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铸就空天光测的“神眼”

 

::于起峰,1958年4月生,山东威海人,1981年12月西北工业大学飞机系飞机结构及强度计算专业毕业。现任国防科技大学航天与材料学院教授,博士生导师,中国科学院院士,我国光测实验力学和测控光测图像技术领域著名专家。长期从事基于图像的精密测量与运动测量、光测实验力学与摄像测量学的研究,多项成果填补了国际国内空白。主持完成国家自然科学基金、“863计划”等科研项目数十项。获国家技术发明二等奖等多项奖励。2006年获全军杰出专业技术人才奖。


 

 

 

::2009年12月,西北工业大学校友、国防科技大学航天与材料工程学院军事航天系于起峰教授当选中科院院士,他是这届新增院士中唯一以实验力学、精密光测为学科专业背景的科学家。
::于起峰1981年12月本科毕业于西工大飞机系,1984年7月硕士毕业于国防科技大学航天技术系,从此与国防科技与教育事业结下了不解之缘。鉴于于起峰毕业之后在空天光测领域做出的突出业绩,2010年11月17日他被聘为西工大兼职教授;2011年6月27日成为西工大双聘院士。
::400年前,伽利略从望远镜中仰望浩渺苍穹,说出了流传至今的名言,宣示了一个科学家的远大抱负:“有必要测量一切可测的,并努力使那些尚不可测的成为可测。”10余年前,于起峰把这句箴言写入自己专著的前言。如今,这句名言又被镌刻在国防科技大学空天图像测量与视觉导航研究中心大厅的形象墙上。利用已知,求索创新,“努力使那些尚不可测的成为可测”,于起峰和他的团队正在测量科学的高峰上不懈地攀登,践行着科学家的箴言;沿着这条路径,我们也可以看到于起峰一路走来的闪光足迹。
::强基:为了心中的“强军梦”
::早在战国初期,墨学创始人墨子便发现了光的反射定律,建立了中国的光学体系。两千年过去了,如今的光学发展早已一日千里。光学测量技术的研发,国际上始于上个世纪30年代,并迅速发展形成了一门新兴交叉学科,这就是将传统的摄影测量、光学测量与现代计算机视觉、数字图像处理分析等学科交叉融合而形成的摄像测量学,也有人将这种摄像测量的技术方法称为光学测量或简称光测,而在专业学科领域,则称之为光测图像技术。我国在这方面的自主研究至少落后40年。
::为了赶超国际先进水平,于起峰把目光投向当时在这一领域领先的德国不来梅大学和布伦瑞克工业大学。1990年至2005年,于起峰以访问学者、攻读博士学位、参观讲学等机会先后出国10余次。在德国不来梅大学攻读博士学位期间,于起峰痛感我国光没测量起步太晚,为了赶超国际先进水平,他没有像其他同学一样花时间精力学当地语言,而是放弃德语学习,足不出户一心钻研专业,用3年时间完成了通常需要6年完成的博士学位论文,并成为不来梅大学机械系首个用英语写作学位论文、进行论文答辩的博士。在以优异成绩完成学业后,他婉言谢绝导师的重金挽留,毅然回到祖国,投身科技创新事业。
::回国后,由于于起峰学历高、能力强、成绩突出,又有出国留学经历,思路、眼界宽广,单位党委研究让他担任领导职务,他却明确表示愿意当一位普通教员。他说,光测科学基础性、理论性强,又与部队需求密切相关,要能长时间坐冷板凳,要有时间跑部队搞调研,当老师能发挥个人长处。组织上经过慎重考虑,接受了他的意见。
::30多年过去了,西工大的校训校风以及国防科大优良作风浸润着于起峰的心田,当年的《毕业生登记表》、《自传》等档案材料中,仍然鲜活地跳动着他的思想脉搏:“以党需为己愿。”“在革命军人家庭出生成长和之后的学习经历对我热爱祖国,热爱党的思想意识,勤奋努力工作,作风严谨、坚忍不拔的性格形成,起到了关键重要的作用。”“自尊、自重、自强,努力学习吸收先进技术,并毫无保留地奉献给祖国”。
::“我对自己所从事的事业、学科专业充满着执着的追求和热爱。积极开展原始创新工作,认真干好自己的事,努力实干、奋斗,为托起强军梦奉献自己的一份力量,这始终是我坚持的梦想。”于起峰由衷地说。
::创新:“做那些别人做不了的事”
::在甲骨文中,“光”字上面是一团火,下面像是一个坐着的人,就好像长出四肢的火,来到哪里,就给哪里带来光明。“我希望我能抓紧时间多做一些别人做不到的事情,解决一些别人不能解决的问题,研究一些别人没有研究的课题,尽量多发挥我的力量。”于起峰这样定位自己。
::上个世纪80年代,于起峰开始致力于光测实验力学条纹图像分析研究。经过十几年艰苦的探索,于起峰创立了一套完整的干涉条纹图像处理理论体系,解决了多项困扰国际条纹图像处理领域的基本理论问题,论文在美国一家权威刊物上发表,被誉为“具有国际先进水平”。
::恩格斯说过:“一旦技术上的进步可以用于军事目的,并且已经用于军事目的,它们便立刻几乎强制地,而且往往违反指挥官的意志而引起作战方式上的改变甚至变革。”当今世界,以信息技术为核心的军事高科技发展及其广泛应用,正在深刻改变着军事斗争的面貌,引发军事领域一系列革命性的变化。
::如何“让理论走出书本,把应用送到部队”,成为于起峰最大的心事。他发现,一方面,国内靶场光测仍停留在胶片记录、人工判读的阶段,效率低、精度差,延长了新武器装备的研制试验周期;另一方面,由于眼界、观念、经费等方面的原因,有的装备试验靶场对新技术、新方法持怀疑态度,不情愿告别老设备、老方法,要把先进的靶场光测技术应用于装备研制和试验并非易事。但于起峰不放弃、不动摇,坚信自己的技术方法是最好的。他不断地给团队成员鼓劲说:“我们就是要争取做那些别人做不了的事。”他常常一个月跑三四个靶场,一年下来往返各靶场数十次。每次都苦口婆心、不厌其烦地讲解、演示、宣传。经过两年努力,终于签订了第一个技术开发合同。某部队一位领导说:“于教授,我是被你锲而不舍的精神给感动的!”经过精心细致地调试、改进、升级,于起峰用原本只做原理样机的有限预研经费,研制出满足靶场实际试验需要的工程样机,各项性能指标均超过靶场原有的判读设备。

