成考問答 武漢工程大學(xué)洪漢玉教授團隊：為高速飛行器鑄就“火眼金睛”
洪漢玉（左二）指導(dǎo)學(xué)生。（資料圖片）
編者按
作為科技第一生產(chǎn)力、人才第一資源和創(chuàng)新第一動力結(jié)合點，高校是國家科技創(chuàng)新體系的重要力量。嫦娥五號、天問一號、量子計算機原型系統(tǒng)“九章”……一系列重大科技成果中都凝結(jié)著高校力量。據(jù)統(tǒng)計，高校建有60%以上的國家重點實驗室，聚集了60%以上的全國高層次人才，承擔(dān)了80%以上的國家自然科學(xué)基金項目。
湖北省教育事業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃指出，激發(fā)高?？萍紕?chuàng)新潛能，充分發(fā)揮高校區(qū)域創(chuàng)新體系建設(shè)排頭兵、增強發(fā)展新動能策源地作用，著力提升原始創(chuàng)新和應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新能力。即日起，本版推出《科創(chuàng)團隊》專欄，聚焦湖北各高?？苿?chuàng)力量，反映他們以科技創(chuàng)新支撐高質(zhì)量發(fā)展的舉措與行動。
“我們的技術(shù)就像給高速飛行器做‘矯正手術(shù)’，有了‘火眼金睛’，圖像清晰度和能量集中度提高到0.8以上，比原有方法提高了20%！”1月20日，武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院的實驗室內(nèi)，洪漢玉教授向湖北日報全媒記者演示最先進的氣動光學(xué)效應(yīng)校正算法：處理圖像只用了1秒多，屏幕上原本模糊的灰綠色塊，立刻變成清晰的房屋和水田，連房屋屋脊的紋理都清晰可見。而這僅僅只是洪漢玉團隊關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用中的一小部分。
作為我國最早從事氣動光學(xué)效應(yīng)校正的科研工作者之一，洪漢玉帶領(lǐng)團隊從零起步，躬耕篤行20余年，在我國高速飛行器成像探測氣動光學(xué)效應(yīng)校正方面，取得大量研究成果，并得到大規(guī)模應(yīng)用，使高速飛行器成像系統(tǒng)圖像分辨性能大幅提升。
給高速飛行器“矯正視力”
高速飛行器在大氣層內(nèi)飛行時，大氣中湍流、高速摩擦產(chǎn)生的高溫等會對平臺攜帶的成像探測、導(dǎo)航系統(tǒng)造成干擾，導(dǎo)致成像探測系統(tǒng)看不清、看不遠，成像模糊、抖動、偏移，這一現(xiàn)象又叫作氣動光學(xué)效應(yīng)。
“就像人眼近視，看不清，也看不遠?！焙闈h玉向記者解釋，高速飛行器受氣動光學(xué)效應(yīng)影響，無法在復(fù)雜環(huán)境下精準(zhǔn)搜索、定位，并傳回清晰畫面，“因此，我們要做的就是為高速飛行器‘矯正視力’，設(shè)計出有效算法，排除圖像中的干擾，提高高速飛行器作業(yè)時的精準(zhǔn)度和工作效率?！?/p>
如何通過圖像處理技術(shù)，讓高速飛行器看得更清晰？20多年前，我國航天航空領(lǐng)域信號處理技術(shù)的研究才剛剛起步，發(fā)達國家只公開最基礎(chǔ)的圖像處理技術(shù)，更深入的研究資料很少，經(jīng)過兩年的摸索，團隊研究進展仍然緩慢。
彼時洪漢玉還在華中科技大學(xué)圖像所攻讀博士學(xué)位，導(dǎo)師張?zhí)煨蛑浪麛?shù)學(xué)基礎(chǔ)好、編程能力強，提出讓他變換研究方向，投入這項研究。
“數(shù)字校正方法可行！”在廢寢忘食地嘗試下，洪漢玉只用了7天，就有了進展，“終于看得清了！我當(dāng)時甚至都不敢相信自己，連忙再試了第二次，第三次……結(jié)果可行！”
經(jīng)過多次實驗，洪漢玉證實高速飛行器氣動光學(xué)效應(yīng)圖像可以進行數(shù)字校正，目標(biāo)在湍流模糊圖像中恢復(fù)清晰，實現(xiàn)了我國航天氣動光學(xué)效應(yīng)數(shù)字校正領(lǐng)域的突破。
