出品 | 虎嗅科技組 撰文 | 宇多田
兩天前，一條與武漢疫情相關(guān)的科技新聞，并沒有引起多少人注意——
“抗擊新型肺炎 最新AI測溫儀投入使用”。
大概是此前與人工智能相關(guān)的噱頭性報道太多，我們當(dāng)時看到這條新聞時的第一感受，更多的是質(zhì)疑——
紅外測溫能為這次疫情防控提供多大幫助？AI技術(shù)又能給“測溫”幫上什么忙？
但在今天早上，素有“中國硅谷”之稱的北京市中關(guān)村下發(fā)了“江湖召集令”，向海淀區(qū)科技公司征集與“紅外測溫產(chǎn)品”有關(guān)的人工智能技術(shù)方案，欲提高以“大規(guī)模人群”為基礎(chǔ)的測溫精度。
事實上，這份英雄貼，引發(fā)了我們新的思考——紅外熱成像技術(shù)勢必有哪些局限性，需要新技術(shù)的引入和“提攜”了。
我們認(rèn)為，在疫情還在蔓延的當(dāng)下關(guān)頭，有必要把關(guān)于“AI紅外測溫”的一系列問題都弄明白，幫助各地在接下來不得不面對的返鄉(xiāng)客流高峰，以及面對未來任何時間點(diǎn)都可能掀起的疾控保衛(wèi)戰(zhàn)時，提供一些有備無患的建議。
紅外測溫的必要性
事實上，“AI紅外測溫”的關(guān)鍵，仍然在于“紅外”二字，也就是生產(chǎn)紅外測量儀器必然要使用的“紅外熱成像技術(shù)”。
知乎網(wǎng)友“普雅花郎”給出的解釋非常通俗易懂——
“大自然中，一切高于絕對零度（零下273攝氏度）的物體都會輻射出電磁波，也就是“熱紅外線”。
雖然人眼看不到，但幾乎所有生物體都會時時刻刻發(fā)射出這種紅外線。這個時候，我們?nèi)绻锰刂频募t外探測器，就能捕捉到這種電波，并轉(zhuǎn)化成人眼可見的紅外熱圖像?！?
很明顯，我們?nèi)梭w不同的部位都有不同的溫度。譬如在冬天，你的手腳可能相對會更冰涼一些，而頭部溫度也相對高于四肢與腰部。
因此，在紅外線的照射下，由于不同位置輻射的強(qiáng)度不一樣，人體各個部位的輪廓、人與人之間相同部位的溫度差異，也能清晰地呈現(xiàn)在畫面上。
圖片來自王華偉博士的論文《基于紅外熱成像的溫度場測量關(guān)鍵技術(shù)研究》
與其他測溫方式相比，用熱紅外線進(jìn)行測溫的好處就是“直觀”、“非接觸”以及“24小時不間斷工作”。
你可以通過一張畫面上呈現(xiàn)出的不同顏色，直接判斷究竟誰才是“發(fā)熱點(diǎn)”，還能計算出處于同一區(qū)域的兩個相同“發(fā)熱點(diǎn)”之間的溫差大概是多少。
一位做熱紅外成像儀器的行業(yè)人士向我們做了非常形象的解釋——比起市面上的“額溫槍”“耳溫槍”，熱成像測溫就像是“在人群中多看了你一眼，然后你的體溫就被記錄下來了”，既不用機(jī)器接觸，也沒有人工干預(yù)。
換句話說，這種“非接觸式”檢測能夠在很大程度上降低接觸性傳染的概率，因此在醫(yī)療領(lǐng)域，特別是對疾病的分析診斷具有重要意義。
此外，由于“可見光”完全影響不了紅外線的發(fā)射，霧霾也不會對紅外波長產(chǎn)生影響，所以理論上，這類儀器既可以白天黑夜不停歇作業(yè)，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測。
也就是說，一套紅外測試儀能夠在一定范圍內(nèi)，迅速找到溫度異常人士，這也是國內(nèi)很多大型機(jī)場與火車站在近年來陸續(xù)部署上相關(guān)的熱成像攝像頭的最主要原因。
圖片來自高德紅外
縱觀全球紅外熱成像技術(shù)市場，最好的技術(shù)公司應(yīng)該是成立于1978年，世界最大的紅外熱成像產(chǎn)品供應(yīng)商FLIR。而我國在這方面的研究工作起步較晚，直到2001 年，華中光電研究所才研制成功了我國第一臺非致冷紅外熱像儀，被譽(yù)為“中國紅外探測技術(shù)劃時代的突破”。
不過，就在此后十年里，國內(nèi)一批研制生產(chǎn)紅外熱像儀的技術(shù)公司異軍突起，武漢高德紅外、浙江大立科技、廣州颯特等公司，都是目前國內(nèi)紅外熱成像監(jiān)控領(lǐng)域最好的企業(yè)之一。
