疫情当前——光学在行动

2020年初，整个世界正经历着众多的不平凡，神州大地，疫情肆虐。越来越多的科技从业人员，越来越多的科技企业正从技术层面为抑制疫情贡献属于这个时代的力量。

在这场没有硝烟的战场上，我们看到了，光学，作为基础学科，奋斗在抗疫战斗的各个角落，为成功抗疫提供了更为全面、更为高效的帮助。

1. 体温计

武汉疫情席卷全国，牵动国人，全国各地启动重大突发公共卫生事件一级响应，阻断疫情进一步扩散刻不容缓。此次新型冠状病毒常见症状为呼吸道感染，发热、咳嗽、呼吸急促或者呼吸困难。为避免多次交叉传染出现的病毒变异，必须在第一时间找出传染源，保护健康人群。从目前各种症状来看，虽然"发热"并不是判断感染武汉肺炎的最关键指标，甚至有病例没有发热，但发热症状仍是初步判断是否感染病毒的重要参考，特别是各基层医院和特殊公共场所出入口。

体温可以接触测量和非接触测量两种方法。接触测量包括三种测温方式，即通过口腔、腋下和肛门直接测量，非接触方法是通过红外线测温，测定是体表温度，通过算法得出人的实际体温。

目前常见的接触测量主要使用水银温度计、电子温度计；非接触测量是指使用红外线温度计，包括耳温枪、额温枪、红外成像测温仪。

水银温度计：便宜、使用方法简便，几乎人人都会，并且水银温度计易清洗、易消毒，同时，水银温度计是测量体温的"金标准"。但是缺点也是难以忽视的，包括测量时间长，一般10分钟；玻璃材质，容易摔碎；摔碎后露出的水银会污染环境，对健康不利；需要被测量者的配合，不适于精神病等行为不受控制的人群使用等。

电子温度计：使用方法和注意事项与水银温度计差不多，都是放在舌下、腋下或直肠，最符合大众的使用习惯。但它的缺点是测量体温需要的时间略长，不同品牌所需时间从30秒到3分钟以上不等。另外，饮食、剧烈运动、洗澡等都会影响测量结果，需要等30分钟后再测量。电子温度计的示值准确度还会受到电子元件、电池供电状况等因素影响。

红外线温度计：是一种利用辐射原理来测量人体体温的测量计，它采用的红外传感器只吸收人体辐射的红外线而不向外界发射任何射线，通过非接触的方法感应人体的体温。人体的红外热辐射聚集到检测器上，检测器将辐射功率转换为电信号，该电信号在被补偿环境温度之后可以以温度的单位显示。

目前市面上常见的红外测温仪器主要有耳温枪、额温枪。

耳温枪：测量的是鼓膜的温度，鼓膜可以反应人体核心体温，最能反映人体的真实体温，也是大多数医疗场所替换水银体温计之后用来判断体温的依据。但是因为人的耳道并不是直的，3岁以内的婴幼儿测量耳温时，需要把耳廓向后外下方提，3岁以上或者成人应该把耳廓向右外上方提，才能将耳温枪放在正确的位置。6个月以下小宝宝的耳道直径较小，不适宜用耳温枪。患有外耳炎、中耳炎等耳部疾病、游泳、洗澡后当耳孔被弄湿也不适宜使用耳温计。另外，如果短时间内多次反复测量，耳温枪本身会影响耳道的温度，也会影响测量结果的准确性。

额温枪：主要依靠传感器接收人体的红外线来判断体温。在理想状态下，测量的结果应该是准确的，但是影响因素很多，室温、皮肤的干燥程度都会影响结果，刚洗过脸或摘下冰宝贴就直接测得的体温也并不能反映人体的真实温度。但额温枪胜在方便、快捷，经常用在幼儿园、机场、火车站这种人流量大，需要快速筛查发热患者的地方。

