Wärmebildkamera und KI-Rechner zur Erkennung erhöhter Körpertemperaturen. Lepton 3.5 und Jetson Nano Devoleper Kit

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

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.