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(méi)有引起多少人注意——
“抗擊新型肺炎 最新AI測(cè)溫儀投入使用”。
大概是此前與人工智能相關(guān)的噱頭性報(bào)道太多，我們當(dāng)時(shí)看到這條新聞時(shí)的第一感受，更多的是質(zhì)疑——
紅外測(cè)溫能為這次疫情防控提供多大幫助？AI技術(shù)又能給“測(cè)溫”幫上什么忙？
但在今天早上，素有“中國(guó)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(cè)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(cè)溫精度。
事實(shí)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(shì)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(cè)溫”的一系列問(wèn)題都弄明白，幫助各地在接下來(lái)不得不面對(duì)的返鄉(xiāng)客流高峰，以及面對(duì)未來(lái)任何時(shí)間點(diǎn)都可能掀起的疾控保衛(wèi)戰(zhàn)時(shí)，提供一些有備無(wú)患的建議。
紅外測(cè)溫的必要性
事實(shí)上，“AI紅外測(cè)溫”的關(guān)鍵，仍然在于“紅外”二字，也就是生產(chǎn)紅外測(cè)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(duì)零度（零下273攝氏度）的物體都會(huì)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(huì)時(shí)時(shí)刻刻發(fā)射出這種紅外線。這個(gè)時(shí)候，我們?nèi)绻锰刂频募t外探測(cè)器，就能捕捉到這種電波，并轉(zhuǎn)化成人眼可見(jiàn)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(duì)會(huì)更冰涼一些，而頭部溫度也相對(duì)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(gè)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(huà)面上。
圖片來(lái)自王華偉博士的論文《基于紅外熱成像的溫度場(chǎng)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究》
與其他測(cè)溫方式相比，用熱紅外線進(jìn)行測(cè)溫的好處就是“直觀”、“非接觸”以及“24小時(shí)不間斷工作”。
你可以通過(guò)一張畫(huà)面上呈現(xiàn)出的不同顏色，直接判斷究竟誰(shuí)才是“發(fā)熱點(diǎn)”，還能計(jì)算出處于同一區(qū)域的兩個(gè)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(cè)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(lái)了”，既不用機(jī)器接觸，也沒(méi)有人工干預(yù)。
換句話說(shuō)，這種“非接觸式”檢測(cè)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(duì)疾病的分析診斷具有重要意義。
此外，由于“可見(jiàn)光”完全影響不了紅外線的發(fā)射，霧霾也不會(huì)對(duì)紅外波長(zhǎng)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(cè)。
也就是說(shuō)，一套紅外測(cè)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(guó)內(nèi)很多大型機(jī)場(chǎng)與火車站在近年來(lái)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(lái)自高德紅外
縱觀全球紅外熱成像技術(shù)市場(chǎng)，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(guó)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(guó)第一臺(tái)非致冷紅外熱像儀，被譽(yù)為“中國(guó)紅外探測(cè)技術(shù)劃時(shí)代的突破”。
不過(guò)，就在此后十年里，國(guó)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(guó)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(jí)熱成像產(chǎn)品。
從當(dāng)前武漢疫情的各項(xiàng)癥狀來(lái)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(méi)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(chǎng)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(cè)試只是一個(gè)初步排查手段，可以把體溫異常的人員找出來(lái)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(chǎng)所的篩查需求，是“迅速”與“排除大多數(shù)”。
圖片來(lái)自杭州大立科技官網(wǎng)
因此，全國(guó)各城市人流最為密集的區(qū)域，包括機(jī)場(chǎng)、火車站以及客運(yùn)站，對(duì)測(cè)溫產(chǎn)品的需求正在逐漸擴(kuò)大，你會(huì)在很多城市的高速公路以及地鐵出入口看到各類測(cè)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(cè)溫儀器已經(jīng)部署在了武漢各個(gè)重要的交通出入口，包括武漢天河機(jī)場(chǎng)、武漢站、武昌站、漢口站，主要用來(lái)篩查人群中的個(gè)別“發(fā)熱點(diǎn)”，
“在人流量密集的地方部署紅外測(cè)溫儀器的明顯好處，是能夠進(jìn)行大面積篩查。
這不是測(cè)量每個(gè)人的溫度，而是在一大群移動(dòng)的人群中把那些體溫高的人找出來(lái)。像春運(yùn)期間，由于天河機(jī)場(chǎng)與火車站客流量巨大，所以每個(gè)進(jìn)站口都部署了一臺(tái)設(shè)備?！?
