米乐m6官方网站 (AIST) 物理测量标准研究部应用光学测量研究组研究组组长雨宫邦和研究员清水佑平与奇诺株式会社（以下简称“奇诺”）共同合作非接触式测温等热成像测量温度的准确（准确、准确）参考平面黑体设备
热成像技术将物体发出的红外辐射量转换为温度并将其可视化，最近已用于新传染病防疫场所的非接触式温度测量。然而，由于热成像很容易受到外界因素的影响，因此在处理时需要采取许多预防措施，并且建议使用准确的温度标准。平面黑体装置已被用作温度标准，但红外发射率这次，我们设计了黑色树脂的表面结构，创造了一种在红外线中极其接近理想黑体（发射率1）的材料，并计算了接近体温的温度和红外辐射。普朗克黑体辐射定律进行精确转换。这将实现热成像的性能测试、测量目标和周围环境的影响等误差因素的评估以及温度显示的现场校准。预计利用热成像技术精确测量人体表面温度将有助于提高非接触温度测量的可靠性。该技术的详细信息将于 2022 年 1 月 26 日至 28 日在东京国际展览中心举办的自动化和测量先进技术展览会 IIFES 2022 以及将于 2022 年 1 月 31 日至 2 月 4 日在线举行的 AIST 2021 计量中心成果发布会上公布。
原型平面黑体设备（左），黑体表面的电子显微镜图像（中），热成像图像示例（右）
作为预防新传染病的措施，正在海滨和其他人群聚集的地方进行体温检查。特别是热成像技术，它根据物体发出的红外辐射量来可视化温度分布，可以有效地减轻检疫场所的负担和风险，因为它可以非接触地测量体表温度。然而，包括热成像在内的非接触式温度测量技术有很多注意事项，例如它们对外部因素的敏感性，并且为了现场纠正测量值的误差，建议使用平面黑体设备作为温度参考（图1）。根据普朗克黑体辐射定律，温度与红外辐射量的转换足够小，不受周围环境的影响不确定性然而，传统的黑体材料在同时实现高发射率和耐用性方面存在问题，并且只有平面黑体器件，发射率不足。
AIST 涉及光和热辐射公制标准努力的一部分，我们对高光吸收率（=高发射率）的材料进行了研究和开发，并通过在耐用材料的表面上创建精细的凹凸结构，我们开发了一种吸收所有光并具有高耐用性的新型光吸收材料。 (2019 年 4 月 24 日 AIST 新闻稿）。另一方面，Chino是日本领先的温度计制造商之一，拥有高精度温度计和温度校准设备的制造技术，并涉足非接触式温度计（辐射温度计、热成像）以及用于校准的黑体炉。因此，AIST和Chino共同开发了一种平面黑体装置，可以提供接近体温的精确温度参考。
这项研发是基于日本医学研究开发机构 (AMED) 2020 年令和 2020 年病毒和其他传染病对策技术开发项目“提高非接触式体温测量（热成像等）技术的可靠性，为边境管制措施做出贡献。”的支持下获得的成果进行的。
发射率为1的理想黑体是辐射温度最准确的标准，因为根据黑体辐射的普朗克定律，红外辐射量完全由黑体的温度决定。小于1的发射率对应于红外线的反射，因此如果与周围环境存在温差或附近有加热元件，则会增加背景红外线的反射。换句话说，由于红外辐射量不仅仅由黑体表面的温度确定，因此精度降低。传统平面黑体设备的发射率约为 096 至 098，根据其使用环境，其固有的不确定性可能为 05 °C 或更高。
图1 使用平面黑体设备和非接触式温度测量系统进行热成像校准的图像
这项技术发展的关键点是设计一种生产极其接近理想黑体材料薄膜的方法，从而开发出精确的平面黑体装置。这种黑体材料（图 2 左上）的表面结构具有许多微观不规则性（倒置）。微透镜阵列结构)的黑色树脂制成，减少了入射到其上的红外线的反射，并实现了高红外线吸收率。基尔霍夫定律，吸收率等于发射率，因此实现了高发射率。这种具有倒置微透镜阵列结构的黑体材料，在一般热成像技术检测到的7μm至14μm红外波长范围内的发射率平均为0997，最大超过0999（图2右上），并且由于反射率较低，背景红外光几乎不被添加，不会产生误差。因此，红外辐射量几乎仅由黑体表面温度决定，而不受周围环境的影响，从而可以将发射率导致的温度测量不确定度保持在接近体温的01摄氏度以下。
这种黑体材料可以通过转印微透镜阵列的模具来重复制造，并且还实现了传统黑体材料无法实现的高发射率和耐用性。此外，利用Chino的温度控制技术，我们成功地均匀稳定了黑体材料基板的温度（图2，底部）。以这种方式开发的原型平面黑体装置具有校准整体表面辐射温度的潜力，其不确定性在接近体温时小于02摄氏度。这使得可以进行热成像性能测试，评估测量目标和周围环境的影响等误差因素，并对温度显示进行精确的现场校准。 Chino还开发了一种利用热成像技术的温度测量系统，旨在通过精确测量人体表面温度来提高非接触式温度测量的可靠性。
图2（上排）所开发的黑体材料的外观、电子显微镜图像和发射率的波长依赖性，
（底行）使用相同黑体材料的平面黑体器件的温度均匀性和温度稳定性数据示例。
未来，我们将继续评估所开发的平面黑体器件的长期稳定性，并力争将其投入实际应用。我们还将通过基于这种平面黑体设备的热成像评估，为提高非接触式温度测量的可靠性做出贡献。