體溫檢測在人臉識(shí)別門禁終端的應(yīng)用

李天睿 謝衛(wèi)平

（廣州廣電運(yùn)通金融電子股份有限公司，廣東 廣州 510663）

1 引言

2020年開始，新冠肺炎在全球開始蔓延，并已持續(xù)到了當(dāng)前，雖然疫苗已經(jīng)開始普及注射，但是疫苗保護(hù)率并沒有達(dá)到100%，全球仍有一些國家在持續(xù)蔓延。國內(nèi)也多次出現(xiàn)境外輸入病例及由境外輸入引起的本土感染病例。因此做好防疫措施仍是今年乃至未來幾年的重中之重。盡量避免接觸和體溫檢測仍是當(dāng)前防疫工作的重點(diǎn)。目前在小區(qū)、公司寫字樓、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、商場等入口進(jìn)行體溫檢測已成為常態(tài)，但是目前主要有兩種方式：一是通過紅外測溫?cái)z像頭進(jìn)行檢測，檢測到體溫不合格的人員時(shí)會(huì)報(bào)警，工作人員需要從監(jiān)控屏幕查看不合格人員的照片，然后找到相應(yīng)的人員進(jìn)行隔離后，進(jìn)行復(fù)檢。此方案成本高，檢測速度快，適合在交通樞紐、醫(yī)院、商場等人員較多，且流動(dòng)人口非固定的場所；另一種方式是由工作人員手持額溫槍，在入口處對(duì)進(jìn)入的人員進(jìn)行逐一測溫，此方案成本低，但是對(duì)于工作人員和通行人員不能保持1米以上的安全距離，且人流較大時(shí)，人工測溫較慢，會(huì)造成排隊(duì)擁堵，不利于防疫管控。因此結(jié)合目前逐漸流行的人臉識(shí)別門禁終端，我們在此基礎(chǔ)上增加了體溫檢測功能，替代人工采用額溫槍的測溫方式，具有成本上升較少、測溫準(zhǔn)確快速、無接觸、無人值守等優(yōu)點(diǎn)，且每次檢測都有自動(dòng)記錄，目前已有大范圍使用。

2 體溫檢測傳感器

對(duì)于體溫檢測，在醫(yī)學(xué)上多為接觸式測溫，主要檢測點(diǎn)為腋窩、口腔、耳內(nèi)和直腸。由于是接觸式，因此測量儀器在使用后需要經(jīng)過消毒才能進(jìn)行下一個(gè)人的檢測，不適用于出入口大范圍的檢測管控。因此在疫情期間大多采用非接觸額溫槍進(jìn)行非接觸式測溫，用于初篩，對(duì)于體溫超標(biāo)（體溫超過37.3攝氏度）的人員再使用醫(yī)用測溫設(shè)備進(jìn)行接觸式測溫確認(rèn)。

一切溫度高于零度（-273.15℃）的物體都在不停地向周圍空間發(fā)射紅外能量。其輻射特性、輻射能量的大小、波長分布等都與物體表面溫度密切相關(guān)。反過來，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫的機(jī)理。紅外測溫儀就是采用這一原理來設(shè)計(jì)的。通常額溫槍采用的是紅外熱電堆式傳感器[1]。紅外熱電堆傳感器中，Melexis公司的MLX90614系列產(chǎn)品較為主流，具有小尺寸（TO-39封裝）、成本低、易集成（內(nèi)部帶低噪聲運(yùn)放，高精度ADC，DSP處理器，輸出I2C數(shù)字信號(hào)）等優(yōu)點(diǎn)，特別是醫(yī)療級(jí)別的型號(hào)MLX90614ESF-DCI-000-TU，專門針對(duì)體溫檢測場景校準(zhǔn)，在室溫環(huán)境下（16℃～40℃），在人體體溫范圍內(nèi)（35℃～40℃）中可以控制在±0.3℃的誤差范圍內(nèi)，如圖1所示。

圖1 MLX90614ESF-DCI-000-TU的檢測精度圖[2]

3 人臉門禁增加體溫檢測的方法

由于人臉門禁為自助設(shè)備，而非接觸體溫檢測，大多采用人工方式進(jìn)行測量，由工作人員手持測溫槍，對(duì)準(zhǔn)待測溫人員的額頭進(jìn)行測量，因此對(duì)于人臉門禁設(shè)備來說，怎么提示客戶配合，并確定最終檢測結(jié)果是否合理是增加體溫檢測的難點(diǎn)。