而安防監(jiān)控巨頭?？低暸c大華，也在2014年左右推出了相關(guān)的工業(yè)級熱成像產(chǎn)品。
從當(dāng)前武漢疫情的各項癥狀來看，雖然“發(fā)熱”并不是判斷感染武漢肺炎的最關(guān)鍵指標(biāo)，甚至有病例沒有發(fā)燒，但“發(fā)熱”這一癥狀，仍然是各基層醫(yī)院和特殊公共場所出入口（特別是缺少試劑盒情況下）用于初步判斷是否感染病毒的重要參考。
“體溫測試只是一個初步排查手段，可以把體溫異常的人員找出來做更進(jìn)一步檢查，而不是作為確診的唯一手段?！?一位不具姓名的安防行業(yè)人士告訴虎嗅，公共場所的篩查需求，是“迅速”與“排除大多數(shù)”。
圖片來自杭州大立科技官網(wǎng)
因此，全國各城市人流最為密集的區(qū)域，包括機(jī)場、火車站以及客運(yùn)站，對測溫產(chǎn)品的需求正在逐漸擴(kuò)大，你會在很多城市的高速公路以及地鐵出入口看到各類測溫產(chǎn)品。
高德紅外在接受虎嗅采訪后表示，目前他們的紅外測溫儀器已經(jīng)部署在了武漢各個重要的交通出入口，包括武漢天河機(jī)場、武漢站、武昌站、漢口站，主要用來篩查人群中的個別“發(fā)熱點(diǎn)”，
“在人流量密集的地方部署紅外測溫儀器的明顯好處，是能夠進(jìn)行大面積篩查。
這不是測量每個人的溫度，而是在一大群移動的人群中把那些體溫高的人找出來。像春運(yùn)期間，由于天河機(jī)場與火車站客流量巨大，所以每個進(jìn)站口都部署了一臺設(shè)備?！?
與此同時，武漢疫情也讓高德紅外感到了前所未有的壓力。
從12月到現(xiàn)在，高德紅外的生產(chǎn)工廠一直處于24小時輪班上崗狀態(tài)，因為“訂單已經(jīng)排到正月十五以后了，處于爆倉狀態(tài)”。
“因為是短時間內(nèi)大爆發(fā)，所以我們產(chǎn)能吃緊，全國的學(xué)校、醫(yī)院、火車站等等可能都需要這類儀器?，F(xiàn)在每天能出貨100~200臺，但從全國的需求來看，這肯定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的?！?
AI入場
雖然利用熱紅外成像技術(shù)可以讓我們輕松“檢測”出發(fā)熱點(diǎn)，但是它有一個非常明顯的缺陷——在熱紅外線“眼”中，同樣溫度的物體是歸為一類的。
簡單一點(diǎn)兒解釋，假如小明與同伴小李手里的保溫杯都被檢測為38°，那么小明與拿著保溫杯的小李都得被扣下來。
如果追究更加深層次的原因，首先便在于“不同物體的發(fā)射率”對溫度測量精度會產(chǎn)生很大的影響。
這里的“發(fā)射率”，是由波長、溫度、物體材料以及物體表面條件綜合決定的，要想獲得可靠的數(shù)據(jù)非常困難。
舉個例子，金屬的發(fā)射率通常較低，而且隨外部環(huán)境溫度的增加而增加，甚至當(dāng)表面形成氧化層時，還能成10倍增加；而非金屬的發(fā)射率則相對較高，受環(huán)境的影響相對較小。
這也就能解釋，為何此前市面上很多紅外攝像頭對某一塊區(qū)域做溫度最高點(diǎn)的檢測，很容易受到物體發(fā)射率以及外界環(huán)境影響而出現(xiàn)誤報。
“環(huán)境因素是絕對不能忽視的?！币患野卜辣O(jiān)控頭部企業(yè)告訴虎嗅，測量體溫有一套嚴(yán)格機(jī)制，要結(jié)合濕度、環(huán)境溫度以及距離才能保證準(zhǔn)確。環(huán)境溫度越接近甚至高于目標(biāo)溫度，不確定性就會越大。
“一般火車站和汽車站都鬧哄哄的，而且溫度比較高，所以很多公司的測溫儀精度并沒有很準(zhǔn)，一定有人數(shù)檢測上限?！?
但是，僅從物體發(fā)射率來看，相對于金屬，人臉（或者說人的皮膚），在中波紅外與長波紅外的兩個波段范圍能夠吸收大量的入射能量，簡單說，就是發(fā)射率較高，受環(huán)境的影響相對較小。
“人體發(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’?！?
