CN114441048A

CN114441048A - 生理热图获取装置、方法、电子设备及存储介质

Info

Publication number: CN114441048A
Application number: CN202210122297.3A
Authority: CN
Inventors: 陈海波; 丁新
Original assignee: Shandong Automatic Driving Research Institute Co ltd
Current assignee: Shandong Automatic Driving Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2042-02-09
Also published as: CN114441048B

Abstract

本发明提供一种生理热图获取装置、方法、电子设备及计算机可读存储介质，所述生理热图获取装置包括：检测单元，用于获取至少两张分别在不同的位置扫描而获得的受检对象的温度图像；补偿单元，用于基于所有温度图像获取补偿温度值，并将所述补偿温度值分别叠加于所有温度图像中的每个点的温度上，以获得修正后的温度图像；背景过滤单元，用于对修正后的温度图像进行背景过滤，从而获得受检对象的生理热图；以及输出单元，用于输出所述生理热图。本发明的生理热图获取装置能够利用补偿温度值修正每个点的温度，在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图。

Description

生理热图获取装置、方法、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及温度测量技术领域，尤其涉及生理热图获取装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术

红外热图是指受检对象(又称被测对象，一般是指人、动物等生物体)在标准条件下拍摄的红外热图，能够反映受检对象各区域的红外辐射强度。

红外镜头拍摄的温度图像受拍摄环境和拍摄距离的影响，得到的结果差异性大，现有的专业的生理热图装置需要在恒温、恒湿、固定距离的标准环境下拍摄，并且需要黑体进行温度校准，才能得到效果较好的人体生理热图，但标准环境搭建成本高，且使用环境受限制。因此，现有技术的生理热图获取装置多数都是专业的医疗设备，且难以推广到诸如家庭场景的其他使用环境中。其次，虽然红外镜头拍摄的温度图像精度不受影响，但是拍摄时没有基准温度，因此得到的温度图像后续呈现的生理热图结果存在颜色差异大的情况。

基于此，需要提供一种更好的生理热图获取装置，以解决上述现有技术中的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种能够在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图的生理热图获取装置、方法、电子设备及计算机可读存储介质。

本申请的目的采用以下技术方案实现：

第一方面，本申请提供了一种生理热图获取装置，所述生理热图获取装置包括：

检测单元，用于获取至少两张分别在不同的位置扫描而获得的受检对象的温度图像；

补偿单元，用于基于所有温度图像获取补偿温度值，并将所述补偿温度值分别叠加于所有温度图像中的每个点的温度上，以获得修正后的温度图像；

背景过滤单元，用于对所述修正后的温度图像进行背景过滤，以获得所述受检对象的生理热图；以及

输出单元，用于输出所述生理热图。

根据本申请的生理热图获取装置，能够利用补偿温度值修正每个点的温度，在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图。

在一些可选的实施例中，所述补偿单元采用如下方式获取所述温度补偿值：

将所述温度图像中的任意一张作为基准温度图像，设置包括最低温度和最高温度的第一温度区间；

将所述基准温度图像转换为第一灰度图像；

基于所述第一灰度图像计算所述温度补偿值；

其中，将所述基准温度图像中小于所述最低温度的点的温度设置为所述最低温度，并将所述基准温度图像中大于所述最高温度的点的温度设置为所述最高温度。

根据本申请的生理热图获取装置，能够更加有效地获取温度补偿值，从而提供良好的生理热图。

在一些可选的实施例中，所述补偿单元进一步采用如下方式获取所述温度补偿值：

对所述第一灰度图像进行划窗二值化处理，以获得所述第一灰度图像的第一二值图；

基于所述第一灰度图像的第一二值图计算所述温度补偿值。

根据本申请的生理热图获取装置，能够更加准确地获取温度补偿值，从而提供良好的生理热图。

在一些可选的实施例中，所述补偿单元采用如下方式获取所述第一二值图：

对所述划窗二值化处理的每个窗口内通过最大类间方差法进行阈值二值化，沿每个所述窗口的X轴方向滑动计算二值图，并将未参与计算的点填充为0，从而得到所述第一灰度图像的所述第一二值图；

