فن­آوری تصویربرداری حرارتی در کاربردهای صنعتی و تجاری بسیار رایج شده است. اکنون دولت­ها و اشخاصِ تنظیم­کننده مقررات بهداشتی، چک­کردن دما را به عنوان روشی برای مقابله با گسترش بیماری کووید ۱۹ توصیه کرده­اند.

مهندسان حرفه­ای و تکنیسین­های دارای مجوز به یک رسم اخلاقی پایبند هستند که به طور قانونی آنها را موظف به رعایت بالاترین استانداردهای ایمنی در طراحی می­کند و این موضوع با عموم مردم در ارتباط می­باشد. اما گاهی به نظر می­رسد که ایمنی عمومی (وظیفه مراقبتی مهندس) با رسم اخلاقی که به آن پایبند هستیم، مغایرت دارد. در ماه می سال ۲۰۲۰، مرکز کنترل بیماری­ها (CDC) سلسله توصیه­هایی را راجع به برنامه­های «بازگشت به کار» در سراسر کشور منتشر کرد. بحث­برانگیزترین این توصیه­ها از کارفرمایان می­خواهد که بررسی­های روزانه بهداشتی را بر روی کارمندان خود انجام دهند، از جمله بررسی دما. به عنوان طراحان، ما می­توانیم به توسعه فناوری برای استفاده از تصویربرداری حرارتی مدرن بپردازیم تا این امر در محل کار تسریع شود – اما آیا ما باید (این کار را انجام بدهیم)؟

با صرفنظر از نگرانی­های خاص نسبت به بیماری کووید ۱۹، ما می­توانیم در مورد اثربخشی ساده این فن­آوری برای بررسی سلامت کارمندان سؤال کنیم. اخیراً Jonah M. Kessel که یک روزنامه­نگار ویدیویی برای روزنامه نیویورک تایمز می­باشد، تصمیم گرفت که تا از طریق Maplewood N.J. در اشعه مادون قرمز راه برود. Kessel به استفاده از دوربین­های IR برای مبارزه با بیماری کووید ۱۹ مشکوک بود و معتقد بود که انتقال این فن­آوری از یک فرآیند صنعتی به سطح نظارتی برای سلامت عمومی دارای موانع فنی و اخلاقی می­باشد.

مشکل اساسی یک تصویربردار حرارتی

طبق گفته FLIR به عنوان یک شرکت تصویربرداری حرارتی، این تصویربردارها شامل چهار بلوک اصلی می­باشند: ۱) قسمت اپتیک برای تمرکز انرژی مادون قرمز، ۲) یک حسگر گرمایی برای دریافت انرژی متمرکزشده از یک گیرنده آنالوگ در جلو (AFE) وسیله، ۳) یک پردازش­گر DSP برای سیگنالهای شرطی و ۴) بعضی از انواع خروجی صفحه نمایش.

تکنولوژی FLIR در حالت انجام کار در فرودگاه Incheon در کره جنوبی

تمرکز یک طراح مداری، روی بهبود AFE می­باشد. مشخصات طراحی مثل فیلترینگ، تقویت و خطی­­بودن و تبدیل آنالوگ به دیجیتال در طراحی AFE از اهمیت بسیاری برخوردار است. Texas Instruments یک طراحی مرجع را برای AFE یک دوربین تصویربرداری حرارتی رونمایی می­کند. این طرح دارای SNR بالا و تراکم بیت کافی برای تبدیل وضوح بالا در ADC می­باشد. TI همچنین دارای طراحی­های مرجعی برای منبع توان دوربین و بایاس می­باشد (شکل زیر را ملاحظه کنید).

نمودار تولید منبع بایاس برای طراحی مرجع منبع توان با نویز به شدت پایین یک حسگر تصویربرداری حرارتی

چالش­های بررسی میانه با اسکن گسترده

چالش­های طراحی برای پیاده­سازی تصویربرداری حرارتی اسکن گسترده در یک حجم کاری، بسیار زیاد هستند. در عوض بیایید روی موضوع اصلی فیزیک برای همه سیگنالهای تابیده­شده متمرکز بشویم: انتشار موج. پارامترهای کلیدی که بر اشعه منتشرشده اثر می­گذارد، عبارتند از: ۱) قدرت سیگنال (مربوط به فاصله و میزان جذب)، ۲)  نسبت سیگنال به نویز (انسجام سیگنال)، ۳) چالش­های خط دید (موضوعات چند مسیره) و ۴) تهویه سیگنال DSP (مهندسی) در گیرنده.

