额温枪“犯傻”！科学家解释：测不准怎么办
2020-02-26
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曾经不起眼的红外测温仪尤其是额温枪，在这场突如其来的疫情之下，火爆整个市场。原本一台不到100元的设备，如今价格翻了几倍不说，还一直断货。
可与此同时，在出入小区、超市、单位等公共场所门口时，被东一“枪”西一“枪”对准的网友们纷纷吐槽，测温仪不是测高了，就是测出了极端低温，有的甚至被测七八次才得到准确数值。
测温仪的尴尬，有解吗？
环境决定测温准确性
红外测温仪由于非接触、测量时间短等特点，在公共场所筛查发热人群时被广泛使用。目前常见的非接触式红外测温仪除了额温枪，还有耳温枪和红外热像仪。它们背后的测温原理是相同的。
中科院半导体研究所研究员姬扬解释说，任何温度的物体都会有热辐射，其实就是电磁波。红外辐射又被称为红外线或者红外光，是电磁波的一种。物体温度越高，红外辐射功率就越大；相反，物体温度越低，辐射功率就越小。红外测温仪通过测量红外辐射的功率，就可以推知人体的温度。
人体温度包括两种，身体深部的较为恒定均匀的核心温度和接近皮肤表面的表层温度。耳温枪测量的是耳内鼓膜温度，鼓膜与肺动脉温度非常接近，所以被认为是人体深部温度的可靠指示。额温枪测量的则是额头皮肤的温度。
如果同在稳定的室内环境中，排除设备质量问题，耳温枪和额温枪的精度几乎没什么差异。然而，耳温枪的测量结果可以被纳入临床体征数据，额温枪却不可以。
“原因很简单，皮肤表层温度极易受到外界环境的影响，背景环境温度的变化会使人体表面皮肤温度随之变化，从而影响测量的准确性。“中科院半导体研究所研究员刘建国说。
跟耳温枪、额温枪相比，红外热像仪一般适用于机场、火车站、地铁、商场等人流非常密集的地方，因为它可以满足在一定距离内批量无感监测筛查的需求，效率是最高的，当然价格也是最贵的。
“而它最根本的缺陷和额温枪一样，复杂环境适应性较差，存在测量不准确的问题。”刘建国表示，如果刚走出开着空调的汽车，或者从寒冷的室外经过，它们的测试结果就会与人体真正的核心温度产生较大的偏差。
粗糙的分类器
在复杂环境下，是否建议一般机构用耳温枪代替额温枪？
在姬扬看来，一方面，耳温枪的成本高于额温枪；另一方面，使用耳温枪进行测量时，需将其插入耳道内，如果摆放角度不正确，没有对准鼓膜，就会直接影响测温结果。而且，放入耳道的耳温枪为了避免交叉传染的风险，必须使用一次性胶套，这就导致测量速度变慢。因此，它并不适合疫情中的快速筛查。
权衡之下，现在许多测量人员用额温枪测手腕，由于衣服的保护，手腕比裸露的额头受环境影响更小；此外，如果从室外进入室内时，最好安静等待一会儿再进行测量。刘建国认为，这些都是眼下相对可行的办法。
而红外热像仪提升精度的方法，是加入一个名叫“红外标校黑体”的组件，姬扬解释，它相当于一个标准参考物（37度），可在一定程度上校正仪器的测温误差。
可即便如此，当这类红外热像仪处于室外或者紧挨着有明显温差的出入口时，黑体还是无法从根本上排除背景环境的影响。
正因如此，姬扬坦言：“目前，我们可以把这些测温仪看作是一个粗糙的分类器，根据显示的温度把人分为需要注意的和不用关心的。它所起到的更多是‘警示牌’作用。”
创新算法可排除干扰
然而，红外测温仪受到环境干扰的问题并非不可突破。
在此次新冠肺炎疫情期间，刘建国团队紧急调整了数据处理方案，在传统红外标校黑体的基础上又增加了自标校创新算法，这也为红外热像仪真正解决了自动校准复杂环境下测温结果的难题。
事实上，同样的思路也可以应用到额温枪的设计中。
刘建国提出，现有产品可以通过整体架构优化的方式，在测温系统中建立一个数学模型，通过软件算法的方式实现测温系统的补偿，从而校准测量结果。
这种方法的应用前提，就是传感器的输入和输出之间能用一个随机函数模型，环境温度是当中最重要的一个变量。
“红外测温仪技术相对成熟，不存在难以克服的技术瓶颈。只是过去市场需求量没那么大，而且应用场景比较单一，主要是在室内，因此大部分产品设计并没有针对复杂环境的考量。”
刘建国表示，技术发展总是跟随市场需求的变化而变化，未来想要调整产品设计路线并不难以实现。“只不过在产品需求暴涨，整个供应链跟不上节奏的情况下，整体模型和方案的优化还需要企业和研究机构再花些时间去完成。”
作者：胡珉琦
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