疫情當前——光學在行動

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

在這場沒有硝煙的戰(zhàn)場上，我們看到了，光學，作為基礎(chǔ)學科，奮斗在抗疫戰(zhàn)斗的各個角落，為成功抗疫提供了更為全面、更為高效的幫助。

1. 體溫計

武漢疫情席卷全國，牽動國人，全國各地啟動重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)，阻斷疫情進一步擴散刻不容緩。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，必須在第一時間找出傳染源，保護健康人群。從目前各種癥狀來看，雖然"發(fā)熱"并不是判斷感染武漢肺炎的最關(guān)鍵指標，甚至有病例沒有發(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)院和特殊公共場所出入口。

體溫可以接觸測量和非接觸測量兩種方法。接觸測量包括三種測溫方式，即通過口腔、腋下和肛門直接測量，非接觸方法是通過紅外線測溫，測定是體表溫度，通過算法得出人的實際體溫。

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

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

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

紅外線溫度計：是一種利用輻射原理來測量人體體溫的測量計，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器上，檢測器將輻射功率轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號在被補償環(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溫儀器主要有耳溫槍、額溫槍。

耳溫槍：測量的是鼓膜的溫度，鼓膜可以反應(yīng)人體核心體溫，最能反映人體的真實體溫，也是大多數(shù)醫(yī)療場所替換水銀體溫計之后用來判斷體溫的依據(jù)。但是因為人的耳道并不是直的，3歲以內(nèi)的嬰幼兒測量耳溫時，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個月以下小寶寶的耳道直徑較小，不適宜用耳溫槍。患有外耳炎、中耳炎等耳部疾病、游泳、洗澡后當耳孔被弄濕也不適宜使用耳溫計。另外，如果短時間內(nèi)多次反復(fù)測量，耳溫槍本身會影響耳道的溫度，也會影響測量結(jié)果的準確性。

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

紅外成像測溫儀：目前這種新型測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)物體輻射的能量來測量溫度。利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱象圖與物體表面的熱分布場相對應(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)榭梢姷臒岢上瘛D像中不同顏色代表被測物體的不同溫度。

與其他測溫方式相比，用熱紅外線進行測溫的好處就是"直觀"、"快速"、"非接觸"以及"24小時不間斷工作"。因此，在全國各城市人流最為密集的區(qū)域包括機場、火車站以及客運站能夠進行大面積篩查。但是紅外熱像儀測量體溫有一套嚴格機制，要結(jié)合濕度、環(huán)境溫度以及距離才能保證準確。環(huán)境溫度越接近甚至高于目標溫度，不確定性就會越大。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。另外熱紅外線對玻璃制品的透視性比較差，"戴眼鏡人士"的熱紅外溫度檢測也是一個大問題。

2. 平光鏡和護目鏡

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

醫(yī)護人員和城市服務(wù)人員在工作過程中，需要配戴平光框架眼鏡，幫助他們在日常環(huán)境中防止飛沫感染眼睛。他們所配戴的護目鏡、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；還容易將細菌或病毒帶到眼鏡上，有機會引起眼睛發(fā)炎，加大感染病毒的機率。為改善此情況，有光學科技工作者為護目鏡專門配置了獨立式小包裝的清潔濕巾，具有攜帶取用方便的特點，對護目鏡、平光眼鏡清潔殺菌，速干不易留痕等優(yōu)點，能幫助醫(yī)護工作者以更清晰的視覺投入到救治病患的緊張工作。

3. 熒光檢測儀器

對病毒標本進行實時熒光 RT-PCR 檢測，是國家衛(wèi)建委公布新型冠狀病毒診療方案。隨著疫情擴散，感染人數(shù)的不斷攀升，對檢驗試劑盒和檢驗儀器的需求激增。

熒光PCR檢測儀器的關(guān)鍵光學器件就是熒光光學干涉濾光片，檢測過程中，主計算機首先投入運行，同時工作人員把所測樣品放入PCR反映腔體的樣品架上，工作人員根據(jù)所測樣品的PCR反應(yīng)條件設(shè)置相應(yīng)的溫度參數(shù)、控溫時間以及循環(huán)次數(shù)等，接著工作人員點擊相應(yīng)的按鈕控件，系統(tǒng)就進入快速升溫、恒溫、快速降溫、恒溫等PCR循環(huán)過程，直至所有的循環(huán)結(jié)束，同時在每一循環(huán)的低溫段恒溫結(jié)束前系統(tǒng)進行樣品的熒光信號實時采集，主計算機根據(jù)采集到的信號形成實時圖形，并進行數(shù)據(jù)處理和圖形分析，得到目標DNA片段的含量和其它檢測報告信息等。

