In dieser wissenschaftlichen Arbeit wird eine Wärmebildkamera (Lepton 3.5) an einen KI Rechner (Jetson Nano Devoleper Kit) angeschlossen und so programmiert, dass bei erhöhten Körpertemperaturen ein Alarm ausgegeben wird. In den letzten Monaten hat das Coronavirus die gesamte Welt stark getroffen und das Leben vieler Menschen massiv eingeschränkt. Zur Eindämmung des massiven Anstiegs des Coronavirus gehört eine frühzeitige Erkennung von Symptomen wie Fieber, Husten, Schnupfen und Geruchs- und Geschmacksstörungen.
Da Symptome wie Fieber nicht direkt zu erkennen sind, werden in vielen Einrichtungen Fiebermessungen durchgeführt, um mögliche Infektionen mit dem Coronavirus zu verhindern. Damit dieser Vorgang kontaktlos durchgeführt werden kann, soll in dieser Arbeit eine Software für den Jetson Nano und der Flir Lepton 3.5 Kamera geschrieben werden, um mit Wärmebildkameras Oberflächentemperaturen von Menschen zu bestimmen und bei erhöhter Körpertemperatur von 37 eine Warnung auszugeben. Wärmebildkameras empfangen Infrarotstrahlung, die als ein Bild wiedergegeben werden. Sie beruhen auf dem Prinzip der Thermografie.
Es handelt sich dabei, um ein bildgebendes Verfahren, bei der die von Objekten ausgestrahlte Wärmestrahlung für das menschliche Auge sichtbar gemacht wird. In dieser Arbeit soll aufgezeigt werden, dass die Lepton 3.5 Kamera ein geeignetes Messinstrument ist, um Oberflächentemperaturen des Menschen frühzeitig zu erkennen, um weitere Infektion zu vermeiden. Dies soll mithilfe einer „Github Repository“ realisiert werden, die auf einen KI-Rechner geschrieben wird. Am Ende soll die Kamera durch eine Messung auf ihre Brauchbarkeit hin überprüft werden.
Inhaltsverzeichnis
3. Einleitung
4.Theoretische Grundlagen
4.1 Thermografie
4.2 Inter-Integrated Circuit (I2C) Bus
4.3 Serial Peripheral Interface Bus (SPI-Bus)
5. Materialien und Methoden
5.1 Verwendete Geräte
5.1.1 Jetson Nano Developer Kid
5.1.2 Flir Lepton 3.5 Kamera
5.1.3 Breakout board v2.0
5.1.4 Infrarot Thermometer
5.1.5 Ultimaker 2
5.1.6 PLA Material
5.1.7 Netzteil 5,25V 3A
5.1.8 Jumper Kabel mit Buchse zu Buchse Anschluss
5.1.9 SD-Karte 32GB
5.2 Verwendete Software
5.2.1 Linux
5.2.2 Ubuntu
5.2.3 CMake
5.2.4 OpenCV
5.2.5 Creo 6.0
5.2.6 Cura
5.2.7 Balenaetcher
5.3 Durchführung
5.3.1 Schreiben der Bild Datei oder SD-Karte
5.3.2 Einrichtung des Jetson Nano
5.3.3 Anschluss der Lepton 3.5 Kamera an den Jetson Nano
5.3.4 SPI PIN-Aktivierung
5.3.5 Änderung der SPI Puffergröße
5.3.6 Verbindung zwischen der Lepton 3.5 Kamera und des Jetson Nano
5.3.7 Lepton 3.5 Software
5.3.8 Erstellen des Projekts
5.4 Programmiercode
5.4.1 GUI und Kamera einrichten
5.4.2 OpenCV-Ausgabefenster und Mausrückruf einstellen
5.4.3 OpenCV-Daten initialisieren
5.4.4 Temperatur unter Cursor bringen
5.4.5 Werte den Farben zuordnen
5.4.6 Textinformation auf der Benutzeroberfläche
5.4.7 Kameraeinstellungen
5.5 Konstruktion und Druck des Gehäuses
5.6 Messung
5.6.1 Vorgehensweise der Messung zur Prüfung des Messgeräts
6 Ergebnisse
7 Diskussion
8 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, ein kontaktloses System zur Erkennung von erhöhten Körpertemperaturen bei Menschen zu entwickeln. Unter Verwendung einer FLIR Lepton 3.5 Wärmebildkamera und eines Jetson Nano KI-Rechners soll eine Software implementiert werden, die Oberflächentemperaturen bestimmt und bei Erreichen kritischer Schwellenwerte eine visuelle Warnung ausgibt, um zur Eindämmung von Infektionskrankheiten wie dem Coronavirus beizutragen.
- Integration und Ansteuerung einer Wärmebildkamera via I2C und SPI Schnittstellen.
- Programmierung einer Bildverarbeitungssoftware unter Nutzung von OpenCV auf dem Jetson Nano.
