■记者

■ 本报记者 史俊斌 本报通讯员 张莹莹

如云之淡泊包容,如松之坚定正直。名如其人,在长江学者特聘教授李云松身上,两种特质很好地融合在一起——与面向深空的高大上研究不同,李云松给人的感觉脚踏实地、十分接地气。

他们为中国“探月工程”获取国际最高分辨率的全月图做出重大贡献;

金沙手机娱乐网址 1

他们为“神舟七号”“天绘一号”完成探测、测绘任务再建奇功;

自1999年从事星载图像、视频压缩编码的研究以来,李云松在该领域先后主持并完成了多项科研项目,深入研究了各类卫星遥感图像的成像特性、高效压缩编码方法,以及高速星载硬件系统实现方法,解决了我国现阶段卫星图像数据传输和存储的瓶颈问题。

他们的研究成果已成功应用于中国多颗遥感、资源和环境在轨卫星……

李云松的相关研究成果,已经成功应用于“嫦娥”系列卫星等多个重大工程中,创造了较大的社会和经济效益。“面向国家需求,坚持做好一件事,科研就是如此,没有什么秘诀。”说起科研上的成就,李云松显得十分谦虚。

金沙手机娱乐网址,十余年锲而不舍,他们一步步突破深空通信技术的瓶颈,登上我国卫星图像压缩与传输研究的高峰。

自从读博阶段跟随导师吴成柯进入航天领域,李云松已在这一领域干了17年。“简单地说,我们的工作是在卫星上实现图像压缩,就是要在深空资源受限和空间环境恶劣的情况下,满足在大压缩比下对恢复图像的高质量和高可靠要求。具体工作,一部分要研究算法、进行优化,另一部分就是要设计并研制出能将这些算法高可靠实现的星载高速硬件系统。

西安电子科技大学图像传输与处理研究所,随着2012年国家科技进步二等奖花落西电,再次成为全校师生关注的焦点。李云松教授和吴成柯教授带领的团队以“深空通信压缩与传输技术及应用”项目成为该年度国家科学技术奖励大会通信领域表彰的唯一一支高校团队。

2020年前,中国的月球探测工程分为“绕、落、回”三大步,这其中均凝结着李云松及其团队的智慧与付出——

金沙手机娱乐网址 2

2004年,李云松所在团队受托,正式开始“嫦娥一号”实时干涉多光谱图像压缩系统的研制工作,2007年随着嫦娥一号成功发射并传回清晰图像,我国第一个在深空探测通信系统中应用的高性能图像压缩系统随之在西电诞生。

时间回溯到上世纪90年代。1995年,西安电子科技大学图像传输与处理研究所。在学科带头人吴成柯教授的带领下,以李云松等为骨干组成团队,开始了关于动态图像和静止图像的处理与传输的研究工作。西电图像所就此成为国内最早开展卫星遥感图像压缩算法和硬件系统研制的单位之一。

2010年,“嫦娥二号”发射升空。李云松团队在国际深空探测领域首次研制了压缩比在线可调、码率精确可控的高可靠实时立体图像压缩硬件系统,确保了“嫦娥二号”在6个月时间内获得高分辨率全月面立体图像这一重大科学任务的顺利完成。该项成果也获得2012年度国家科技进步二等奖,李云松为第一完成人。

三年后,航天五院西安分院领导到西电调研时惊喜地发现,团队在国内率先提出的基于小波变换的高效压缩方法已经达到了国内领先水平。

凭借着“绕”阶段两颗星任务的顺利完成,以及团队在算法方面的研究优势,李云松团队又参与了“落”阶段第一颗星“嫦娥三号”的工程之中。

深空通信是指地球与月球以及远星球之间的通信,其主要目标是实时获取星载相机拍摄的各类高分辨率图像数据。如何在传输距离远、信噪比低以及载荷资源有限的条件下实时、可靠地获取高分辨率图像数据,是深空探测和卫星遥感中亟须解决的问题。为解决这一问题,必须突破两大技术瓶颈:大压缩比图像压缩技术和高速数据传输技术。

为了能够获取高分辨率月球表面地形地貌图像,并首次向全国人民展现月球车上鲜艳夺目的五星红旗亮相月球的振奋场面,李云松团队必须同时将高分辨率月球表面静止图像和月球车活动图像经过高效压缩后传回地面。“我们本次工作与以前最大的区别在于,原先压缩都是只对静止图像进行压缩,但这次需要在相同硬件资源下同时实现静止图像和活动视频的实时压缩,我们面临的挑战更大了。”

