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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Körpertemperatur bei Personen sowie eine entsprechende Vorrichtung sowie Computerprogramm.
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Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung einer Oberflächentemperatur eines Messbereichs sind im Stand der Technik bekannt. Dergleichen Vorrichtungen und/oder Verfahren werden beispielsweise zur Bestimmung der Oberflächentemperatur von Elektronik, Versuchsgegenständen und/oder Personen angewendet.
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Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 10 2014 226 342 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, eine handgehaltene Wärmebildkamera zur kontaktfreien Vermessung einer Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs. Die Wärmebildkamera umfasst eine Detektionsfläche mit einer Vielzahl an Pixeln zur Detektion von aus dem Messbereich abgestrahlter Wärmestrahlung. Die Wärmebildkamera weist eine Optik zur Abbildung von aus dem Messbereich abgestrahlten Wärmestrahlung auf die Detektionsfläche unter Beleuchtung einer Mehrzahl von Pixeln sowie eine Auswertevorrichtung zum Empfangen und auswerten von Detektionssignalen der Detektionsvorrichtung, wobei jeder Pixel der Detektionsvorrichtung mit der Auswertevorrichtung signaltechnisch verbindbar ist, auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Körpertemperatur bei Personen. Die Personen können insbesondere in einem Überwachungsbereich, zum Beispiel in öffentlichen Bereichen wie Bahnhöfen, Flughäfen, Einkaufszentren, Behörden etc. angeordnet sein. Beispielsweise kann das Verfahren die Körpertemperatur bei Personen überprüfen, die in einen bestimmten Bereich gelangen wollen. Insbesondere wird das Verfahren im Bereich einer Sicherheitsschleuse durchgeführt.
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Zunächst wird bei den Testpersonen jeweils eine Testtemperaturmessung zur Bestimmung einer Testtemperatur durchgeführt. Die Testtemperaturmessung erfolgt als eine kameragestützte Temperaturmessung. Damit ist es möglich, die Testtemperatur bei den Testpersonen berührungslos und/oder mit einem Abstand von größer als 1 m, vorzugsweise größer als 2 m durchzuführen.
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Nachfolgend werden Testpersonen als Verdachtspersonen in eine Teilmenge eingeteilt, wenn diese eine Testtemperatur aufweisen, welche gegenüber einem Referenzwert erhöht ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei jeweils einer Testperson die Testtemperaturmessung durchgeführt wird und diese Testperson nachfolgend in Abhängigkeit der Testtemperatur eingeteilt wird. Insbesondere wird bevorzugt nicht abgewartet, bis alle Testpersonen vermessen sind.
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Vorzugsweise erfolgt die Testtemperaturmessung an oder in der genannten Sicherheitsschleuse. Die Testtemperaturmessung kann jedoch insbesondere unauffällig auch in einem Gangbereich, in einem Raum etc. durchgeführt werden. Somit ist es möglich, dass für die Testtemperaturmessung die Testperson vereinzelt ist, wobei die Vereinzelung beispielsweise durch die Sicherheitsschleuse erfolgt. Alternativ ist es möglich, dass sich die Testperson während der Testtemperaturmessung zwischen anderen Personen, insbesondere anderen Testpersonen, aufhält.
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Nachfolgend wird gegenüber den Verdachtspersonen und/oder der Umgebung der Verdachtspersonen die Einteilung in die Teilmenge ohne Angabe der Testtemperatur ausgegeben. Somit erfolgt nur eine Information, ob die Testperson zu der Teilmenge gehört oder nicht. Es kann auch vorgesehen sein, dass ausschließlich dann eine Information ausgegeben wird, wenn die Testperson zu der Teilmenge gehört und andernfalls keine Information ausgegeben wird. Die Testtemperatur bleibt datentechnisch vertraulich. Die Ausgabe der Einteilung in die Teilmenge kann beispielsweise durch ein optisches Signal, wie zum Beispiel eine Anzeige auf einem Display oder auf einem Bildschirm erfolgen. Es ist vorstellbar, dass auf dem Display eine Ampel dargestellt ist, welche von Grün nach Rot wechselt, wenn die Testperson in die Teilmenge eingeteilt ist. Optional ergänzend kann ein Bild der Testperson gezeigt werden, um die Zuordnung zu vereinfachen.
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Nachfolgend erfolgt bei den Personen aus der Teilmenge eine Kontrolltemperaturmessung zur Bestimmung der Körpertemperatur und/oder wird bei den Personen aus der Teilmenge eine Anweisung zur Durchführung einer Kontrolltemperaturmessung ausgegeben. Die Ausgabe der Anweisung zur Durchführung einer Kontrolltemperaturmessung erfolgt vorzugsweise durch Anzeige auf einem Display oder auf einem Bildschirm. Vorzugsweise wird die Körpertemperatur in einem vertraulichen Umfeld, insbesondere abgeschottet gegenüber der Umgebung gemessen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Kontrolltemperaturmessung eine höhere Messgenauigkeit aufweist als die Testtemperaturmessung.
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Im Jahr 2020 nach der ersten Corona-Welle ist das Bedürfnis an einer vollständigen Überprüfung von Personen auf erhöhte Temperatur oder Fieber insbesondere bei öffentlichen Bereichen gegeben. So ist es mittlerweile durchaus üblich, dass vor einem Restaurantbesuch oder vor dem Betreten eines Hotels manuell die Körpertemperatur der Besucher gemessen wird, um nur symptomfreie Besucher einzulassen. Wünschenswert wäre es, eine 100 %-Kontrolle aller Personen in Überwachungsbereichen zu erhalten. Allerdings ist die Veröffentlichung von Körpertemperaturen von Personen ohne datenschutzrechtliche Einwilligung mit Blick auf die DSGVO kritisch, da die Körpertemperatur möglicherweise als Teil der schützenswerten, persönlichen Daten verstanden wird.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Körpertemperatur eben nicht ausgegeben und damit veröffentlicht wird. Damit bleiben persönliche Daten geschützt. Stattdessen wird bloß ausgegeben, ob die jeweilige Testperson sich in der Teilmenge befindet oder nicht. Nachdem die Testpersonen in der Teilmenge als Verdachtspersonen nicht zwingend krankheitsbedingte erhöhte Temperatur aufweisen, sondern auch eine erhöhte Temperatur beispielsweise aufgrund einer körperlichen Anstrengung aufweisen können, gibt die Einteilung der Testpersonen in die Teilmenge keinen sicheren Hinweis, ob und in welchem Umfang die Testperson krankheitsbedingt eine erhöhte Temperatur aufweist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, den Referenzwert so zu setzen, dass in die Teilmenge auch Testpersonen gelangen, welche aufgrund einer Körpertemperaturstreuung eine erhöhte Temperatur aufweisen. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens 5% der gesunden Testpersonen, vorzugsweise mindestens 10% der gesunden Testpersonen in die Teilmenge eingeteilt werden. Durch die Wahl des Referenzwerts kann somit das Verhältnis zwischen gesunden Verdachtspersonen und Verdachtspersonen mit krankheitsbedingter, erhöhter Körpertemperatur eingestellt werden. Das Verhältnis kann somit bedarfsgerecht mit Blick auf den Datenschutz eingestellt werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden der Teilmenge insbesondere zufällig ausgewählte Testpersonen mit nicht-erhöhter Testtemperatur, also mit einer Testtemperatur, welche kleiner ist als der Referenzwert, zugemischt. Durch diese Zumischung wird das Verhältnis zwischen gesunden Verdachtspersonen und Verdachtspersonen mit krankheitsbedingter, erhöhter Körpertemperatur bedarfsgerecht angepasst, um den Datenschutz zu verbessern.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung werden angezeigte Bilder der kameragestützten Temperaturmessung derart erzeugt das keine absoluten Temperaturwerte abgeleitet werden können. Bei einer weiteren möglichen Weiterbildung werden die Gesichter auf den Bildern maskiert, soweit sich die Testpersonen in einem öffentlichen Bereich befinden. Die Maskierung kann beispielsweise mit einem schwarzen Balken umgesetzt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Testtemperaturen und/oder alle persönlichen Daten der Testpersonen nach der Einteilung verworfen werden. Beispielsweise können die genannten Daten verworfen werden, sobald die Testperson die Sicherheitsschleuse verlässt. Alternativ hierzu können die genannten Daten aktiv, zum Beispiel durch Nutzerinteraktion, wie zum Beispiel Drücken eines Knopfes, durch die Testperson verworfen werden. Mit dieser Erweiterung ist sichergestellt, dass keine der genannten Daten länger als notwendig aufbewahrt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Referenzwert in Abhängigkeit einer Durchschnittskörpertemperatur und/oder einer Durchschnittskörpertemperaturverteilung eingestellt wird. Beispielsweise ist der Referenzwert mindestens 0,5 °C, vorzugsweise mindestens 1 °C höher als die Durchschnittskörpertemperatur gewählt. Alternativ hierzu kann der Referenzwert so gewählt werden, dass basierend auf der Durchschnittskörpertemperaturverteilung ein vorgebbarer Anteil von gesunden Testpersonen, zum Beispiel mehr als 5 %, vorzugsweise mehr 10 %, in die Teilmenge eingeteilt wird.
