高精度额温量测系统的制作方法

1.本发明涉及一种远距额温量测，更特别涉及一种通过补偿或校正温度传感器的量测额温以提高量测精度的额温量测系统。


背景技术：

2.在卖场及建筑物入口处设置自动额温量测系统已经逐渐成为新常态。然而，与额温枪不同的是，由于被量测者与自动额温量测系统的距离并不固定且系统视角内通常包含环境对象，则会影响量测精度。再者，变动的环境温度也是影响量测温度的参数之一。因此，目前的自动额温量测系统的量测温度的偏移范围较大，当与温度阈值比较时常常会出现误判的情形。
3.有鉴于此，本发明提供一种可补偿或校正被量测者的距离及环境温度变动造成的温度偏移的额温量测系统及其温度量测方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种包含图像传感器及温度传感器的额温量测系统，以利用图像传感器确认温度传感器的温度量测范围。
5.本发明还提供一种具有两组视角的额温量测系统，以在被量测者距离较远时通过选择较小的视角以提高温度量测精度。
6.本发明还提供一种根据额头区域在热图像的关键像素的比例来校正量测额温的额温量测系统。
7.本发明还提供一种根据额头面积及环境温度来校正量测额温的额温量测系统。
8.本发明提供一种包含图像传感器、温度传感器以及处理器的额温量测系统。所述图像传感器用于输出图像帧。所述温度传感器用于输出热图像。所述处理器耦接所述图像传感器及所述温度传感器，并用于根据所述图像帧识别额头区域并计算额头面积，将所述额头区域映像至所述热图像以决定映像区域，根据所述映像区域的内外温度分别决定量测额温及环境温度，及根据所述额头面积及所述环境温度校正所述量测额温。
9.本发明还提供一种包含第一图像传感器、第二图像传感器、第一温度传感器以及处理器的额温量测系统。所述第一图像传感器用于输出第一图像帧。所述第一温度传感器用于输出第一热图像。所述处理器耦接所述图像传感器、所述第二图像传感器及所述第一温度传感器，并用于根据所述第一图像帧识别第一额头区域并计算额头面积，当所述额头面积大于面积阈值时，将所述第一额头区域映像至所述第一热图像并据以决定量测额温，及当所述额头面积小于所述面积阈值时，控制所述第二图像传感器获取第二图像帧。
10.本发明还提供一种包含第一图像传感器、第一温度传感器以及处理器的额温量测系统。所述第一图像传感器用于输出第一图像帧。所述第一温度传感器用于输出第一热图像。所述处理器耦接所述第一图像传感器及所述第一温度传感器，并用于根据所述第一图像帧识别额头区域，将所述额头区域映像至所述第一热图像以决定映像区域，根据所述映
像区域外的温度决定环境温度，找出所述映像区域内的最高温度的关键像素并识别所述第一图像帧中与所述关键像素的相对应区域的所述额头区域的比例，及当所述比例低于比例阈值时，根据所述最高温度、所述比例及所述环境温度计算量测额温。
11.本发明还提供一种包含图像传感器、温度传感器以及处理器的额温量测系统。所述图像传感器用于输出图像帧。所述温度传感器用于输出热图像。所述处理器耦接所述图像传感器及所述温度传感器，并用于根据所述图像帧识别额头区域，将所述额头区域映像至所述热图像以决定映像区域，将所述映像区域内的最高温度作为量测额温，及根据所述量测额温及所述量测额温的相邻温度的温度差的均匀度校正所述量测额温。
12.为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。
附图说明
13.图1是本发明实施例的额温量测系统的运行示意图；
14.图2是本发明实施例的额温量测系统的方框示意图；
15.图3是本发明实施例的额温量测系统的温度量测的示意图；
16.图4是本发明实施例的额温量测系统的温度量测的另一示意图；
17.图5是本发明实施例的额温量测系统的温度量测方法的流程图；
18.图6是本发明实施例的额温量测系统的温度补偿的示意图；
19.图7是本发明另一实施例的额温量测系统的温度补偿的示意图；及
20.图8a至图8c是图7的温度补偿的示意图。
21.附图标记说明
22.100
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额温量测系统
23.11
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传感器芯片
24.13
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透镜
25.21、21
