上一篇講到了影響測溫準(zhǔn)確性的3個因素。感興趣的朋友可以點(diǎn)擊《紅外測溫這些事（熱成像科普系列第一篇）》閱讀。
這次我們先從人體的熱輻射說起。
人體的體表溫度容易受其他因素的影響。進(jìn)出小區(qū)的時候，測溫槍一打，測的是人的體表溫度。與相對穩(wěn)定的體內(nèi)溫度相比，人的體表溫度往往會因?yàn)槠渌蛩氐淖兓a(chǎn)生變化。
測量體表溫度的影響因素
環(huán)境溫度：比如你在寒風(fēng)凌厲的東北，體表溫度會是多少？
運(yùn)動狀態(tài)：剛剛進(jìn)行過跑步后，整個人也會跟著“火熱”起來，這時你的體表溫度又會是多少？
生理差異：人與人之間的體溫本身就是不同的。比如女性體溫一般略高于較男性體溫，兒童體溫一般略高于成年人。正常情況下，即使是你本尊不變，根據(jù)晝夜節(jié)律，體溫也會在一天中波動循環(huán)，通常在凌晨最低，起床活動后逐漸升高，至下午達(dá)到高峰，以后又逐漸下降。
測溫點(diǎn)的選擇：目前大多數(shù)人會選擇將人的前額作為紅外測溫的測溫點(diǎn)，因?yàn)樵谌梭w皮膚表面，額頭的表面無遮擋、毛細(xì)血管分布密集、溫度分布比較均勻，是較好的測溫點(diǎn)。
基于上述原因，建議測溫場所選擇環(huán)境穩(wěn)定的室內(nèi)。在室內(nèi)靜止片刻后再進(jìn)行額溫測量，即可大大提升準(zhǔn)確度哦~當(dāng)然如果測出發(fā)燒了，先不要驚慌，多等等，再試一次。
還有一些廠家描述能適應(yīng)冬天室外測溫的就不要信了，冬天室外額溫很低的。
相同溫度下，不同發(fā)射率的物體經(jīng)測量人體皮膚的發(fā)射率為0.98，接近1，可近似黑體處理。一般我們用來標(biāo)定的黑體，實(shí)際的發(fā)射率也在0.995這種水平。如何測得物體的發(fā)射率也有很多方法，不在此冗述。
常見物體發(fā)射率
物體發(fā)射的熱輻射，在空氣中傳播，是否會受到影響呢？答案是肯定的，但我們也有解決問題的辦法。
依據(jù)基爾霍夫定律，物體發(fā)射的熱能只和溫度和波長有關(guān)，要探測溫度，我們無需探測全波段的能量，紅外波段集中了大量的輻射能量，所以測溫的探測器都集中對紅外波段做研究。
物體的紅外輻射與大氣的穿透性和波長有很大關(guān)系。很幸運(yùn)，上帝給我們開了幾扇窗（學(xué)名：紅外大氣窗口），主要的大氣窗口包括包括 2μm -2.6μm，3μm～ 6μm 和 8μm～14μm。如下圖所示，紅外熱成像技術(shù)就是在利用紅外輻射的“大氣窗口”。（很多紅外探測器選擇鍺玻璃鏡頭就是因?yàn)?，鍺玻璃在2-16μm波段具有很好的透光性能，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。）
大氣透射光譜
雖然是窗口，但透射比還是沒有達(dá)到1，所以熱輻射受距離影響會有一定的衰減。距離近時，我們把問題簡化，忽略掉影響；距離遠(yuǎn)時，需要考慮相應(yīng)的溫度補(bǔ)償。近似是很多工程學(xué)上常用的方法，問題通過近似被簡化，逼近誤差的控制范圍。
一代一代的工程師們?yōu)榱私鉀Q一個又一個的工程難題，探究物理世界的奧秘，觀測各種現(xiàn)象，挖掘各種材料的屬性，找到工程上和商業(yè)上的最優(yōu)解，不過回頭看時才發(fā)現(xiàn)，這些只是上帝留下的一個個題目，等著我們求解，解完之后還得感慨你大爺終究是你大爺。
