光學(xué)戰(zhàn)“疫”

2020年新年伊始，受新型冠狀病毒爆發(fā)的影響，2020年的春節(jié)注定是一個(gè)不平凡的春節(jié)，全中國乃至全世界有越來越多的人加入到這場沒有硝煙的戰(zhàn)“疫”中。在疫情的沖擊下，全國大部分企業(yè)開工時(shí)間均延遲或開工日期暫未確定，導(dǎo)致多行業(yè)經(jīng)濟(jì)滯緩；另外一方面，因武漢疫情升溫，光學(xué)測溫儀及熒光檢測試劑盒等被納入疫情控制重點(diǎn)物資，一時(shí)間，紅外廠商、安防企業(yè)、AI企業(yè)、生物制品企業(yè)幾乎都推出相應(yīng)的測量或檢測產(chǎn)品，以最快的速度馳援武漢肺炎阻擊戰(zhàn)。光學(xué)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)揮自身優(yōu)勢，加入到這場戰(zhàn)“疫”中來，體現(xiàn)中國速度。長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館的科學(xué)普及在這場疫情中能發(fā)揮的作用也在不斷被發(fā)掘。為打贏這場疫情阻擊戰(zhàn)，中國正在舉全國之力和新冠肺炎以“光”速賽跑。

經(jīng)過艱苦努力，付出巨大犧牲，目前中國國內(nèi)疫情防控形勢持續(xù)向好，我國大部分地區(qū)已解除突發(fā)公共衛(wèi)生相應(yīng)，并全面復(fù)工復(fù)產(chǎn)。從武漢實(shí)施封城至3月25日零時(shí)起，武漢市以外地區(qū)解除離鄂通道管控，再到4月8日武漢解封，意味著我國國內(nèi)新冠肺炎取得了階段性成功。武漢在這個(gè)春天按下的“重啟鍵”，讓我們的努力向前變得更有意義。

回顧2020年初新型冠狀病毒疫情不斷發(fā)展，導(dǎo)致中國的經(jīng)濟(jì)及世界經(jīng)濟(jì)都遭受一定程度的影響。而受到疫情影響，包括光學(xué)產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的多行業(yè)在此次疫情期間受到了多方面的行業(yè)沖擊。疫情的出現(xiàn)大家都始料未及，這是一次突發(fā)事件，因此它帶來的影響也是暫時(shí)的，這并不會(huì)影響光學(xué)產(chǎn)業(yè)長期延續(xù)的良好發(fā)展。或許我們會(huì)看到今年上半年大家的業(yè)績沒有達(dá)到預(yù)期，但這并不會(huì)是常態(tài)。

一、識(shí)時(shí)尋求自身發(fā)展，線上發(fā)布復(fù)工復(fù)產(chǎn)

終端市場因本次疫情導(dǎo)致多家品牌的新機(jī)發(fā)布日期滯后，但是多個(gè)品牌廠商也另辟蹊徑，將原本的發(fā)布會(huì)改為線上舉行。繼2月10日，小米10線上發(fā)布會(huì)圓滿落幕后。近期又有一些品牌，因MWC大會(huì)的取消決定在線上發(fā)布新品。

終端品牌積極準(zhǔn)備線上及海外的產(chǎn)品發(fā)布的同時(shí)，供應(yīng)鏈端也在緊鑼密鼓的提升工廠復(fù)產(chǎn)率。根據(jù)分析機(jī)構(gòu)預(yù)測，光學(xué)鏡頭廠商的模組客戶復(fù)工率在近期明顯改善。對(duì)于目前行業(yè)中發(fā)展穩(wěn)定，且擁有良好客戶體系的企業(yè)而言，隨著客戶端的復(fù)工復(fù)產(chǎn)率提升，需求也將逐漸回升至穩(wěn)定水平。不論是訂單量還是出貨情況，也都將隨之改善。值得一提的是，眼下得益于國內(nèi)各地對(duì)肺炎疫情的防控和治療工作的深入開展，大眾的預(yù)防意識(shí)顯著提高，使得目前疫情的擴(kuò)散已經(jīng)得到控制。雖然距離完全戰(zhàn)勝疫情還有一段時(shí)間，帶給產(chǎn)業(yè)鏈的影響或許也還將持續(xù)一段時(shí)間，但屬于產(chǎn)業(yè)鏈的新機(jī)遇始終存在，在等待機(jī)遇來臨的過程中，越是健康發(fā)展的企業(yè)腳步也將會(huì)更加穩(wěn)健。

