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 19 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 2020، 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 19، 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 19 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: 1) قسمت اپتیک برای تمرکز انرژی مادون قرمز، 2) یک حسگر گرمایی برای دریافت انرژی متمرکزشده از یک گیرنده آنالوگ در جلو (AFE) وسیله، 3) یک پردازشگر DSP برای سیگنالهای شرطی و 4) 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: 1) قدرت سیگنال (مربوط به فاصله و میزان جذب)، 2) نسبت سیگنال به نویز (انسجام سیگنال)، 3) چالشهای خط دید (موضوعات چند مسیره) و 4) 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 19 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 19 ساخته شده باشد یا به کارگران کمک کند تا به سرکار برگردند/ تجربیات خود را در قسمت نظرات با ما در میان بگذارید.