其中，每个所述窗口的范围为y_min＝b，y_max＝H-b，x_min＝max(0,i-K)以及x_max＝min(W,i+K)，式中，y为所述窗口的Y轴坐标，x为所述窗口的X轴坐标，i为沿所述窗口的X轴方向滑动时对应的坐标位置，K为核系数，b为边界宽度，H为所述第一灰度图像的高度并且W为所述第一灰度图像的宽度。

使用所述第一二值图作为掩膜，对所述第一灰度图像进行掩码处理；

通过YOLOV5-s模型检测掩码处理后的第一灰度图像的头部区域；

基于所述掩码处理后的第一灰度图像的所述头部区域计算所述温度补偿值。

将所述掩码处理后的第一灰度图像的所述头部区域中的最高温度设置为特定温度，将所述头部区域以外的其他区域填充为0；

计算每个点周围特定范围内的平均温度值；

根据下式计算每个所述点的温度补偿值：V_diff＝T-V_max；

通过将所述检测单元所获取的全部所述温度图像中各个点的温度与所述温度补偿值相加，从而获得所述修正后的温度图像；

其中，V_diff为所述温度补偿值，T为所述特定温度，并且V_max为对应于最高的平均温度值的点的平均温度值。

在一些可选的实施例中，所述背景过滤单元采用如下方式获取所述生理热图：

将所述修正后的温度图像转换为第二灰度图像；

对所述第二灰度图像进行二值化，得到前景掩膜；

基于所述前景掩膜对所述第二灰度图像进行背景过滤，以得到所述受检对象的生理热图。

根据本申请的生理热图获取装置，能够进一步屏蔽环境影响，从而提供良好的生理热图。

在一些可选的实施例中，所述背景过滤单元进一步采用如下方式获取所述生理热图：

通过设置第二温度区间，将所述修正后的温度图像转换为所述第二灰度图像，

对所述第二灰度图像进行划窗二值化，得到第二二值图；

对所述第二二值图进行图像学闭运算，消除所述第二二值图内部的黑度，从而得到所述前景掩膜；

利用所述前景掩膜对所述第二灰度图像进行背景过滤，以获得所述生理热图。

在一些可选的实施例中，所述最低温度为10℃，并且所述最高温度为50℃。

在一些可选的实施例中，K为50。

在一些可选的实施例中，T为36.5℃，且计算每个点周围5×5范围内的平均温度值。

第二方面，本申请提供了一种生理热图获取方法，所述生理热图获取方法包括：

获取至少两张分别在不同的位置扫描而获得的受检对象的温度图像；

基于所有温度图像获取补偿温度值，并将所述补偿温度值分别叠加于所有温度图像中的每个点的温度上，以获得修正后的温度图像；

对所述修正后的温度图像进行背景过滤，以获得所述受检对象的生理热图；以及

输出所述生理热图。

根据本申请的生理热图获取方法，能够在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图。

第三方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项生理热图获取装置的功能或者实现上述方法的步骤。

根据本申请的电子设备，能够在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项生理热图获取装置的功能或者实现上述方法的步骤。

根据本申请的计算机可读存储介质，能够在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。

图1是本申请实施例提供的生理热图获取装置的主要操作单元的示意图；

图2A～2F是本申请实施例提供的生理热图获取装置的补偿单元对第一灰度图像进行窗口二值化处理的示意图；

图3A和3B是本申请实施例提供的生理热图获取装置的补偿单元检测图像中受检对象的头部区域的示意图；

图4A～4F是本申请实施例提供的生理热图获取装置的背景过滤单元对第二灰度图像进行背景过滤处理的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种用于实现生理热图获取装置的功能的程序产品的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明提供一种生理热图获取装置。如图1所示，本发明的一个实施方式的生理热图获取装置1包括：

