《Vehicles》：A Highly Parallel Integrated Process of Unloading, Exchanging, and Collecting for Rail-Changing
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本研究评估了一种低成本长波红外(long-wave infrared, LWIR)热成像工作流程在真实驾驶条件下用于车载驾驶员监测的可行性与可重复性及时间一致性。两名受试者各完成三次独立的60 min驾驶试验。使用消费级移动LWIR相机通过智能手机应用程序获取
本研究评估了一种低成本长波红外(long-wave infrared, LWIR)热成像工作流程在真实驾驶条件下用于车载驾驶员监测的可行性与可重复性及时间一致性。两名受试者各完成三次独立的60 min驾驶试验。使用消费级移动LWIR相机通过智能手机应用程序获取面部热像，从手动定位的感兴趣区域(Region of Interest, ROI)提取前额区温度数据，含中心点、均值、最大值及最小值温度。首先在静止车辆条件下进行几何验证，确认前额ROI在不同头部朝向与姿态变化下的可见性与稳定性；随后利用动态驾驶数据评估跨场次可重复性与ROI温度指标的时间行为。结果表明面部热模式在重复试验中结构一致，温度轨迹总体平滑，60 min记录内无进行性会话内失稳迹象；虽观察到微小场次间偏移，归一化分析证实相对时间动态得以保留。研究发现所考察的低成本LWIR流程可提供足够稳定且可重复的面温观测，满足可行性层级的驾驶员监测分析需求。本工作贡献在于提出结合几何验证、跨场次可重复性及时间一致性评估的结构化验证方法，为后续基于热成像的驾驶员监测应用提供方法学基础。
论文解读：A Highly Parallel Integrated Process of Unloading, Exchanging, and Collecting for Rail-Changing（《Vehicles》期刊）
该研究针对可见光与近红外(near-infrared, NIR)驾驶员监测系统(driver monitoring system, DMS)受环境光照影响大、传统热成像验证多局限于实验室条件且缺乏消费级设备实车可行性验证的问题，探讨使用低成本手持长波红外(long-wave infrared, LWIR)热像仪在真实汽车座舱内通过手动辅助前额感兴趣区域(Region of Interest, ROI)工作流程获取面部表面温度是否具备信号级稳定性、跨场次可重复性与时间一致性，为未来非接触式DMS提供方法学前置依据。
研究人员选用两名健康成年男性（参与者I：39岁，参与者II：37岁），在真实车辆中进行6次（每人3次）上午时段60 min实车驾驶；使用UNI?T UTi260M LWIR热像仪（256×192像素，8–14 μm，通过手机App操作，无原始辐射量导出）固定于车内以获取驾驶员头部与上躯干热视频（25 Hz）；驾驶前稳定座舱温度约23 ℃，室外约?1~0 ℃；每5 min抽取1帧共12帧/场次，由同一操作者手动放置前额ROI，提取中心点、均值、最大值、最小值温度；采用ROI均值斜率与变异系数(coefficient of variation, CV)评估场次内稳定性，采用皮尔逊相关系数(Pearson correlation)与均方根误差(root mean square error, RMSE)比较跨场次均值轨迹，并对温度序列做归一化处理以观察相对时间动态；另在静止条件下同步采集可见光RGB与LWIR图像验证几何可见性。
3.1. Workflow-Level Thermal Frame Consistency（工作流程级热帧一致性）
App显示的热帧可提供足够稳定的面部可见度与前额热表征，支持手动辅助ROI放置及跨场次比较，表明该移动热成像工作流程在可行性层级具备帧级一致性。
3.2. Environmental and Session Control Conditions（环境与场次控制条件）
所有场次于可比环境开展（室外?1~0 ℃，座舱≈23 ℃），记录外部车体与内部座舱热像确认热梯度可控；同步拍摄可见光RGB作为几何参照，建立几何与环境基线。
3.3. Controlled Pose Sequences—Participant I（受控姿态序列—参与者I）
