7 апреля, 2020

Тепловизионные решения измерения температуры потока людей

07.04.2020

По утверждению китайских властей, пик роста заболеваемости коронавирусом в стране уже пройден. Обуздать инфекцию в Китае, похоже, всё-таки удалось. Немалую роль в этом сыграл хотя и с опозданием, но чётко организованный массовый термографический контроль, в ходе которого применялись решения на базе оборудования крупнейших китайских производителей систем безопасности Dahua и Hikvision. Производители учли опыт «боевого» применения своих приборов в обновлённых версиях прошивок и уточнённых методиках применения. А поскольку угроза COVID-19 достигла глобальных масштабов, китайские компании переориентировали производственные мощности на экспорт — в том числе, на российский рынок.

Чтобы понять, не поднялась ли у человека температура, проще всего приложить ладонь к его лбу. Собственно говоря, термографический контроль именно это и делает — при помощи специального оборудования и находясь на безопасном расстоянии от испытуемого. Измерив максимальную температуру поверхности лица бесконтактным способом, тепловизионная камера даёт оператору системы возможность обнаружить в потоке проходящих людей того, чьё здоровье в настоящий момент находится под вопросом, проще говоря — выявить источник инфекции, нахождение которого в человеческой массе может привести к заражению всех, кто находится с ним в контакте.

Однако решений, способных одномоментно «окинуть взглядом» толпу людей и выявить среди них заболевших, на данный момент рынок не предлагает. Все варианты массового контроля сводятся к необходимости организовать «узкое горлышко» — поставить проходящих в колонну по одному, обследуя их поочерёдно. У лучших из существующих систем, получивших название «термографических», среднее время измерения температуры в движущемся потоке людей, как правило, составляет менее секунды. Таким образом системы успевают обрабатывать относительно быстро движущийся поток людей.

Важный момент: тепловизоры, применяющиеся в обычных охранных системах, как правило, выполняют задачу обнаружения объектов, а не измерения их температуры. При температуре окружающей среды 35-36°С тепловизор не сможет эффективно работать в системе охраны периметра, поскольку окажется не в состоянии отделить объект от фона. Соответственно, от таких приборов не требуется «ловить» доли градуса. В отличие от дистанционного обнаружения людей и объектов, при измерении температуры тела превышение нормы на полградуса может свидетельствовать о развитии заболевания. В системах массового выявления людей с повышенной температурой тела применяются тепловизоры на неохлаждаемых матрицах (микроболометрах), пик чувствительности и разрешающей способности которых приходится именно на диапазон температур человеческого тела. В идеальных условиях точность прибора возрастает до десятых долей градуса. В реальности движение нагретого либо охлаждённого воздуха в сцене наблюдения способно снизить точность измерения. Поэтому производители систем настоятельно рекомендуют организовывать термографические замеры внутри помещений.

Насколько надёжна такая проверка при условии, что показаниям термографа можно доверять? Иными словами, может ли человек, действуя осознанно, избежать термографического контроля? С точки зрения физики, это вполне возможно сделать, закрыв лицо оптически прозрачным материалом, непроницаемым для теплового излучения — например, пластиковой плёнкой либо стеклом. Тепловизор, измеряющий температуру поверхности, такая уловка способна сбить с толку. Однако, проходя через контрольный пост, злоумышленник будет скорее всего замечен либо сотрудником охраны, либо, если это предусмотрено системой, его «отловит» видеоаналитика — именно в подобных целях в качестве термографов применяются гибридное устройства, совмещающие в себе телевизионную и тепловизионную камеры. Основанием для регистрации тревожного события в данном случает будет являться то, что на видеоизображении распознано лицо, однако величина максимальной температуры с тепловизионного модуля в систему не поступила. Впрочем, человеку с проявленными симптомами серьёзной болезни будет уже не до игры в прятки.

Технические средства термографического досмотра

Практики выявления людей с повышенной температурой тела в России выборочно применялись ещё в 2003 году — во время пандемии так называемой атипичной пневмонии (SARS). Посты контроля, в частности, пассажиров авиарейсов, прибывающих из стран с неблагоприятной эпидобстановкой, состояли из оператора и нескольких охранников. В распоряжении такой группы находился ручной тепловизор на штативе — глядя на небольшой ЖК-экран, оператор анализировал состояние проходивших мимо него людей по цветовому коду (либо интенсивности градаций серого, если прибор генерировал монохромное изображение). Автоматического тревожного оповещения о превышении установленной допустимой температуры в подавляющем большинстве устройств тогда ещё не было. Эффективность такого рода досмотра снижало действие «человеческого фактора» — усталость оператора.

Сегодня посты такого рода жители российских мегаполисов могут наблюдать на станциях метрополитена. Попытки получить количественную оценку эффективности использования ручных тепловизоров в московском метрополитене успехом не увенчались. Рискнём предположить, что похвастаться особенно нечем: вряд ли техника прошлого поколения способна приносить пользу в условиях новых угроз.

Оператор с тепловизором на штативе на станции «Комсомольская» московского метро, март 2020
О
ператор с тепловизором на штативе на станции «Комсомольская»
московского метро,
март 2020

Каким же образом массово фиксировали заболевших в Китае? На постах контроля по всей стране применялись в основном так называемые гибридные термографы, которые уже упоминались выше. Примечательно, что тепловизионное и телевизионное изображения в этих устройствах совмещаются электронным путём и обрабатываются совместно. Поскольку инфракрасные лучи средневолнового диапазона, которые улавливает тепловизор, имеют иную природу, чем лучи видимого света, здесь используется совсем другая оптика. В частности, объектив тепловизора оптически непрозрачен. Различны и величины фокусного расстояния обоих объективов, захватывающих в кадр одну и ту же сцену; этот факт может серьёзно озадачить даже бывалого специалиста, слабо знакомого с тепловизионной техникой.

