抗疫“神器”！红外测温技术如何实现体温筛查？

原标题：红外测温技术如何实现体温筛查？

国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心  刘田 殷其亮

新冠肺炎疫情发生后，红外体温检测仪被工信部纳入疫情防控重要物资，电子信息司组织大立科技等三家红外热成像企业向湖北提供测温仪；与此同时，海康威视等企业的红外测温产品积极驰援武汉，百度、旷视科技、澎思科技等科技企业也加入到AI测温仪的研发和生产之中。本文将从专利的角度，梳理和分析红外测温仪的专利申请趋势，以及不同类型红外测温仪的特点，以期为疫情防控提供参考。

笔者通过商业数据库进行专利检索发现，截至2020年2月9日，国内涉及红外体温检测的专利申请共计717件。关于红外体温检测的年专利申请量变化主要分为三个阶段：第一阶段是2009年之前，该领域的年专利申请量较少，这一时期的体温测量主要利用耳温枪和额温枪来完成，其中2003年至2004年申请量有所增加主要是由防控SARS推动的应用需求；第二阶段是2009年至2012年，伴随着我国红外测温技术的成熟，大批国内企业进入红外耳温枪和额温测量技术领域；第三阶段是2013年至2019年，随着数字技术和可穿戴设备的兴起，基于红外测温技术的健康管理设备和公共场所体温异常检测受到重视。

红外测温仪包括手持式红外体温检测枪、全自动红外体温检测仪以及与人工智能相结合的红外体温检测系统，以下将分别分析在我国申请的红外测温仪器相关专利。

手持式红外体温检测枪主要分为耳温式和额温式。最早出现的是鼓膜体温计，也就是耳温式的，通过外导波管将主要由耳鼓膜发射的红外辐射性能发送到热电堆等热探测器，将红外辐射能转换为电能后进行电信号处理得到人体温度信号。1994年，美国温度扫描股份有限公司就在我国提出了此类专利申请（公开号：CN1135167A）。但耳温枪检测要塞入耳内，一方面会造成被检测者不舒服，另一方面也存在不卫生、不安全的隐患，特别是当患者患有传染疾病时，容易造成交叉传染。于是，基于前额温度的发明专利申请被提出。例如在2002年，张振昌提出一种可在前额进行侦测的红外线温度计（公开号CN2577265Y）。

为了兼顾耳温枪的准确性和额温枪的舒适性、安全性，以适应家庭、医院和检疫场景，同时具有耳温和额头温功能的体温枪专利申请被提出。泰博科技股份有限公司公开了一种耳温及额温测量装置（公开号：CN2575633Y），借助一收集盖加装于传统的红外线耳温枪，使其还适用于测量额头的热辐射，分别针对耳朵和额头的两种测温模式可以根据实际需求进行切换。

目前市面上常用的手持红外体温检测枪是以额温式体温枪为主。在这次疫情中，手持式红外体温枪因其便携、检测速度快而被广泛应用于医院、车站、机场、社区、家庭等，成为鉴别是否发热的“好帮手”。

全自动红外体温检测仪首先是利用普通摄像机识别并锁定人脸，然后通过红外测温仪采集红外数据，并计算出人体温度。全自动红外体温检测仪具有能够避免交叉感染，适应大流量人群同时检测的优点，被广泛应用于海关、机场、车站和码头等场合。例如英华达(上海)科技有限公司发明了一种自适应体温监控方法及系统（公开号CN108344525A），通过图像采集设备采集监控对象的脸部姿态，据此确定监控对心的可用测温区域，调整红外测温仪与监控对象之间的距离并进行测温，从而得到体温数据。高德红外也提出了自己的红外体温检测方案（公开号：CN110411570A）：基于可见光图像中的鼠标点，利用人体检测算法和人脸检测算法，判断鼠标点是否在人体范围的脸部区域，如果鼠标点在人体范围的脸部区域，则计算出可见光图像中的鼠标点对应的人体和人脸轮廓区域在红外图像中对应的人体和人脸轮廓区域，并计算出红外图像中人脸轮廓区域上半部分的最高温作为额头温度，然后推算出体内温度，在超过一定的阈值后进行报警、跟踪。

全自动红外检测仪虽然能够识别大流量人群的体温检测，但需监控人员从监控仪红外图像中判断体温异常对象，并在人群中发现和截留对应人员，存在辨别困难、处置时间长等问题。为解决这些问题，人工智能（AI）红外体温检测系统应运而生。深圳华盛昌机械实业有限公司发明了一种疫情排查方法（公开号：CN107591207A）：启动人脸图像采集，并通过取景框校准人脸图像，当取景框中的人脸图像满足预设采集标准时，发送测温指令进行人体温度检测；此外，触发人脸照片拍摄，并将检测到的人体温度嵌入到拍摄的人脸照片上；再将嵌有人体温度信息的人脸照片，或者嵌有启动人脸图像采集的拍摄者信息与人体温度信息的人脸照片上传至服务器。通过上述方法能够在安检时快速有效地进行体温检测，并且检测结果后期可溯源。而为了便于对发热人员身份进行追踪，深圳云天励飞技术有限公司还发明了一种人体健康检测系统（公开号：WO2020024553A1）：用人脸检测模块检测待检区域内被检测者的人脸图像，并用特征提取模块和身份确认模块确认被检测者的身份信息；用温度感应模块检测被检测者的人脸温度，然后判断人脸温度是否超出正常体温范围，并在人脸温度超出正常体温范围时，触发被检测者的身份信息对应的信息异常反馈，从而及时通知相关人员，以使异常的被检测者能及时得到医治。在这次疫情防控中，全自动红外体温检测仪和AI红外体温检测系统在火车站、机场、医院等场所发挥了重要作用。

红外测温仪的发展趋势是根据不同的应用场景来选择优化配置相应的设备，以实现不同人流情况下的体温筛查，进而降低体温检测和可疑人员筛查的成本。然而，目前我国红外测温设备技术还存在以下不足：在耳温和额温等传统手持体温检测领域起步较晚，投入和重视不够，电商平台上的销量也显示出国外品牌的手持式红外测温仪占据了相当大的市场份额，而国内品牌相对较少。而在全自动或AI红外体温检测仪领域，高德红外、大立科技、海康威视等安防企业的防疫类产品相较而言并不算丰富，因其红外热成像检测产品更多的是应用于国防、工业等领域，在疫情突发的情况下，红外体温检测仪的产量、性能都面临很大的考验。

对此，笔者建议相关企业和研发主体针对红外体温检测技术短板加强研发，并差异化地生产相关产品。例如在新冠肺炎社区传播阶段，具有红外测温功能的门禁、考勤机可能是需求重点。另外，研发具有军事/人体测温、工业/人体测温等多功能的红外热成像仪，或者经过简单改造即可用于应急体温筛查的检测仪器可能具有积极意义。笔者认为，只有提升红外体温测量技术，满足家庭、医院用途，发展多用途大型红外测温仪，才能使得红外测温产品能够好地服务于国家需求，并具有更强的市场竞争力。