红外成像测温仪：目前这种新型测温仪也加入了疫情防控战。根据辐射理论，任何物体只要在绝对零度（-273℃）以上，都存在热辐射。红外热成像的工作原理是依据物体辐射的能量来测量温度。利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热象图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外成像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热成像。图像中不同颜色代表被测物体的不同温度。

与其他测温方式相比，用热红外线进行测温的好处就是"直观"、"快速"、"非接触"以及"24小时不间断工作"。因此，在全国各城市人流最为密集的区域包括机场、火车站以及客运站能够进行大面积筛查。但是红外热像仪测量体温有一套严格机制，要结合湿度、环境温度以及距离才能保证准确。环境温度越接近甚至高于目标温度，不确定性就会越大。一般火车站和汽车站都是闹哄哄的，而且温度比较高，就一定有人数上限。另外热红外线对玻璃制品的透视性比较差，"戴眼镜人士"的热红外温度检测也是一个大问题。

2. 平光镜和护目镜

抗疫战斗中的一线医护人员和城市服务人员每天高密度接触未知人群，面临感染的风险极高。在日常环境中，防止近中距离喷沫传染是防护的关键。除了口罩之外，框架眼镜也具有一定防护作用。

医护人员和城市服务人员在工作过程中，需要配戴平光框架眼镜，帮助他们在日常环境中防止飞沫感染眼睛。他们所配戴的护目镜、平光眼镜，极容易沾染污渍，用手或纸巾清洁，不仅容易留痕影响视觉，间接影响工作效率；还容易将细菌或病毒带到眼镜上，有机会引起眼睛发炎，加大感染病毒的机率。为改善此情况，有光学科技工作者为护目镜专门配置了独立式小包装的清洁湿巾，具有携带取用方便的特点，对护目镜、平光眼镜清洁杀菌，速干不易留痕等优点，能帮助医护工作者以更清晰的视觉投入到救治病患的紧张工作。

3. 荧光检测仪器

对病毒标本进行实时荧光 RT-PCR 检测，是国家卫建委公布新型冠状病毒诊疗方案。随着疫情扩散，感染人数的不断攀升，对检验试剂盒和检验仪器的需求激增。

荧光PCR检测仪器的关键光学器件就是荧光光学干涉滤光片，检测过程中，主计算机首先投入运行，同时工作人员把所测样品放入PCR反映腔体的样品架上，工作人员根据所测样品的PCR反应条件设置相应的温度参数、控温时间以及循环次数等，接着工作人员点击相应的按钮控件，系统就进入快速升温、恒温、快速降温、恒温等PCR循环过程，直至所有的循环结束，同时在每一循环的低温段恒温结束前系统进行样品的荧光信号实时采集，主计算机根据采集到的信号形成实时图形，并进行数据处理和图形分析，得到目标DNA片段的含量和其它检测报告信息等。

PCR的出现，极大地简化了定量检测的过程，而且真正实现了绝对定量。多种检测系统的出现，使实验的选择性更强。自动化操作提高了工作效率，反应快速、重复性好、灵敏度高、特异性强、结果清晰。随着生物芯片技术和荧光探针定量技术的结合，荧光定量PCR在医学检测及其他各个领域中的应用前景将更加广阔，令人欣喜。

4. 红外测温和AI人脸检测

目前，随着疫情的持续升温，体温检测成为一种重要的防控检测手段，而如何快速精准的在公共场所甄别体温异常人群就显得尤为重要。

红外测温仪则可有效解决这些问题，通过光电技术检测外界物体的热辐射红外信号，并将信号转换成可供人观察的图形和图像，同时给出物体表面的温度分布，因该设备可快速检测公共场所国网人群每个人的体温情况，具有快捷方便、无接触式检测避免二次感染等优点。

另外，通过红外成像的智能软件系统，可实现自动筛选发热目标实现自动报警抓拍，测温精度在0.3℃以内，可广泛应用于机场、火车站、医院、工厂、大型超市、工厂、学校等人流量较大的场所，迅速捕获疑似人群，为疫情防控“擦亮双眼”。

