疫情當(dāng)前——光學(xué)在行動(dòng)

2020年初，整個(gè)世界正經(jīng)歷著眾多的不平凡，神州大地，疫情肆虐。越來(lái)越多的科技從業(yè)人員，越來(lái)越多的科技企業(yè)正從技術(shù)層面為抑制疫情貢獻(xiàn)屬于這個(gè)時(shí)代的力量。

在這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰(zhàn)場(chǎng)上，我們看到了，光學(xué)，作為基礎(chǔ)學(xué)科，奮斗在抗疫戰(zhàn)斗的各個(gè)角落，為成功抗疫提供了更為全面、更為高效的幫助。

1. 體溫計(jì)

武漢疫情席卷全國(guó)，牽動(dòng)國(guó)人，全國(guó)各地啟動(dòng)重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級(jí)響應(yīng)，阻斷疫情進(jìn)一步擴(kuò)散刻不容緩。此次新型冠狀病毒常見癥狀為呼吸道感染，發(fā)熱、咳嗽、呼吸急促或者呼吸困難。為避免多次交叉?zhèn)魅境霈F(xiàn)的病毒變異，必須在第一時(shí)間找出傳染源，保護(hù)健康人群。從目前各種癥狀來(lái)看，雖然"發(fā)熱"并不是判斷感染武漢肺炎的最關(guān)鍵指標(biāo)，甚至有病例沒(méi)有發(fā)熱，但發(fā)熱癥狀仍是初步判斷是否感染病毒的重要參考，特別是各基層醫(yī)院和特殊公共場(chǎng)所出入口。

體溫可以接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量?jī)煞N方法。接觸測(cè)量包括三種測(cè)溫方式，即通過(guò)口腔、腋下和肛門直接測(cè)量，非接觸方法是通過(guò)紅外線測(cè)溫，測(cè)定是體表溫度，通過(guò)算法得出人的實(shí)際體溫。

目前常見的接觸測(cè)量主要使用水銀溫度計(jì)、電子溫度計(jì)；非接觸測(cè)量是指使用紅外線溫度計(jì)，包括耳溫槍、額溫槍、紅外成像測(cè)溫儀。

水銀溫度計(jì)：便宜、使用方法簡(jiǎn)便，幾乎人人都會(huì)，并且水銀溫度計(jì)易清洗、易消毒，同時(shí)，水銀溫度計(jì)是測(cè)量體溫的"金標(biāo)準(zhǔn)"。但是缺點(diǎn)也是難以忽視的，包括測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，一般10分鐘；玻璃材質(zhì)，容易摔碎；摔碎后露出的水銀會(huì)污染環(huán)境，對(duì)健康不利；需要被測(cè)量者的配合，不適于精神病等行為不受控制的人群使用等。

電子溫度計(jì)：使用方法和注意事項(xiàng)與水銀溫度計(jì)差不多，都是放在舌下、腋下或直腸，最符合大眾的使用習(xí)慣。但它的缺點(diǎn)是測(cè)量體溫需要的時(shí)間略長(zhǎng)，不同品牌所需時(shí)間從30秒到3分鐘以上不等。另外，飲食、劇烈運(yùn)動(dòng)、洗澡等都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，需要等30分鐘后再測(cè)量。電子溫度計(jì)的示值準(zhǔn)確度還會(huì)受到電子元件、電池供電狀況等因素影響。

紅外線溫度計(jì)：是一種利用輻射原理來(lái)測(cè)量人體體溫的測(cè)量計(jì)，它采用的紅外傳感器只吸收人體輻射的紅外線而不向外界發(fā)射任何射線，通過(guò)非接觸的方法感應(yīng)人體的體溫。人體的紅外熱輻射聚集到檢測(cè)器上，檢測(cè)器將輻射功率轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)在被補(bǔ)償環(huán)境溫度之后可以以溫度的單位顯示。