تشعشع مادون قرمز که ما در اصطلاح آنرا با گرمای بدن مرتبط می­دانیم، منوط به تمام محدودیت­های مرتبط با همه انتشار موج می­باشد.

کریس بینر، مدیر توسعه تجارت جهانی برای FLIR بیان می­کند: «مشکل در اسکن­کردن جمعیت این است که اندازه­گیری­های دمایی تحت تأثیر فاصله دوربین تا هدف قرار می­گیرد و جمعیت نیز در فواصل مختلفی قرار می­گیرند.»

بعلاوه تشعشع مادون قرمز در لایه تروپوسفر به شدت توسط مولکولهای آب و Co2 جذب می­شود، قدرت سیگنال را کم می­کند و بیشتر باعث کاهش کارایی فن­آوری حسگر در محدوده موردنظر برای اندازه­گیری­های دقیق پزشکی می­شود. SNR و LoS دو موضوع بحرانی باقی­مانده در هنگام تلاش برای جداسازی فردی مشخص در انبوهی از کارگران می­باشند. هر کارگر برای کارگر مرجع به مثابه «نویز» است و هر کارگر به طور فیزیکی کارگر مرجع را بلوکه می­کند.

این موضوع مهندسین را با یک کار مشکل روبرو می­کند: استفاده از الگوریتم­ها و تکنیک­های DSP پنداری برای درنظرگرفتن هر کارگر به عنوان یک سیگنال گسسته و جداسازی آنها به طور مؤثر از مجموعه داده بزرگتر.

یک راه­حل برای داشتن دقت: اسکن شبکیه

امروزه به نظر می­رسد که کار نظارت گسترده و تصویربرداری حرارتی دیگر نمی­تواند مؤثر باشد، اما در عوض یک راه­حل فنی ممکن وجود دارد که Kessel در مقاله­اش آنرا ذکر کرده است. راه­حل پیشنهادی وی – اسکن شبکیه – می­تواند دقت را به میزان قابل توجهی بهبود ببخشد. Kessel از دوربین FLIR خود برای نظارت بر همسرش که یکبار در ایوان و بار دیگر روی یک صندلی نشسته بود، استفاده کرد (همانند شکل زیر) و بین نتایج این دو تست یک اختلاف چهار درجه­ای بوجود آمد.

اگرچه این موضوع تجربی نیست، اما به وضوح چالش­هایی را نشان می­دهد که کریس بنر با اندازه­گیری مسافت به آن اشاره داشت.

بازده اندازه­گیری روش تصویربرداری حرارتی به عنوان یک تابع از مسافت که نشان می­دهد در زمان اندازه­گیری دمای بدن یک شخص، حالت نزدیک­تر بهتر است.

اجرای اسکن شبکیه در ورودی­های ساختمان می­تواند برای شخص ساکن در ساختمان برای عملکردی مثل سنجش دما انجام شود. این وسیله می­تواند با حفظ حریم خصوصی، کارمندان را آگاه سازد که به خانه بروند. همچنین می­تواند جایگزین کارتهای ورود سنتی شود. زمان عرضه چنین فن­آوری­ای می­تواند حداقل باشد زیرا زیرسیستم­های موردنیاز از قبل وجود دارند.

زمانی که شما چهار چالش ذکرشده در بالا و همه عوامل تأثیرگذار بر کارایی و قابلیت اطمینان اندازه­گیری مادون قرمز را در نظر بگیرید، بعید است که تصویربرداری حرارتی با اسکن گسترده در مبارزه با بیماری­های همه­گیری چون کووید ۱۹ مؤثر باشد. بنابراین ما به عنوان مهندسان و تکنسین­ها باید تلاش کنیم تا وظیفه خود را برای حمایت از مردم حفظ کنیم اما باید این کار را با روشی انجام دهیم که از نظر اخلاقی در بالاترین سطح قرار بگیرد.

آیا شما روی هر وسیله­ای کار کرده­اید که با هدف مبارزه با کووید ۱۹ ساخته شده باشد یا به کارگران کمک کند تا به سرکار برگردند/ تجربیات خود را در قسمت نظرات با ما در میان بگذارید.