基于OpenCV的復(fù)學(xué)健康檢測(cè)系統(tǒng)

張?jiān)娂t 胡浩翔 王茹

2019年底由于新冠狀肺炎爆發(fā)，全國(guó)各地展開了各種各樣防疫工作。疫情當(dāng)下，學(xué)校復(fù)學(xué)是社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一，傳統(tǒng)的防疫方式是學(xué)校通過(guò)定時(shí)測(cè)量學(xué)生的體溫，保證學(xué)生處于健康狀態(tài)，這樣的檢測(cè)方式需要很大的人力投入，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)?；贠penCV的復(fù)學(xué)健康檢測(cè)系統(tǒng)，能夠更高效、準(zhǔn)確地獲取學(xué)生的健康信息，做好學(xué)生的健康檢測(cè)。

受新型冠狀病毒疫情的影響，與體溫檢測(cè)相關(guān)儀器的需求量迅速增長(zhǎng)，且呈現(xiàn)供不應(yīng)求的趨勢(shì)，以額溫槍、紅外熱成像測(cè)溫為主的非接觸式測(cè)溫儀器一夜之間價(jià)格成倍翻漲。在2020年2月2日的工信部新聞發(fā)布會(huì)上，工信部原材料工業(yè)司司長(zhǎng)王偉預(yù)計(jì)全國(guó)全自動(dòng)紅外體溫檢測(cè)儀需求6萬(wàn)臺(tái)，手持式測(cè)溫儀55萬(wàn)臺(tái)，存在可觀的市場(chǎng)。這些儀器主要由政府、醫(yī)院、公司和學(xué)校等單位購(gòu)入，測(cè)體溫、戴口罩成為了大多公共場(chǎng)所必備的檢測(cè)項(xiàng)目。

目前公共場(chǎng)所的體溫檢測(cè)需要滿足準(zhǔn)確、快速的基本需求。而學(xué)校復(fù)學(xué)場(chǎng)景下的體溫檢測(cè)在滿足準(zhǔn)確、快速的基本需求同時(shí)，還需要掌握學(xué)生考勤等信息，將體溫檢測(cè)與日?？己私Y(jié)合起來(lái)，將體溫檢測(cè)常規(guī)化，做出一款復(fù)學(xué)健康檢測(cè)系統(tǒng)很有必要。

設(shè)計(jì)思路

目前，非接觸體溫檢測(cè)市場(chǎng)主要有3種檢測(cè)儀器：額溫槍、紅外人體成像測(cè)溫儀和智能測(cè)溫設(shè)備（以紅外遠(yuǎn)程測(cè)溫結(jié)合身份是識(shí)別等功能的設(shè)備）。針對(duì)學(xué)校復(fù)學(xué)這一使用場(chǎng)景進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)分析，如表1所示。

1.設(shè)計(jì)思路

結(jié)合表1設(shè)計(jì)復(fù)學(xué)健康檢測(cè)系統(tǒng)主要由5個(gè)模塊構(gòu)成。首先，RFID識(shí)別模塊通過(guò)識(shí)別RFID標(biāo)簽確定學(xué)生的身份，保證每一條體溫信息精確到人；其次通過(guò)人臉口罩檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)學(xué)生是否佩戴口罩，并通過(guò)測(cè)溫模塊對(duì)學(xué)生的體溫進(jìn)行測(cè)量；學(xué)生測(cè)量的體溫、時(shí)間等信息通過(guò)開發(fā)板處理上傳到云平臺(tái)；當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行語(yǔ)音提示，頁(yè)面彈框等方式提醒管理人員核實(shí)情況。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，可通過(guò)調(diào)取云平臺(tái)數(shù)據(jù)來(lái)確定密切接觸者，幫助醫(yī)院進(jìn)行有側(cè)重的隔離，在保證安全的前提下減少資源浪費(fèi)。相較于其他測(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本較低、功能齊全，時(shí)間清晰的后臺(tái)數(shù)據(jù)可以輔助分析人流量，幫助學(xué)校及時(shí)調(diào)整規(guī)劃。

本系統(tǒng)基于NLE-Cloud進(jìn)行云平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，通過(guò)OpenCV進(jìn)行口罩檢測(cè)模型的訓(xùn)練，綜合形成集口罩檢測(cè)、體溫檢測(cè)和身份識(shí)別于一體的復(fù)學(xué)健康檢測(cè)系統(tǒng)。

2.功能分析

該系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上以學(xué)校復(fù)學(xué)作為主要應(yīng)用場(chǎng)景、針對(duì)身份信息識(shí)別、體溫檢測(cè)等剛需功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，目標(biāo)是解決以下問(wèn)題：