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Bei einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung wird zur Bildung des Referenzwerts zunächst eine Durchschnittskörpertemperatur von mindestens 10 gesunden Testpersonen bestimmt. Vorzugsweise werden diese Testpersonen in der späteren Messumgebung vermessen, so dass Randbedingungen in der Meßumgebung, wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit oder Luftbewegungen berücksichtigt sind.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Referenzwert in Abhängigkeit von einem gleitenden Mittelwert und der Verteilung der Testtemperatur der Testpersonen gebildet. Dabei wird jedoch davon ausgegangen, dass der Anteil der Verdachtspersonen mit krankhaft bedingter, erhöhter Temperatur kleiner 5 %, vorzugsweise kleiner als 2 % ist, um den gleitenden Mittelwert nicht in den Temperaturbereich der erhöhten Testtemperatur ansteigen zu lassen. Für den Fall, dass der Anteil der Verdachtspersonen mit krankhaft bedingter erhöhter Temperatur größer wird, ist es bevorzugt, die Einstellung des Referenzwerts alternativ durchzuführen.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Kamera für die kameragestützte Temperaturmessung als eine Thermokamera ausgebildet ist. Vorzugsweise nimmt die Thermokamera Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge größer als 3 µm, insbesondere größer als 10 um auf. Ferner kann die Thermokamera ausgebildet sein, Wärmestrahlung bis zu einer Grenzwellenlänge, beispielsweise 50 µm, zu erfassen und/oder zu detektieren.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Person in einem Überwachungsbereich als die Testtemperatur mit der Thermokamera als ein Thermosensor. Insbesondere ist das Messverfahren zur kontaktfreien Ermittlung der Temperatur ausgebildet. Das Messverfahren kann zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur der Person, beispielsweise Hauttemperatur, ausgebildet sein. Alternativ und/oder ergänzend ist das Messverfahren ausgebildet, eine Kerntemperatur der Person als Testtemperatur zu bestimmen. Mittels des Messverfahrens ist die Temperatur der Person, insbesondere absolute Temperatur, als Testtemperatur abstandsunabhängig bestimmbar.
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Insbesondere ist das Messverfahren eingerichtet und/oder ausgebildet, eine nachfolgende beschriebene Messanordnung und/oder Schwarzkörperstrahler zur verbesserten Bestimmung der Temperatur der Person einzusetzen. Das Messverfahren kann insbesondere computerimplementiert, im Speziellen auch unter Benutzung eines neuronalen Netzes, ausgeführt werden.
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Das Messverfahren sieht vor, dass der Überwachungsbereich von dem Thermosensor sensortechnisch erfasst und/oder überwacht wird. Beispielsweise ist der Thermosensor auf den Überwachungsbereich ausgerichtet. Der Thermosensor nimmt beispielsweise Objekte, insbesondere Personen als Testpersonen, die in dem Überwachungsbereich angeordnet sind oder diesen passieren, sensortechnisch war. Der Thermosensor ist ausgebildet, Sensordaten bereitzustellen, wobei die Sensortaten den vom Thermosensor erfassten Überwachungsbereich, Informationen und/oder Wärmestrahlung umfasst. Der Thermosensor ist als eine Wärmebildkamera, insbesondere als eine IR-Kamera, ausgebildet. Der Thermosensor umfasst beispielsweise eine Detektionsfläche, wobei die Detektionsfläche Pixel umfasst.
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Der Thermosensor ist ausgebildet, Wärmestrahlung des sensortechnisch erfassten Überwachungsbereichs zu erfassen und/oder zu detektieren und als Sensordaten bereitzustellen. Insbesondere kann der Thermosensor neben Infrarotstrahlung, beispielsweise mittlerer und/oder langweiliger Infrarotstrahlung, ergänzend sichtbare Strahlung und/oder UV-Strahlung erfassen. Besonders bevorzugt ist es, dass der Thermosensor ausgebildet ist, Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge größer als 3 µm, insbesondere größer als 10 µm zu detektieren und/oder zu erfassen. Ferner kann der Thermosensor ausgebildet sein, Wärmestrahlung bis zu einer Grenzwellenlänge, beispielsweise 50 µm, zu erfassen und/oder zu detektieren. Der Thermosensor ist vorzugsweise fest angeordnet und/oder ausgerichtet, beispielsweise an einer Decke und/oder einer Wand montiert. Insbesondere ist die Ausrichtung und/oder die Perspektive des Thermosensors auf den Überwachungsbereich fest und/oder konstant. Alternativ kann der Erfassungsbereich und/oder die Ausrichtung des Thermosensor ausrichtbar und/oder einstellbar sein, sodass der Thermosensor bzw. dessen Erfassungsbereich gezielt, gesteuert und/oder zufällig auf unterschiedliche Abschnitte und/oder Überwachungsbereiche ausrichtbar ist. Insbesondere kann der Thermosensor, bzw. dessen Erfassungsbereich und/oder Perspektive, nachgeführt werden, beispielsweise um eine Person zu erkennen und/oder genauer auszuwerten.
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Das Messverfahren sieht vor, dass eine in dem Überwachungsbereich befindliche Person und/oder eine Person die den Überwachungsbereich passiert sensortechnisch vom Thermosensor erfasst wird. Beispielsweise sieht das Messverfahren die dauerhafte, kontinuierliche und/oder zyklische Erfassung und/oder Bereitstellung von Sensordaten durch Erfassung des Überwachungsbereichs vor, sodass eine Person im Überwachungsbereich ebenfalls vom Thermosensor erfasst wird.
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Das Messverfahren sieht vor, dass ein Schwarzkörperstrahler, insbesondere extended area Blackbodyradiator in dem Überwachungsbereich angeordnet ist. Der Thermosensor ist ausgerichtet und/oder angeordnet, den Schwarzkörperstrahler im Überwachungsbereich zu erfassen und die Erfassung als Sensordaten bereitzustellen. Der Schwarzkörperstrahler ist vorzugsweise mindestens abschnittsweise ein optimaler oder nahezu optimaler Schwarzkörper. Der Schwarzkörperstrahler ist insbesondere temperiert, wobei die Temperatur des Schwarzkörperstrahlers kontrolliert wird. Der Schwarzkörperstrahler wird auf eine einstellbare und/oder festgelegte Temperatur temperiert. Der Schwarzkörperstrahler bzw. dessen Temperatur kann als eine Referenztemperatur und/oder Referenzstrahler aufgefasst werden.