检测单元101，用于获取至少两张分别在不同的位置扫描而获得的受检对象的温度图像；

补偿单元102，用于基于所有温度图像获取补偿温度值，并将所述补偿温度值分别叠加于所有温度图像中的每个点的温度上，以获得修正后的温度图像；

背景过滤单元103，用于对所述修正后的温度图像进行背景过滤，以获得所述受检对象的生理热图；以及

输出单元104，用于输出所述生理热图。

根据本发明的生理热图获取装置，能够利用补偿温度值修正每个点的温度，在非标准环境下，屏蔽环境差异的影响，归一化温度值，从而提供良好的生理热图。

在本发明的生理热图获取装置1中，对检测单元101没有具体限制，只要其能够获取至少两张分别在不同的位置扫描而获得的受检对象的温度图像即可。并且，对检测单元101获取受检对象的温度图像的具体方式也没有具体限定。例如，在本发明的一个实施方式中，当受检对象的位置相对固定时，检测单元101的检测部件(例如，红外镜头等)可以相对于受检对象移动位置，从而在不同的位置对受检对象进行扫描而获得的受检对象的温度图像。

另一方面，对检测单元101扫描受检对象的具体位置也没有特别限制。例如，在本发明的一个实施方式中，可以扫描受检对象的正面，从而获得受检对象的温度图像。而在本发明的另一个实施方式中，也可以扫描受检对象的背身或侧身，从而获得受检对象的温度图像。

在本发明的生理热图获取装置1中，检测单元101扫描受检对象所获取的温度图像的数量为至少两张，但对其数量上限则没有具体限制。

在本发明的生理热图获取装置1中，补偿单元102可以用于将所述温度图像中的任意一张作为基准温度图像以计算温度补偿值，并将全部所述温度图像中的每个点的温度与所述温度补偿值相加，从而获得修正后的温度图像。在本发明的一个实施方式中，优选地，选择包括受检对象头部的温度图像作为基准温度图像。在本发明的一个实施方式中，更优选地，选择包括受检对象头部正面的温度图像作为基准温度图像。

在一些可选的实施例中，所述补偿单元102可以采用如下方式获取所述温度补偿值：

将所述基准温度图像转换为第一灰度图像；

基于所述第一灰度图像计算所述温度补偿值；

由此，能够更加有效地获取温度补偿值，从而提供良好的生理热图。

由于在非标准环境下，存在不确定的干扰热源，因此，在本发明的生理热图获取装置1中，补偿单元102首先对检测单元101所获得的温度图像进行预处理，从而屏蔽干扰热源并同时降低环境温度的干扰。具体而言，在本发明的一个实施方式中，补充单元102设置第一温度区间，该第一温度区间包括最低温度和最高温度。在本发明的一个实施方式中，将最低温度设置为10℃，并且将最高温度设置为50℃。补充单元102将温度图像中温度低于10℃的点的温度设置为10℃，并且将温度高于50℃的点的温度设置为50℃，而对于那些温度处于10℃～50℃之间的点的温度，则不进行处理。随后，补充单元102上述经过预处理的温度图像转换为灰度图像，即将温度图像中个点的温度值映射到0～255之间，从而获得第一灰度图像。

在一些可选的实施例中，所述补偿单元102可以进一步采用如下方式获取所述温度补偿值：

基于所述第一灰度图像的第一二值图计算所述温度补偿值。

在一些可选的实施例中，所述补偿单元102可以采用如下方式获取所述第一二值图：

由此，能够更加准确地获取温度补偿值，从而提供良好的生理热图。

在本发明的生理热图获取装置1中，补偿单元102对第一灰度图像进行划窗二值化处理。具体而言，如图2A所示，在本发明的一个实施方式中，补充单元102在第一灰度图像中设计一个二值化窗口。在图2A中，S表示步长，K为核系数，b为边界宽度，H为第一灰度图像的高度并且W为第一灰度图像的宽度。