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图像传感器
26.23、23
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温度传感器
27.25
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处理器
28.fov
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视角
具体实施方式
29.本发明实施例的额温量测系统先根据图像传感器获取的图像帧利用图像识别决定额头区域，再根据温度传感器获取的热图像中与所述额头区域相对应的映像区域决定量测额温。此外，本发明实施例的额温量测系统还根据额头区域的面积补偿或校正所述量测额温，以提高量测精度。
30.请参照图1及图2所示，图1为本发明实施例的额温量测系统100的运行示意图；图2为本发明实施例的额温量测系统100的方框示意图。
31.额温量测系统100包含检测芯片11及透镜13，其中，该透镜13配置于检测芯片11的光接收侧以调整光路及视角fov。
32.检测芯片11包含图像传感器21、温度传感器23以及处理器25。图像传感器21及温
度传感器23均通过透镜13接收光能量。检测芯片11配置于基板并通过该基板耦接至外部组件。
33.图像传感器21(及21’，若包含)例如是ccd图像传感器或cmos图像传感器，用于以预定频率输出图像帧if。例如，图2显示图像帧if中包含人脸图像。温度传感器23(及23’，若包含)例如是远红外线(fir)传感器，用于检测人体的远红外线并相对图像帧if的获取输出热图像it。
34.一种实施方式中，图像传感器21与温度传感器23具有相同视角fov，以接收相同空间的光能量，但本发明并不限于此。另一实施方式中，图像传感器21的视角大于或小于温度传感器23的视角。
35.一种实施方式中，图像帧if的像素数目高于热图像it的像素数目。图像帧if例如包含240
×
240个像素，以具有足够的细节或特征供处理器25进行图像识别，例如包括人脸识别及识别出额头区域。热图像it例如包含8
×
8个像素，以检测视野fov内的64个点的温度。
36.处理器25耦接图像传感器21及温度传感器23，以分别接收图像帧if及热图像it。处理器25例如是数字处理器(dsp)、特定应用集成电路(asic)或可程序化逻辑电路(fpga)，例如使用硬件和/或固件实现其功能，该功能例如包括根据图像帧if识别额头区域fh并计算额头面积、将额头区域fh映像至热图像it以决定映像区域a
map
、根据映像区域a
map
内的温度决定量测额温及以后述的方法补偿或校正额温。
37.关于额头区域fh的映像方式，举例说明如下。
38.一种实施方式中，可将热图像it进行内插以形成与图像帧if具有相同像素的内插后热图像，经过与重叠图像帧if与内插后热图像则可在内插后热图像中对应出映像区域a
map
。
39.另一种实施方式中，可将热图像it的一个像素(例如图2中的一个矩形区域)对应图像帧if的多个像素，例如若根据上述假设热图像it的一个像素对应图像帧if的30
×
30个像素，如此也可在热图像it中对应出映像区域a
map
。根据此假设，若映像区域a
map
包含热图像it的一个像素，则涵盖图像帧if对应的30
×
30个像素，依此类推。
40.一种实施方式中，量测额温为热图像it的映像区域a
map
中的最高温度，但本发明并不限于此。其他实施方式中，所述量测额温为热图像it的映像区域a
map
中，多个检测温度值的平均值。热图像it的一个像素得到一个检测温度值。
41.为了提升检测精度，本发明的额温量测系统100还针对所述量测额温进行温度校正或补偿。亦即，热图像it的映像区域a
map
以外的像素的检测温度值不用作为量测额温，但用于补偿或校正所述量测额温。
42.请参照图3，其为本发明实施例的额温量测系统100的温度量测的示意图。本实施例中，除了图像传感器(或称为第一图像传感器)21及温度传感器(或称为第一温度传感器)23，额温量测系统100还包含图像传感器(或称为第二图像传感器)21’及温度传感器(或称为第二温度传感器)23’，其中，第二图像传感器21’及第二温度传感器23’同样耦接至处理器25。
43.必须说明的是，图3虽然显示两个处理器25，其仅用于说明两种状况(或称模式)的运作，额温量测系统100使用一个处理器25即可处理所有功能。