目前市面上常見的紅外測(cè)溫儀器主要有耳溫槍、額溫槍。

耳溫槍：測(cè)量的是鼓膜的溫度，鼓膜可以反應(yīng)人體核心體溫，最能反映人體的真實(shí)體溫，也是大多數(shù)醫(yī)療場(chǎng)所替換水銀體溫計(jì)之后用來(lái)判斷體溫的依據(jù)。但是因?yàn)槿说亩啦⒉皇侵钡模?歲以內(nèi)的嬰幼兒測(cè)量耳溫時(shí)，需要把耳廓向后外下方提，3歲以上或者成人應(yīng)該把耳廓向右外上方提，才能將耳溫槍放在正確的位置。6個(gè)月以下小寶寶的耳道直徑較小，不適宜用耳溫槍?；加型舛住⒅卸椎榷考膊　⒂斡?、洗澡后當(dāng)耳孔被弄濕也不適宜使用耳溫計(jì)。另外，如果短時(shí)間內(nèi)多次反復(fù)測(cè)量，耳溫槍本身會(huì)影響耳道的溫度，也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

額溫槍：主要依靠傳感器接收人體的紅外線來(lái)判斷體溫。在理想狀態(tài)下，測(cè)量的結(jié)果應(yīng)該是準(zhǔn)確的，但是影響因素很多，室溫、皮膚的干燥程度都會(huì)影響結(jié)果，剛洗過(guò)臉或摘下冰寶貼就直接測(cè)得的體溫也并不能反映人體的真實(shí)溫度。但額溫槍勝在方便、快捷，經(jīng)常用在幼兒園、機(jī)場(chǎng)、火車站這種人流量大，需要快速篩查發(fā)熱患者的地方。

紅外成像測(cè)溫儀：目前這種新型測(cè)溫儀也加入了疫情防控戰(zhàn)。根據(jù)輻射理論，任何物體只要在絕對(duì)零度（-273℃）以上，都存在熱輻射。紅外熱成像的工作原理是依據(jù)物體輻射的能量來(lái)測(cè)量溫度。利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱象圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講紅外成像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒岢上?。圖像中不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。

與其他測(cè)溫方式相比，用熱紅外線進(jìn)行測(cè)溫的好處就是"直觀"、"快速"、"非接觸"以及"24小時(shí)不間斷工作"。因此，在全國(guó)各城市人流最為密集的區(qū)域包括機(jī)場(chǎng)、火車站以及客運(yùn)站能夠進(jìn)行大面積篩查。但是紅外熱像儀測(cè)量體溫有一套嚴(yán)格機(jī)制，要結(jié)合濕度、環(huán)境溫度以及距離才能保證準(zhǔn)確。環(huán)境溫度越接近甚至高于目標(biāo)溫度，不確定性就會(huì)越大。一般火車站和汽車站都是鬧哄哄的，而且溫度比較高，就一定有人數(shù)上限。另外熱紅外線對(duì)玻璃制品的透視性比較差，"戴眼鏡人士"的熱紅外溫度檢測(cè)也是一個(gè)大問(wèn)題。

2. 平光鏡和護(hù)目鏡

抗疫戰(zhàn)斗中的一線醫(yī)護(hù)人員和城市服務(wù)人員每天高密度接觸未知人群，面臨感染的風(fēng)險(xiǎn)極高。在日常環(huán)境中，防止近中距離噴沫傳染是防護(hù)的關(guān)鍵。除了口罩之外，框架眼鏡也具有一定防護(hù)作用。

醫(yī)護(hù)人員和城市服務(wù)人員在工作過(guò)程中，需要配戴平光框架眼鏡，幫助他們?cè)谌粘－h(huán)境中防止飛沫感染眼睛。他們所配戴的護(hù)目鏡、平光眼鏡，極容易沾染污漬，用手或紙巾清潔，不僅容易留痕影響視覺，間接影響工作效率；還容易將細(xì)菌或病毒帶到眼鏡上，有機(jī)會(huì)引起眼睛發(fā)炎，加大感染病毒的機(jī)率。為改善此情況，有光學(xué)科技工作者為護(hù)目鏡專門配置了獨(dú)立式小包裝的清潔濕巾，具有攜帶取用方便的特點(diǎn)，對(duì)護(hù)目鏡、平光眼鏡清潔殺菌，速干不易留痕等優(yōu)點(diǎn)，能幫助醫(yī)護(hù)工作者以更清晰的視覺投入到救治病患的緊張工作。

3. 熒光檢測(cè)儀器

對(duì)病毒標(biāo)本進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光 RT-PCR 檢測(cè)，是國(guó)家衛(wèi)建委公布新型冠狀病毒診療方案。隨著疫情擴(kuò)散，感染人數(shù)的不斷攀升，對(duì)檢驗(yàn)試劑盒和檢驗(yàn)儀器的需求激增。