除此之外，各光电研究人员以及光电企业，纷纷提出成套的大型公共场合的整体测温问题解决方案。各个解决方案的核心就是： “人体识别+人像识别+红外/可见光双传感器”，再辅以自动触警和云数据处理等环节，通过前端红外相机鉴别人流中的高温人员，可根据疑似发烧者的人体、人脸信息，通过AI技术，辅助各类公共场所（火车站、汽车站、地铁站、机场）等高密度人员流动场景下的工作人员快速筛查体温异常者，首先非接触密集型人流AI辅助温感解决方案，解决疫情平稳后在开放场所的通行效率与可控度。

这种成套智能红外测温系统的疑似高热报警宽带可达到每秒十几个人，且一套系统可以部署十几个通道，基本保证一个通道口管控，这样一来，人流量较大的通道在AI系统的辅助下，仅需1名工作人员就能够管控现场，大大降低一线工作人员被感染的风险。

由于体温检测是疫情检测的第一关口，成套的红外体温检测系统在公共场所对疑似患者甄别起到了重要作用，因此，红外测温检测系统及配套零部件也被工信部纳入疫情控制重点物资。

5. 无人机远距离作业

说起无人机，现在相信大家都已经不再陌生。作为曾经专门用来执行侦察、打击等任务的军事利器，如今在各种技术的快速升级下，已经摇身一变成为人们日常生产、生活的好帮手。由于制造成本低、功能集成度高，且应用灵活、作业高效、视野全面，近年无人机愈发向民用领域拓展延伸，不仅消费级市场日益火爆，同时工业级市场也逐步升温。

新冠肺炎疫情由于传播渠道多样、传播力度巨大，对人们的出行、工作和管控都造成了极大困难。在此局面下，为了避免人员接触交叉感染，同时又保障人们生产、生活的有序进行，无人机作为实现辅助人们作业的智能化、无人机的手段，通过“机器换人”成为了疫情期间的“全能明星”，在交通、救援、消毒、春耕等多个领域展现非凡价值。

其中，在交通领域，无人机通过高空巡检和携带喇叭喊话，一方面有效辅助交警人员对车辆行人进行管控，精准识别未戴口罩隐患人群；另一方面也加强了疫情宣传和传话，保障所有驾驶者以及交警人员的健康安全。而在救援、消毒等领域，无人机通过向武汉等疫情严重地区投放物资，对疫区进行消毒杀毒，进一步保障了疫区人们的生活需求和安全需要。

除此之外，在春耕来临之际，无人机的应用也为春耕春种无人可用的局面提供了解决之法。由于疫情影响人们不得外出，农业春耕今年面临严峻招工难、出门难等问题。在此背景下，利用无人机代替人工播种、耕种，依靠智能系统远程操控无人机作业，有效解决了劳动力匮乏问题，同时也保障了特殊时期农业耕作的正常进行。

综上所述，突如其来的严峻疫情给各行各业带来了巨大破坏，甚至威胁着人类的生命安全，光学科技，在危难时刻挺身而出，这一方面让我们看到了光学科技发展的重要进步；另一方面也让人们清晰的知道，未来光学发展的价值和重要性。经此一役，我们可以期待，光学未来必将展翅翱翔在祖国各条战线。

在这场没有硝烟的疫情战斗之中，各种光学产品，各种光电设备，来自全国的各光学企业，各位光学科研从业人员，用他们的知识，用他们的产品和设备，为战“疫”斗争，贡献着自己的力量，在某种程度上，它们和一线的医护工作者一样“逆行”在抗击疫情战场的第一线！

我们坚信，在党中央的英明领导下，在各行各业的共同阻击下，全国人民众志成城，一定能打赢这场战“疫”！所有的光学从业人员，也必将以科技为武器，以技术为先锋，以“光”速跑赢病毒！疫情当前，光学在行动，武汉加油！中国加油！