热成像技术与后疫情时代的智能家居
近年来，视觉图像传感器在智能机器人和家庭安防系统中的应用已经非常广泛。同时，更多开创性的技术应用发展也将其他多像素传感器带入家庭自动化和智能家居领域。热成像传感器就是一个很好的案例，能发挥防止家庭火灾隐患、担任用户烹调助手、监测照护家中长者和婴幼童等功能。下面，我们来看几个具体案例。
01更安全、更智能的厨房为什么要在厨房内采用热成像技术？简短的回答是为了保障用户安全健康和提供方便。事实上，根据美国国家消防协会(NPFA)的数据，烹饪是家庭火灾的主要起火点，占此类火灾事件 9%。并非所有有火灾事故的家庭的烟雾探测器都故障了，相反的，当探测器检测到烟雾时，早已为时已晚，无法立即消除导致火灾的原因。而热成像技术可以在危险因素出现之前就提前识别到可能导致火灾的高温， 限度地减少此类事故发生。
在厨房中采用热成像技术的一种方式是将传感器集成到抽油烟机内以实现“灶具+监控”模式。如图1所示，Cooksy-Pro是全球 智能烹饪助手产品。图中，安装在抽油烟机下方的铜色设备就是Cooksy-Pro，它的热成像仪可以不间断的监测整个炉灶或炉子的温度分布情况。许多烹饪原料对加工温度很敏感。加热过度不仅可能会减少食材的营养价值，甚至会使它们转化为有害的化合物。灶台上方的热成像仪可以连续“读取”烹饪餐点的温度并将其显示给用户，从而帮助用户烹制更健康的餐点。CooksyCorp.首席财务官StevenCartwright表示：“这让我们想到了烹饪助手的概念，每次都能帮助用户制作健康美味的佳肴。“从本质上讲，Cooksy使用户能够分享自己或他人烹饪食谱及烹饪过程中花费的烹饪时间和食物温度等详细信息。Cartwright解释：“Cooksy将视觉和热像仪传感器结合在炉灶上方的设备中。该设备可以将用户的灶台情况实时传输到用户手机APP上，让用户及时“看到”烹饪食材的温度，并根据这些信息采取后续动作。”
图1:Cooksy-Pro是全球 智能烹饪助手
灶具监控器的优点不仅限于远程烹饪功能，还发挥在厨房安全防护领域。例如监控器可以检测到无人看管的燃气灶明火或过热的灶具、过热的锅碗瓢盆（有油或无油）、容器沸腾和溢出以及其他危险情况。图2显示一个正在沸腾的水壶，由热成像仪随时监测。虽温度尚未接近摄氏度，但水的沸点、热图像处理和分析的应用可以检测壶水何时开始沸腾、何时开始溢出以及何时燃气具需要关闭。在全屋智能家居联网的情况下，识别此类风险事件不仅能触发家庭警报器，还可以在必要时调节或停止电力或燃气供应，以防止事故扩大或发生火灾。
图2:应用热成像分析技术的灶具（图：MeridianInnovation）
灶台监视器并不是厨房中 可以找到热成像传感器的地方。图3显示了支持热成像微波炉的早期原型。
图3:智能热成像微波炉（图:MeridianInnovation）
图3的智能微波炉集成了热成像仪技术，该装置能自动将食物加热到合适温度，而不是单纯只是发挥固定功率加热固定时间。此外，随着TinyML嵌入式处理器上AI功能的应用，智能微波炉可在加热时识别用户在微波炉中放入了什么，从而自动选择 温度。
02关心用户舒适感受的空调HVAC系统是集成热成像技术积极影响产品设计的另一个例子。当今常用的大多数空调都嵌入了一个简单的温度传感器来控制室温，提供来自环境的 反馈，这样的系统可以被视为 代的空调传感系统。相比之下，集成了热成像技术的第二代空调传感系统能够感知房间内是否有人，以及这些人可能位于房间的什么位置，更有效的掌握空间单元的情况。对于小型公寓房间或酒店房间，几百到一千像素的热像仪可能就足够覆盖，而对于更大的空间，则需要几千像素的传感器，再加上90°以上的广角镜头才够用。图4展示了市面上应用智能热成像空调概念的一款产品。请注意，热图像技术不仅可以洞察空间利用情况，还可以了解整个空间的温度分布情况。基于这些信息，空调机组就能自动调节气流的温度、方向和速度，以节省能源并提高用户的舒适度。
图4:智能热像仪空调(图:MeridianInnovation)
空调和暖通空调系统的使用目的是提高用户的舒适感，而不是仅仅将房间的温度降低或提升到预设温度。这将我们引向了我们所说的第3代HVAC系统的概念。在该层，加热或冷却单元使用更高分辨率的热成像-大约5,到20,像素-并且可以获得更详细的热图像，直接测量居住者的平均皮肤温度，并估计他们的水平舒适。这些信息可以实现以真正的热舒适度而不是温度为目标的环境控制。第2代空调机组已经在市场上销售，这得益于最近批量供应具有成本效益的1,至5,像素的热像仪。根据预测，热成像技术的快速发展将在五年内将第3代功能带入高端空调机型。
03更智能的家庭照护带摄像头的婴儿监护仪已经存在市面上一段时间，它是用户与亲朋好友分享宝贝记录以及远程照护家中婴儿的良好设备选择。然而，传统摄像头无法洞察婴儿的生理状态，但热成像技术可以做到这一点。图5是一款集成视觉和热像仪并使用丰富的AI计算引擎支持相机的婴儿监护仪。由于发烧是婴幼童常见疾病症状，每个父母都希望能尽早发现，即使是在半夜时分。为了解决这个需求，用户可以在婴幼儿体征健康时就开始使用婴儿监护仪跟踪婴儿的正常体温情况，随后监护仪就能根据数据情况，在婴幼童出现体温异常症状时就及早提醒父母或看护人员。
图5：智能婴儿监护器（图：Courtesyof5GenCare）
通过热成像技术进行的健康监测也可以扩展应用到老人照护上。基于当前两个重要的全球人类发展趋势：预期寿命延长和人口老龄化，老人监护技术发展也显出其重要性，而热成像可以在多方面发挥作用，从简单的体温和动态生命体征监测到复杂的行为分析等。老人照护中一个重点需求是预防老人跌倒。虽然可以通过在客厅安装摄像头来部分实现这个需求，但高风险的浴室里却无法安装摄像头。考虑到这一点，LSCMHongKong的一个研发团队率先推出了热像仪解决方案，该解决方案建立在一个分辨率相对较低的LWIR传感器上，像素不到5,像素。该摄像头分辨率足够进行姿态估计，以进行连续、实时的热图像处理——但最重要的是，它能保护老人的隐私。这款能够检测事故或跌倒的发生，并向老人的看护或家人发出警报的产品于年在日内瓦第47届国际发明展上获得金奖。
热成像传感技术有望增强许多智能家居设备的功能和价值，例如智能健康监测、家庭看护和火灾预防等，同时也提供人们日常生活空间的能源效率和舒适程度，甚至提升人类烹调水平！这些进步得益于新一代热像仪的批量生产，其分辨率高达数千甚至数万像素。与此同时，大量硬件设计和软件解决方案极大地促进了该技术的采用，并加快了包含热像仪的创新产品的开发周期。
内容及图片来源：EETIMES、仪商网、MeridianInnovationLimited
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