В Китае применялись как посты быстрого развёртывания, так и стационарные установки, к примеру, в вестибюлях станций метрополитена. В стационарных системах, как правило, расстояние до испытуемых устанавливалось бОльшим, чем в мобильных. Это потребовало применения длиннофокусной оптики — как телевизионной, так и тепловизионной. Пропускная способность стационарных систем, в частности, используемого в Гонконге решения на базе оборудования китайской компании Dahua, достигает 10 тысяч человек в час.

Преимущество гибридного термографа перед обычным ручным тепловизором состоит в том, что дублирование изображения в спектре видимого света позволяет применить к нему всю мощь современной видеоаналитики. В частности, встроенные алгоритмы телевизионной камеры обнаруживают и выдеяют на изображении человеческие лица. Это позволяет сосредоточить замеры температуры лишь в обозначенных зонах сцены. В частности, за счёт этого из анализа исключаются попавшие в поле зрения термографа посторонние предметы с повышенной температурой поверхности (например, стаканчик с горячим напитком).


В поле зрения термографа попал посторонние предмет
с повышенной температурой поверхности

Видеоаналитика на базе искусственного интеллекта, усиленного алгоритмами глубокого обучения (deep learning), способна не только фиксировать попытки уклониться от контроля температуры (см. выше), но и учитывать наличие головных уборов, включая даже балаклавы, а также очков, усов/бороды, разного рода украшений и т.п. Термографический анализ производится автоматически: при настройке оборудования на посту контроля оператор системы задаёт участки изображения, внутри которых ведутся измерения, а также задаёт предельные значения температуры, при превышении которых производится звуковое и текстовое оповещение. Стоп-кадры с изображением испытуемых, температура тела которых превышает установленный предел, сохраняются в памяти устройства и/или отправляются на подключенный к термографу ПК.

Более подробно техническая часть решений термографического контроля будет описана во второй части этой статьи — в том числе, физический смысл и практическая необходимость калибровки системы при помощи имитатора абсолютно чёрного тела.

Важно отметить, что современные ручные термографы также шагнули далеко вперёд по сравнению с handheld-тепловизорами предыдущих поколений. В частности, в устройствах бюджетного класса марки Hikvision предусмотрено тревожное оповещение по фактам превышения заданной допустимой температуры тела. Эта функция позволяет существенно повысить эффективность контроля и снизить нагрузку на операторов с учётом их условий работы, требующих обязательного применения индивидуальных средств защиты: расстояние до испытуемых у ручного термографа, по рекомендациям производителя, должно составлять от 1 до 1,5 метров.

СЛОВО ЭКСПЕРТУ

Руснак Светлана Викторовна, заместитель генерального директора по стратегическому развитию группы компаний ТЕРАТЕКРуснак Светлана Викторовна, заместитель генерального директора по стратегическому развитию группы компаний ТЕРАТЕК:

«Мы уже длительное время успешно работаем с Hikvision и Dahua в качестве поставщиков, и у нас нет оснований не доверять этим производителям. Возможно, те, кто продаёт решения в более дорогих сегментах, подберут весомую аргументацию в пользу техники класса high end. Однако мы считаем, что к бюджетам заказчиков нужно подходить как можно бережнее, поскольку ситуация в стране требует повсеместного и немедленного внедрения массового термографического контроля. Партнёры, отвечая за технические параметры и качество своих продуктов, готовы поставить достаточные объёмы для закрытия данной потребности. Справимся с угрозой — поднимем мониторинг, сопоставим результаты, сделаем выводы и будем вместе с заказчиками думать о совершенствовании систем. Как только возникнет необходимость в апгрейде, модифицируем уже осуществлённые проекты. Рынок решений массового термографического контроля лишь только формируется, и мы готовы вложить свой опыт в его становление и развитие. Но сегодня времени на раздумья уже не остаётся. Вопросы поставки и развёртывания решений должны решаться за считанные дни, если не часы.»

Поскольку сегодня на карту поставлены жизнь и здоровье всего населения страны, в традиционных ценовых войнах на рынке технических средств безопасности должно наступить перемирие. В конце концов, производители сами не заинтересованы в том, чтобы рисковать репутацией, вводя в заблуждение критически нуждающихся в их продукте клиентов. Термографические решения, о которых идёт речь, появились в экстренных условиях применения и разрабатывались в сжатые сроки. Однако инженеры-разработчики смогли добиться стабильной и эффективной работы оборудования, и решения практически на лету дорабатывались, образовав в результате адекватное по соотношению цены и качества рыночное предложение. У российских служб охраны здоровья появляется возможность «вооружиться», не дожидаясь пика заболеваемости. И вполне возможно, что термография поможет по максимуму сгладить последствия появления коронавируса COVID-19 в России.

ИА Безопасность Сегодня (текст, фотоиллюстрации)
Группа компаний ТЕРАТЕК (исходные материалы, консультации)

(продолжение следует)

Компания:  ТЕРАТЕК (TERATEK), Группа компаний / ИА Безопасность Сегодня / Dahua / Hikvision