 


::技术创新无止境。于起峰不满足已有的胶片判读技术,而是启用先进的数字摄像代替陈旧的胶片记录,研制出数字化图像记录系统,实现了靶场光测系统从胶片记录到全数字化的技术变革。
::于起峰针对试验基地的光测条件和目标特性,发明了三维姿态测量系列方法和装备,在不增加外测设备的条件下,使靶场光测水平由三自由度位置参数测量,跃进到六自由度位置和姿态参数测量。由此结束了国内靶场外测只能获得弹道数据,无法进行姿态测量的历史。
::于起峰的研究在不断深入。过去靶场经纬仪都是安装在固定的站点上,不仅影响观测的灵活性,而且需要有人值守,维护困难。而机动经纬仪由于基座的不稳定性而导致观测精度不够,一直以来都是个技术难题。经过反复思索,于起峰找到了提高车载经纬仪测量精度的方法,着手工程应用研究,这又将给靶场测量带来一场新变革,使高精度观测的经纬仪具有了机动性。
::为了推广光测判读技术和设备,于起峰的足迹遍布总装、海军、空军和二炮的各试验靶场。凡有需求的,都用上了他研制的光测图像判读仪。有专家称,这是“国内靶场40年来判读系统的新变革”。
::“走一步看十步想百步”——团队成员和协作单位这样评价于起峰持续创新的执着。当靶场光测设备取得国内领先的技术优势时,于起峰又投入到基于生物视觉原理有效解决图像匹配问题的研究中。虽然起步较国内同行稍晚些,但他在这个方向上独辟蹊径,率先完成了“发射后不管”新体制景象匹配的外场验证实验。
::引领:站在空天光测领域的前沿
::于起峰常说:“我们中国人够聪明,能吃苦,不需要总是跟在别人后面。只要不懈努力,就能够自主创新,解决重大科技问题,走在世界前列。”
::于起峰一直致力于光测实验力学条纹图像分析研究,在国际上开创性地提出和发展完善了能滤除条纹图各种噪声并保持条纹相位不受损害的旋滤波、等值线窗口滤波与相关法等系列光测干涉条纹图处理的理论和方法。在将光测实验力学与光学工程、摄影测量、计算机视觉等学科融合中,开拓了摄像测量学这一国际上新兴交叉学科的应用领域,并取得有特色的理论研究成果和应用成果。
::于起峰长期从事针对实验力学中大型结构变形测量和大尺度运动测量的技术科学问题的研究工作。在定点像机测量运动目标方面,攻克了靶场目标三维姿态测量和自动实时三维运动测量的关键技术;在运动像机测量运动目标方面,建立了运动单像机测量点目标三维运动、不通视多点动态变形监测和不稳定测量平台动态校准的理论和方法;在运动像机测量静态场景(摄像平台自运动测量)方面,提出了飞行器视觉导航系列新方法,并提高了景象匹配与目标识别的精度和适应性;在静态变形测量方面,提出了干涉条纹图相位无损降噪和条纹中心线系统误差消除的理论和方法。研究成果成功应用于载人航天和国防领域。
::起初,于起峰的光测图像技术主要面向地面靶场和航空领域。随着我国载人航天和探月工程以及远洋装备研制的启动,这项技术的应用范围不断向空天和蓝海延伸。
::飞天揽月梦想付诸行动过程中,于起峰和他的团队在其中担当的角色也可圈可点:航天员眼动和着陆冲击运动测量、逃逸飞行返回舱试验运动测量、箭体倾倒监测、返回舱着陆试验运动参数测量、航天员舱内三维运动测量、月貌图像超分辨率重建研究……这些测量、研究在“神舟三号”至“神舟七号”发射任务中得到成功应用,意味着光测图像技术已经开始丈量中国人豪迈的太空脚步。
::走向蓝海,于起峰的光学图像测量与视觉导航研究,锁定了新的目标。大型船体的动态变形测量,一直被国际船舶界所关注。他创新摄像测量系统构建方式,提出折线光路像机链/像机网络摄像测量新概念,解决了不通视和超大视角目标间相对位置、姿态测量的世界性难题。
::30余年的探索与创新,于起峰和他的团队形成了包括6个研究系列、13条应用途经和8个创新点在内的完整的实验力学精密光测及图像处理理论体系,并成功应用于战备实践,为提高我国航空航天和武器试验测试能力、提升我军武器装备性能发挥了重要作用。
::求精:倾注为人师长的全部心血
::“学风、作风要严谨踏实”,这是于起峰教书育人的准则。这些年来,于起峰坚持亲自为学生上课并指导学生做论文,倾注了为人师长的心血。他常对学生说:“严谨踏实、不浮躁的学风作风必须在论文中体现出来。最后一分钟投出去的文章才是好文章。”他对自己更是如此,为了写好一篇论文,至少要花费一两个月时间。反复讨论,写了又改,改了再写,自己不满意绝不投稿。学生请他审阅的论文,大到结构逻辑,小到语法标点,经常是一篇文章被他批改标注得密密麻麻。
::于起峰非常注重师生之间的交流,从中了解学生的研究动态和最新想法。他经常组织课题组开展学术交流活动,让老师、学生一起就各自的最新研究课题展开讨论,使师生们在切磋砥砺中相互受益。一次与国外同行交流,偶尔了解到一个电子技术领域关于干涉合成孔径雷达图像处理中的国际难题,于起峰产生了灵感:可否用干涉条纹图处理方法来解决?这个问题学科交叉性很强,涉及多个专业,他把30多本专业书籍和资料分发给课题组的老师和学生研读,然后轮流讲课,共同探讨。一个月后,他们通过集体充电,创新地提出了最优处理方法,论文成果在多个国际权威刊物上发表,从源头上解决了干涉合成孔径雷达图像高散斑噪声的国际难题,大幅提高干涉合成孔径雷达的使用效益。