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Die Sensordaten umfassen eine erste Strahlungsleistung und eine zweite Strahlungsleistung. Die erste Strahlungsleistung bildet und/oder beschreibt eine thermische Strahlungsleistung die von einem Personenabschnitt ausgeht. Beispielsweise kann der Personenabschnitt ein Gesicht und/oder ein Gesichtsabschnitt der Person im Überwachungsbereich darstellen. Insbesondere können von der Person mehrere Personenabschnitte und/oder thermische Strahlungsleistungen von Personenabschnitten bestimmt und/oder erfasst werden. Die erste Strahlungsleistung kann beispielsweise als eine Strahlungsleistung verstanden werden, die von einem Abschnitt im Überwachungsbereich ausgeht, an dem sich die Person befindet. Die zweite Strahlungsleistung bildet, umfasst und/oder beschreibt eine vom Thermosensor detektierte thermische Strahlungsleistung eines Schwarzkörperstrahlerabschnitts. Der Schwarzkörperstrahlerabschnitt ist insbesondere ein Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers, wobei dieser Abschnitt insbesondere einem idealen und/oder nahezu idealem (technisch realisierbaren) Schwarzkörper entspricht. Beispielsweise weist der Schwarzkörperstrahlerabschnitt einen Absorptionskoeffizienten von Epsilon ungefähr eins auf. Die zweite Strahlungsleistung und/oder die thermische Strahlungsleistung des Schwarzkörperstrahlerabschnitts beschreibt beispielsweise eine thermische Strahlungsleistung, die von einem Bereich und/oder Abschnitt des Überwachungsbereichs ausgeht, an dem sich der Schwarzkörperstrahler befindet. Die zweite Strahlungsleistung beschreibt damit insbesondere eine Strahlungsleistung, die nicht, zumindest nicht explizit, von der Person ausgeht.
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Das Messverfahren sieht vor, dass die Temperatur der Person, insbesondere maximale Temperatur, Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, als Testtemperatur basierend auf der ersten und der zweiten Strahlungsleistung ermittelt wird. Beispielsweise können erste Strahlungsleistung und zweite Strahlungsleistung zur analytisch Bestimmung der Temperatur herangezogen werden. Alternativ und/oder ergänzend kann die Bestimmung der Temperatur basierend auf der ersten und der zweiten Strahlungsleistung unter Verwendung einer Kennlinie und/oder Referenzparametern erfolgen.
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Dem Messverfahren liegt die Überlegung zu Grunde, dass bei der Bestimmung einer Temperatur, insbesondere einer Person, vielfältigste Umgebungseinflüsse, szenenspezifische Einflüsse und/oder umgebende Objekte, Einfluss auf eine präzise Temperaturbestimmung haben. Beispielsweise emittiert auch die Umgebung thermische Strahlung, die von dem Thermosensor erfasst wird und so beispielsweise die Temperaturbestimmung der Person verfälschen würde. Andererseits wird thermische Strahlung des Objekts bei der Übertragung und/oder dem Passieren des Wegs zum Thermosensor geschwächt. Um derartige Fehler, sowohl Schwächung als auch Verstärkung, berücksichtigen zu können, wird zusätzlich zur reinen Detektion des Personenabschnitts ein Schwarzkörperstrahler bzw. Schwarzkörperstrahlerabschnitt, mittels des Thermosensors erfasst, wobei dieser temperiert ist und somit als eine Art Referenz und/oder Vergleich dienen kann. Insbesondere kann der Schwarzkörperstrahlerabschnitt dazu genutzt werden, physikalische, insbesondere thermodynamische, Prozesse und/oder szenenspezifische Störungen zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann die Testtemperatur genauer bestimmt werden.
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Insbesondere sieht das Messverfahren vor, dass die Temperatur der Person basierend auf einem thermodynamischen Modell ermittelt wird. Das thermodynamische Modell sieht insbesondere die Berücksichtigung von Abschwächungseffekten, beispielsweise durch Konvektion, Transmission und/oder Reflexion, vor. Ferner sieht das thermodynamische Modell beispielsweise verstärkende Umgebungseffekte vor, beispielsweise Strahlung von umgebenden Objekten, vom Objekt reflektierte Anteile und/oder thermische Strahlung der Luft. Im Speziellen basiert das thermodynamischen Modell auf dem Stefan-Boltzmann-Gesetz. Beispielsweise sieht das thermodynamische Modell vor, dass eine vom Thermosensor erfassbare und/oder erfasste thermische Strahlungsleistung einen Personenstrahlungsanteil und einen Umgebungsstrahlungsleistungsanteil umfasst, wobei der Umgebungsstrahlungsleistungsanteil basierend auf der zweiten Strahlungsleistung ermittelt wird. Mit anderen Worten sieht das thermodynamische Modell beispielsweise vor, dass eine vom Thermosensor, im Speziellen von der Wärmebildkamera, erfasste Strahlungsleistung typischerweise eine akkurate Kalibrierung erfordert und/oder szenenspezifische Parameter, wie reflektierte thermische Strahlung von anderen Objekten in der Umgebung und thermische Strahlung der Luft zu berücksichtigen sind. Beispielsweise berücksichtigt das thermodynamische Modell, dass eine von einem Objekt, beispielsweise der Person oder dem Schwarzkörperstrahler, abgestrahlte Strahlungsleistung P dem Zusammenhang genügt P = εσAT4, wobei ∈ der Emissionsgrad des Körpers, σ die Stefan-Boltzmannkonstante, A die strahlende Fläche und T die absolute Temperatur ist. Durch die Verwendung eines Thermosensors, beispielsweise Mikrobolometers, kann das thermodynamische Modell beispielsweise in der Form beschrieben werden, dass die von einem Pixel ausgelesene Temperatur T und die gemessene thermische Strahlungsleistung PM dem Zusammenhang genügt PM = εcalσAT4. Im Speziellen berücksichtigt das thermodynamische Modell, das eine gemessene thermische Strahlungsleistung PM mehrere Komponenten umfasst, beispielsweise die Strahlungsleistung P des eigentlichen Objekts, beispielsweise der Person, eine mittlere effektive Strahlungsleistung PE, die von Umgebungsobjekten ausgehende am Objekt reflektierte Strahlungsleistung umfasst, sowie eine Strahlungsleistung PA ausgehend von der Luft zwischen Objekt. Beispielsweise kann das thermodynamischen Modell beschrieben werden als PM = τ[P + (1 - ε)PE] + (1 - τ)P4.