從“看得見”
到“看得清、看得準(zhǔn)、看得快”
洪漢玉很快從實驗成功的喜悅中冷靜下來，他意識到，湍流氣動模糊僅僅是高速飛行條件下氣動光學(xué)效應(yīng)所面臨的一種典型情況。要徹底解決高速飛行器氣動光學(xué)效應(yīng)成像質(zhì)量退化問題，還有很長的路要走。在此后的研究中，洪漢玉不斷思考從“看得見”到“看得清”，再到“看得快”的新路徑，尋求關(guān)鍵技術(shù)的突破點。
洪漢玉團隊采用“化繁為簡，各個擊破”的思路，將復(fù)雜退化模式逐個拆解和簡化，經(jīng)過長時間的摸索和試驗，逐步提出了一系列復(fù)原算法。2010年，實際圖像統(tǒng)一復(fù)原的思想和實現(xiàn)方案首次亮相國際會議，得到國際同行的一致認(rèn)可。
近年來，洪漢玉團隊不斷轉(zhuǎn)變思路和方向，發(fā)現(xiàn)氣動光學(xué)效應(yīng)與圖像特征變化緊密關(guān)聯(lián)，并提出全新校對方法——空變逐點校正方法?！皬姆植磺迥繕?biāo)，到能夠看得清目標(biāo)細節(jié)，相當(dāng)于視力從0.3提高到了0.8?！焙闈h玉介紹，該方法基本解決了我國高速飛行器成像探測氣動光學(xué)效應(yīng)圖像校正問題，提高了精度，在關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破。
此外，團隊研發(fā)的一系列氣動光學(xué)效應(yīng)校正算法，不需要額外增加硬件處理板開銷，具有性價比高、移植性強、方便靈活的優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣泛?！靶〉饺粘Ｉ钪?，拍攝照片時的圖像防抖，大到人工智能領(lǐng)域的圖像清晰化，我們的技術(shù)都能有所應(yīng)用。”研究生李施陽說。
永遠把國家利益放在第一位
“做科研，必須永遠把國家利益放在第一位！”這是洪漢玉一生的信條。
在圖像復(fù)原領(lǐng)域，洪漢玉的研究成果受到國內(nèi)外的廣泛認(rèn)可，很多國家承諾優(yōu)越的科研條件，重金“挖角”，但都被他一一婉拒。
目前，洪漢玉搭建了湖北航天圖像處理與目標(biāo)識別科研創(chuàng)新團隊，每年吸收大量本科生進入團隊，并為本科生編寫了《現(xiàn)代圖像圖形處理與分析》等教材，將最新科研成果融入教學(xué)課堂中?！昂槔蠋煶Ｕf，要把一切問題都消滅在地面，不能讓航天飛行器帶任何疑點上天。”學(xué)生李施陽、汪光雅告訴記者，洪老師幾乎全年無休，一心撲在科研上，對科研問題一絲不茍，對學(xué)生關(guān)愛有加，“認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯?，我們早已耳濡目染?！?/p>
據(jù)了解，去年年末，洪漢玉團隊剛剛完成我國高超飛行器一項重大項目，2021年申請的國家自然科學(xué)基金面上項目獲批，這已經(jīng)是連續(xù)6次獲批立項。今年元旦后不久，團隊又以“圖像處理先進方法及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項目，獲得2021中國自動化學(xué)會科技進步獎一等獎，近年來發(fā)表論文240多篇，發(fā)明專利20項，洪漢玉也在2021年榮獲湖北省“優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”稱號。
“這些對我們來說是極大的鼓舞。未來我們還要繼續(xù)提高處理的精準(zhǔn)度和效率，不斷突破‘看得快’的技術(shù)，為高速飛行器鑄就一雙真正的‘火眼金睛’！”洪漢玉笑著說。
（來源：湖北日報 記者田佩雯 通訊員陳思）
【實習(xí)編輯：汪宇瑾】
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