在本发明的一个实施方式中，优选地，K为50，S为25并且b为10。

在本发明的一个实施方式中，优选地，在划窗二值化处理的每个窗口内通过最大类间方差法(OTSU)进行阈值二值化处理，沿着X轴方向滑动计算二值图，从而获得如图2B所示的反应整张第一灰度图像的二值化结果的第一二值图。具体的划窗二值化过程如图2C～2F所示。

在本发明的一个实施方式中，对于没有参与计算的点则填充为0。在本发明的一个实施方式中，优选的，每个窗口的范围为y_min＝b，y_max＝H-b，x_min＝max(0,i-K)以及x_max＝min(W,i+K)，其中，y为窗口的Y轴坐标，x为窗口的X轴坐标，i为沿窗口的X轴方向滑动时对应的坐标位置。

在本发明的生理热图获取装置1中，补偿单元102将在划窗二值化处理过程中所获得的第一二值图作为掩膜(Mask)，对第一灰度图像进行掩码处理，随后检测图像中受检对象的头图区域。在本发明的一个实施方式中，补充单元102采用YOLOV5中网络最小的YOLOV5-s明显并仅保留stride＝8的检测头，保证算法在终端机器上运行的性能。相对于传统算法的头部区域检测方法，本发明所采用的YOLO目标检测算法具有良好的鲁棒性，在受检对象举起手臂等情况下，也能够正常地检测到头部区域。具体的检测结果示意图如图3A和3B表示。在图3A和3B目标框内为受检对象的头部区域。

计算每个点周围特定范围内的平均温度值；

根据下式计算每个所述点的温度补偿值：V_diff＝T-V_max；

由于正常人体最高温度在额头部位，因此，在本发明的生理热图获取装置1中，补偿单元102将所检测到的受检对象的头部区域的最高温度设置为特定温度T，从而进行温度值归一化。具体而言，在本发明的一个实施方式中，除了前述步骤中所检测的头部区域，将其他区域填充为0，随后计算每个点周围特定范围内的平均温度值，并将平均温度最高的点的温度设置为V_max，根据V_diff＝T-V_max计算温度补偿值。

在本发明的一个实施方式中，优选地，特定温度T为36.5℃。在本发明的另一个实施方式中，优选地，计算每个点周五5×5范围内的平均温度值。

在本发明的生理热图获取装置1中，补偿单元102将检测单元101所获得的全部温度图像中的每个点的温度值与温度补偿值V_diff相加，从而得到修正后的温度图像。

在一些可选的实施例中，所述背景过滤单元103可以采用如下方式获取所述生理热图：

将所述修正后的温度图像转换为第二灰度图像；

对所述第二灰度图像进行二值化，得到前景掩膜；

由此，能够进一步屏蔽环境影响，从而提供良好的生理热图。

在一些可选的实施例中，所述背景过滤单元103可以进一步采用如下方式获取所述生理热图：

对所述第二灰度图像进行划窗二值化，得到第二二值图；

在本发明的生理热图获取装置1中，背景过滤单元103对在补充单元102中获得的修正的温度图像进行进一步背景过滤，从而得到最终的生理热图。具体而言，在本发明的一个实施方式中，背景过滤单元103设置第二温度区间，将修正后的温度图像转换为第二灰度图像；并通过划窗二值化处理，对第二灰度图像进行二值化，从而获得第二二值图(如图4A和4D所示)；然后对该第二二值图进行图像学闭运算，消除第二二值图中人体内部的黑洞，从而得到完整人体的掩膜(如图4B和4E所示)；最后，根据完整人体的掩膜对第二灰度图像进行背景过滤处理，并得到受检对象的最终生理热图(如图4C和4F所示)。

在本发明的生理热图获取装置1中，输出单元104用于输出背景过滤单元103所获得的最终生理热图。对输出单元104输出最终生理热图的具体方式没有特别限定，例如可以将最终生理热图显示在显示器或其它显示设备上，或者也可以以胶片等方式输出最终生理热图。