1999年,团队完成了基于小波变换的高效压缩方法的硬件架构,突破了二维遥感全色图像高效压缩技术。2001年到2002年,团队研究小波变换在卫星图像压缩系统中应用的算法及硬件实现,终于在满足图像质量要求的前提下将压缩比成功提高到4倍,进而又提高到8倍。这一关键技术的突破对后续型号项目的成功意义重大。

针对这一难题,李云松及其团队提出一种新的静止活动图像一体化编码算法,并提出了优化的并行硬件架构,最终在单片300万门的FPGA上实现了静止活动图像一体化图像压缩系统,成功应用于“嫦娥三号”卫星。

2004年,图像所受中科院空间科学与应用中心委托,正式开始“嫦娥一号”实时干涉多光谱图像压缩系统的研制工作。

中国探月工程副总设计师孙辉先研究员这样评价说:“该成果对圆满完成巡视器与着陆器两器互拍这项标志着嫦娥三号圆满成功的任务发挥了重要作用,做出了重要贡献”。据介绍,这一成果后续还将应用于“回”阶段的“嫦娥五号”卫星。

值得一提的是,“嫦娥一号”卫星多光谱图像压缩系统中采用的空间维独立的光谱图像压缩方法是团队的一大创新点。以往国内外所采用的光谱图像压缩方法多采用预测方法,存在误码扩散的问题,而这一问题在深空通信中更为严重。在“嫦娥一号”项目支持下,团队在国内率先开展了高可靠多光谱图像压缩技术研究。

回忆起科研经历,李云松坦言,印象最深的是定位细微处的小问题。

为了尽快地突破两倍多光谱无损压缩技术,包括算法和硬件系统的构架,图像所开始与时间赛跑,加班熬夜成为家常便饭。终于,多光谱数据相关性差导致的无损压缩比低这一国际难题在最短时间内得到解决。2007年11月29日凌晨,远在38万公里外的“嫦娥一号”搭载的干涉成像光谱仪发出光谱图像信号,信号进行实时压缩后传回了地球。

对于航天这样的大工程,最终测试阶段一定不会存在理论方面的大问题,研究人员焦头烂额的常常是细节细微处的小问题。“把这些细节细微处的小问题定位出来,常常很不容易。因为系统研制的全过程,已经经过了多次测试,最后出现的问题都是偶发性的。”

2012年10月24日,国家天文台“嫦娥二号”探月卫星应用系统运控中心气氛异常紧张。运控中心的科学家们正在屏息期待着首幅图像的成功传回。

航天标准要求很高,责任也很重大,再细微的隐患也必须尽快排除。

凌晨时分,一帧巨幅月面图像清晰完整地显示在大屏幕上,在“嫦娥二号”6个月的设计寿命内,数据量庞大的分辨率优于十米的立体全月图像悉数传回。现场顿时一片欢腾,吴成柯教授和李云松教授的心血没有白费,终于不负重托,不辱使命。

李云松举了一个例子:在“嫦娥三号”的联试中,出现了一些图像方面的问题,恢复出来的图像里面有一些坏块,这是不该出现的错误。李云松回忆说,“这种情况非常偶发,可能连续测许多天,才出现一次错误。”

随着相机分辨率的提高,卫星获取的数据量成几何级数增长:“嫦娥一号”获取的全月图像分辨率仅为120米,而“嫦娥二号”则提高到优于10米,数据量增加了近200倍,而她的预期寿命时间只有6个月。要想在短短6个月内将如此巨大的全月图数据传回地面,必须提高图像压缩比和传输速率。

为了解决这个问题,李云松带领着团队成员雷杰、刘凯,守在北京中科院空间中心调试大厅整整一周。“一天24小时都在观测,几个人轮换着盯着看,最终发现这个错误是系统在灯光比较昏暗的照射条件下出现的特殊情况,错误可以重现了,通过深入分析,我们很快就进行了错误定位并圆满解决了问题。”

国际上,立体图像独立压缩一直无法实现大压缩比。特别是在星上资源非常有限的条件下,对立体相机拍摄的图像数据进行高效压缩更不容易。团队成员首先对图像压缩算法进行了深入研究,他们采用了新的基于小波变换的联合优化高效图像压缩技术,对两路高分辨CCD立体相机产生的高速图像数据进行实时压缩编码。

“有问题必须要归零,要找到出错误的本源,要能把整个错误的机理描述清楚,还要能够通过分析解决,重现错误,最终彻底解决错误——这就是航天要求。”

此时,探月工程地面应用系统总设计师李春来研究员率队在全国各大高校、科研院所调研,最终,李云松和吴成柯带领的西电图像所以出色的研究基础特别是算法的优越性脱颖而出,正式加入到国家探月工程“嫦娥二号”项目的阵容中。