- Konstruktion und additive Fertigung eines Schutzgehäuses für die Hardware-Komponenten.
- Validierung der Messgenauigkeit der Kamera im Vergleich zu einem Referenz-Infrarotthermometer.
Auszug aus dem Buch
5.4.4 Temperatur unter Cursor bringen
Bei der ersten „If“ Bedingung in Abbildung 27 wird definiert, in welchem Bereich sich der Cursor befinden darf. Die Temperatur kann nur für diesen Bereich ermittelt werden. Wenn sich der Cursor im definierten Bereich befindet, wird die Temperatur neu skaliert und für den Punkt, auf dem sich der Cursor befindet, neu berechnet, indem „value“ mit dem „temp_scale_factor“ multipliziert wird. Damit eine Fiebersimulation durchgeführt und die Temperatur erhöht werden kann, muss die Cursor Temperatur größer als 34.4 °C und kleiner als 42 °C sein, damit die simulierte Temperatur auf die Cursor Temperatur aufaddiert werden kann.
Zusammenfassung der Kapitel
3. Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik der kontaktlosen Fiebererkennung während der Coronavirus-Pandemie ein und definiert das Ziel, ein Messsystem basierend auf dem Jetson Nano und der Flir Lepton 3.5 Kamera zu entwickeln.
4.Theoretische Grundlagen: In diesem Kapitel werden die physikalischen Prinzipien der Thermografie erläutert sowie die Kommunikationsbus-Systeme I2C und SPI beschrieben, die für die Ansteuerung der Hardware essenziell sind.
5. Materialien und Methoden: Dieser umfangreiche Abschnitt dokumentiert die verwendeten Hardware-Komponenten, die Software-Umgebungen, die detaillierte Durchführung der Einrichtung, den Programmiercode, die CAD-Konstruktion des Gehäuses sowie die methodische Vorgehensweise bei den Messungen.
6 Ergebnisse: Hier werden die Ergebnisse der durchgeführten Temperaturmessungen an verschiedenen Probanden präsentiert und kritisch mit den Werten des Referenzthermometers verglichen.
7 Diskussion: Dieses Kapitel bewertet die Eignung der Lepton 3.5 Kamera kritisch, weist auf die hohe Messunsicherheit hin und erörtert Faktoren, die Messergebnisse bei der Thermografie am Menschen verfälschen können.
8 Zusammenfassung: Der abschließende Teil fasst das Projekt zusammen und kommt zu dem Ergebnis, dass die Lepton 3.5 Kamera aufgrund ihrer hohen Messunsicherheit für den menschlichen Messbereich nicht geeignet ist.
Schlüsselwörter
Wärmebildkamera, Lepton 3.5, Jetson Nano, Temperaturmessung, Fiebererkennung, Thermografie, OpenCV, I2C Bus, SPI Bus, 3D-Druck, Messunsicherheit, Oberflächentemperatur, Infrarot, Softwareentwicklung, Prototyping.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Es geht um die Entwicklung eines Systems zur kontaktlosen Erfassung von Körpertemperaturen von Menschen mittels einer Wärmebildkamera, um bei erhöhten Werten eine Warnung auszugeben.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Arbeit deckt die Hardware-Integration (I2C/SPI), Software-Implementierung mit OpenCV, mechanische Konstruktion mittels CAD sowie die messtechnische Validierung ab.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, die Brauchbarkeit der Flir Lepton 3.5 Kamera als Messinstrument für die frühzeitige Erkennung von erhöhter Körpertemperatur in einem IT-gestützten Setup zu evaluieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein experimenteller Aufbau gewählt, bei dem Messungen an Probanden mit der entwickelten Kamera durchgeführt und mit einem geprüften Infrarot-Referenzthermometer verglichen werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte Einrichtung der Software auf dem Jetson Nano, die Ansteuerung der Kamera, die Konstruktion eines Gehäuses und die Durchführung sowie Auswertung der Messreihen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist geprägt durch Begriffe wie Thermografie, Bildverarbeitung, Jetson Nano, Messgenauigkeit und Fiebersimulation.
Warum wird die Kamera als für den Einsatzzweck ungeeignet bewertet?
Aufgrund der hohen Messunsicherheit der Lepton 3.5 Kamera im „high gain mode“ (±5 °C) weichen die Ergebnisse zu stark von der tatsächlichen Körpertemperatur ab, um sicher als Fieberindikator zu dienen.
Welche Faktoren beeinflussen die Messgenauigkeit laut Autor?
Störfaktoren sind unter anderem externe Wärmequellen wie die Sonne, der Emissionsgrad der Haut, der Abstand zur Kamera, sowie Umgebungsbedingungen wie die Raumtemperatur.
- Citar trabajo
- Leon Korogodski (Autor), 2021, Wärmebildkamera und KI-Rechner zur Erkennung erhöhter Körpertemperaturen. Lepton 3.5 und Jetson Nano Devoleper Kit, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1181190