（1）體溫?cái)?shù)據(jù)無(wú)指向

在大多數(shù)公共場(chǎng)所，測(cè)量的體溫只是確保當(dāng)時(shí)身體處于健康狀態(tài)，體溫信息并不會(huì)與個(gè)人信息連接在一起，而對(duì)于學(xué)校這樣人員密集且人群固定的場(chǎng)所，讓測(cè)量的體溫結(jié)合身份識(shí)別能夠更好地應(yīng)對(duì)體溫異常的情況，通過(guò)進(jìn)行身份識(shí)別獲取用戶的責(zé)任人，當(dāng)日的值班人員就能更快地與學(xué)生的責(zé)任人取得聯(lián)系。

（2）體溫?cái)?shù)據(jù)不保留

通過(guò)數(shù)據(jù)上傳模塊將體溫信息結(jié)合身份信息以及測(cè)量時(shí)間一起上傳到云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)體溫信息進(jìn)行完整的保留，以備在出現(xiàn)疑似病例時(shí)更有效地進(jìn)行密切接觸者的篩查。

（3）測(cè)溫設(shè)備不獨(dú)立

通過(guò)設(shè)計(jì)口罩檢測(cè)功能及語(yǔ)音提示功能，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成具備體溫檢測(cè)、口罩檢測(cè)和數(shù)據(jù)上傳功能的測(cè)溫一體機(jī)，使設(shè)備不再完全依賴于人。設(shè)備可分布在校園各個(gè)樓宇的出入口，在出入高峰期，一臺(tái)機(jī)器可代替2名值班老師，在非高峰期，機(jī)器可自動(dòng)工作無(wú)需值班老師看管，極大減輕了人力負(fù)擔(dān)。

功能模塊

結(jié)合文中設(shè)計(jì)思路可以將系統(tǒng)分為5個(gè)模塊：身份信息識(shí)別模塊、體溫檢測(cè)模塊、人臉口罩檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。

1.身份信息識(shí)別模塊

主要功能通過(guò)RFID讀寫模塊對(duì)IC卡號(hào)進(jìn)行讀取，通過(guò)建立與卡號(hào)相關(guān)聯(lián)的身份信息數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)學(xué)生的身份信息、負(fù)責(zé)人電話等，當(dāng)檢測(cè)到學(xué)生體溫異常時(shí)，值班老師能在第一時(shí)間通知到學(xué)生的輔導(dǎo)員和上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，減少了層層通報(bào)的繁瑣。

2.體溫檢測(cè)模塊

該模塊的主要功能是通過(guò)紅外測(cè)溫傳感器測(cè)量用戶的體溫?cái)?shù)據(jù)然后在后臺(tái)進(jìn)行判定，并將體溫?cái)?shù)據(jù)上傳至新大陸云平臺(tái)。根據(jù)用戶體溫的不同情況進(jìn)行相應(yīng)的語(yǔ)音提示，特別是當(dāng)用戶體溫異常時(shí)，語(yǔ)音警報(bào)能讓工作人員對(duì)體溫異常的用戶及時(shí)進(jìn)行安置，同時(shí)后臺(tái)的數(shù)據(jù)記錄能幫助校方更高效率地進(jìn)行后期的處理。

3.語(yǔ)音模塊

該模塊主要是將用戶的情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)告知，與用戶形成交互，能夠讓用戶及值班人員清楚地了解用戶的健康狀況及必要身份信息。該模塊將IC卡識(shí)別模塊、人臉口罩識(shí)別模塊和體溫監(jiān)測(cè)模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組合，并通過(guò)設(shè)定的語(yǔ)音模式來(lái)提醒用戶。

4.數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊主要在NLE-Cloud與云平臺(tái)之間建立連接，將IC卡識(shí)別模塊、人臉口罩識(shí)別模塊、體溫監(jiān)測(cè)模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行組合，通過(guò)平臺(tái)所給的IP和端口號(hào)進(jìn)行上傳。將拍攝到的照片傳輸?shù)皆破脚_(tái)上，綜合兩平臺(tái)實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)保存。

5.人臉口罩檢測(cè)模塊

該模塊的主要功能是通過(guò)NLE-Cloud配套攝像頭結(jié)合OpenCV分類器實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)攝像頭的攝像范圍內(nèi)出現(xiàn)人臉，或者佩戴口罩的人臉會(huì)進(jìn)行不同的框選。當(dāng)用戶未佩戴口罩時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用語(yǔ)音模塊予以提醒。并提醒工作人員進(jìn)行督促，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行抓拍，并將照片上傳保留。模塊流程圖1所示。