::于起峰强调思想要刻苦,对尚未解决的难题的深入思考起码要超过两个小时,才会有意想不到的收获。“哪里有天才?我是把别人喝咖啡的功夫都用在工作上了。”他对鲁迅说的话感同身受。一次住院,每天上午打点滴时,病友看电视,于起峰却静下心来思考问题,一个疗程打下来,一个困扰他两年的测量平台标定难题终于被他想透了。于起峰从没有闲工夫,感觉最缺的就是时间。他充分利用点滴时间思考琢磨问题,即使出差的旅途中也不例外。一位老教授回忆于起峰刚参加工作时的往事说,他们一行几人乘火车去北京出差,于起峰上车后,就从乘坐的硬卧车厢跑到软卧车厢跟老外用英语交流去了,车行一路,交流一路。在学术攻关上思想刻苦,在技术推广上他同样锲而不舍。有这样一件事可以印证:某项技术应用需要得到上级支持。为不错过机会,于起峰设法与相关领导搭乘同一航班,在飞机上汇报了自己的技术项目。这件事至今仍被传为佳话。
::于起峰对工作极端负责,他认为在学术上有所成就,必须要有严谨的治学态度,还要有精益求精的创新作风,达到一流、卓越和完美是他在科技创新中的执着追求。于起峰对工程试验中的精度要求近乎苛刻,只要理论分析认为能达到的精度,他千方百计努力实现。他说,“实验精度达到百分之八九十并不难,难就难在每提高一个百分点都要付出更大精力和更多时间,国外技术领先在哪里,就在这一个百分点上,我们比他们高一个百分点,我们的技术就是世界领先的。”在某重大工程任务中,于起峰团队研制的图像测量系统已符合应用需求,但他认为,要在任务中确保万无一失,必须精益求精进一步提高精度。经过近3个月刻苦攻关,终于把测量精度提高了一倍,此项精度达到了世界领先水平。
::一路走来,于起峰的话掷地有声:“作为军队的一名科技工作者,首先必须紧贴国防和军队建设需求从事科技创新工作,调整科研方向,完善科研内容,拓展应用领域,这样才能持续发展;尤其要善于从需求中凝结科学问题,结合自己的专业来研究,做别人做不了的事,从源头上创新,不需要总跟在别人后面;还要搞好成体系创新,形成具有核心竞争力的理论、方法和技术,走在世界的前列,为建设创新型国家和实施科技强军战略多做贡献。”
::


::(徐澄整理)

 

 

 

 

 

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