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Besonders bevorzugt ist es, dass mittels des Messverfahrens eine Kerntemperatur Tc der Person bestimmt wird. Insbesondere erfolgt die Bestimmung der Kerntemperatur basierend auf einer Differenz einer Personenoberflächentemperatur Ts, kurz Oberflächentemperatur, und einer Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz ΔTc,s. Insbesondere ist die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz eine szenenspezifische Größe. Beispielsweise kann die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz Windchilleffekte, Luftfeuchtigkeitsaspekte, Verdunstungskälte und/oder Luftströmungseffekte berücksichtigen. Die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz gibt beispielsweise an, wie groß ein Unterschied zwischen Oberflächentemperatur und Kerntemperatur ist, insbesondere unter Berücksichtigung von Umgebungsparametern und/oder szenenspezifischen Größen. Beispielsweise sieht das Messverfahren vor, dass eine Oberflächentemperatur des Personenabschnitts, im speziellen der Person, bestimmt wird, wobei zur Bestimmung der Kerntemperatur die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz berücksichtigt wird, beispielsweise addiert oder abgezogen wird. Beispielsweise kann dies von dem thermodynamischen Modell berücksichtigt werden. Im Speziellen gilt für die Kerntemperatur Tc = Ts(x,y) - ΔTc,s(x,y) , wobei x, y eine Position auf der Person, bzw. den Personenabschnitt, beschreiben.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sieht das Messverfahren vor, dass die Kerntemperatur basierend auf einer maximalen Personenoberflächentemperatur TS,max bestimmt wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass zu Bestimmung der Kerntemperatur eine minimale Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz ΔTc,s,min herangezogen und/oder bestimmt wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass Temperaturunterschiede zwischen Kern und Oberfläche einer Person abhängig sind von der Position an der die Oberflächentemperatur, beziehungsweise Hauttemperatur, bestimmt wird. Beispielsweise sind bestimmte Körperteile, zum Beispiel Nase, weiter vom Körperkern entfernt und/oder kühler. Bereiche in der Umgebung des Auges sind in der Regel wärmer und im speziellen auch näher an einem Körpermittelpunkt. Zur Bestimmung der Kerntemperatur ist es daher besonders vorteilhaft, eine maximale Personenoberflächentemperatur, mit anderen Worten die wärmste Stelle der Körperoberfläche, zu bestimmen, wobei hier im Speziellen eine minimale Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz verrechnet werden soll. Die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz ist insbesondere eine szenenspezifische Größe, beispielsweise abhängig von der Luftfeuchtigkeit. Um eine gute und verlässliche Temperaturbestimmung der Kerntemperatur zu gewährleisten, ist es daher vorteilhaft einzelne minimale Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz heranzuziehen.
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Insbesondere sieht das Messverfahren vor, dass zur Ermittlung der maximalen Oberflächentemperatur eine Gesichtserkennung auf die Sensordaten und/oder basierend auf den Sensordaten angewendet wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass der wärmste Bereich der Person und/oder einer Person meist im Gesicht zu finden sind. Häufig sind andere Bereiche, zum Beispiel Arme, Beine, Oberkörper, durch Textilien und/oder mehrere Schichten aus Textilien bedeckt, so dass hier niedrigere Temperaturen gemessen werden. Durch die Bestimmung und/oder Erkennung der Position des Gesichts und/oder des Gesichts der Person in den Sensordaten, kann die Bestimmung der maximalen Oberflächentemperatur gezielt in diesem Bereich erfolgen. Insbesondere sieht diese Ausgestaltung vor, dass verdecken und/oder abschirmen durch Objekte, wie beispielsweise einer Brille oder eines Mundschutzes, bei der Bestimmung der maximalen Oberflächentemperatur berücksichtigt werden und/oder dergleichen Bereiche ausgeschlossen werden.
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Das Messverfahren sieht beispielsweise vor, dass zur Bestimmung der Temperatur der Person, insbesondere der Oberflächentemperatur und/oder der Kerntemperatur der Person, eine Luftstrahlungsleistung berücksichtigt wird und/oder der Umgebungsstrahlungsleistungsanteil die Luftstrahlungsleistung umfasst. Im letzteren Fall umfasst das thermodynamische Modell und/oder berücksichtigt das thermodynamische Modell beispielsweise die Luftstrahlungsleistung. Die Luftstrahlungsleistung und/oder eine zur Luftstrahlungsleistung zugehörige Lufttemperatur wird insbesondere basierend auf der Strahlungsleistung des Schwarzkörpers, im Speziellen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts ermittelt und/oder bestimmt, wobei insbesondere eine Schwarzkörperabschnittstemperatur berücksichtigt wird. Die Schwarzkörperabschnittstemperatur ist beispielsweise eine tatsächlich gemessene Temperatur des Schwarzkörperstrahlerabschnitts, beispielsweise durch kontaktierende Temperaturmessung. Alternativ und/oder ergänzend kann die Schwarzkörperabschnittstemperatur als eine eingestellte und/oder kontrollierte Temperatur des Schwarzkörperstrahlers berücksichtigt werden. Die Luftstrahlungsleistung beschreibt insbesondere einen Einfluss auf eine gemessene Strahlungsleistung des Thermosensors der von der umgebenden Luft bzw. deren Temperatur ausgeht. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch kontrollieren einer Schwarzkörperabschnittstemperatur und/oder direkten Bestimmung der Schwarzkörperabschnittstemperatur und einem Messen der Strahlungsleistung des Schwarzkörperstrahlerabschnitts mittels des Thermosensors, der Einfluss der Luftstrahlungsleistung auf die Temperaturbestimmung der Person bestimmt und berücksichtigt werden kann. Beispielsweise wird hierzu die Strahlungsleistung des Schwarzkörperstrahlers insbesondere des Schwarzkörperstrahlerabschnitts mittels des Thermosensors ermittelt und die tatsächliche, beispielsweise gemessene oder kontrollierte, Schwarzkörperabschnittstemperatur mit der gemessenen verglichen. Insbesondere basiert dies auf der Überlegung, dass der Schwarzkörperstrahlerabschnitt ideal und/oder nahezu ideal Strahlung absorbiert bzw. nicht reflektierend ist (ε ≈ 1), sodass bei Verwendung des thermodynamischen Modells beispielsweise reflektierende Strahlungsleistungsanteile vernachlässigt und/oder unberücksichtigt bleiben.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass zur Bestimmung der Temperatur der Person, beispielsweise Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, eine mittlere Reflexionsstrahlungsleistung berücksichtigt wird. Beispielsweise umfasst der Umgebungsstrahlungsleistungsanteil die mittlere Reflexionsstrahlungsleistung. Hierzu wird beispielsweise eine Temperatur eines reflektierenden Reflektorabschnitts mittels des Thermosensors ermittelt. Insbesondere wird ein Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers mittels des Thermosensors erfasst, in welchem der reflektierende Reflektorabschnitt angeordnet ist. Beispielsweise ist hierzu am Schwarzkörperstrahler eine reflektierende Folie, Fläche und/oder Element angeordnet. Beispielsweise ist der Reflektorabschnitt als ein mit Goldfolie oder Silberfolie bedeckter Abschnitt des Schwarzkörperstrahlers ausgebildet. Die Sensordaten umfassen die Reflektorstrahlungsleistung. Die Reflektorstrahlungsleistung ist insbesondere eine vom Thermosensor detektierte thermische Strahlungsleistung ausgehend vom Reflektorabschnitt. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die mittlere Reflexionsstrahlungsleistung und/oder die zugehörige mittlere Reflexionstemperatur, insbesondere gemessene Reflexionstemperatur, basierend auf der gemessenen Reflektorstrahlungsleistung und der zugehörigen tatsächlichen Temperatur, beispielsweise der Schwarzkörperabschnittstemperatur, ermittelt wird. Diese Ausgestaltung basiert auf der Überlegung, dass durch die Erfassung eines Reflektorabschnitts mittels des Thermosensors ε ≈ 0 verwendet werden kann, sodass das thermodynamische Modell und/oder die physikalisch anzuwendenden Formeln stark vereinfacht werden können.
