校園無感非接觸式體溫抓拍上報系統

李博 胡斌

摘要：本文主要研究了一種基于人臉識別技術與紅外熱成像測溫技術的“校園無感非接觸式體溫抓拍上報系統”，把身份識別功能與體溫檢測功能集成到一起，實現了體溫非接觸式快速測量、自動記錄、報警提示、數據云存儲。學生在宿舍、教室、食堂等出入口經過時，無感“刷臉”即可把實時體溫數據與學生的真實身份相關聯，并將數據實時上傳校園管理中心，從而確保校園疫情防控數據的及時性、準確性。

關鍵詞：人臉識別;紅外測溫;防疫抗疫

一、背景

新冠疫情反復發作，各高校里學生每日體溫測量上報成為一項非常重要的工作。但是目前學生體溫測量大多采用學生自行測量、自行記錄上報的模式，測量的準確性與數據的真實性較大依賴于學生的自覺性。由于測量方式的局限性，給部分學生有機會偷懶鉆了空子，隨便亂填數據敷衍，這種情況難以避免，且危害較大，因為每日基礎體溫數據直接關系到每位學生的健康狀況，是最直接重要的第一手校園防疫數據，其真實性、及時性、完整性必須要得到充分的保障。因此，目前這種完全依靠學生自覺的手動測溫及上報系統不能滿足當前嚴峻的防疫抗疫、復工復學形勢，存在很大的安全隱患。

本文研究一種基于人臉識別技術與紅外測溫技術的“校園無感非接觸式體溫抓拍上報系統”，該系統布置在宿舍、教室、食堂、圖書館等校園內常見的出入口位置，學生通過這些出入口時，不需停留，自動完成非接觸式無感“刷臉測溫”，且系統支持帶口罩人臉識別，如有體溫異常情況則當場發出報警提示，學生實時體溫數據與其真實身份相關聯，測量結果數據通過網絡實時上傳校園管理中心，后臺數據庫將對每位學生的健康狀況進行大數據分析，分析的結果將為全校防疫抗疫工作提供有力的數據支持。

二、內容

采用人臉識別技術、紅外熱成像測溫技術、網絡技術、大數據技術等，構建覆蓋全校的“無感不停留”體溫檢測網絡，學生出入寢室樓、食堂、教室實訓室、圖書館等各處，學生在日常學習生活當中不知不覺就完成了每日多次的體溫檢測，實時數據即刻上傳管理中心以供分析管理。“校園無感非接觸式體溫抓拍上報系統”主要包括以下功能模塊：

（1）人臉識別模塊

本模塊主要功能是對學生進行身份識別，設計了基于face++的人臉識別系統。使用python的requests庫，實現face++的API接口的調用，并使用Opencv調用攝像頭拍照，進行人臉識別。

首先調用人臉識別Detect API，上傳圖片進行人臉檢測，對檢測到的人臉將給出face_token作為唯一標識。然后創建一個人臉的集合 FaceSet，用于存儲人臉標識 face_token。然后進行識別搜索，在Faceset中找出與目標人臉最相似的一張或多張人臉。

（2）口罩模塊

由于疫情期間，學生經常佩戴口罩，這給傳統人臉識別系統帶來檢測困難。為此，本模塊從算法和數據兩個角度出發，針對戴口罩人員的人臉識別技術進行了模型優化與用戶體驗度升級：在算法層面，引入注意力機制，加大鼻部以上特征的訓練權重，使模型更加關注非遮擋人臉區域，此外，還顯示引入局部人臉區域提取人臉特征，融合到全局人臉特征。

在數據層面，本模塊通過合成各類口罩模板添加到數據集中，以模擬佩戴口罩真實場景，使得常規人臉識別模型能很好地遷移到佩戴口罩場景。上述兩方面優化，將使在佩戴口罩場景下的人臉識別通過率提升至接近常規人臉識別通過率。

（3）體溫檢測模塊

本模塊的主要功能是對進入監測區域的學生自動進行非接觸式體溫檢測。采用HT32F1656單片機作為嵌入式處理器，采用高精度熱成像攝像機+黑體方案，通過黑體的實時測溫矯正，保證相機測溫精度。在熱成像攝像機核心探測器上采用400*300分辨率探測器，實現更高圖像質量、更大視場角與更廣測溫覆蓋范圍。通過高可靠的探測器金屬封裝技術，大幅減少溫飄影響，配合黑體保障不同環境下的高精度測溫，提升檢出率。配合7.5mm與13mm鏡頭，實現最遠可達3米的精準測溫距離，極大滿足校園內高密度人群快速部署、遠距離、精準測溫需求。檢測結果數值會在顯示屏實時顯示。若結果值屬于正常人體溫度范圍（35.0℃-37.2℃），則現場點亮綠燈;若高于正常人體溫度范圍，則現場點亮紅燈，并播放一段提示音，錄音內容為“體溫異常，請原地待命，等待醫務人員現場處理”。

（4）云端通信模塊

本模塊將前端設備采集到的數據通過終端無線WIFI發送至云端服務器，運營商物聯網開放平臺OneNET提供的接入協議和平臺功能，終端將數據即時推送至云平臺，云平臺根據推送的數據進行云端數據更新。

通信模塊將人臉識別數據、體溫數據等上傳云服務器的流程是：先通過WIFI連接路由器，經校園網關以HTTP協議接入OneNET平臺，對數據組包，通過POSY請求上傳數據。

本文所研究的內容，主要解決以下問題：

（1）有效地杜絕學生每日基礎體溫數據不準確的情況的發生，可以在校園內很多點對學生進行無感測溫，不影響其正常學習生活，不占用其時間，極大地節省了學生的時間和精力;

（2）系統支持戴口罩人臉識別技術，學生戴口罩或不戴口罩，都能識別身份信息。

（3）本地測量結果異常報警可以有效地提醒相關學生立刻停止一切活動，原地待命接受檢查，從而極大降低接觸的風險和范圍;

（4）測量數據實時上傳學校防疫抗疫管理中心，平臺軟件可以精確地對每個學生的健康數據進行數據分析，防疫工作的效率、精準性都將得到大幅提升。

該系統對于校園復學工作的有序開展、提升學生日常管理水平，都具有非常重要的意義，且系統經過適當改造，亦可廣泛應用于社區、小區、工廠、園區等各類場景。

三、特色

本文研究的“校園無感非接觸式體溫抓拍上報系統”具有以下特色：

（1）把身份自動即時識別與體溫實時測量相結合，有效避免數據不實的情況;

（2）實現校園內“無感、無接觸、不停留”的體溫檢測，效率高、體驗佳;

（3）研究了口罩人臉識別算法，實現戴口罩一樣能準確識別身份信息功能;

（4）采用大數據技術分析管理全校學生體溫數據，實現管理手段的精準化。

小結：“無感非接觸式體溫抓拍上報系統”采用人臉識別、口罩識別、紅外熱成像測溫、無線網絡與大數據等技術，能有效地解決目前存在的學生體溫日報數據漏報、錯報的隱患。系統體驗感好，能極大地節省學生的時間和精力，也能有效提高管理部門的工作效率，從而全面降低在該方面的防疫抗疫工作成本，并且能夠向社區、小區、企事業單位進行推廣應用，具有十分重要的經濟和社會效益。

作者簡介：姓名：李博，出生年月：1980年10月，性別：男，民族：漢族，籍貫：江西省，單位（學校）：浙江工業職業技術學院，學歷：研究生，職稱：講師，研究方向：建筑智能化工程技術。