另外一方面，在疫情的沖擊下，快速排查及迅速確診成為控制疫情蔓延必不可少的重要手段，紅外測溫儀及熒光檢測試劑盒等重要檢測物品被納入疫情控制重點(diǎn)物資。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大立科技、武漢高德紅外、睿創(chuàng)微納等紅外龍頭企業(yè)2020年春節(jié)期間與上游原料商一起趕工；光學(xué)零部件廠商信利國際及上下游配套生產(chǎn)部門加班加點(diǎn)，緊急生產(chǎn)；海康威視、宇視科技等光學(xué)企業(yè)快速擔(dān)當(dāng)，向疫區(qū)運(yùn)送成百上千的不同類產(chǎn)品。同時(shí)，還有曠視、商湯科技等科技公司爭分所秒，將紅外測溫與AI人臉識(shí)別結(jié)合，用人工智能技術(shù)助力疫情防控。

武漢高德紅外、大立科技、睿創(chuàng)微納、信利國際等等眾多有責(zé)任擔(dān)當(dāng)企業(yè)，形成應(yīng)急小組，春節(jié)假期無休，他們生產(chǎn)出來的紅外體溫檢測儀及測溫模塊全部供應(yīng)疫情防控及社會(huì)防疫需求。大量的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用至全國各地的機(jī)場、車站、海關(guān)口岸、醫(yī)院等人流密集的公共場所處于疫情防疫第一線，保障肺炎疫情工作的順利展開。

遏制新型冠狀病毒肺炎疫情蔓延，能快速檢測病毒的試劑盒至關(guān)重要。國家衛(wèi)健委公布新型冠狀病毒診療方案，對(duì)標(biāo)本進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測。隨著疫情擴(kuò)散，感染人數(shù)不斷攀升，對(duì)檢驗(yàn)試劑盒和檢驗(yàn)儀器需求增加。北京卓誠惠生生物科技、華大基因及上海之江生物科技等多家生物制品企業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)大新型冠狀病毒核酸檢測試劑供給能力，全力服務(wù)疫情防控需要。

沈陽儀表院匯博光學(xué)公司第一時(shí)間響應(yīng)，緊急與熒光PCR企業(yè)密切溝通、調(diào)配貨源，并協(xié)調(diào)保障春節(jié)期間的生產(chǎn)和供應(yīng)工作，迅速組織力量提供熒光PCR檢測儀器關(guān)鍵光學(xué)器件，應(yīng)用于新型冠狀病毒核酸檢測——熒光光學(xué)干涉濾光片。全力參與抗擊疫情戰(zhàn)斗！

二、新型檢測發(fā)揮光學(xué)優(yōu)勢，體現(xiàn)中國速度

疫情初期，人們對(duì)于新型冠狀病毒十分陌生，在接到疑似病例時(shí)需要經(jīng)過一系列流程進(jìn)行診斷。從疫情爆發(fā)到檢測出病毒基因序列再到檢測試劑的研發(fā)生產(chǎn)，醫(yī)務(wù)工作者和科研單位只用了十多天時(shí)間，這已經(jīng)是了不起的壯舉。而疾控中心每天可檢測樣本200多份，從開始采樣到結(jié)果反饋需要約2天時(shí)間，傳統(tǒng)的檢測手段效率較低。