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Optional ist es vorgesehen, dass zur Bestimmung der Temperatur der Person, beispielsweise Oberflächentemperatur und/oder Kerntemperatur, ein Transmissionsgrad τ der Luft und/oder ein Kalibrierungsemissionsgrad εcal des Thermosensors berücksichtigt wird, beispielsweise vom thermodynamischen Modell berücksichtigt wird. Insbesondere ist der Transmissionsgrad τ = τ(d) abhängig von einem Abstand d zwischen Thermosensors und Objekt bzw. Person. Der Transmissionsgrad und/oder der Kalibrierungsemissionsgrad kann beispielsweise für die Messanordnung zur Durchführung des Messverfahrens, mittels einer oder mehrerer Messreihen ermittelt werden. Ferner kann der Transmissionsgrad und/oder der Kalibrierungsemissionsgrad basierend auf einer Kennlinie ermittelt, extrahiert und/oder bereitgestellt werden. Die Kennlinie und/oder die Messreihe umfasst und/oder basiert auf thermischen Strahlungsleistungen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts bei unterschiedlichen Schwarzkörperabschnittstemperaturen und/oder unterschiedlichen Abständen zwischen Thermosensor und Schwarzkörperstrahler. Beispielsweise werden hier zu und/oder wurden hier zu, thermische Strahlungsleistungen des Schwarzkörperabschnitts mittels des Thermosensors ermittelt und/oder gemessen, wobei die Temperatur, beispielsweise eingestellte Temperatur, des Schwarzkörperstrahlerabschnitts und/oder der Abstand zwischen Thermosensor und Schwarzkörperstrahlerabschnitt variiert werden.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz als eine Summe aus einer konstanten Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz und eines szenenabhängigen Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offsets aufgefasst werden. Beispielsweise kann die konstante Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz einen Durchschnittswert des Menschen beschreiben, wobei dieser beispielsweise aus der Literatur entnommen ist und/oder auf einer oder mehreren Messreihen basiert. Insbesondere kann der konstante Anteil ortsabhängig ausgebildet sein, beispielsweise körperteilabhängig, z.B. Nase, Augen, Stirn spezifisch. Der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset ist insbesondere abhängig von einer Luftfeuchtigkeit, Luftströmung, Umgebungstemperatur und/oder weiteren Umgebungsparametern. Der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset kann insbesondere aus einer hinterlegten Kennlinie und/oder Referenztabelle entnommen werden, alternativ kann und/oder wird der szenenabhängige Offset durch eine oder mehrere Messungen für die Szene bestimmt.
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Besonders bevorzugt ist es, dass der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset basierend auf der sensortechnischen Überwachung eines Abschirmungsabschnitts des Schwarzkörperstrahlers ermittelt wird. Der Schwarzkörperstrahler weist hierzu beispielsweise eine Abschirmung als Abschirmungsabschnitt auf, wobei die Abschirmung beispielsweise einen Abschnitt der Oberfläche des Schwarzkörperstrahlers bedeckt. Vorzugsweise ist und/oder sind die physikalischen, chemischen und/oder thermodynamischen Parameter der Abschirmung ähnlich zu denen einer Person, insbesondere Haut und/oder Gesichtsabschnitt. Beispielsweise weist die Abschirmung einen ähnlichen Emission- und/oder Absorptionsgrad auf. Der Abschirmungsabschnitt ist insbesondere an mindestens einer Stelle temperiert, beispielsweise temperiert auf die Schwarzkörperabschnittstemperatur an der dem Thermosensor abgewandten Seite. Der Abschirmungsabschnitt wird mittels des Thermosensors erfasst, wobei die Sensordaten dies als eine Abschirmungsstrahlungsleistung umfassen. Der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset wird basierend auf der Abschirmungsstrahlungsleistung ermittelt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass durch Einführung einer Abschirmung auf dem Schwarzkörperstrahler, die sich strahlungstechnisch insbesondere ähnlich zur Oberfläche eines Menschen verhält, der szenenabhängige Kern-Oberflächen-Temperaturdifferenz-Offset abgeschätzt und/oder ermittelt werden kann.
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Im Speziellen ist es vorgesehen, dass die Kerntemperatur der Person basierend auf der eingestellten Temperatur des Schwarzkörperabschnitts, auch Schwarzkörperabschnittstemperatur genannt, der gemessenen und/oder eingestellten Temperatur des Reflektorabschnitts und des Abschirmungsabschnitts, der ersten Strahlungsleistung, der zweiten Strahlungsleistung, der Reflektorstrahlungsleistung und der Abschirmungsstrahlungsleistung erfolgt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass durch diese Größen und/oder Parameter ein thermodynamisches Modell genutzt werden kann, dass eine sichere, gute und verlässliche Bestimmung der Kerntemperatur der Person gewährleistet, wobei insbesondere alle wesentlichen Umgebungseinflüsse berücksichtigt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet, wie dieses zuvor beschrieben wurde und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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Die Vorrichtung weist eine Kamera zur Durchführung einer kameragestützten Temperaturmessung bei Testpersonen auf. Vorzugsweise ist die Kamera als die Wärmekamera ausgebildet, wie diese zuvor beschrieben wurde. Insbesondere weist die Vorrichtung den Schwarzkörperstrahler auf, wie dieser zuvor beschrieben wurde, und ist zu Durchführung des Messverfahrens, wie dies zuvor beschrieben wurde, ausgebildet.
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Die Vorrichtung weist eine Auswerteeinrichtung auf, welche beispielsweise als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere als ein Computer oder mehrere Computer, ausgebildet ist. Die Auswerteeinrichtung ist insbesondere programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, Testpersonen aufgrund einer gegenüber einem Referenzwert erhöhten Testtemperatur als Verdachtspersonen in eine Teilmenge einzuteilen.
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Die Vorrichtung weist eine Ausgabeeinrichtung auf, wobei die Ausgabeeinrichtung beispielsweise als ein Bildschirm, als ein optischer Signalgeber, als ein Drucker, als eine Ampel etc. ausgebildet sein kann. Die Ausgabeeinrichtung ist ausgebildet, gegen über den Testpersonen, den Verdachtspersonen und/oder gegenüber der Umgebung, die Einteilung in die Teilmenge ohne Angabe der Testtemperatur auszugeben. Optional ergänzend wird ein Bild der zugeordneten Testperson und/oder Verdachtsperson ausgegeben. Optional ist die Testperson und/oder Verdachtspersonen maskiert.
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Ferner weist die Vorrichtung eine weitere Temperaturmesseinrichtung zur Bestimmung der Körpertemperatur der Personen aus der Teilmenge auf.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Computerprogramm zur Ausführung auf einem Computer, insbesondere auf der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, bei Ausführung des Computerprogramms das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Insbesondere wird das Computerprogramm in der zuvor beschriebenen Vorrichtung ausgeführt. Ein weiterer optionaler Gegenstand betrifft ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung;
- 2a, b, c Komponenten eines Schwarzkörperstrahlers;
- 3a, b Schwarzkörperstrahler aus 2;
- 4 ein Flussdiagramm zur Illustration eines Verfahrens als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine Grafik zur Illustration der Temperaturverteilung bei gesunden und bei kranken Personen;
- 6 eine Blockdarstellung zur Illustration einer Vorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt eine Messanordnung 1 zur Ermittlung einer Temperatur als Testtemperatur einer Person 2 als Testperson in einem Überwachungsbereich 3. Der Überwachungsbereich 3 ist als ein Abschnitt eines Gebäudes, zum Bespiel Flughafens, ausgebildet. Der Überwachungsbereich 3 wird von einem Thermosensor 4 erfasst, wobei der Thermosensor 4 als eine Wärmebildkamera, insbesondere Microbolometer, ausgebildet ist. Der von dem Thermosensor 4 erfasste Überwachungsbereich 3 umfasst einen Schwarzkörperstrahler 5 und die Person 2, wobei von der Person mindestens ein Rumpf und/oder Gesichtsabschnitt, erfasst wird. Beispielsweise wird als Überwachungsbereich 3 ein Eingang und/oder Schleuse 6 erfasst. Die Schleuse 6 dient beispielsweise zur Personenkontrolle, insbesondere Pass-, Gesichts- und/oder Sicherheitskontrolle der Person 2. Insbesondere ist die Schleuse ausgebildet, die Person 2 bei dem passieren richtig zu orientieren, damit der Thermosensor den Gesichtsabschnitt der Person 2 erfassen kann. Der Thermosensor 4 erfasst die von der Person 2 und dem Schwarzkörperstrahler 5 ausgesendete thermische Strahlungsleistung und stellt diese als Sensordaten bereit. Der Abstand zwischen Thermosensor 4 und Person 2 und/oder Schwarzkörperstrahler 5 beträgt etwa 3 bis 5 Meter. Beispielsweise werden die Sensordaten einer Auswerteinrichtung bereitgestellt, die basierend auf den Sensordaten die Personentemperatur, Oberflächen- und/oder Kerntemperatur bereitstellt.