下面就是最關(guān)鍵的一環(huán)了——探測器。雖然將熱輻射轉(zhuǎn)換為電信號有很多種方式，但目前工業(yè)界常用的有兩類探測器：A 基于熱電堆（熱電偶）的探測器；B?基于電阻微測輻射原理的探測器。
額溫槍、人臉測溫平板多采用這種方案。
基于熱電堆（熱電偶）的探測器
熱電堆就是根據(jù)塞貝克效應(yīng)機(jī)理，當(dāng)熱結(jié)點(diǎn)受到入射輻射照射時，溫度升高，就會和參考結(jié)點(diǎn)形成溫度差，并產(chǎn)生溫差電勢。通過標(biāo)定不同的溫差電勢對應(yīng)的溫度，就可以得到物體的溫度。由于溫差電勢比較微弱，一般還會接上功率放大器來對信號進(jìn)行放大。
熱電堆芯片多采用硅基微（MEMS）加工工藝制成。國內(nèi)的產(chǎn)能有限，所以這段時間需求量一來，全行業(yè)缺貨，芯片的價格成倍增長，短時間也解決不了。這里面比較知名的廠商有國外的邁來芯、海曼、安費(fèi)諾，臺灣的眾智以及大陸的上海燁映等。
在評測完多款國內(nèi)外知名芯片的情況下，我們得到如下結(jié)論：同一廠家醫(yī)用級的芯片優(yōu)于工業(yè)級的芯片，在人體測溫領(lǐng)域，請認(rèn)準(zhǔn)醫(yī)用級的方案（當(dāng)然工業(yè)測溫可以選擇工業(yè)級方案）。比如mlx 90614的bci版本和dci版本比起來，誤差大了一倍。
同一廠家單點(diǎn)式的測溫精度優(yōu)于陣列式，比如邁來芯的mlx90614就優(yōu)于90640。這個道理比較簡單，同樣的傳感器尺寸工藝條件下，更多的電偶對捕獲的電勢差來表征溫度會更精準(zhǔn)。當(dāng)加入透鏡，感知一個點(diǎn)的溫度的電偶對減少時，精度也很難提升。
同樣的問題也出現(xiàn)在其它廠商的面陣芯片。在實(shí)驗(yàn)室條件下，相對黑體，很多面陣芯片也只能達(dá)到±1℃或±2℃的誤差控制水平。但我們也看到有這樣的產(chǎn)品在市面上流通，這種產(chǎn)品測量出來的溫度如何甄別發(fā)熱人員？
做的比較好的芯片，會把熱電堆和功率運(yùn)放單元集成到一個模塊，這樣的工藝在標(biāo)定的時候能更好的控制誤差。目前國內(nèi)芯片的這么做的還比較少，精度也還不夠。但相信這次疫情會進(jìn)一步提升國內(nèi)公司在這一領(lǐng)域的競爭力。
基于電阻微測輻射原理的探測器
熱敏電阻受紅外輻射影響，會產(chǎn)生溫度改變，進(jìn)而改變電阻阻值，讀出由電阻阻值改變造成的電壓變化即可獲得紅外輻射的數(shù)值。
熱成像儀多采用這種原理，按熱敏電阻材料不同，又有采用氧化釩的方案和多晶硅的方案。這里領(lǐng)軍的企業(yè)有國際上的FLIR（行業(yè)絕對老大） 、ULIS（多晶硅獨(dú)樹一幟），國內(nèi)的高德紅外、大立科技、睿創(chuàng)微納、?？滴⒂埃ê？低曌庸荆?。
國內(nèi)的企業(yè)這幾年發(fā)展迅速，特別是煙臺的睿創(chuàng)微納和?？?。睿創(chuàng)微納的軍工和中高端出貨量可觀，海康也在低分辨率上采用他們慣用的價格戰(zhàn)，拿下了大塊的份額，整個探測器的價格也逐年下降。
熱成像相機(jī)，在這次疫情中大放異彩，各種集成方案五花八門，但這些集成方案不能脫離熱成像測溫的核心原理和邏輯。
下一篇文章我們會一層層抽絲剝繭，講清楚這些方案的來龍去脈（包括傳統(tǒng)的熱成像測溫、環(huán)境中加入黑體的測溫、AI測溫）。
—? 【 To Be Continued?】??—
