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Comment obtenir des mesures efficaces de température corporelle à l'aide d'une caméra

Les épidémies successives de maladies infectieuses encouragent l’apparition, un peu partout, de méthodes variées pour le dépistage de la fièvre. Si vous envisagez d’en adopter une, il pourrait être utile de consulter les directives de la Commission électrotechnique internationale (CEI ou IEC).

En effet, la norme IEC 80601-2-59:2017 sur les exigences particulières de l’utilisation d’imageurs thermiques pour le dépistage de la fièvre corporelle, précise les valeurs minimales de résolution, de précision ainsi que le positionnement correct de la personne à tester pour obtenir une mesure précise de la température corporelle.

L'imagerie thermique est l'une des méthodes les plus efficaces pour effectuer des mesures sans contact. Pour cela, il existe des centaines de détecteurs de type bolomètre. Mais tous ne servent pas à mesurer la même chose. Alors, avant de vous plonger dans les directives, voyez pourquoi il est important de mesurer la température corporelle (EBT) et non la température cutanée (EST).

La température de la peau peut être élevée (ou basse) pour de nombreuses raisons : la transpiration, le fait d'être dans un environnement chaud (ou froid). Même le maquillage peut jouer un rôle ! Pour dépister avec précision une fièvre, il faut donc trouver un endroit du corps qui fournira une température la plus proche possible de celle réelle du corps de la personne.

Les directives de la CEI indiquent que le canthus (ou coin interne de l'œil) est l’endroit du corps qui est le mieux indiqué pour fournir une valeur raisonnable de la température corporelle réelle. Selon la CEI, toutes les autres méthodes sont inexactes. En effet, « les preuves actuelles indiquent que la région médiane adjacente aux canthi internes est l’emplacement privilégié pour le dépistage de la fièvre en raison de la stabilité de la mesure. En effet, cette région se trouve directement au-dessus de l'artère carotide interne. »

En supposant que le système optique soit très bon, pour pouvoir obtenir une mesure précise de cette région du corps, il faudra que celle-ci soit couverte par 4x4 pixels. Tout objet plus petit paraîtra plus froid qu'il ne l'est en réalité. Si chaque canthus a un diamètre d'environ 3 mm, cela signifie qu'une résolution d'au moins 320 x 240 est nécessaire pour pouvoir mesurer la température à cet endroit avec précision, le visage des personnes testées occupant la majeure partie du champ de la caméra.

La caméra doit être dirigée directement sur le visage du sujet, les deux zones du canthus étant visibles. Ni cheveux ni lunettes ne doivent obstruer le visage.

Les caméras infrarouges à ondes longues ne peuvent pas « voir » à travers le verre, car la transmittance de la plupart des verres est très faible avec des longueurs d'ondes LWIR (8-14μm).

C'est pourquoi, effectuer des mesures sur de grands groupes de personnes qui se trouvent toutes dans le champ de la caméra est une méthode très imprécise de dépistage de la fièvre.

La norme stipule par ailleurs qu’un dispositif de référence de température (un corps noir par exemple) doit être dans le champ de la caméra en même temps que le visage du sujet à tester afin d'assurer la stabilité de l'appareil (pour compenser toute dérive potentielle).

Il est également important de rappeler que le système permet de dépister des températures corporelles élevées, conformément aux directives, mais qu’il ne permet pas de détecter des maladies.

Vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionnait une caméra thermique (ou plus précisément, thermographique) ?

Elle effectue une lecture électronique de la matrice de plan focal, ou FPA (Focal Plane Array), qui possède des détecteurs chauffés par les radiations émises par la surface de l’objet.

Ces rayons émis, qui se situent au milieu de la plage infrarouge, ne peuvent être focalisés sur le FPA (capteur) que par des dispositifs optiques coûteux, faits de sels de zinc, de germanium, d'alliages de germanium ou de miroirs à revêtement spécial.

Naturellement, même avec les meilleurs mécanismes de refroidissement, la température du détecteur, de l'électronique et des composants de mise au point variera pendant le fonctionnement. Cela peut être dû à la dissipation de chaleur, causée par le réchauffement des éléments mis sous tension, ou tout simplement aux conditions ambiantes.

Cette variation affecte la précision de lecture de la température. C’est pour cela que toutes les caméras thermiques présentent une erreur de lecture d'au moins ± 1 °C, erreur qui augmente lorsqu’on dépasse les 100 °C.

Qu’est-ce qu’une source d’étalonnage à corps noir et pourquoi en avez-vous besoin ?

Avec un point de référence étalonné, ces problèmes s’atténuent. En effet, le logiciel pourra calibrer la scène en fonction de cette référence. Ainsi, la précision de lecture s’affine et la caméra atteint des niveaux de précision bien meilleurs que ceux dont elle est capable.

https://en.wikipedia.org/wiki/Black_body#/media/File:Black_body.svg

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Un objet dont l'émission de rayonnement suit de près la loi de Planck, de sorte que plus sa température est élevée, plus il émet de rayonnement, est connu sous le nom de corps noir. Il absorbe toutes les radiations qu’il reçoit, sans en réfléchir ni en transmettre. Un corps noir parfait aurait une valeur d'émissivité de 1, mais aucun matériau ne répond à cette valeur.

En général, tous les émetteurs de référence à corps noir fonctionnent avec une plaque arrière chauffée, équipée d’un thermocouple intégré qui fournit une lecture très précise de la température. Cependant, même avec la meilleure des technologies, une source d’étalonnage à corps noir a toujours une valeur d'émissivité très légèrement inférieure à 1.

Le corps noir doit se trouver dans le même champ que le visage pris en photo, la zone active possédant suffisamment de pixels pour générer des résultats précis. En plaçant ce corps noir dans le champ de vision de la caméra, le système peut être calibré en temps réel.

Le logiciel compare en permanence la température de référence à celle relevée par la caméra et procède aux ajustements nécessaires. Ainsi, si la référence est réglée à 45,0°C et que la caméra indique 45,3°C, elle sait que la température mesurée par la caméra est de 0,3°C.

Ce recalibrage constant augmente considérablement la précision du système, qui atteint ±0,3 °C d’erreur.