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2a, b, c zeigen Beispiele für Komponenten des Schwarzkörperstrahlers 5. 2a zeigt hierbei ein Schwarzkörpergrundmodul 8, welches einen Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 und einen Gehäuseabschnitt 10 umfasst. Der Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 ist ein flächiger, insbesondere zentraler Abschnitt, der einen Absorptionsgrad von etwa 1 aufweist und einen Schwarzkörperstrahler bildet. Insbesondere ist der Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 durch das Schwarzkörpergesetz und das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschreibbar. Der Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 ist auf eine Schwarzkörperabschnittstemperatur temperiert.
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2b zeigt eine Abschirmung 11, die zur Befestigung auf dem Schwarzkörperstrahler 5, insbesondere dem Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 ausgebildet ist. Die Abschirmung 11 ist flächig ausgebildet und weist einen Absorptionsgrad und einen Emissionsgrad für thermische Strahlung auf, die ähnlich der menschlichen Haut ist. Die Abschirmung 11 weist Ausnehmungen 12 auf, wobei die Ausnehmungen 12 im befestigten Zustand der Abschirmung den Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 freigeben. Im befestigten Zustand ist die Abschirmung durch die Temperierung des Schwarzkörperstrahlerabschnitts rückseitig temperiert, entweder durch Wärmefluss aufgrund direkten Kontaktes oder Wärmestrahlung über den optionalen Luftspalt.
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2c zeigt einen Reflektor 13, wobei der Reflektor 13 einen Emissionsgrad von etwa 1 aufweist. Der Reflektor ist als ein metallischer Rahmen ausgebildet, beispielsweise aus Silber. Der Reflektor 13 umgibt einen zentralen Freibereich, der in einem befestigten Zustand des Reflektors auf dem Schwarzkörperstrahler, insbesondere der Abschirmung 12, Teile der Abschirmung und des Schwarzkörperstrahlerabschnitts 9 freigibt.
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3a zeigt eine Draufsicht auf einen Schwarzkörperstrahler 5 umfassend die Komponenten aus 2a, b, c. Der Schwarzkörperstrahler 5 umfasst den Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9, einen Abschirmungsabschnitt 14 und einen Reflektorabschnitt 15. 3b zeigt eine Seitenansicht des Schwarzkörperstrahlers 5, wobei insbesondere ersichtlich ist, dass zwischen Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 und Abschirmung 11 ein kleiner Luftspalt angeordnet sein kann.
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Zur Bestimmung der Temperatur der Person 2 werden die Sensordaten ausgewertet, wobei die Sensordaten die sensortechnische Überwachung des Schwarzkörperstrahlers 5 und der Person 2 umfassen. Mittels des Verfahrens kann eine absolute Oberflächentemperatur der Person 2, insbesondere unabhängig vom Abstand zwischen Person 2 und Thermosensor 4 bestimmt werden. Ferner kann mittels des Verfahrens ein szenenspezifischer Temperaturunterschied zwischen Kern und Oberfläche der Person bestimmt werden.
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Die Kerntemperatur, auch Körperkerntemperatur, der Person ist beschreibbar durch den Zusammenhang Tc = Ts(x,y) - ΔTC,S(x.y), wobei TC die Kerntemperatur, TS die Oberflächentemperatur, ΔTC/S der Temperaturunterschied zwischen der Kerntemperatur und der Haut ist und x,y die Körperoberflächenkoordinaten sind.
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Die Temperaturdifferenz zwischen Kern und Oberfläche ist abhängig von der Position des Oberflächenabschnitts. Manche Abschnitte, beispielsweise Abschnitte nahe an den Augen der Person, weisen eine Temperatur auf die näher an der Kerntemperatur der Person ist als andere Abschnitte, beispielsweise die Nase. Durch eine Fokussierung auf Abschnitte mit höheren Temperaturen, beispielsweise Augen, kann die Gleichung TC = TS,max - ΔTC/S,min verwendet werden, wobei TS,max die maximale Hauttemperatur und ΔTC/S,min der minimale Temperaturunterschied zwischen Kerntemperatur und Haut ist.
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Die Bestimmung von absoluten Temperaturwerten der Haut aus den Sensordaten des Thermosensors 4 ist häufig schwierig und erfordert eine exakte Kalibrierung des Thermosensors 4 und die Berücksichtigung von Umgebungsparametern, beispielsweise reflektierter thermischer Strahlung von Umgebungsobjekten und thermischer Strahlung der Luft. Zur Bestimmung der maximalen Hauttemperatur der Person 2 kann beispielsweise eine Gesichtserkennung durchgeführt werden, sodass die maximale Hauttemperatur durch Vermessung des Gesichts bestimmt wird. Die Bestimmung der minimalen Temperaturdifferenz zwischen Kern und Oberfläche ist in der Regel nicht trivial und erfordert das Wissen über szenenspezifische thermodynamische Kopplung von Umgebung und Person.
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Diese Kopplung hängt beispielsweise vom Wärmetransport durch Konvektion, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und weiteren Parametern ab.
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Das Verfahren geht vom Stefan-Boltzmann-Gesetz P = εσAT4 aus. Dabei ist P die Strahlungsleistung des Objekts, ε die Objektemissivität, Bereich [0,1], σ Stefan-Boltzmann Konstante, 5.670373 . 10-8 Wm-2 K-4, A die Projektoberfläche und T die Objekttemperatur.
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Zur Bestimmung der Strahlungsleistung ist der Thermosensor 4 als Microbolometer mit mehreren Pixeln ausgebildet. Der Thermosensor 4 ist ausgebildet, Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 7 und 14 um in den einzelnen Pixeln zu detektieren, um so beispielsweise ein Thermobild des Überwachungsbereichs zu erzeugen.
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Der Zusammenhang zwischen gemessener thermischer Strahlung P
M und ausgelesener Pixeltemperatur kann beschrieben werden als
wobei P
M die gemessene Leistung, ε
cal die Emissivität für die Kalibrierung von Wärmebildkameras und T
M die Temperaturauslesung an der Wärmebildkamera ist.
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Die gemessene thermische Strahlungsleistung umfasst drei Komponenten, die Strahlungsleistung ausgehend von der Person, die mittlere reflektierte Strahlungsleistung von Umgebungsobjekten und die Strahlungsleistung der umgebenden Luft. Dies führt zu dem thermodynamischen Modell PM = τ[P + (1 - ε)PE] + (1 - τ)PA, wobei τ Transmittance für die Übertragung in Luft, τ ≈ 0.9 für 2m Abstand, PE die effektive Strahlungsleistung, die von allen anderen Objekten in der Umwelt abgestrahlt wird und PA Strahlungsleistung die von der Luft abgestrahlt wird ist.
