撰文 | 胡珉琦
曾經不起眼的紅外測溫儀尤其是額溫槍，在這場突如其來的疫情之下，火爆整個市場。原本一臺不到100元的設備，如今價格翻了幾倍不說，還一直斷貨。
可與此同時，在出入小區、超市、單位等公共場所門口時，被東一“槍”西一“槍”對準的網友們紛紛吐槽，測溫儀不是測高了，就是測出了極端低溫，有的甚至被測七八次才得到準確數值。
測溫儀的尷尬，有解嗎？
環境決定測溫準確性
紅外測溫儀由於非接觸、測量時間短等特點，在公共場所篩查發熱人群時被廣泛使用。目前常見的非接觸式紅外測溫儀除了額溫槍，還有耳溫槍和紅外熱像儀。它們背後的測溫原理是相同的。
中科院半導體研究所研究員姬揚解釋說，任何溫度的物體都會有熱輻射，其實就是電磁波。紅外輻射又被稱為紅外線或者紅外光，是電磁波的一種。
物體溫度越高，紅外輻射功率就越大；相反，物體溫度越低，輻射功率就越小。紅外測溫儀通過測量紅外輻射的功率，就可以推知人體的溫度。
人體溫度包括兩種，身體深部的較為恆定均勻的核心溫度和接近皮膚表面的表層溫度。耳溫槍測量的是耳內鼓膜溫度，鼓膜與肺動脈溫度非常接近，所以被認為是人體深部溫度的可靠指示。額溫槍測量的則是額頭皮膚的溫度。
如果同在穩定的室內環境中，排除設備質量問題，耳溫槍和額溫槍的精度幾乎沒什麼差異。然而，耳溫槍的測量結果可以被納入臨床體徵數據，額溫槍卻不可以。
“原因很簡單，皮膚表層溫度極易受到外界環境的影響，背景環境溫度的變化會使人體表麵皮膚溫度隨之變化，從而影響測量的準確性。”中科院半導體研究所研究員劉建國說。
跟耳溫槍、額溫槍相比，紅外熱像儀一般適用於機場、火車站、地鐵、商場等人流非常密集的地方，因為它可以滿足在一定距離內批量無感監測篩查的需求，效率是最高的，當然價格也是最貴的。
“而它最根本的缺陷和額溫槍一樣，複雜環境適應性較差，存在測量不準確的問題。”劉建國表示，如果剛走出開著空調的汽車，或者從寒冷的室外經過，它們的測試結果就會與人體真正的核心溫度產生較大的偏差。
粗糙的分類器
在複雜環境下，是否建議一般機構用耳溫槍代替額溫槍？
在姬揚看來，一方面，耳溫槍的成本高於額溫槍；另一方面，使用耳溫槍進行測量時，需將其插入耳道內，如果擺放角度不正確，沒有對準鼓膜，就會直接影響測溫結果。而且，放入耳道的耳溫槍為了避免交叉傳染的風險，必須使用一次性膠套，這就導致測量速度變慢。因此，它並不適合疫情中的快速篩查。
權衡之下，現在許多測量人員用額溫槍測手腕，由於衣服的保護，手腕比裸露的額頭受環境影響更小；此外，如果從室外進入室內時，最好安靜等待一會兒再進行測量。劉建國認為，這些都是眼下相對可行的辦法。
而紅外熱像儀提升精度的方法，是加入一個名叫“紅外標校黑體”的組件，姬揚解釋，它相當於一個標準參考物（37度），可在一定程度上校正儀器的測溫誤差。
可即便如此，當這類紅外熱像儀處於室外或者緊挨著有明顯溫差的出入口時，黑體還是無法從根本上排除背景環境的影響。
正因如此，姬揚坦言：“目前，我們可以把這些測溫儀看作是一個粗糙的分類器，根據顯示的溫度把人分為需要注意的和不用關心的。它所起到的更多是‘警示牌’作用。”
創新算法可排除干擾
然而，紅外測溫儀受到環境干擾的問題並非不可突破。
在此次新冠肺炎疫情期間，劉建國團隊緊急調整了數據處理方案，在傳統紅外標校黑體的基礎上又增加了自標校創新算法，這也為紅外熱像儀真正解決了自動校準複雜環境下測溫結果的難題。
事實上，同樣的思路也可以應用到額溫槍的設計中。
劉建國提出，現有產品可以通過整體架構優化的方式，在測溫系統中建立一個數學模型，通過軟件算法的方式實現測溫系統的補償，從而校準測量結果。
這種方法的應用前提，就是傳感器的輸入和輸出之間能用一個隨機函數模型，環境溫度是當中最重要的一個變量。
“紅外測溫儀技術相對成熟，不存在難以克服的技術瓶頸。只是過去市場需求量沒那麼大，而且應用場景比較單一，主要是在室內，因此大部分產品設計並沒有針對複雜環境的考量。”
劉建國表示，技術發展總是跟隨市場需求的變化而變化，未來想要調整產品設計路線並不難以實現。“只不過在產品需求暴漲，整個供應鏈跟不上節奏的情況下，整體模型和方案的優化還需要企業和研究機構再花些時間去完成。”
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