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我国首颗宇航级高速图像压缩芯片的背后……

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    发布时间:2024-04-19 17:22:33 来源:九游娱乐

  当距离从千里之外,跃升万里之外,再跃升到以光年为计,要将现代技术下人类借助设备所看到的图像打包发回地球,带宽永远跑不过图像精度进步的脚步。

  航天,生来就是大国较量的逐鹿场,技术壁垒之下,编码者的背影出现了。每一张/帧来自太空愈加清晰的图片与影像,都离不开算法与芯片的加持。在中国秦岭北麓,电科高地的科研大楼里,生活着一支编码者队伍,他们夜以继日,在编码的世界里,数十年如一日地为一件事而殚精竭虑。这支队伍的名称是图像传输与处理研究所,负责人是李云松教授。

  1984年,国家指示要在部分高校成立“图像传输与处理”专业。我校通信工程系就决定由吴成柯负责创建“图像传输与处理”研究室(图像所前身),并负责该专业的建设工作。当时任系主任的陆心如也参与该室的创建工作。作为主要的创建人,吴成柯开设了“图像通信”“图像与图形处理”的本科和研究生课程。无论是研究所和专业的创办,还是有关课程的开设,作为我国首批,我们走在了国内高校图像传输与处理技术研究的前列。

  吴成柯1956年由安徽省休宁中学保送进入解放军通信兵学院(西安电子科技大学前身),1962年留校任教。1980年至1982年在美国宾夕法尼亚大学做访问学者,在其计算机和信息科学系的著名教授R·Bajcsy实验室从事图像处理的研究工作并取得了较好的研究成果。这为回国后建设“图像传输与处理”学科方向打下了较扎实的基础。

  除了吴成柯和陆心如教授,通信工程系胡征教授从事图像处理领域研究的博士生和博士后郭雷、马军、卢朝阳、徐正伟、郭宝龙和罗笑南等也在图像所参加工作。当时在图像所工作的年轻教师除郭雷、王军宁、刘倩,还有从计算机系分配过来的周洪波和肖东波等。图像所在80年代末成功完成了我国首个新华社从新疆到北京的新闻图文图像压缩传输系统。

  时间来到1992年,经过八年的努力,图像所取得了长足的发展。图像所取得的第一个重要成果是一套荣获1989年陕西省科技进步二等奖的“矽肺图像诊断系统”,该项目开始于1986年,是国家经委的重点项目,项目经费18万元,在那个年代属于较大的经费支持,保证了项目的完成。

  图像所从1995年开始进行图像压缩领域的研究工作,当时我国的卫星图像压缩技术还比较落后,与国际先进水平还相差较大,急需提高我国的图像压缩技术水平。图像所急国家所需,先后承担了多项国家图像压缩技术的科研项目。

  在宇航的世界,人类把各种各样的飞行器送入深空,目的是看到更清而更远的世界,带宽永远是不够用的,图像压缩是对抗带宽噩梦的利刃,图像压缩作为航天之桶上一块重要的板子,其为关键技术之一的定位有目共睹。

  1992年的秋天,当十八岁的东北小伙子李云松拉着行李箱出现在西电校园的时候,他不知道他将很快成为吴成柯老师的课代表,他将走进吴成柯的视野,与之结下横亘一生、犹如父子一般的师生之谊。

  在中国有一个词叫特大型国家骨干企业,辽宁锦西化工总厂就是这样的一个存在,一个庞大的小社会。李云松的父亲从今天的大连理工大学毕业进入这里的化工研究院工作,母亲则是工厂的工程师。

  生在这样一个有着数万职工的超级大工厂里面,李云松的童年是这样度过的:去工厂可以容纳上百人的大澡堂子洗澡,骑着自行车在偌大的工厂家属区穿梭,在工厂的电影院看电影则成为时不时文化生活的快乐时光。

