością zdefiniowaną w oprogramowaniu.

Do przetwarzania obrazu zarejestrowanego za pomocą kamery wykorzystywane jest bezpłatne oprogramowanie, instalowane na urządzeniach wyposażonych w system Windows ® (komputery, serwery, tablety, panele operatorskie).

Przykładowe metody komunikacji z kamerą PI45i: połączenie z tabletem z Windows ® lub dedykowanym komputerem przemysłowym PI NetBox

Oprogramowanie dostarczane w zestawie posiada zaawansowane opcje przetwarzania i analizy danych pomiarowych, m.in.:

• definiowanie dowolnej liczby punktów i obszarów kontrolnych (w tym automatycznie wykrywanie podwyższeń temperatury)
• dowolna konfiguracja parametrów punktów i obszarów: rodzaj wyświetlanych wartości (np. min/max/avg), sterowanie emisyjnością, różne tryby uśredniania z definicją czasową, wstrzymanie szczytów i zboczy
• automatyczne wykonywanie zdjęć lub sekwencji wideo, opatrzonych stemplem czasowym
• wykluczanie obiektów w polu widzenia kamery, które mogą wpływać na przeszukiwanie pod kątem podwyższeń temperatury (grzejniki, lampy itp.)
• możliwość przeprowadzenia pełnej analizy danych na podstawie wykonanych zdjęć lub nagrań wideo
• zaawansowane opcje, związane z konfiguracją alarmów i pre-alarmów
• dowolne organizowanie obszaru roboczego
• manipulacja obrazem termowizyjnym (odbicie, obrót, zawężenie obszaru)
• wbudowana funkcja termowizyjnego skanera liniowego

Zestaw pozwala na integrację z zewnętrznym oprogramowaniem (komunikacja po COM, RS485, dedykowany pakiet SDK z integracją Matlab, LabView oraz przykładowymi bibliotekami w C++ / C#).

Zaletą kamery PI45i jest możliwość stosowania wymiennych obiektywów, które można dobrać spośród wariantów z poniższej listy:

• O18: 18° x 14° / F = 20 mm / 60mK
• O29: 29° x 22° / F = 12,7 mm / 40mK
• O53: 53° x 38° / F = 7,7 mm / 40mK
• O80: 80° x 54° / F = 5,7 mm / 40mK

Wymienne obiektywy do kamer Optris z serii PI

Urządzenie jest wyposażone w zintegrowany interfejs analogowy, posiadający:

• wyjście napięciowe 0-10V: m.in. do bezpośredniego przekazywania sygnału napięciowego do sterownika PLC lub sterowania pracą zewnętrznych urządzeń
• wejście napięciowe 0-10V: np. do zewnętrznej regulacji emisyjności, zewnętrznej kompensacji temperatury otoczenia, podawania referencyjnej wartości temperatury za pomocą zew. przetwornika
• wejście cyfrowe (max. 24V): m.in. do wyzwalania kalibracji kamery, generowania zdjęć lub sekwencji nagrań, przełączania zakresów pomiarowych

Interfejs można wykorzystać do sterowania pracą zewnętrznych urządzeń, np. sygnalizatorów optyczno – akustycznych (informujących o wykrytym podwyższeniu temperatury), kontrolą dostępu (blokowanie drzwi, bramek) itp.

Jako opcja, istnieje możliwość doposażenia kamery w dedykowany interfejs przemysłowy Industrial PIF, który posiada:

• 3 wyjścia analogowo - alarmowe (4-20 mA)
• 3 wyjścia przekaźnikowe (max. 30V / 400 mA)
• 2 wejścia analogowe (0-10V)
• 1 wejście cyfrowe (max. 24V)
• 1 wyjście fail-safe (monitorowanie statusu systemu)

Parametry monitorowane za pomocą wyjścia fail-safe: [1] stan zasilania, [2] połączenie PIF ze sterownikiem, [3] połączenie PIF z kamerą, [4] status kamery, [5] połączenie kamery z PC, [6] status oprogramowania

Zestaw 2: Medyczna kamera termowizyjna Workswell MEDICAS

Szczegółowy opis i dane techniczne urządzenia znajdują się na stronie: Medyczna kamera termowizyjna Workswell MEDICAS

Rozwiązanie zapewniające ponadprzeciętną precyzję wskazań, pozwalające na przeprowadzenie pomiarów z dokładnością ±0.3°C w zakresie od 0 do 50°C. Kamera posiada zintegrowany komputer z oprogramowaniem MEDICAL OS, dzięki czemu nie wymaga do pracy żadnych urządzeń pośredniczących w przetwarzaniu sygnału z detektora podczerwieni (np. komputera).

