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科技防疫,紅外線熱影像成顯學

本文作者:任苙萍       點擊: 2020-04-14 14:23
前言:
防疫期間,各類機關、學校、社區或交通站點,常可見到一手額溫槍、一手酒精的「雙槍俠」駐守門禁;此情此景,高效率熱像儀將有助於緩解人力、加速檢測並避免近距離接觸感染。然而,如何因應周圍熱源干擾/環境條件 (特別是戶外量測) 及高人流場景是一大挑戰。一般而言,感測器的解析度越高,有效距離就越遠、可將安全量測距離拉得更遠,但這種高階感測器通常價格不斐。
 
工研院「熱影像體溫異常偵測」:拉大安全距離、多人量測、排除熱源干擾
有鑑於此,工研院 (ITRI) 日前發佈「熱影像體溫異常偵測」技術,可望在平價硬體規格上實現精準量測。工研院院長劉文雄表示,台灣的超前部署成效卓著,原本九成口罩仰賴進口的台灣,如今已搖身一變成為全球第二大生產國;而新推出的熱影像技術借助人工智慧 (AI) 軟體,可將原本不到 50 公分、60X60 解析度等級的感測距離拉長至 1~3 公尺,誤差值僅有 ±0.3℃,以強化防疫戰線;並揭示精準醫療/預防醫學等生醫領域、補足人力缺口的智慧製造及線上互動的資通訊 (ICT),是工研院的三大防疫發展主軸。
 
照片人物:工研院院長劉文雄
 
副院長張培仁介紹,量測體溫是發掘潛在患者的關鍵手段,因為有 88% 患者會出現發燒現象;工研院這套「熱影像體溫異常偵測」技術兼採耳溫、額溫和紅外線量測之長,有四大特色:1.融入 AI 臉部辨識功能,可精準判斷對象是人、而非其他動物活體;2.室內外皆適用,戶外光線、溫度補償校正尤具優勢;3.廣域掃描式熱影像模組可進行多人動態量測,滿足高人流需求;4.主要靠軟體增強,硬體結構不複雜且溫度穩定,利於大量快速佈建。目前正與台北市教育局合作,於中崙高中和經濟部大門做場域驗證,之後還將廣佈於澎湖縣中、小學校門口。
 
照片人物:工研院副院長張培仁
 
工研院微系統中心執行長朱俊勳闡述技術原理:1.經由 AI 深度學習可確保不受環境干擾,排除戶外不可控因素,例如,不受手中持有熱飲、公車運行或地板等其他熱源影響;2.結合影像技術可迅速判讀,一秒可偵測 9~12 人;3.設有恆溫裝置控制,可自動補償溫度變化;4.校正成色影像演算法可快速結合軟、硬體,建立足夠的資料庫以適應不同環境;5.可串接物聯網 (IoT) 中控、手機、保全系統,即時監控體溫。工研院已有成品展示,惟因手中零部件有限,現階段以公部門部署為主,今後將循既往技轉程序協助廠商導入。
 
照片人物:工研院微系統中心執行長朱俊勳
 
熱影像為何是量測溫度的利器?這是因為當物體處於絕對零度 (−273.15℃) 以上會輻射出能量,將其度量化並轉換成圖譜,就能顯現熱影像或量測溫度。不過有設備業者提醒,熱溫度校正機制取決於溫度穩定與否?再現性夠不夠?而設備等級則取決於穩定度、靈敏度、誤差值和感測像素。另須留意的是,體表溫度會隨著環境溫度改變 (天冷時,皮膚體感冰涼),核心溫度才是重點,這將關係到補償校正觀念。若只就體表溫度做補償,當體表達到警戒值時,恐怕核心溫度早已超標!至於那些徘徊在臨界值附近的潛在風險者,更須慎防有錯漏之虞。
 
耐能智慧 3D AI:IR+RGB 感測,「多維判別」不容弄虛作假
AI 對於防疫工作功不可沒,標榜加速處理網路封包的「網路處理器」(NPU) 也因而水漲船高。耐能智慧 (Kneron) 創辦人劉峻誠解析,NPU 可同時做語言和影像 AI 或同時處理 2D/3D 訊號,準確度高、且執行 AI 演算法的性能和能耗比更加優異。他舉例,數位訊號處理器 (DSP) 跑 AI 的能耗是 CPU、GPU 的十倍,而 NPU 又比 DSP 省百倍、比 CPU、GPU 省千倍!具有深度學習功能的 3D 智慧門鎖,只要六個電池就能續航一年;另格力家電的 AI 晶片中就埋有耐能的 NPU,可以語音/手勢控制取代遙控器、自動變化空調強弱,達到省電效果。
 