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Dieses thermodynamische Modell kann zur Bestimmung der absoluten Temperatur der Person herangezogen werden. Dieses Modell kann vereinfacht werden, in dem die Strahlungsleistung der Luft eliminiert wird. Basierend auf dem Stefan Boltzmann Gesetz ergibt sich der Zusammenhang
wobei T die gesuchte Objekttemperatur, T
M die gemessene Temperatur ist und T
E und T
A unbekannt und szenenspezifisch sind.
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Um die Temperatur der umgebenden Luft aus der Gleichung zu eliminieren, wird mittels des Thermosensors 4 der Schwarzkörperstrahlerabschnitt 9 sensortechnisch erfasst. Dies ergibt den Zusammenhang
wobei T
M,BB die Temperatur des erweiterten Schwarzkörperstrahlers, τ
BB Transmittance der Luft für den Abstand d
BB, ε
BB Emissionsgrad der Schwarzkörpers (ε
BB = 1) und TBB Schwarzkörperabschnittstemperatur.
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Zur Elimination der Größe T
E wird die Strahlungsleistung des Reflektorabschnitts 14 gemessen. Diese Größe lässt sich beschreiben als
wobei T
M,R die mit dem Thermosensor gemessene Temperatur des Reflektors, τ
R Transmissionsgrad der Luft ist und ε
R Emissionsgrad des Reflektors (ε
R ≈ 0).
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Durch Annahme ε
R = 0 und ersetzen von T
A 4 ergibt sich
Dies impliziert, dass die mittlere Strahlungsleistung von reflektierter Strahlung der umgebenden Objekte am Objekt aus dem thermodynamischen Modell eliminiert werden kann, durch das Wissen der Temperatur des Schwarzkörperstrahlerabschnitts, sensortechnischen Erfassung des Schwarzkörperstrahlerabschnitts und des Reflektorabschnitts.
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Durch diese Annahmen lässt sich die absolute Temperatur, Oberflächentemperatur der Person zwei bestimmen als
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Die Größe ε
cal und die Transmission τ(d) kann ermittelt werden durch eine Mehrzahl von Messungen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts für unterschiedliche Temperaturen des Schwarzkörperstrahlerabschnitts T
BB,i und unterschiedliche Abstände d
BB,j. Durch umformen der Gleichung für
erhält man eine lineare Abhängigkeit der Form
wobei und
Durch die Verwendung von diskreten Werten für T
BB,i und d
BB,j ein zweidimensionales Array von Temperaturmessungen der Form
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Der Wert a
j kann aus den Abständen d
BB,j aus einem Fit der Messpaare {(T
BB,i 4 ;T
M,BBij 4)} ermittelt werden. Unter Verwendung des geringsten möglichen Abstands d kann der aktuelle Emissionsgrad des Thermosensors mit τ = 1 bestimmt werden als ε
cal = 1/a
0. Die Veränderung des Transmissiongrades mit dem Abstand die ist erhältlich aus einem Fit der Form τ
BB,j = a
j/a
0. Unter Annahme eines exponentiellen Verhaltens des Transmissiongrades kann dieser beschrieben werden als τ = e
-βd, wobei β aus den Messpaaren (d
BB,i,Inτ
BB,j) bestimmt werden kann. Beispielsweise erhält man aus dem Literaturwert τ(2m) = 0,9 für
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Zur Bestimmung des minimalen Temperaturunterschieds zwischen Kern und Oberfläche ΔTC,S,min wird von dem Zusammenhang ΔTC,S,min = ΔTC,S,min,RT + ΔTC,S,SO ausgegangen, wobei ΔTC,S,SO den szenenspezifischen Temperaturunterschied beschreibt.
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Der erste Teil dieser Gleichung, der konstante Raumtemperaturanteil, kann aus der Literatur entnommen werden oder durch Laborversuche bestimmt werden. Der zweite Anteil muss für die Anordnung bestimmt werden. Dies erfolgt durch sensortechnische Erfassung des Abschirmabschnitts. Der Abschirmabschnitt, bzw. die Abschirmung, ist optional durch einen schmalen luftgefüllten Spalt vom Schwarzkörperabschnitt getrennt. Für den Temperaturunterschied zwischen Schwarzkörperabschnitt und Abschirmabschnitt gilt ΔTBB,Sh = TSh - TBB. Durch die oben beschriebene Näherung ergibt sich hierfür ΔTBB,Sh = ΔTBB,Sh,RT + ΔTBB,Sh,SO· Durch geeignete Wahl des Materials der Abschirmung, insbesondere der Wahl das der Emissionsgrad und oder die Wärmeleitfähigkeit ähnlich der menschlichen Haut sind, sowie Dimensionierung der Schichtdicke, dass gilt ΔTBB,Sh,RT ≈ ΔTC,S,min,RT, wird für die gesuchte Größe angenommen ΔTC,S,SO= f(ΔTBB,Sh,SO) . Lineare Näherung erster Ordnung ergibt ΔTC,S,SO= γΔTBB,Sh,SO . Der Wert y kann aus Messungen experimentell bestimmt werden, zum Beispiel für unterschiedliche Lufttemperaturen und/oder Luftströmungen. Für die Kerntemperatur der Person ergibt sich dann TC = TS,max - (ΔTC,S,min,RT + ΔTC,S,SO). Durch ersetzen von ΔTC,S,SOergibt sich TC = TS,max - ΔTC,S,min,RT - γΔTBB,Sh,SO.
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Für die gesuchten Größen ergibt sich somit:
wobei ε
S der Emissionsgrad der Haut ist.
, wobei ε
Sh Emissionsgrad der Abschirmung ist. Durch Vereinfachung ergibt sich:
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Die 4 zeigt ein Flussdiagramm von einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Körpertemperatur bei Personen. Das Verfahren wird beispielsweise in öffentlichen Bereichen, wie zum Beispiel in Flughäfen, Bahnhöfen etc. eingesetzt.
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In einem Schritt 100 werden bei Testpersonen jeweils eine Testtemperaturmessung zur Bestimmung einer Testtemperatur mittels einer kameragestützten Temperaturmessung durchgeführt. Die Testpersonen sind beispielsweise Reisende in den öffentlichen Bereichen. Die kameragestützte Temperaturmessung kann über eine Wärmebildkamera oder über das Messverfahren mit der Messanordnung 1 erfolgen, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Testtemperaturmessung wird beispielsweise jeweils für die Testperson durchgeführt, wenn diese einen Überwachungsbereich durchquert, sich in einer Sicherheitsschleuse befindet etc. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Testperson freiwillig und/oder selbstständig in den Überwachungsbereich und/oder Aufnahmebereich der Wärmebildkamera tritt. Die Testtemperaturmessung wird wahlweise automatisiert gestartet, alternativ hierzu wird diese durch Bedienpersonal oder durch die Testperson selbst aktiviert.
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In einem Schritt 200 werden Testpersonen mit einer gegenüber einem Referenzwert erhöhten Testtemperatur als Verdachtspersonen in eine Teilmenge der Testpersonen eingeteilt.
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Die 5 zeigt zur Illustration des Sachverhaltes ein hypothetisches Diagramm, in dem auf der X-Achse eine relative Körpertemperatur, insbesondere Hauttemperatur, in Grad Celsius aufgetragen ist. Auf der Y-Achse ist eine relative Häufigkeit dargestellt.