Kalibracja kamery termowizyjnej MEDICAS odbywa się z wykorzystaniem zewnętrznego kalibratora podczerwieni („black body”), dostarczanego w zestawie.

Kamerę wystarczy podłączyć bezpośrednio do monitora komputerowego (za pomocą przewodu HDMI) oraz do zewnętrznej klawiatury (urządzenie ma wbudowany pełnowymiarowy port USB, do podłączenia klawiatury w wersji przewodowej lub bezprzewodowej).

Wszystkie dane są przetwarzane bezpośrednio w kamerze i trafiają na ekran monitora w postaci dwóch obrazów: termowizyjnego oraz wideo.

Poniższy film prezentuje przykład zastosowania kamery w praktyce:

Zestaw 3: Stacjonarna kamera termowizyjna XI400

Funkcjonalności kamery XI400 oraz możliwość integracji z zewnętrznymi i urządzeniami jest identyczna jak w przypadku kamery z zestawu 1 (PI45i). Ta sama kwestia dotyczy oprogramowania sterującego pracą kamery oraz akcesoriów przeznaczonych do komunikacji i transmisji danych (konwertery, dedykowane PC).

Główne różnice pomiędzy kamerą XI400 i PI45i:

• dwukrotnie niższa czułość termiczna (80 mK vs 40 mK)
• zakres pomiarowy do 900°C, bez możliwości rozszerzenia do 1500°C
• zintegrowany, niewymienny obiektyw (jeden z czterech do wyboru)
• ostrość obrazu sterowana z oprogramowania (PI45i: ręczna regulacja ostrości)
• ograniczony zestaw akcesoriów wysokotemperaturowych

Lista obiektywów współpracujących z kamerą XI400:

• F20: 18° x 14° / F = 20 mm
• F13: 29° x 22° / F = 12,7 mm
• F08: 53° x 38° / F = 7,7 mm
• F06: 80° x 54° / F = 5,7 mm

Kamera termowizyjna XI400 podłączona do laptopa

Akcesoria kamer termowizyjnych Optris XI: uchwyt montażowy, przedmuch soczewki, wysokotemperaturowa obudowa ochronna z przedmuchem i przesłoną, sterowaną serwomechanizmem

Kamera XI400 pozwala na podłączenie do smartfona wyposażonego w system Android, dając tym samym możliwość wykorzystania jako przenośne urządzenie inspekcyjne.

Bezpłatne oprogramowanie IRmobile Vision, dostępne do pobrania ze sklepu Google Play, posiada następujące funkcje:

• podgląd obrazu on-line z automatycznym wykrywaniem gorącego i zimnego punktu (hot/cold-spot)
• ręczne wskazywanie miejsca wykonywania pomiaru
• automatyczne skalowanie temperatur
• wybór palety kolorów
• sterowanie ogniskową kamery
• dostosowywanie ustawień urządzenia, m.in. zakresu pomiarowego, częstotliwości obrazu
• wykonywanie zdjęć termowizyjnych
• zintegrowany symulator

Kamera jest automatycznie wykrywana przez smartfona, bezpośrednio po jej podłączeniu.

Minimalne wymagania:

• Android w wersji 5.0 lub wyższej
• obsługa USB-OTG
• port micro USB lub USB typ C

Kamera Optris XI podłączona do smartfona z systemem Android

AUTEMO jest bezpośrednim importerem urządzeń pomiarowych Optris, posiadającym wieloletnie doświadczenie w dziedzinie bezkontaktowych pomiarów temperatury.

W celu uzyskania dodatkowych informacji technicznych, potwierdzenia dostępności oraz otrzymania szczegółowej wyceny, zapraszamy do kontaktu telefonicznego lub mailowego: