< 吴成柯教授深耕图像处理领域参与拍摄中国第一幅月球图像_智慧地灾_华体育app官网登录|华体会手机版
2024-06-14 智慧地灾

  1938年8月,吴成柯出生于安徽省休宁县。1950年和1953年均以第一名的成绩考入安徽省休宁中学的初中和高中。休宁中学创建于1912年,直到上世纪50年代末,这所地处乡村的中学都是徽州地区所辖六县中最好的中学,曾被誉为“皖南学府”。

  在高考到来之前,一场不期而至的宣讲会开启了他新的升学之路。彼时,时名中国人民通信学院(今西安电子科技大学,以下简称通信学院)郑国贤大尉来到了这所中学。在大礼堂,一场面对毕业生的参军宣讲就此展开。

  那是一个社会对军人具有高度崇拜的时代,一人参军,全家光荣。由于学习成绩优秀,经过政审和体检,他被选拔保送到通信学院。

  离家参军,告别父母。在那个物质贫瘠的年代,父母从街上买来一斤面条给即将远行的儿子做成肉丝面。十八岁的小伙吃完还不够,又喝了一碗大米稀饭。那个年代,油水不足啊!这顿饭还留在了他的记忆里。

  1956年7月25日,他和同期录取的其他同学,一起踏上北望的列车。火车一路向北,经过首都北京,然后又经过长城抵达塞外张家口。在张家口这座昔日兵家必争之地,在一个叫做东山坡的地方,通信学院在曾经日伪军营的基础上建设学校的崭新校园。

  吴成柯的军旅生涯就此开始。两年后学校迁往古城西安,他看见了学院雄伟的教学大楼,心里特别高兴。就像在中学时代那样,立志要成为这里的优秀学员。

  五十年代末期,西电步入了发展的快车道。1959年被确定为全国首批20所重点大学,一时间,不仅学院的学员数量激增,从全国各地奉调来陕的优秀教师,如肖国镇和陈开周老师等也纷至沓来。

  多年以后,回忆起当时在本系授课的老师,吴成柯如数家珍:清华毕业的谢希仁老师和叶尚辉老师授电子器件和理论力学;北大毕业的吴万春老师授电工原理;留美回国的朱曾赏老师和胡征老师授有线电通信课程;北大毕业的郭梯云老师和樊昌信老师授无线电通信课程。他们不仅学识渊博,讲课深入浅出,还教会学生分析问题的方法。

  在浓郁的学习研究氛围中,吴成柯努力学习,刻苦钻研,多次被评为学习标兵和五好学员,并被任命为学员组(每组30名同学)的学习组长(班主任是王超)。

  1962年,吴成柯毕业后被选为留校任教的教师,分配到无线电工程系发射教研组。当时的教研室领导有胡征、郭梯云教授及张祥臻协理员。

  “我们有胡教授和郭教授作为你们的榜样,希望你向他们学习,当一名好教员,为国家多做贡献。”多年以后,张协理员曾经对吴成柯讲过的话依然清晰地刻在脑海中。在老教授的精心培养下,他努力完成教学任务,1965年被评为先进工作者。

  从1962年留校到1978年被认定为讲师,在这十余年的特殊历史时期里,正常的教学和科研工作受到严重冲击。吴成柯没有忘记学习的重要性,即便在此期间的一个夏天,他和学校的两名工人一起被派往东郊东方机械厂工地去挖防空洞三个月,也不忘抽空学习。

  他中学和大学都学的是俄语,英语基础很薄弱。他每天随身带上一本英文版的《选集》,每到劳动的休息时间,精疲力尽的实施工程人员都抓紧时间休养生息,毕竟在烈日下室外的扛石头、运泥沙是很艰苦的。他这时要看几句英语,背几个单词。

  他总觉得,知识对于国家建设终究是有用的,即便再艰苦的环境,也不应该放弃学习。

  机遇总是留给有准备的人。1979年,随着历史性的访美的完成,国家组织出国人员考试的消息来到了西电。教研室领导宣布:分数面前人人平等。考试的准备时间为三个月,考试科目是外语、基础和专业基础三门。不出意外,保持学习习惯的吴成柯通过了这次考试,成为中国派往海外留学人员中的一个。这一次,他将去往美国宾夕法尼亚大学。美国大学众多,为何会是宾大?我们在西电老校长吕白的回忆录《烽火电波》中找到了历史的蛛丝马迹。