熒光PCR檢測(cè)儀器的關(guān)鍵光學(xué)器件就是熒光光學(xué)干涉濾光片，檢測(cè)過(guò)程中，主計(jì)算機(jī)首先投入運(yùn)行，同時(shí)工作人員把所測(cè)樣品放入PCR反映腔體的樣品架上，工作人員根據(jù)所測(cè)樣品的PCR反應(yīng)條件設(shè)置相應(yīng)的溫度參數(shù)、控溫時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)等，接著工作人員點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕控件，系統(tǒng)就進(jìn)入快速升溫、恒溫、快速降溫、恒溫等PCR循環(huán)過(guò)程，直至所有的循環(huán)結(jié)束，同時(shí)在每一循環(huán)的低溫段恒溫結(jié)束前系統(tǒng)進(jìn)行樣品的熒光信號(hào)實(shí)時(shí)采集，主計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)形成實(shí)時(shí)圖形，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖形分析，得到目標(biāo)DNA片段的含量和其它檢測(cè)報(bào)告信息等。

PCR的出現(xiàn)，極大地簡(jiǎn)化了定量檢測(cè)的過(guò)程，而且真正實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)定量。多種檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使實(shí)驗(yàn)的選擇性更強(qiáng)。自動(dòng)化操作提高了工作效率，反應(yīng)快速、重復(fù)性好、靈敏度高、特異性強(qiáng)、結(jié)果清晰。隨著生物芯片技術(shù)和熒光探針定量技術(shù)的結(jié)合，熒光定量PCR在醫(yī)學(xué)檢測(cè)及其他各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景將更加廣闊，令人欣喜。

4. 紅外測(cè)溫和AI人臉檢測(cè)

目前，隨著疫情的持續(xù)升溫，體溫檢測(cè)成為一種重要的防控檢測(cè)手段，而如何快速精準(zhǔn)的在公共場(chǎng)所甄別體溫異常人群就顯得尤為重要。

紅外測(cè)溫儀則可有效解決這些問(wèn)題，通過(guò)光電技術(shù)檢測(cè)外界物體的熱輻射紅外信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人觀察的圖形和圖像，同時(shí)給出物體表面的溫度分布，因該設(shè)備可快速檢測(cè)公共場(chǎng)所國(guó)網(wǎng)人群每個(gè)人的體溫情況，具有快捷方便、無(wú)接觸式檢測(cè)避免二次感染等優(yōu)點(diǎn)。

另外，通過(guò)紅外成像的智能軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)篩選發(fā)熱目標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警抓拍，測(cè)溫精度在0.3℃以內(nèi)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、火車站、醫(yī)院、工廠、大型超市、工廠、學(xué)校等人流量較大的場(chǎng)所，迅速捕獲疑似人群，為疫情防控“擦亮雙眼”。

除此之外，各光電研究人員以及光電企業(yè)，紛紛提出成套的大型公共場(chǎng)合的整體測(cè)溫問(wèn)題解決方案。各個(gè)解決方案的核心就是： “人體識(shí)別+人像識(shí)別+紅外/可見光雙傳感器”，再輔以自動(dòng)觸警和云數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，通過(guò)前端紅外相機(jī)鑒別人流中的高溫人員，可根據(jù)疑似發(fā)燒者的人體、人臉信息，通過(guò)AI技術(shù)，輔助各類公共場(chǎng)所（火車站、汽車站、地鐵站、機(jī)場(chǎng)）等高密度人員流動(dòng)場(chǎng)景下的工作人員快速篩查體溫異常者，首先非接觸密集型人流AI輔助溫感解決方案，解決疫情平穩(wěn)后在開放場(chǎng)所的通行效率與可控度。

這種成套智能紅外測(cè)溫系統(tǒng)的疑似高熱報(bào)警寬帶可達(dá)到每秒十幾個(gè)人，且一套系統(tǒng)可以部署十幾個(gè)通道，基本保證一個(gè)通道口管控，這樣一來(lái)，人流量較大的通道在AI系統(tǒng)的輔助下，僅需1名工作人員就能夠管控現(xiàn)場(chǎng)，大大降低一線工作人員被感染的風(fēng)險(xiǎn)。