圖1:3D 智慧門鎖,只要刷臉即可開門
資料來源:耐能智慧提供
 
劉峻誠解釋,耐能 NPU 是將市面上的 AI 架構拆解成小單位、重新精簡成獨特的自有架構,不需採用先進製程、效能就可達到競爭對手的三倍。其中,型號 KL520 在內嵌記憶體之外,還允許外接以擴展成更大的應用。除了 NPU,終端演算亦是耐能強項,例如,公共廣播或壁貼海報同步翻譯,方便多元種族居民和旅客了解醫學用語;藉 AI 引擎識別網路聊天室的上、下文語意,及早嗅到病毒引發流行的先兆;與 IBM 合作醫學影像處理,助力疫病研究……。此外,耐能獨特的 3D AI 技術適用於刷臉/行動支付、ATM 等無接觸經濟。
 
耐能新近在門禁刷卡設備加入體溫量測模組正在台北郵局試點,亦獲得韓國廠商首肯推廣。內建 IR 感測器+RGB 圖像感測器的系統,即使偵測對象戴上面具、墨鏡、口罩,利用不同光譜特性依然可清楚識別。劉峻誠強調,坊間很多臉部辨識很容易被逼真的照片或面具矇騙,經驗中,只有採用結構光的 iPhone 較有抵抗力,可惜成本高昂;相較之下,耐能 3D AI 可根據不同輸入視角建立模型、即時產生 3D 臉部影像,更重要的是:不容許弄虛作假,且整組 IR感測器+RGB 感測器的成本不到結構光的 1/3。
 
圖2:耐能 3D AI 通過逼真面具的壓力測試
資料來源:耐能智慧提供
 
劉峻誠針對「誤差vs.恆溫控制」說明:溫度量測會以「黑體」(Black body) 作為恆溫調溫器——它是一個能全數吸收外來輻射、且不會有任何反射和透射的理想化物體,隨著溫度上升,黑體所輻射出來的電磁波與光線稱為黑體輻射;美國據此給定參考誤差為 ±0.1℃,耐能實測有效距離達 1 公尺。他並透露,耐能正在開發更遠距離的多人感測技術。令人好奇的是,這與前述工研院方案有何區別?是否存在競合?他給了這樣的答案:工研院主要聚焦在多維/多陣列的遠距感測器,而耐能的 3D AI 面向更廣,感測只是其中一個輸入因子。
 
亞太電信「智慧溫感偵測系統」:可與異質系統整合,延伸應用
簡言之,「多維判別」為耐能的利基所在,可進一步識別身份、外在特徵、有無戴口罩等,甚至可訂立規則示警,必要時還可上傳雲端、連線檢疫局,第一時間採取隔離行動。電信業者也聯袂系統商投入智慧防疫。2017 領先業界推動臉部辨識服務的亞太電信,旗下富鴻網於近日推出非接觸式紅外線熱影像偵測體溫的「智慧溫感偵測系統」;結合 AI 溫度感測,可快速篩檢出體溫異常對象,即時示警並記錄量測數據,並降低測溫人力和接觸風險。自疫情爆發以來,單月申裝量在 50 台左右,創史上新高。
 
圖3:亞太電信「智慧溫感偵測系統」,採非接觸式的紅外線熱影像偵測體溫,達到即時示警
資料來源:亞太電信提供
 
富聯網補充,這套「智慧溫感偵測系統」具備多目標偵測、警報連動機制、事後記錄查詢功能,並可透過 Modbus / OPC 協定或應用程式介面 (API) 與異質系統平台整合。例如,搭配人臉辨識做身份識別或多因子門禁管制,集中監控,延伸應用包括:火災偵測、非吸煙區偵測、汽車怠速偵測、通行管制偵測、電子圍籬、管制區偵測……。亞太電信帶領集團成員整合 AI 視覺辨識技術,針對不同客群推動門禁、差勤管理等「智慧安防」相關應用,邁向無證化「刷臉」時代;不僅能避免代替打卡陋習,而且準確、安全又衛生。
 
圖4:亞太電信推出「雲端人臉辨識考勤服務」,月付新台幣 $999 免綁約,對百人以下的小企業主極具吸引力
資料來源:亞太電信提供
 
 

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