44.一种实施方式中，第一图像传感器21及第一温度传感器23具有第一视角，例如fov1＝60；第二图像传感器21’及第二温度传感器23’具有小于第一视角的第二视角，例如fov2＝30。
45.第一图像传感器21用于输出第一图像帧if1，例如以fov1＝60的人脸图像表示。第一温度传感器23用于输出第一热图像it1，例如显示包含8
×
8个像素的像素阵列。第二图像传感21’器用于输出第二图像帧if2，例如以fov2＝30的人脸图像表示。第二温度传感器23’用于输出第二热图像it2，例如显示包含8
×
8个像素的像素阵列。图3是显示第一图像帧if1与第一热图像it1的重叠以及第二图像帧if2与第二热图像it2的重叠，其是由处理器25所执行。
46.更详言之，处理器25根据第一图像帧if1识别第一额头区域(参照图2的fh)并计算额头面积。当所述额头面积大于面积阈值(例如纪录于存储)时，处理器25将第一额头区域fh映像至第一热图像it1并据以决定量测额温，包括将第一额头区域fh映像至第一热图像it1以决定第一映像区域a
map1
及根据第一映像区域a
map1
内的温度决定量测额温。如前所述，该量测额温是第一映像区域a
map1
内的最高温度或平均温度。
47.当所述额头面积小于所述面积阈值时，处理器25控制第二图像传感器21’获取第二图像帧if2、根据所述第二图像帧if2识别第二额头区域，将所述第二额头区域映像至第二温度传感器23’获取的第二热图像it2以决定第二映像区域a
map2
，以及根据所述第二映像区域a
map2
内的温度决定量测额温。
48.图3中处理器25根据第一映像区域a
map1
或第二映像区域a
map2
获得量测额温的方式与图2相同，其仅在于根据不同组的传感器来计算。图3的实施例中，是当人脸图像在第一图像帧if1中太小(例如额头面积小于面积阈值)时，改采用第二图像传感21’及第二温度传感器23’决定量测额温。因为第二图像传感21’及第二温度传感器23’的视角较小，可使人脸在视角范围占据较大的区域，以提升量测精度。例如，处理器25可配置成当额头面积小于面积阈值时则不处理第一热图像it1，只有在额头面积大于或等于面积阈值时才根据第一图像帧if1及第一热图像it1决定量测额温。
49.若处理器25需要使用下述方法校正根据第二图像帧if2及第二热图像it2计算的量测额温，处理器25还根据第二图像帧if2计算额头面积并根据第二图像帧if2计算环境温度。
50.请参照图4所示，其为本发明实施例的额温量测系统100的温度量测的另一示意图。请同时参照图2，当处理器25接收到图像帧if及热图像it后，根据图像帧if识别额头区域fh、将额头区域fh映像至热图像it以决定映像区域a
map
、根据映像区域a
map
以外的温度(参照图4的pixa)决定环境温度、找出映像区域a
map
以内的最高温度的关键像素(参照图4的pixb)并识别图像帧if中与关键像素pixb的相对应区域的额头区域fh的比例(例如图4显示为50％为额头而50％不是额头)以及当所述比例低于比例阈值(例如90％至95％，其记录于存储)时，根据所述最高温度、所述比例及所述环境温度计算量测额温。
51.一种实施方式中，环境温度是热图像it中与所述最高温度(例如图4显示为28℃)的关键像素pixb的相邻像素pixa的检测温度值，例如图4显示为20℃。处理器25例如可识别出关键像素pixb的相对应图像帧if的像素区域(例如包含30
×
30个像素)中额头区域及非额头区域的比例。例如，将量测额温设定为x，并利用方程式x
×
50％ 20
×
50％＝28，即可求得量测额温x＝36℃。亦即，当求出了额头区域及非额头区域的面积比例、环境温度及最高
温度，则可求出对应的量测额温。本发明实施例中，量测额温并非直接等于关键像素的检测温度值。
52.可以了解的是，环境温度并不限定是图4的像素pixa的检测温度值而是映像区域以外的其他像素的检测温度值。
53.然而，当所述比例高于所述比例范围时，可视为环境温度的影响可以忽略，处理器25则将关键像素pixb的最高温度作为量测额温。
54.此外，图4的温度量测可结合于图3(即包含两组图像传感器及温度传感器)的温度量测。亦即，处理器25先根据第一图像传感器21获取的第一图像帧(图3的if1)计算额头面积，当该额头面积大于面积阈值时，则基于图4的说明使用第一图像帧if1及第一温度传感器23获取的第一热图像(图3的it1)计算量测额温。当所述额头面积小于面积阈值时，处理器25控制第二图像传感器21’获取第二图像帧(图3的if2)以取代所述第一图像帧if1并控制第二温度传感器23’获取第二热图像(图3的it2)以取代所述第一热图像it1，接着再基于图4的说明使用第二图像帧if2及第二热图像it2计算量测额温。