為了應(yīng)對(duì)檢測效率低下的問題，12月26日，上海市公共衛(wèi)生臨床中心收集到來自武漢市的一份患者標(biāo)本，經(jīng)過長達(dá)10天地檢測發(fā)現(xiàn)了類似SARS的新型冠狀病毒，并獲得了該病毒的全基因組序列，用相當(dāng)快的速度完成了分離病毒并迅速研發(fā)出測試試劑。不同的公司和機(jī)構(gòu)根據(jù)病毒基因組序列信息，設(shè)計(jì)和開發(fā)出不同的檢測試劑或測試盒，但基本原理都是一致的。由于新型冠狀病毒是RNA病毒，試劑盒檢測基本都采用反轉(zhuǎn)錄加實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法（RT-PCR）來擴(kuò)增病原體的核酸(RNA)，同時(shí)通過熒光探針實(shí)時(shí)檢測擴(kuò)增產(chǎn)物。

圖1：PCR熒光檢測試劑盒

各試劑生產(chǎn)廠商和醫(yī)療器械公司加緊開始與醫(yī)院進(jìn)行緊密合作，擴(kuò)大PCR實(shí)驗(yàn)室規(guī)模同時(shí)加強(qiáng)對(duì)測試人員的培訓(xùn)。目前該技術(shù)可在上機(jī)60分鐘之內(nèi)檢測出結(jié)果，可以快速篩查和監(jiān)測感染人群。

除了PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）檢測試劑盒檢測之外，胸部CT影像同樣也是判定新冠肺炎臨床重要參考依據(jù)。而AI計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與CT影像的結(jié)合，則能夠加快新冠肺炎患者的篩查和治療。中科院臨床研究醫(yī)院應(yīng)對(duì)疫情科技攻關(guān)聯(lián)合指揮部已經(jīng)完成“新冠肺炎影像輔助診斷平臺(tái)”建設(shè)，由科大訊飛負(fù)責(zé)建設(shè)?，F(xiàn)階段已與中科大附一院聯(lián)合建設(shè)的人工智能輔助診斷平臺(tái)，正在為1200余家醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供醫(yī)療影像輔助診斷服務(wù)。

圖2：在中科大附一院南區(qū)，影像科醫(yī)生正在使用新冠肺炎影像輔助診斷平臺(tái)

以往在實(shí)際生活中，影像科醫(yī)生每診斷一個(gè)病例需要5至15分鐘時(shí)間，針對(duì)新冠肺炎確診患者更是一倍以上的閱片量。新冠肺炎AI影像輔助診斷系統(tǒng)的上線，不僅可加快醫(yī)生診斷時(shí)間，更能提高精準(zhǔn)識(shí)別新冠肺炎的可靠度。目前該系統(tǒng)可在3秒內(nèi)完成一例新冠肺炎病例輔助診斷，陽性病例全召回，病灶召回率達(dá)到90%。目前，在中科大附一院南區(qū)，該AI影像輔助診斷平臺(tái)已經(jīng)在使用。

圖3：紅外測溫儀

熱成像紅外測溫、物聯(lián)網(wǎng)測溫槍、人臉感溫產(chǎn)品層出不窮。如百度、商湯、曠視等公司，都推出 AI 紅外測溫產(chǎn)品及其配套測溫方案。而國內(nèi)的大疆近日也試行通過“無人機(jī)+紅外”來篩查可疑患者。2020年2月4日，北京海淀區(qū)牡丹園地鐵站，一套用于發(fā)熱及潛在被感染對(duì)象識(shí)別、篩查與分析的新系統(tǒng)正式投用。乘客進(jìn)站無需停留，紅外設(shè)備可自動(dòng)檢測體溫，每分鐘測試數(shù)量達(dá)300人。一旦發(fā)現(xiàn)乘客體溫超標(biāo)，即便因佩戴口罩遮擋了面部，也能通過“升級(jí)版”的人臉識(shí)別技術(shù)精準(zhǔn)鎖定，并提示工作人員進(jìn)行二次檢查，有效篩查疑似高熱人員。而這套系統(tǒng)是由曠視科技最新研發(fā)出來，用人工智能技術(shù)助力疫情防控。