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Die höhere Kurve zeigt eine beispielhaft angenommene statistische Verteilung von gesunden Personen. Es ist zu erkennen, dass in diesem Beispiel zur Illustration ausgehend von einem Mittelwert der gesunden Personen bei 0 die Körpertemperatur um mehr als 1°C, insbesondere um mehr als 2°C schwankt. Die niedrigere Kurve zeigt eine beispielhaft angenommene, zur besseren Unterscheidbarkeit in der Illustration überhöhte statistische Verteilung von kranken Personen, also Personen, die eine krankheitsbedingte erhöhte Körpertemperatur aufweisen, wobei deren Mittelwert gegenüber den gesunden Personen im Beispiel als vereinfachte Näherung um ca. 1,5 °C erhöht ist. Wird nun ein Referenzwert gewählt, welcher durch einen senkrechten Strich dargestellt ist, der beispielsweise 1° Celsius höher als der Mittelwert der gesunden Personen ist, so werden alle Testpersonen, welche gegenüber dem Referenzwert eine erhöhte Testtemperatur aufweisen als Verdachtspersonen in die Teilmenge eingeordnet. Aus den beiden Kurven erkennt man, dass aufgrund der Einteilung bereits in der Teilmenge gesunde und kranke Testpersonen eingeordnet sind. Über die Verschiebung des Referenzwerts kann das Verhältnis von gesunden und kranken Testpersonen in der Teilmenge bedarfsgerecht eingestellt werden.
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Auf diese Weise ist auch sichergestellt, dass durch die Einteilung der Testpersonen in die Teilmenge keine eindeutige Kennzeichnung von Testpersonen erfolgt, welche eine krankhaft erhöhte Körpertemperatur aufweisen. Diese Einteilung ist somit konform mit den geltenden Datenschutzgesetzen.
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Optional ergänzend kann der Teilmenge weitere Testpersonen zugeordnet werden, welche eine Testtemperatur aufweisen, die geringer ist als der Referenzwert, um auf diese Weise die eindeutige Kennzeichnung weiter zu verwässern. Auch über zugemischte, zumindest wahrscheinlich gesunden Testpersonen, kann eine eindeutige Kennzeichnung von Testpersonen, welche eine krankhaft erhöhte Körpertemperatur aufweisen, vermieden werden. Über die Anzahl der zugemischten Testpersonen kann das Verhältnis von gesunden und kranken Testpersonen in der Teilmenge weiter bedarfsgerecht eingestellt werden.
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Der Referenzwert kann beispielsweise in Bezug auf einen vorgegebenen Absolutwert bestimmt werden. Die Testtemperatur wird vorzugsweise an der wärmsten Stelle in dem Gesicht der Testperson gemessen. Die Bestimmung des Referenzwerts als vorgegebener Referenzwert ist besonders geeignet, wenn die Randbedingungen bei dem Verfahren konstant sind und/oder die Testpersonen aus einer kontrollierten Umgebung kommen. Problematisch wird diese Vorgabe des Referenzwerts, wenn die Testpersonen von extrem kalten oder warmen Umgebungen kommen oder besonders körperlich angestrengt sind.
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Der Referenzwert kann beispielsweise auch in Bezug auf eine Referenzmessung der Temperatur bei einer gewissen Anzahl von gesunden Testpersonen bestimmt werden. Diese Wahl des Referenzwerts ist besonders geeignet, wenn die Temperatur der Testpersonen aufgrund der Randbedingungen schwanken kann.
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Der Referenzwert kann auch in einem Auto Mode gemessen werden, wobei ein gleitender Mittelwert und der Verteilung der gemessenen Testtemperaturen als Basis für den Referenzwert herangezogen werden wird. Bei dieser dritten Alternative kann ein Bedienpersonal den Referenzwert als Verhältnis zwischen der Anzahl der Verdachtspersonen und der Gesamtanzahl der Personen einstellen.
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In einem Schritt 300 wird die Einteilung in die Teilmenge ohne Angabe der Testtemperatur ausgegeben. Damit bleibt die Testtemperatur als sensibles Datum der Umgebung verborgen. Durch Ausgabe der Einteilung in die Teilmenge werden ebenfalls keine persönlichen Daten veröffentlicht, da die Anzahl der gesunden Testpersonen in der Teilmenge groß genug ist, um keine eindeutige Zuordnung der Ausgabe der Einteilung in die Teilmenge zu einer tatsächlich kranken Testperson zu erlauben.
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In einem Schritt 400 werden bei den Personen aus der Teilmenge eine Kontrolltemperaturmessung zur Bestimmung der Körpertemperatur durchgeführt. Dabei ist es möglich, dass die Verdachtsperson automatisiert oder manuell aufgefordert wird, sich der Kontrolltemperaturmessung zu unterziehen. Die Kontrolltemperaturmessung kann durch eine Messmethode, wie zum Beispiel einem klinischen Thermometer, einer Punktmessung an der Stirn, einer In-Ohr-Messung durchgeführt werden. Dabei ist es möglich, dass die Kontrolltemperaturmessung von der Verdachtsperson selbstständig und eigenverantwortlich durchgeführt wird. Alternativ hierzu wird diese durch medizinisches Bedienpersonal durchgeführt. Es ist auch möglich, dass die Verdachtsperson automatisiert, zum Beispiel durch Schleusen oder dergleichen, zu der Kontrolltemperaturmessung geführt wird.
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Sowohl bei der Testtemperaturmessung als auch bei der Kontrolltemperaturmessung kann durch entsprechende mechanische Abschottung die Privatsphäre der Testpersonen bzw. der Verdachtspersonen gewährleistet werden.
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Es ist vorgesehen, dass sämtliche persönliche Daten von der Testperson und/oder der Verdachtsperson insbesondere unverzüglich nach dem Schritt 300 automatisch oder durch Benutzerinteraktion der Testperson und/oder Verdachtsperson und/oder dem Bedienpersonal gelöscht werden.
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Die 6 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine Vorrichtung 17, welche ausgebildet ist, das in der 4 dargestellte Verfahren umzusetzen. Die Vorrichtung 17 weist eine Kamera 18 zur kameragestützten Temperaturmessung auf. Beispielsweise ist die Kamera 18 als eine Wärmebildkamera ausgebildet. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung 17 die Messanordnung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde, wobei die Messanordnung die Kamera 18 als Thermosensor aufweist.
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Die Vorrichtung 17 weist eine oder die Auswerteeinrichtung 19 zur Einteilung der Testpersonen mit einer gegenüber dem Referenzwert erhöhten Testtemperatur in die Teilmenge auf. Die Auswerteeinrichtung 19 ist beispielsweise lokal als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung oder dezentral als eine Cloud-Lösung ausgebildet.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 17 die Ausgabeeinrichtung 20 zur Ausgabe der Information über die Einteilung in die Teilmenge. Die Ausgabeeinrichtung 20 ist so ausgebildet, dass diese nur die Einteilung in die Teilmenge ohne Angabe der Testtemperatur ausgibt.
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Zudem umfasst die Vorrichtung 18 die Temperaturmesseinrichtung 21 zu Bestimmung der Körpertemperatur der Personen aus der Teilmenge, wobei die Temperaturmesseinrichtung 21 beispielsweise als ein klinisches Thermometer ausgebildet ist.
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Das Verfahren wird auf der Vorrichtung 17 ausgeführt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Insbesondere sind die Auswerteeinrichtung 19 und/oder die Ausgabeeinrichtung 20 programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, den jeweiligen Verfahrensabschnitt auszuführen. Während in der 5 die Kamera 18, die Auswerteeinrichtung 19 und die Ausgabeeinrichtung 20 als separate Module dargestellt sind, können diese auch als eine gemeinsame Vorrichtung ausgebildet sein oder physikalisch anders unterteilt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014226342 A1 [0003]