與此同時(shí)，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(shí)輪班上崗狀態(tài)，因?yàn)椤坝唵我呀?jīng)排到正月十五以后了，處于爆倉(cāng)狀態(tài)”。
“因?yàn)槭嵌虝r(shí)間內(nèi)大爆發(fā)，所以我們產(chǎn)能吃緊，全國(guó)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(tái)，但從全國(guó)的需求來(lái)看，這肯定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”
AI入場(chǎng)
雖然利用熱紅外成像技術(shù)可以讓我們輕松“檢測(cè)”出發(fā)熱點(diǎn)，但是它有一個(gè)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(jiǎn)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(cè)為38°，那么小明與拿著保溫杯的小李都得被扣下來(lái)。
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(duì)溫度測(cè)量精度會(huì)產(chǎn)生很大的影響。
這里的“發(fā)射率”，是由波長(zhǎng)、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(gè)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(shí)，還能成10倍增加；而非金屬的發(fā)射率則相對(duì)較高，受環(huán)境的影響相對(duì)較小。
這也就能解釋，為何此前市面上很多紅外攝像頭對(duì)某一塊區(qū)域做溫度最高點(diǎn)的檢測(cè)，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(bào)。
“環(huán)境因素是絕對(duì)不能忽視的。”一家安防監(jiān)控頭部企業(yè)告訴虎嗅，測(cè)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(huì)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(cè)溫儀精度并沒(méi)有很準(zhǔn)，一定有人數(shù)檢測(cè)上限?！?
但是，僅從物體發(fā)射率來(lái)看，相對(duì)于金屬，人臉（或者說(shuō)人的皮膚），在中波紅外與長(zhǎng)波紅外的兩個(gè)波段范圍能夠吸收大量的入射能量，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是發(fā)射率較高，受環(huán)境的影響相對(duì)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(duì)于市面上大部分熱紅外測(cè)溫儀生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，即使不特別提到“人工智能”，也不得不開(kāi)始在系統(tǒng)中嘗試使用與AI相關(guān)的臉部識(shí)別算法。
“首先，我們可以通過(guò)人臉識(shí)別攝像頭找到測(cè)試區(qū)域，把其映射到熱成像攝像頭中；接下來(lái)，要取出這片區(qū)域的溫度，通過(guò)一定補(bǔ)償算法來(lái)給出實(shí)際的體表溫度?！?
基于這樣一套檢測(cè)流程，剛剛推出AI熱紅外測(cè)溫儀的某技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司向虎嗅指出，將人臉識(shí)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(shí)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(cè)區(qū)域同步。
一家創(chuàng)業(yè)公司研發(fā)的AI紅外測(cè)溫產(chǎn)品
事實(shí)上，即便利用人臉識(shí)別技術(shù)將溫度儀“對(duì)準(zhǔn)”了你的臉，也保證了數(shù)據(jù)同步，但從實(shí)際操作環(huán)境來(lái)看，提高體溫檢測(cè)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(shí)別與檢測(cè)算法，都會(huì)面臨沒(méi)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的困難。
另外，用于人臉識(shí)別的可見(jiàn)光攝像頭受光線影響較大，在人流密集、光線變化莫測(cè)的公共場(chǎng)所“自?！鄙星也恍校挥谜f(shuō)“協(xié)助”熱紅外檢測(cè)儀。
當(dāng)然，還不能忘了一個(gè)重要事實(shí)——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(duì)于這類裝備有些無(wú)力，“特殊時(shí)期需要特殊處理，雖然針對(duì)口罩佩戴者的溫度檢測(cè)應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題，不過(guò)也要看檢測(cè)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(cè)也是一個(gè)大問(wèn)題。因?yàn)闊峒t外線對(duì)玻璃制品的透視性也比較差勁，這個(gè)時(shí)候，檢測(cè)結(jié)果可能會(huì)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(cè)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(hào)召”，主動(dòng)參與到了這個(gè)項(xiàng)目中。
其中，曠視研究院在今天下午就展開(kāi)了相關(guān)討論，但暫時(shí)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(cè)的精度仍然是一個(gè)難點(diǎn)，建議“熱紅外測(cè)溫儀最好在室內(nèi)使用，盡量用于單通道檢測(cè)，最多應(yīng)用于雙通道”。
“正常情況下，每分鐘能夠檢測(cè)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(lái)部署多臺(tái)機(jī)器。”
當(dāng)然，目前誰(shuí)都不知道，AI技術(shù)究竟能在熱成像測(cè)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(shí)1年前，我們就跟商湯、螞蟻金服等技術(shù)公司有過(guò)接觸，海淀區(qū)的通告我們一早也看到了，這是一個(gè)很重要的信號(hào)?！?
高德紅外顯然已經(jīng)意識(shí)到，他們將不得不參與到這場(chǎng)雖然處于早期研發(fā)階段，但有可能孕育著巨大市場(chǎng)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(chǎng)，這讓我們與海康大華一樣，都對(duì)這類公司很警惕，也讓我們對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用更加迫切。”
一位AI紅外測(cè)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(chǎng)對(duì)這類技術(shù)應(yīng)用的巨大需求，也暴露了中國(guó)在熱成像檢測(cè)儀器生產(chǎn)制造方面的一些弱點(diǎn)。
“對(duì)于熱成像視頻監(jiān)控領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，中國(guó)仍然是相對(duì)落后的，最好的企業(yè)仍然在國(guó)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(gè)技術(shù)升級(jí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)?！?