提高體溫檢測準(zhǔn)確度的重點(diǎn)在于在檢測到待測溫人員額頭處于體溫檢測傳感器的檢測中心點(diǎn)時(shí)，讀取體溫值。怎么自動(dòng)確定最佳體溫檢測位置是急需解決的問題。由于人臉門禁用到了攝像頭，因此考慮結(jié)合人臉檢測算法來判斷體溫檢測位置是一種可行的方法。

首先需要先確定最佳檢測距離，由于人臉識(shí)別的最佳檢測距離為0.5m～2m，而體溫檢測傳感器要求檢測距離越近越好。MLX90614ESF-DCI-000-TU的FOV（Field of View,視場角）為5°，可以算出在0.5m距離，溫度傳感器能測量的范圍：直徑d=0.5*tan（5°/2）*2=0.044m=44mm。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)成年人頭面部尺寸（GB/T 2428-1998）[3]資料顯示，中國成年男子面寬137mm～149mm之間，面長在109mm～130mm之間，成年女子面寬在130～143mm之間，面長在100～119mm之間。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出不論男女，44mm基本上正好覆蓋額頭范圍，也是非接觸體溫檢測的最佳位置，因此選定0.5m為最佳檢測距離。

其次需要通過人臉識(shí)別算法輔助確定已達(dá)最佳檢測位置。成年人頭面部尺寸可以看出男子或女子本身的面部尺寸就有10%～20%的差別，如果混合識(shí)別頭面部尺寸誤差會(huì)放大到20%～30%，而目前基于人臉識(shí)別的性別識(shí)別[4]的正確率已有了大幅提升，因此在人臉識(shí)別過程中，先識(shí)別性別，然后再根據(jù)人臉識(shí)別算法給出的人臉位置及尺寸確定被檢測人是否已站在0.5m左右的位置，被檢測人臉位置是否在檢測框內(nèi)，進(jìn)而判斷出被檢測人的額頭是否在最佳檢測位置。根據(jù)人臉攝像頭的參數(shù)（垂直方向FOV：87.8°，水平方向FOV：57.2°,像素為1080*1920）計(jì)算在0.5m的距離上，人臉攝像頭的拍攝范圍為：長L=0.5*tan（87.8°/2）*2=0.962m=962mm，寬W=0.5*tan（57.2°/2）*2=0.545m=545mm。縱向每mm對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)為1920/962=2.0，橫向每mm對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)為1080/545=2.0。以被檢測人為男性為例，人臉識(shí)別算法給出的人臉大小在寬274～298像素，長218～260像素的情況下可以判定為被檢測人站在大約0.5m的距離，再結(jié)合人臉框的起點(diǎn)坐標(biāo)可以判斷出被檢測人是否已在最佳檢測位置。

4 人臉門禁測溫識(shí)別流程

人臉門禁測溫識(shí)別的流程如圖2所示。

圖2 人臉門禁識(shí)別測溫流程圖

人臉門禁平時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)，但是攝像頭會(huì)一直工作，后臺(tái)運(yùn)行人臉捕捉算法，當(dāng)捕捉到人臉時(shí)，轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)，開始調(diào)用人臉識(shí)別算法，先識(shí)別出性別，人臉的大小，人臉框的坐標(biāo)，再根據(jù)這些信息判斷是否在最佳檢測位置，如果不在提示被檢測人配合移動(dòng)到最佳位置，如果已達(dá)到最佳檢測位置，啟動(dòng)體溫檢測，讀取體溫檢測值。結(jié)合人臉識(shí)別結(jié)果和體溫值判斷是否放行。

目前人臉識(shí)別已能做到300ms以內(nèi)完成一次完整的識(shí)別過程，包括活體檢測、屬性識(shí)別（性別，發(fā)型，眼鏡，口罩，大小，坐標(biāo)等）、身份識(shí)別。疊加上測溫功能，在正常情況下，每個(gè)人的檢測時(shí)間不超過1秒，對(duì)于人流較大，人員又基本固定的產(chǎn)業(yè)園、寫字樓出入口等位置，比人工測溫和查驗(yàn)身份有更高的效率，大大減少了人員因排隊(duì)而聚集，并且做到了記錄可查詢追溯。

5 結(jié)語

在人臉識(shí)別門禁終端中加入體溫檢測功能，并結(jié)合人臉識(shí)別算法來確定被檢測人的最佳檢測位置，得到理想結(jié)果。該方法提高了可用性，真正做到了自助檢測，無需工作人員監(jiān)督及輔助，真正無接觸測溫，測溫快，自動(dòng)記錄且成本低。目前門禁測溫在產(chǎn)業(yè)園區(qū)、寫字樓等固定人員的場合，得到了大量應(yīng)用，對(duì)群體防疫提供了極大的幫助。