因此，對于市面上大部分熱紅外測溫儀生產(chǎn)商來說，即使不特別提到“人工智能”，也不得不開始在系統(tǒng)中嘗試使用與AI相關(guān)的臉部識別算法。
“首先，我們可以通過人臉識別攝像頭找到測試區(qū)域，把其映射到熱成像攝像頭中；接下來，要取出這片區(qū)域的溫度，通過一定補(bǔ)償算法來給出實際的體表溫度?！?
基于這樣一套檢測流程，剛剛推出AI熱紅外測溫儀的某技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司向虎嗅指出，將人臉識別技術(shù)與紅外熱成像技術(shù)相結(jié)合是很有必要的，但難點(diǎn)在于：
一方面，是如何保證紅外攝像頭與人臉識別攝像頭之間的數(shù)據(jù)同步；另一方面，是如何保證雙方的檢測區(qū)域同步。
一家創(chuàng)業(yè)公司研發(fā)的AI紅外測溫產(chǎn)品
事實上，即便利用人臉識別技術(shù)將溫度儀“對準(zhǔn)”了你的臉，也保證了數(shù)據(jù)同步，但從實際操作環(huán)境來看，提高體溫檢測精度也絕非易事。
譬如，紅外圖像處理技術(shù)由于結(jié)合了“溫度”“濕度”等特殊指標(biāo)，這可能意味著目前不存在與之相匹配的AI通用算法，而任何識別與檢測算法，都會面臨沒有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的困難。
另外，用于人臉識別的可見光攝像頭受光線影響較大，在人流密集、光線變化莫測的公共場所“自?！鄙星也恍?，更不用說“協(xié)助”熱紅外檢測儀。
當(dāng)然，還不能忘了一個重要事實——在處于疫情高發(fā)期的當(dāng)下，防毒面具和口罩已經(jīng)成為標(biāo)配，爹媽可能都認(rèn)不住，機(jī)器能認(rèn)出？
“防毒面具…這種可能不行，” 高德紅外對于這類裝備有些無力，“特殊時期需要特殊處理，雖然針對口罩佩戴者的溫度檢測應(yīng)該沒問題，不過也要看檢測距離和具體操作”。
他們還指出，“戴眼鏡人士”的熱紅外溫度檢測也是一個大問題。因為熱紅外線對玻璃制品的透視性也比較差勁，這個時候，檢測結(jié)果可能會受到人臉區(qū)域不同物體發(fā)射率的影響。
已經(jīng)部署在火車站的紅外檢測設(shè)備
在收到海淀區(qū)的“英雄貼”后，商湯、曠視等AI獨(dú)角獸公司告訴虎嗅，他們已經(jīng)“響應(yīng)號召”，主動參與到了這個項目中。
其中，曠視研究院在今天下午就展開了相關(guān)討論，但暫時還不能透露更多信息，僅表示“目前市面上的非近距離紅外體溫儀的精度大多都不太行”。
而杭州大立科技也承認(rèn)，遠(yuǎn)距離大范圍檢測的精度仍然是一個難點(diǎn)，建議“熱紅外測溫儀最好在室內(nèi)使用，盡量用于單通道檢測，最多應(yīng)用于雙通道”。
“正常情況下，每分鐘能夠檢測10~20人。所以規(guī)模較大的火車站，只能根據(jù)進(jìn)站口和出站口來部署多臺機(jī)器?！?
當(dāng)然，目前誰都不知道，AI技術(shù)究竟能在熱成像測溫中起到多大的作用，但這張“英雄帖”，已經(jīng)足夠能引起紅外成像技術(shù)公司的警惕。
“其實1年前，我們就跟商湯、螞蟻金服等技術(shù)公司有過接觸，海淀區(qū)的通告我們一早也看到了，這是一個很重要的信號?！?
高德紅外顯然已經(jīng)意識到，他們將不得不參與到這場雖然處于早期研發(fā)階段，但有可能孕育著巨大市場的技術(shù)創(chuàng)新浪潮中。
“這幾年我們已經(jīng)看到很多AI技術(shù)公司‘逆向’進(jìn)入了紅外成像監(jiān)控市場，這讓我們與海康大華一樣，都對這類公司很警惕，也讓我們對新技術(shù)的應(yīng)用更加迫切。”
一位AI紅外測溫儀企業(yè)的投資人則認(rèn)為，這次武漢疫情，既讓很多科技企業(yè)看到了醫(yī)療與安防市場對這類技術(shù)應(yīng)用的巨大需求，也暴露了中國在熱成像檢測儀器生產(chǎn)制造方面的一些弱點(diǎn)。
“對于熱成像視頻監(jiān)控領(lǐng)域來說，中國仍然是相對落后的，最好的企業(yè)仍然在國外。但所有相關(guān)企業(yè)，包括紅外熱成像儀器制造商，AI技術(shù)公司以及不少醫(yī)療器械公司，都在面臨著一個技術(shù)升級的轉(zhuǎn)折點(diǎn)?！?