55.请参照图5，其为本发明实施例的额温量测系统100的温度量测方法的流程图，包含下列步骤：以图像传感器量测额头面积(步骤s51)；以温度传感器量测额温及环境温度(步骤s53)；以及根据额头面积及环境温度校正额温(步骤s55)。
56.请同时参照图2，接着说明温度量测方法的一种实施方式。
57.步骤s51：处理器25接收到图像帧if后，识别出图像帧if中的额头区域fh并计算额头区域fh的额头面积。处理器25例如内建图像识别算法(其例如是利用人工智能算法所建立的模型，但不限于)来识别额头区域fh。处理器25还可计算额头区域fh在图像帧if中所占据的像素数目以作为额头面积。
58.步骤s53：处理器25接收到热图像it后，接着将额头区域fh映像至热图像it以在热图像it中决定映像区域a
map
，将映像区域a
map
以内的最高温度或平均温度作为量测额温，并将映像区域a
map
以外的温度(例如可为映像区域a
map
的一个相邻像素的检测温度值或多个相邻像素的平均检测温度值)作为环境温度。
59.步骤s55：最后，处理器25根据额头面积及环境温度校正所述量测额温。例如，当所述额头面积越小，校正所述量测额温的校正量越大。例如，当所述环境温度越低，校正所述量测额温的校正量越大。所述校正量例如是温度增加量，以使得校正后额温高于量测额温。一种实施方式中，当额头面积大于等于预定面积，则与额头面积相关的校正量降至0。另一种实施方式中，当环境温度大于等于预定温度，则与环境温度相关的校正量降至0。
60.因此，本发明的额温量测系统100还包含存储用于事先储存所述额头面积及所述环境温度与校正所述量测额温的校正量的对应关系，以供处理器25基于该对应关系根据目前额头面积及目前环境温度决定目前校正量。处理器25接着将目前校正量加至目前量测额温以得到校正后额温。
61.一种实施方式中，可在额温量测系统100出厂前，以额温量测系统100量测使用者，以计算不同额头面积(例如对应不同距离)及不同环境温度下的量测额温，同时利用较精准的温度计(例如额温枪或接触式温度计)得到相同使用者的在相同条件下的参考温度，接着可将额头面积及环境温度作为变数使用拟合法将量测额温拟合至参考温度，藉以求出拟合方程式并将其作为所述对应关系纪录于存储中。
62.所述对应关系并不限定利用拟合法来求得，只要记载的关系是能够将不同额头面积及环境温度对应的量测额温校正为接近或等于参考温度(即求出对应不同额头面积及环境温度的校正量)的方法均可，并无特定限制。
63.同理，图5的实施例也可与图3的实施例结合，当处理器25判断额头面积小于面积阈值时，则控制视角较小的一组传感器来进行额温量测。当处理器25判断额头面积大于或等于所述面积阈值时，则控制视角较大的一组传感器来进行额温量测。
64.例如参照图6所示，其显示相对不同额同面积及环境温度的校正量，纵轴单位例如是℃。当环境温度(例如显示15℃、20℃、25℃、30℃及35℃，但不限于此)越低时，对应相同的额头面积(例如显示50、100、150、200、250及300，但不限于此)需要针对目前量测额温以较大的校正量进行补偿。
65.请参照图7，其为本发明另一实施例的额温量测系统100的温度量测方法的示意图。温度量测方法包含下列步骤：以图像传感器量测额头面积；以温度传感器量测额温及相邻温度；以及根据所述量测额温及所述相邻温度校正额温。
66.请同时参照图2，接着说明温度补偿方法的一种实施方式。
67.处理器25接收到图像帧if后，识别出图像帧if中的额头区域fh并计算额头区域fh的额头面积。处理器25例如内建图像识别算法(其例如是利用人工智能算法所建立的模型，但不限于)来识别额头区域fh。处理器25还可计算额头区域fh在图像帧if中所占据的像素数目以作为额头面积。
68.处理器25接收到热图像it后，接着将额头区域fh映像至热图像it以在热图像it中决定映像区域a
map
，将映像区域a
map
内的最高温度作为量测额温，并将该量测额温对应的像素的相邻像素的温度作为相邻温度。如图7所示，假设映像区域a
map
包含3个像素(或3个像素区域，每个像素区域包含多个像素)，且中间像素(例如标示为
②
)输出量测额温而相邻像素(例如标示为
①
、
③
)输出相邻温度。可以了解的是，映像区域a
map
不限定仅包含3个像素或像素区域。
69.一种实施方式中，当处理器25判断额头面积小于预设面积阈值时才进行本实施方式的温度校正。当额头面积大于或等于预设面积阈值时，则直接将量测额温作为输出温度而无须补偿。