近段時(shí)間以來，值得一提的是，為滿足湖北武漢等防疫一線的需求，國內(nèi)多個(gè)省份的多家紅外體溫計(jì)傳感器生產(chǎn)商，正在加足馬力生產(chǎn)紅外體溫計(jì)傳感器。比如，在廈門，相關(guān)傳感器生產(chǎn)企業(yè)僅一天的傳感器出貨量便達(dá)到100多萬支，還有一部分光學(xué)制造商快速擔(dān)當(dāng)，向疫區(qū)運(yùn)送不同類醫(yī)療產(chǎn)品、現(xiàn)金及技術(shù)，以支援新型冠狀病毒感染疫情防控工。

防控疫情，速度是至關(guān)重要的，其中雷神山醫(yī)院和火神山醫(yī)院的建設(shè)中，我們也看見了許多光學(xué)科技企業(yè)的身影，響應(yīng)國家號(hào)召，積極主動(dòng)承擔(dān)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，向雷神山、火神山兩所醫(yī)院提供了大量的科學(xué)儀器。另外，譜育科技調(diào)動(dòng)了全部可能物資，從研發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)應(yīng)用等層面力保紅外熱成像測溫產(chǎn)品的生產(chǎn)和運(yùn)送，目前譜育科技已經(jīng)有近百套AI智能型紅外熱成像分析系統(tǒng)緊急派往前線，助力疫情監(jiān)測防控。

三、戰(zhàn)“疫”中的光學(xué)技術(shù)應(yīng)用

面對(duì)公共場所龐大的流動(dòng)人口，要在移動(dòng)狀態(tài)下快速、準(zhǔn)確、及時(shí)檢測并篩查出非正常體溫就至關(guān)重要。非接觸式的紅外測溫儀發(fā)揮了主要功效，是一種能達(dá)到醫(yī)用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)指標(biāo)要求的高精度、高可靠和高穩(wěn)定性、一致性的紅外溫度傳感器。

圖4：紅外體溫計(jì)傳感器

簡單來說，紅外傳感器在接收到物體發(fā)出的能量后，通過其光學(xué)系統(tǒng)將紅外能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過模型算法及參數(shù)校準(zhǔn)，將其轉(zhuǎn)換為醫(yī)用級(jí)的高精度溫度值。相對(duì)于其他類型的測溫方式，紅外測溫方式的優(yōu)勢在于快速、直觀、非接觸檢測。在此類設(shè)備中，不論是紅外測溫儀，還是耳溫槍、額溫槍等紅外檢測設(shè)備，都離不開基礎(chǔ)的熱紅外傳感器元件。例如，耳溫槍是一種典型的非接觸式的紅外測溫儀，它是利用檢測鼓膜(相當(dāng)于下視丘) 所發(fā)出的紅外線光譜（6~15μm）來測量體溫。根據(jù)玻耳茲曼定律，物體溫度越高，輻射能量越大。E=σεT?（σ=常量，T物體絕對(duì)溫度，ε比輻射率，n=4）。只要測出物體所發(fā)射的輻射能量，就可以確定它的溫度。

圖5：耳溫槍工作示意圖

具體來說，紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。待測目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)，經(jīng)過光學(xué)接收器傳輸給調(diào)制器濾除大面積的背景干擾信號(hào)，然后經(jīng)過紅外探測器將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后，最中可轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。

圖6：紅外測溫儀原理圖

“AI+紅外測溫”在為了避免因檢測環(huán)境因素干擾下應(yīng)運(yùn)而生，助力新型冠狀病毒疫情防控?；凇叭梭w發(fā)出的熱輻射比較穩(wěn)定，在特定范圍內(nèi)，能夠與周圍環(huán)境進(jìn)行‘分割’”的理論，國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司開始研發(fā)AI紅外測溫產(chǎn)品，紅外測溫開始嘗試與AI相關(guān)的臉部識(shí)別算法相結(jié)合使用。