本发明的实施例还提供一种生理热图获取方法，其包括以下步骤：

将温度图像中的任意一张作为基准温度图像以计算温度补偿值，并将全部温度图像中的每个点的温度与温度补偿值相加，从而获得修正后的温度图像；

对修正后的温度图像进行背景过滤，从而获得受检对象的生理热图；以及

输出生理热图。

参见图5，本申请实施例还提供了一种电子设备200，电子设备200包括至少一个存储器210、至少一个处理器220以及连接不同平台系统的总线230。

存储器210可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存取存储器(RAM)211和/或高速缓存存储器212，还可以进一步包括只读存储器(ROM)213。

其中，存储器210还存储有计算机程序，计算机程序可以被处理器220执行，使得处理器220实现本申请实施例中任一项生理热图获取装置的功能或者实现本申请实施例中生理热图获取方法的步骤，其具体实现方式与上述生理热图获取装置的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致，部分内容不再赘述。

存储器210还可以包括具有至少一个程序模块215的实用工具214，这样的程序模块215包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

相应的，处理器220可以执行上述计算机程序，以及可以执行实用工具214。

总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备200也可以与一个或多个外部设备240例如键盘、指向设备、蓝牙设备等通信，还可与一个或者多个能够与该电子设备200交互的设备通信，和/或与使得该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入输出接口250进行。并且，电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被执行时实现本申请实施例中生理热图获取装置的功能或者实现本申请实施例中生理热图获取方法的步骤，其具体实现方式与上述生理热图获取装置的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致，部分内容不再赘述。

图6示出了本实施例提供的用于实现上述生理热图获取装置的功能的产品300，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品300不限于此，在本申请中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品300可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言诸如C语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明书及说明书附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。

Claims

1.一种生理热图获取装置，其特征在于，所述生理热图获取装置包括：

输出单元，用于输出所述生理热图。

2.根据权利要求1所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述补偿单元采用如下方式获取所述温度补偿值：

将所述基准温度图像转换为第一灰度图像；

基于所述第一灰度图像计算所述温度补偿值；

3.根据权利要求2所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述补偿单元进一步采用如下方式获取所述温度补偿值：

基于所述第一灰度图像的第一二值图计算所述温度补偿值。

4.根据权利要求3所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述补偿单元采用如下方式获取所述第一二值图：

对所述划窗二值化处理的每个窗口内通过最大类间方差法进行阈值二值化，沿每个所述窗口的X轴方向滑动计算二值图，并将未参与计算的点填充为0，从而得到所述第一灰度图像的第一二值图；

其中，每个所述窗口的范围为y_min＝b，y_max＝H-b，x_min＝max(0,i-K)以及x_max＝min(W,i+K)，

式中，y为所述窗口的Y轴坐标，x为所述窗口的X轴坐标，i为沿所述窗口的X轴方向滑动时对应的坐标位置，K为核系数，b为边界宽度，H为所述第一灰度图像的高度并且W为所述第一灰度图像的宽度。

5.根据权利要求3所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述补偿单元进一步采用如下方式获取所述温度补偿值：

6.根据权利要求5所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述补偿单元进一步采用如下方式获取所述温度补偿值：

计算每个点周围特定范围内的平均温度值；

根据下式计算每个所述点的温度补偿值：V_diff＝T-V_max；

7.根据权利要求1所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述背景过滤单元采用如下方式获取所述生理热图：

将所述修正后的温度图像转换为第二灰度图像；

对所述第二灰度图像进行二值化，得到前景掩膜；

8.根据权利要求7所述的生理热图获取装置，其特征在于，所述背景过滤单元进一步采用如下方式获取所述生理热图：

对所述第二灰度图像进行划窗二值化，得到第二二值图；

9.一种生理热图获取方法，其特征在于，所述生理热图获取方法包括：

输出所述生理热图。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任一项所述的生理热图获取装置的功能或者实现权利要求9所述的生理热图获取方法的步骤。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的生理热图获取装置的功能或者实现权利要求9所述的生理热图获取方法的步骤。