  1978年秋天,在北京三里屯四机部会议室开会的吕白,接到了一个临时任务,美国宾夕法尼亚大学计算机教授卡尔要来华访问,西电被列入到访的单位。就这样,卡尔教授到访西电。此后不久,宾大终身教授顾毓秀再访西电。这两次访问在宾大产生了影响,并最终促成宾大代表团的访华,并与西电建立友好大学关系。宾大来访的三位系主任分别选定了西电的三名教师到他们三个系作访问学者,另外两名西电人是葛德彪和谢维信。

  1980年11月,吴成柯作为宾大计算机和信息工程系访问学者来到宾大校园,开始了为期两年的访问学者之旅。他对系里各教授的研究方向作了些调查与研究后,对R.Bajcsy教授的图像处理方向产生了浓厚兴趣。他选读了她发表的有关文章并提出了自己的看法与她互动。最终他做出了选择,决定从原来的通信系统领域转移到数字图像处理技术的研究领域。Bajcsy教授是数字图像处理技术领域的著名学者,美国国家工程院(NAE)院士。在宾大的校园里,他深刻地感受到了数字图像处理和压缩技术这个正当如火如荼的领域未来一定会大放异彩。在阅读了杂志上有关计算机视觉三维重建的有关论文后,针对当时三维重建的精度问题,他写了一份研究报告与Bajcsy教授交流。她很支持吴成柯的想法,不仅亲自到有关公司帮助购置了器材进行实验工作,还请吴成柯在她主持的研讨会上作了专题报告,介绍该三维数据获取方法和实验结果。后来又指定了两名美国博士生协助修改英文稿。完成的论文发表在国际杂志CVGIP(计算机视觉图形学与图像处理)上。1982年11月,吴成柯学成归国,先后开设出“图像通信”和“图像和图形处理”的本科和研究生课程。1984年,国家指示要在部分高校成立“图像传输与处理”专业。由于吴成柯在访美期间从事过图像处理的研究工作,通信工程系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了该室的创建工作。

  ▲吴成柯编写的《图象通信》教材获1996年电子工业部全国工科电子类专业优秀教材一等奖(西电档案馆馆藏)

  1990年,吴成柯编写的《图象通信》教材出版发行,六年后,这本书获1996年电子工业部全国工科电子类专业优秀教材一等奖。1980年他参编国防工业出版社出版的《通信原理》教材,1987年这部教材荣获电子工业部优秀教材特等奖。

  图像所成立后,1985年,国家经委重点研究项目“矽肺诊断系统”落地图像所,研制经费为18万元。18万元在上世纪八十年代是一笔不菲的资金。该项目对肺部X光片进行计算机图像处理和识别,诊断出患者的矽肺病等级。

  图像所还在80年代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。

  在此后的近四十年时间里,西电图像所从最开始的几名教师慢慢地发展壮大,形成一支有二十多名教师以及近百名硕士博士研究生的专业研究团队,成为中国图像信息处理与芯片技术的重要科研平台。

  1986年,吴成柯获评副教授。1991年,在西电新一届的教授名单公示中,他的名字出现其中。1993年,在国务院学位委员会评定的最后一届博士生导师名单中,他的名字也出现其中。

  从一个年轻的教员到博士生导师,三十年弹指一挥间,背后是西电浓厚学术环境的培植和一代学人的追求与登攀。

  吴成柯的科研工作开始于1976年,主持我国2400b/s四相调制数传机的研制工作。研制工作历时两年多,研制成功的数传机由天津无线电五厂批量生产。

  四机部全国数传机系列化设计会议测试小组(组长为诸鸿文)于1978年10月组织对设备测试后的结论为:该机是我国第一部符合CCITT数据传输协议和达到性能要求的数传机。数传机中的四相调制是采用他提出的数字调制与解调方法。该数传机应用于八十年代全国防空预警网的传输系统,该系统于1991年获得国家科学技术进步一等奖。