PCR的出現(xiàn)，極大地簡化了定量檢測的過程，而且真正實現(xiàn)了絕對定量。多種檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)，使實驗的選擇性更強。自動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、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)學檢測及其他各個領(lǐng)域中的應(yīng)用前景將更加廣闊，令人欣喜。

4. 紅外測溫和AI人臉檢測

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

紅外測溫儀則可有效解決這些問題，通過光電技術(shù)檢測外界物體的熱輻射紅外信號，并將信號轉(zhuǎn)換成可供人觀察的圖形和圖像，同時給出物體表面的溫度分布，因該設(shè)備可快速檢測公共場所國網(wǎng)人群每個人的體溫情況，具有快捷方便、無接觸式檢測避免二次感染等優(yōu)點。

另外，通過紅外成像的智能軟件系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動篩選發(fā)熱目標實現(xiàn)自動報警抓拍，測溫精度在0.3℃以內(nèi)，可廣泛應(yīng)用于機場、火車站、醫(yī)院、工廠、大型超市、工廠、學校等人流量較大的場所，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合的整體測溫問題解決方案。各個解決方案的核心就是： “人體識別+人像識別+紅外/可見光雙傳感器”，再輔以自動觸警和云數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，通過前端紅外相機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AI技術(shù)，輔助各類公共場所（火車站、汽車站、地鐵站、機場）等高密度人員流動場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)后在開放場所的通行效率與可控度。

這種成套智能紅外測溫系統(tǒng)的疑似高熱報警寬帶可達到每秒十幾個人，且一套系統(tǒng)可以部署十幾個通道，基本保證一個通道口管控，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險。

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

5. 無人機遠距離作業(yè)

說起無人機，現(xiàn)在相信大家都已經(jīng)不再陌生。作為曾經(jīng)專門用來執(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，近年無人機愈發(fā)向民用領(lǐng)域拓展延伸，不僅消費級市場日益火爆，同時工業(yè)級市場也逐步升溫。

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，同時又保障人們生產(chǎn)、生活的有序進行，無人機作為實現(xiàn)輔助人們作業(yè)的智能化、無人機的手段，通過“機器換人”成為了疫情期間的“全能明星”，在交通、救援、消毒、春耕等多個領(lǐng)域展現(xiàn)非凡價值。

其中，在交通領(lǐng)域，無人機通過高空巡檢和攜帶喇叭喊話，一方面有效輔助交警人員對車輛行人進行管控，精準識別未戴口罩隱患人群；另一方面也加強了疫情宣傳和傳話，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，無人機通過向武漢等疫情嚴重地區(qū)投放物資，對疫區(qū)進行消毒殺毒，進一步保障了疫區(qū)人們的生活需求和安全需要。

除此之外，在春耕來臨之際，無人機的應(yīng)用也為春耕春種無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)春耕今年面臨嚴峻招工難、出門難等問題。在此背景下，利用無人機代替人工播種、耕種，依靠智能系統(tǒng)遠程操控無人機作業(yè)，有效解決了勞動力匱乏問題，同時也保障了特殊時期農(nóng)業(yè)耕作的正常進行。

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

在這場沒有硝煙的疫情戰(zhàn)斗之中，各種光學產(chǎn)品，各種光電設(shè)備，來自全國的各光學企業(yè)，各位光學科研從業(yè)人員，用他們的知識，用他們的產(chǎn)品和設(shè)備，為戰(zhàn)“疫”斗爭，貢獻著自己的力量，在某種程度上，它們和一線的醫(yī)護工作者一樣“逆行”在抗擊疫情戰(zhàn)場的第一線！

我們堅信，在黨中央的英明領(lǐng)導(dǎo)下，在各行各業(yè)的共同阻擊下，全國人民眾志成城，一定能打贏這場戰(zhàn)“疫”！所有的光學從業(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！疫情當前，光學在行動，武漢加油！中國加油！