由于體溫檢測(cè)是疫情檢測(cè)的第一關(guān)口，成套的紅外體溫檢測(cè)系統(tǒng)在公共場(chǎng)所對(duì)疑似患者甄別起到了重要作用，因此，紅外測(cè)溫檢測(cè)系統(tǒng)及配套零部件也被工信部納入疫情控制重點(diǎn)物資。

5. 無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)距離作業(yè)

說(shuō)起無(wú)人機(jī)，現(xiàn)在相信大家都已經(jīng)不再陌生。作為曾經(jīng)專門用來(lái)執(zhí)行偵察、打擊等任務(wù)的軍事利器，如今在各種技術(shù)的快速升級(jí)下，已經(jīng)搖身一變成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活的好幫手。由于制造成本低、功能集成度高，且應(yīng)用靈活、作業(yè)高效、視野全面，近年無(wú)人機(jī)愈發(fā)向民用領(lǐng)域拓展延伸，不僅消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)日益火爆，同時(shí)工業(yè)級(jí)市場(chǎng)也逐步升溫。

新冠肺炎疫情由于傳播渠道多樣、傳播力度巨大，對(duì)人們的出行、工作和管控都造成了極大困難。在此局面下，為了避免人員接觸交叉感染，同時(shí)又保障人們生產(chǎn)、生活的有序進(jìn)行，無(wú)人機(jī)作為實(shí)現(xiàn)輔助人們作業(yè)的智能化、無(wú)人機(jī)的手段，通過(guò)“機(jī)器換人”成為了疫情期間的“全能明星”，在交通、救援、消毒、春耕等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)非凡價(jià)值。

其中，在交通領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)通過(guò)高空巡檢和攜帶喇叭喊話，一方面有效輔助交警人員對(duì)車輛行人進(jìn)行管控，精準(zhǔn)識(shí)別未戴口罩隱患人群；另一方面也加強(qiáng)了疫情宣傳和傳話，保障所有駕駛者以及交警人員的健康安全。而在救援、消毒等領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)通過(guò)向武漢等疫情嚴(yán)重地區(qū)投放物資，對(duì)疫區(qū)進(jìn)行消毒殺毒，進(jìn)一步保障了疫區(qū)人們的生活需求和安全需要。

除此之外，在春耕來(lái)臨之際，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用也為春耕春種無(wú)人可用的局面提供了解決之法。由于疫情影響人們不得外出，農(nóng)業(yè)春耕今年面臨嚴(yán)峻招工難、出門難等問(wèn)題。在此背景下，利用無(wú)人機(jī)代替人工播種、耕種，依靠智能系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)作業(yè)，有效解決了勞動(dòng)力匱乏問(wèn)題，同時(shí)也保障了特殊時(shí)期農(nóng)業(yè)耕作的正常進(jìn)行。

綜上所述，突如其來(lái)的嚴(yán)峻疫情給各行各業(yè)帶來(lái)了巨大破壞，甚至威脅著人類的生命安全，光學(xué)科技，在危難時(shí)刻挺身而出，這一方面讓我們看到了光學(xué)科技發(fā)展的重要進(jìn)步；另一方面也讓人們清晰的知道，未來(lái)光學(xué)發(fā)展的價(jià)值和重要性。經(jīng)此一役，我們可以期待，光學(xué)未來(lái)必將展翅翱翔在祖國(guó)各條戰(zhàn)線。

在這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的疫情戰(zhàn)斗之中，各種光學(xué)產(chǎn)品，各種光電設(shè)備，來(lái)自全國(guó)的各光學(xué)企業(yè)，各位光學(xué)科研從業(yè)人員，用他們的知識(shí)，用他們的產(chǎn)品和設(shè)備，為戰(zhàn)“疫”斗爭(zhēng)，貢獻(xiàn)著自己的力量，在某種程度上，它們和一線的醫(yī)護(hù)工作者一樣“逆行”在抗擊疫情戰(zhàn)場(chǎng)的第一線！

我們堅(jiān)信，在黨中央的英明領(lǐng)導(dǎo)下，在各行各業(yè)的共同阻擊下，全國(guó)人民眾志成城，一定能打贏這場(chǎng)戰(zhàn)“疫”！所有的光學(xué)從業(yè)人員，也必將以科技為武器，以技術(shù)為先鋒，以“光”速跑贏病毒！疫情當(dāng)前，光學(xué)在行動(dòng)，武漢加油！中國(guó)加油！