  在这样的小社会长大的孩子,身上镌刻着集体主义的烙印。父辈们为国家建设的奔赴是最好的爱国教育的读本,长大后为国家做事成为幼小心灵中的应该应份。

  在中国基础教育的发展历史中,厂子校尤其是这些重点企业的厂子校在一个历史时期内具有很高的教育水平,并形成了有别于市重点高中之外的风格独具的教育文化。

  1992年,18岁的厂子弟李云松从黑土地的渤海之滨来到了黄土地的渭水之畔,从此就再也没有离开,十年光阴本硕博,30岁的副教授李云松正式担纲,开始了“嫦娥一号”实时干涉多光谱图像压缩系统的研制工作,一年后,他成为西电通信与信息系统学术带头人,下一个十年的终点,教育部长江学者特聘教授的履历将写进这位副教授的档案袋。

  李云松真正让吴成柯投来欣赏目光的那一刻出现在1999年,此时他已经是吴成柯的博士生。一个系统级的技术难题被从研究生阶段才开始介入图像压缩处理研究的李云松在几天内破解。从事技术研发这一行,聪明是一个基本的准入条件。用吴成柯的话来讲就是,对于一个问题有些人几年也解决不了,有人几个小时就能解决,这就是聪明。但光有聪明行不行,吴成柯的观点是不行。

  一个做深度技术研发的人必须得有德,这个德从对国家的热爱到日常的品性,决定了在关键时候,在技术之路的十字路口的战略定力,决定了一个人遇到问题是首先甩锅推卸责任还是从自身查找问题去找寻解决办法。

  而言及图像所之所以能够在中国航天领域承担重要工作,这一切都与一次参观密不可分。历史总是给有准备的人开窗,在90年代中期的一天,西电图像所迎来了一批重要的参观者。

  1995年,全中国的科研人员都在为国家即将展开的“九五”计划(1996—2000年)的科研项目做着准备工作。彼时,吴成柯带着学生设计并实现了一个矢量量化方法的图像压缩硬件系统,李云松出现在了参研的学生名单中。后来,这套硬件系统被前来参观的504所负责卫星图像传输的陈泓和张有峰看在眼中,他们不禁感叹:

  “九五”计划国家863航空航天领域的重大专项“详查/普查结合型系统”中的图像压缩系统,原来由504所承担,1996年也确定转由西电图像所承担完成。所完成的图像压缩系统参加了2001年北京举办的863计划十五周年成果展。

  在电科院组织开展图像压缩领域研究的同时,总装航天局也开始以竞争评比和补偿合同方式组织图像压缩的研究攻关。

  研究课题同时有五六个单位参加,其中包括国防科大、北航、哈工大这样的强有力的竞争者。测试评比的原始图像数据由总参二部临时提供,各单位将研制出的压缩软件交总装委托的测试专家组盲测与打分,评出的优胜单位才能获得一定的经费资助,并进行下一步项目的研究。西电图像所项目组在多次评测中都取得第一,得到了总装的持续资助。此后,他们更是和504所合作研究实现了我国第一个高效的8倍压缩比的卫星图像压缩系统,并随后获得了2001年国防科技进步二等奖和2002年的国防科技进步三等奖,该项研究成果表明图像所从90年代后期开始研究的基于小波变换的图像压缩方法已经具有重要的应用价值。

  从“九五”计划开始,在近十年的图像压缩技术的研发之路上,国家每年都会对国内高校及院所的研发团队进行打分评比,西电图像所多年一贯保持第一的优势终于在2004年迎来新的发展机遇。

  2004年,当“嫦娥一号图像压缩系统”研制的合同出现在图像所会议室的会议桌上的时候,李云松、刘凯以及吴成柯都明白这将是一场冲锋,而且只能胜,不能输。

  在嫦娥一号进入电性件的大量测试时,发现系统偶尔会出现误码。李云松带领团队成员到北京的联调实验室花了整整二十天,熬夜查找问。


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