為助力抗擊疫情，廣東移動(dòng)創(chuàng)新推出“5G+紅外”測溫信息化應(yīng)用，能在人流密集的各類場所進(jìn)行精準(zhǔn)度高、安全性強(qiáng)的長時(shí)間連續(xù)體溫篩查，有效減少接觸式測溫引起的交叉?zhèn)魅撅L(fēng)險(xiǎn)，助力守住防控疫情的第一道關(guān)口。截至目前，全省已有超過100家單位向廣東移動(dòng)提出使用“5G+紅外”測溫應(yīng)用需求。據(jù)了解，“5G+紅外”測溫應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)多人同時(shí)掃描，紅外精密溫感探測儀在距離10米處就開始探測，可以記錄被測人員的頭像圖片及對(duì)應(yīng)體溫，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候監(jiān)測。

圖7：AI智能紅外測溫儀

曠視研發(fā)人員表示，此系統(tǒng)的智能疑似高熱報(bào)警寬帶可達(dá)到每秒15人，且一套系統(tǒng)可以部署16個(gè)通道，基本保證單個(gè)地鐵口的管控，這樣一來，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，大大降低一線工作人員被感染的風(fēng)險(xiǎn)。除了曠視科技外，其他AI等科技公司都推出自己的測量產(chǎn)品，馳援肺炎阻擊戰(zhàn)。

總的來說，面對(duì)嚴(yán)峻的疫情防控形勢，對(duì)于前期篩查而言，在人群中發(fā)現(xiàn)疑似發(fā)燒人員，進(jìn)一步采用各類紅外傳感器檢測設(shè)備進(jìn)行精確的體溫測量及后續(xù)檢查，顯得非常重要。

四、光學(xué)戰(zhàn)“疫”，科普落地

為全力做好新型冠狀病毒肺炎疫情防控工作，有效避免人員聚集可能引發(fā)的交叉感染，最大限度保障參觀者和工作人員身體健康安全，根據(jù)疫情防控的切實(shí)需要，為了避免疫情繼續(xù)擴(kuò)散，自2020年2月3日起全國科技館都已經(jīng)開啟閉館模式。

受疫情影響，全國科技館都暫停對(duì)外開放，全國大中小幼陸續(xù)延期開學(xué)，即便如此，對(duì)科學(xué)的探究不能停?？箵粢咔槠陂g，為了讓大家在家也能學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)，長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館從線下科普轉(zhuǎn)戰(zhàn)到線上普及。順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展及普惠需求，我館目前不僅積極參與“科普聯(lián)動(dòng)共克時(shí)艱，助力戰(zhàn)‘疫’誓竟全功——新型冠狀病毒肺炎科普知識(shí)線上有獎(jiǎng)競答活動(dòng)”和“致敬醫(yī)務(wù)工作者”等活動(dòng)，同時(shí)發(fā)布了多個(gè)原創(chuàng)科普視頻以及“線上互動(dòng)：開學(xué)第一課”及“光學(xué)小達(dá)人邀您做實(shí)驗(yàn)”等科普互動(dòng)活動(dòng)。

在這場疫情中，光學(xué)館作為光學(xué)科學(xué)技術(shù)普及的推廣者，能做可做的事情還有很多。我館陸續(xù)還將開展更多切合實(shí)際的光學(xué)科普活動(dòng)，發(fā)布更多相關(guān)科普資源，讓公眾在足不出戶的非常時(shí)期也能感受到光學(xué)知識(shí)的魅力，為社會(huì)貢獻(xiàn)一份力量。

隨著抗“疫”戰(zhàn)爭取得的階段性成功，吉林省也逐步開放了展覽館等公共場所。2020年3月20日，長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館已面向公眾正常開放。當(dāng)一切慢慢恢復(fù)往常的繁榮，預(yù)示著疫情終將消散，春天即將到來，讓我們共同期待。