  2017年5月7日,获该奖的电科集团20所项目技术负责人刘烈武研究员对通院采访人员吕子瑜介绍说,西电研制的数传机是系统中的地面传输重要设备。该数传机还应用于当时多个省市地震局的数据传输系统。

  1991年他研制出“运动目标仿真系统”,这项成果为他带来国防科工委“863计划先进工作者”称号的荣誉。1991年,他被评为机械电子工业部有突出贡献专家并于1992年获得国务院政府津贴。

  据统计,从1989年开始,他负责和完成的科研项目中,有10项成果获省部级一等奖和二等奖。由他负责完成的“深空通信压缩与传输技术及应用”成果获2012年国家科学技术进步二等奖。他从2004年开始负责承担和完成了我国探月工程和载人航天工程中的一系列图像压缩技术项目,研究成果不仅应用于“嫦娥”(从嫦娥一号到嫦娥五号)、“天宫”(从神舟七号伴随小卫星到天宫二号)、“天绘”和“高分”卫星及一系列遥感卫星中,还应用于2020年我国首次发射的“天问”火星探测器中。

  回顾吴成柯教授一生的科研工作,获得最多和最重要应用的是图像压缩技术及其软硬件系统。

  图像压缩是图像信息处理领域很重要的研究方向。九十年代初,美国DARPA(美国国防高级研究计划局)公布了新的十大技术预研领域,图像压缩技术位列其中。1995年,国家的“九五”计划(1996-2000年)开始做,当时我国的卫星图像压缩技术还比较落后,与国际领先水平相差较大,急需提高我国的图像压缩技术水平。从1995年起,吴成柯和他负责的图像所研究生承担了国防电子预研基金的“高效压缩技术探讨研究”项目,“九五”和“十五”的研究结果都获得了“优秀”的评价结论。他们设计并实现了一个新的图像压缩硬件系统。1998年,航天部504所负责卫星图像压缩的陈泓和张有峰来图像所实验室观看了该系统的演示后当即表示:“你们现在做的压缩系统就很好!”,认为该系统不仅创新性强,性能好,也很可靠。504所是我国卫星图像传输的知名研究所,他们的肯定为在此领域的研制工作起到了重要的推动作用。2000年图像所和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,并在我国的卫星中获得广泛应用。2011年,航天领域著名专家叶培建院士称赞写道:目前在轨运行的21颗卫星图像压缩系统有95%的卫星采用了西电和504所的研究成果。

  我国的探月工程真正开始于2004年,这时,图像所也正式签约承担“嫦娥一号图像压缩系统”的研制的工作。

  嫦娥一号卫星于2007年10月24日发射,图像所研制的干涉多光谱图像压缩系统正常工作。研究成果“光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用”获得了2009年的陕西省科技奖二等奖。

  ▲“光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用”获得2009年的陕西省科技奖二等奖

  2008年,地面应用系统总设计师李春来研究员来图像所调研,用他们带来的各类图像数据对图像所研制的图像压缩办法来进行现场评测。李春来总设计师说:“我们比较了国内好几家在该领域做得较好的单位,你们是最好的”。因此,嫦娥二号的图像压缩任务又落到了图像所。与嫦娥一号相比,这次的目标是要获得分辨率为10米的全月图以及在局部的虹湾月面区域1.5米的高分辨率图像。

  2010年10月1日,嫦娥二号成功升空,吴成柯和李云松23号晚上10点多就到了国家天文台地面应用系统运控中心现场,等待着第一幅月球图像的出现。当连续的月面图像清晰地出现在大屏幕时,整个运控中心顿时沸腾了。

  ▲庆祝嫦娥2号发射成功现场(左一李云松 左三欧阳自远 左五阴和俊 左六吴伟仁 左七吴成柯 左八孙辉先 )

  探月工程首席科学家欧阳自远院士现场称赞道:“西安电子科技大学做的图像压缩质量非常好!”,接着,他和总设计师吴伟仁、副总指挥阴和俊、副总设计师孙辉先等领导邀请西电的研制人员一起在现场合影并分享成功的喜悦。那天晚上,吴成柯和李云松在天文台招待所激动得彻夜难眠。窗外是蒙蒙细雨的嘀嗒声,室内是两人不停地交谈着。