静止车内同步RGB与LWIR显示中性、偏航(yaw)、俯仰(pitch)姿态下前额区热像与RGB几何对应良好，热面部表征与质心位移一致，证明所选安装位在不同头部姿态下可保持前额ROI几何可见性。
3.4. Mid-Session Thermal Stability—Participant I（场次中段时间热稳定性—参与者I）
三名独立驾驶场次中点LWIR帧虽最大温值略有差异（36.4 ℃、36.6 ℃、37.2 ℃），但前额–鼻区–背景的空间温度梯度和面部热分布结构一致，无结构性伪影，支持LWIR工作流程的跨场次热表征可重复性。
3.5. Mid-Session Thermal Stability—Participant II（场次中段时间热稳定性—参与者II）
参与者II三场次中点帧最大温值分别为36.2 ℃、36.4 ℃、37.1 ℃，空间热梯度与前额、鼻周、眶周相对强度模式稳定，面部轮廓保留，同样证实重复实车部署下热表征可重复。
3.6. Temporal Thermal Evolution—Participant I（温度时间演化—参与者I）
以5 min间隔采样提取的中心点温度与ROI均值温度60 min内平缓波动无突跃或进行性漂移；Session 2中ROI均值短暂下降被保守解释为ROI边界敏感性或含入周边低温像素所致之测量异常而非生理降温；最大值趋势与中心点吻合，最小值因对局部冷却及微小边界位移敏感而波动较大；归一化(0–1)后跨场次相对时间动态一致。表4显示场次内CV＜5.2%，ROI均值斜率0.0003–0.0365 ℃/min，无失控漂移；表5跨场次Pearson相关?0.02~0.40、RMSE 1.45–4.67 ℃主要反映基准偏移而非结构不稳。
3.7. Temporal Thermal Evolution—Participant II（温度时间演化—参与者II）
中心点及ROI均值轨迹平滑，场次间存绝对温值偏移但趋势结构一致；最大值跟随中心点，最小值波动偏大属预期现象；归一化后相对动态保留。同Participants I一致，场次内稳定性指标（CV＜5.2%，低斜率）支持单次会话内热测量稳定，跨场次相关偏低归因于日间生理及微环境基线变异。
讨论部分总结
图5、图6静止条件几何验证表明所选安装位与手动前额窗口在不同头姿下未严重丢失目标区，具几何适用性。图7、图8跨三天重复场次中面部热模式视觉连贯、最高温处生物合理范围，变异主要表现为绝对温值微小偏移而非热图案结构畸变或热点位移，说明App基LWIR流程可保留可重复面部热表征。时序分析显示中心点及ROI均值轨迹总体平滑，最小值因边缘效应波动更大；Session 2中参与者I的孤立下降更可能为ROI敏感性或含入周边低温像素导致的测量异常；归一化证实相对时间动态跨场次可比，场次内低CV与低斜率支持单次会话稳定性，跨场次Pearson相关偏低宜归因于日间生理与座舱微气候差异。相比纯实验室验证，本研究在含自然头部微调、车体振动与延长监测的真实驾驶环境下仍获可解释且较稳定热观测，说明低成本LWIR流程可支撑可行性层面面部热监测，但未声称自动分类或全辐射定标验证。创新点在于提出融合几何验证、跨场次可重复性与时间一致性评估的多层可行性框架，填补消费级LWIR实车DMS前置验证空白。局限含仅两名相似年龄健康男性、仅冬晨环境、手动ROI非自动追踪、无原始辐射数据故温度为App层级近似。未来应扩大队列、多样环境及引入自动ROI追踪。
结论（翻译）
本研究表明所考察的低成本长波红外(LWIR)工作流程可在真实车内条件下提供足够稳定、可重复且时间一致的面部热观测。几何验证确认所选相机安装位置能保证前额感兴趣区域(ROI)在多头部朝向与姿态变化下的可靠可见性；跨场次分析显示面部热分布结构一致且无显著畸变；抽样时序评估揭示中心点及ROI温度指标在60 min驾驶内总体平滑演化，无进行性场次内失稳证据。虽观察到微小场次间偏移，归一化分析证实相对时间行为得以保留，表明该变异更符合基准场次偏移而非传感器结构性不稳。因此本研究支持采用手动辅助消费级LWIR工作流程实施实车座舱内基于ROI的面部热监测之可行性。本工作贡献在于结构化可行性方法论（结合几何验证、跨场次可重复性及时间一致性评估），为今后热成像驾驶员监测方法的发展提供方法学基础。未来研究应扩展受试者队列、纳入更多样环境条件并集成自动ROI追踪以进一步评估鲁棒性、普适性及实际可扩展性。