70.最后，处理器25根据量测额温及相邻温度校正所述量测额温。例如，在映像区域a
map
包含3个像素的实施例中，处理器25先计算量测额温与两相邻温度(例如包含第一相邻温度及第二相邻温度)之第一温度差及第二温度差，再以第一温度差及第二温度差的均匀度来校正量测额温。
71.请同时参照图7及图8a所示，范例1中显示量测额温为t_2、第一相邻温度为t_1且第二相邻温度为t_3。图8a中，额头区域主要对应t_1及t_2的像素，且t_1及t_2大致相同，t_3的像素在额头区域外而温度最低。此时，第一温度差(t_2-t_1)大致为0而第二温度差(t_2-t_3)较大而属于低均匀度，因此处理器25决定较大的校正量。
72.请同时参照图7及图8b所示，范例2中对应t_2的像素占有最大的额头区域(例如60％)、对应t_3的像素占有最小的额头区域(例如10％)。此时，第一温度差小于第二温度差，其小于图8a的第二温度差。因此，范例2的均匀度高于范例1的均匀度，因此处理器25决定比范例1小的校正量。
73.请同时参照图7及图8c所示，范例3中对应t_2的像素占有最大的额头区域(例如70％)、对应t_1及t_3的像素占有较小且大致相等的额头区域(例如15％)。此时，第一温度差大致等于第二温度差而属于高均匀度，因此处理器25决定较小的校正量。
74.换句话说，均匀度越低(例如范例1)，校正量越大(亦即量测额温加上较多的温度)；反之，均匀度越高(例如范例3)，校正量越小(亦即量测额温加上较少的温度)。
75.本发明的额温量测系统100还包含存储用于事先储存所述均匀度与校正所述量测额温的校正量的对应关系，以供处理器25基于该对应关系根据量测额温及相邻温度决定目前校正量。处理器25接着将目前校正量加至目前量测额温以得到校正后额温。
76.一种实施方式中，可在额温量测系统100出厂前以额温量测系统100量测使用者，以计算不同量测额温及相邻温度下的均匀度。同时，利用较精准的温度计(例如额温枪或接触式温度计)得到相同使用者的在相同条件下的参考温度。接着，将量测额温及相邻温度作为变数使用拟合法将量测额温拟合至参考温度，藉以求出拟合方程式并将其作为所述对应关系纪录于存储。
77.所述对应关系并不限定利用拟合法来求得，只要记载的关系是能够将不同量测额温及相邻温度(或均匀度)对应的量测额温校正为接近或等于参考温度(即求出对应不同均匀度的校正量)的方法均可，并无特定限制。
78.同理，图7的实施例也可与图3的实施例结合，当处理器25判断额头面积小于面积阈值时，则控制视角较小的一组传感器来进行额温量测。当处理器25判断额头面积大于或等于所述面积阈值时，则控制视角较大的一组传感器来进行额温量测。
79.此外，图7的实施例也可与图5的实施例结合。亦即，处理器25可根据额头面积、环境温度及映像区域a
map
中相邻温度分布(例如均匀度)来补偿量测额温。
80.本发明说明中，量测额温或校正后额温可以输出至显示器进行显示和/或与温度阈值进行比较以决定是否发出警示。例如，额温量测系统100可配置成直接输出量测额温或校正后额温，或仅输出旗标信号(例如当额温超过38℃时输出数字值1，但不限于)以表示体温过高。
81.必须说明的是，上述各实施例及图示中的数值，例如温度值、视角、面积比例、像素数目等仅用以说明，而并非用以限定本发明。
82.本发明说明中的额头面积例如可为额头区域fh的长度、额头区域fh的宽度或额头区域fh的长度
×
宽度。
83.必须说明的是，虽然上述实施例中是以处理器25根据图像帧if计算额头面积为例进行说明，例如图像帧if中额头区域fh的像素数目，但本发明并不以此为限。其他实施方式中，处理器25也可根据热图像it的映像区域a
map
计算额头面积，例如热图像it中映像区域a
map
的像素数目。
84.综上所述，已知的自动额温量测系统会受到被量测者的距离及环境温度变动而产生温度偏差。因此，本发明另提供一种可校正或补偿量测额温的额温量测系统(参照图1至图4)及其温度量测方法(参照图5)，其通过使用图像帧先确认额头区域，再根据热图像中与该额头区域相对应的区域决定量测额温。最后，还可根据额头区域的额头面积补偿或校正所述量测额温，以增进量测精度。
85.虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属
技术领域中具有通常知识技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。