  由于在深空通信中图像压缩技术及其在航天领域的应用,特别是在嫦娥二号获取优于10米分辨率全月图所作出的贡献,“深空通信压缩与传输技术及应用”成果获得了2012年度的国家科学技术进步二等奖。

  ▲2013年,“深空通信压缩与传输技术及应用”团队在人民大会堂参加国家科学技术奖励大会

  嫦娥三号卫星于2013年12月2日发射,12月14日在月面的虹湾区域着陆。实现了巡视器(月球车)和着陆器两器互拍这项工程的标志性任务。我国探月工程总设计师孙辉先对西电创新性的静止和活动图像一体化压缩系统评价说:“发挥了及其重要的作用,做出了重要贡献。”

  我国卫星上图像压缩系统采用的航天级FPGA芯片一直严重地受到国外禁运和“卡脖子”的威胁。与商业级和工业级芯片不同,航天级芯片要求具有抗辐照性能。2001年,他和研究生一起被“逼”得开始研究用作图像压缩的专用集成电路芯片ASIC 。

  2003年,国家“863”计划的微电子专家组批准了西电图像所的图像压缩芯片研究项目。项目由李云松负责,刘凯当时是博士研究生,是项目的主要成员,吴成柯为总体技术指导。

  此后,他们在该芯片设计和研发上持续不断的发展。经过十年的艰苦奋斗,2010年完成了总装压缩芯片新品的研制任务,生产出我国内的第一颗基于JPEG2000的图像压缩ASIC“雅芯一号”。

  在“雅芯一号”研制成功的基础上,2011年6月,图像所承担我国“高分”需求的“高速图像压缩芯片技术”重大专项研制任务。2015年研制出满足航天要求的芯片,并通过了国家重大专项项目专家组的验收。该芯片的名称改为“雅芯-天图”,应用于我国高精度遥感卫星图像传输系统中。从2000年到2015年,这是一段十五年的漫长岁月,终于看到我国自主研制的图像压缩芯片产品批量地应用在我国的高分辨率遥感卫星中。2018年7月31日,“雅芯-天图”芯片随我国“高分十一号”卫星发射升空,传回了亚米级的高清晰度遥感图像。该芯片性能超过目前所用的国外同类芯片,终结了几十年来一直购买和使用国外芯片的历史。“雅芯-天图”航天级压缩芯片成果获2020年教育部技术发明奖一等奖。

  2019年,这一年,新中国走过了70个春秋。81岁的吴成柯中央、国务院、授予“庆祝中华人民共和国成立七十周年纪念章”。

  “追求卓越,勇于创新”,梧桐不语,在西电校园的林荫道上,伴随着枝叶茂盛的法桐在风中摇曳的沙沙声,吴成柯教授的学生和学生的学生们称赞着他们老师的言行和精神......

  吴成柯,男,1938年8月出生于安徽省黄山市,1962年毕业于中国人民军事电信工程学院(现西安电子科技大学)并留校任教。1980年至1982年在美国宾夕法尼亚大学作访问学者,1991年任西安电子科技大学教授,1991年被评为电子部有突出贡献专家,1992年享受国家政府特殊津贴,1993年被国务院学位委员会评为博士生导师。曾任校学术委员会和学位委员会委员,国家自然科学基金委员会信息科学部第九届和第十届专家评审组成员。1990年至2002年先后被法国南锡大学和格勒诺布尔大学以及日本筑波大学和香港中文大学等聘为客座教授。

  主持并完成国家自然科学基金重点项目一项和面上项目八项。主持并完成我国探月工程和载人航天工程中的图像压缩技术项目,研究成果成功应用于“嫦娥”、“天宫”、“天绘”、“高分”及“天问”火星探测器等一系列卫星中。1991年被国防科工委评为“863计划先进工作者”。

  获省部级科学技术进步一等和二等奖共十项,负责完成的“深空通信压缩与传输技术及应用”项目成果获2012年国家科学技术进步二等奖。2019年中央、国务院、授予“庆祝中华人民共和国成立七十周年纪念章”。

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