讓計算機不僅“看得見” 更“看得清”
——記西安理工大學(xué)計算機學(xué)院教授石爭浩

劉 旭

石爭浩在國外留學(xué)留影

霧霾是近年來我國北方地區(qū)比較常見的一種災(zāi)害性天氣。每年10月至次年3月，很多城市都會被連日的霧霾籠罩。有人開玩笑說“世界上最遠的距離，不是生與死，而是我在街頭牽著你的手，卻看不見你的臉?！薄板薰凡灰姽?，狗繩提在手，見繩不見手，狗叫我才走！”“情侶逛街走，必須手牽手；撞上樹和柱，被迫暫松手；過了樹和柱，不見情人手。”……一大波的段子也由此而生。

近年來，隨著計算機視覺技術(shù)及應(yīng)用的普及，如何讓計算機視覺系統(tǒng)在霧霾天氣中看清朦朦朧朧的行人、車輛，如何使其在能見度低的場景下發(fā)揮正常作用，已經(jīng)成為困擾計算機視覺領(lǐng)域的難題。西安理工大學(xué)計算機學(xué)院圖像所的石爭浩是研究該問題的專家，他說他做的工作就是“要讓看不見的對象看得見，讓看不清楚的圖像看得更清楚”。

勤學(xué)筑基石 篤行見高瓴

石爭浩說，他從事計算機圖像處理純粹是偶然后來產(chǎn)生興趣所致。他大學(xué)本科就讀于大連鐵道學(xué)院（現(xiàn)大連交通大學(xué)）鑄造技術(shù)專業(yè)，畢業(yè)后分配到鐵道部西安車輛工廠從事鐵道車輛配件鑄造生產(chǎn)的技術(shù)工作，與計算機和圖像處理沒有一點關(guān)系。有一次，單位要編寫一個信息管理系統(tǒng)軟件。由于他上大學(xué)期間曾在大連理工大學(xué)輔修過軟件工程專業(yè)，有一定的計算機編程基礎(chǔ)，于是就被安排參與到這個軟件的設(shè)計開發(fā)中去。

“在參與這個軟件的開發(fā)過程中，我發(fā)現(xiàn)通過計算機編程將自己的一些想法實現(xiàn)出來很有意思?！笔癄幒普f。出于興趣，在工作兩年后，他報考了西安理工大學(xué)計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)碩士研究生，希望能在計算機這條路上有更好的發(fā)展。

2000年，他碩士研究生畢業(yè)被保送攻讀本校電力電子與電力傳動專業(yè)的博士研究生。但經(jīng)過一段時間考慮后，他放棄了這個寶貴機會，選擇報考西安微電子技術(shù)所的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)的博士研究生。他說：“之所以放棄和再選擇，是因為對計算機技術(shù)研究的興趣和熱愛，而選擇西安微電子技術(shù)所計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)，是因為該所研發(fā)了我國第一顆衛(wèi)星上的計算機系統(tǒng)，對之非常敬仰。”

石爭浩說他到海外去留學(xué)也是偶然。但是這其中更是必然。

早在上大學(xué)時，他就有出國留學(xué)的想法，曾參加了托福和GRE培訓(xùn)，并通過了考試。進入研究生階段的學(xué)習之后，隨著他對國外計算機技術(shù)發(fā)展了解得越多，留學(xué)的想法就越強烈。一個偶然機會，他認識了在日本從事圖像處理研究的著名華人學(xué)者何立風教授。

在何教授的推薦下，他博士畢業(yè)后來到日本名古屋工業(yè)大學(xué)智能信息系伊藤教授研究室從事機器人視覺方向的博士后研究。針對機器人視覺動態(tài)目標分割問題，他提出一種基于遺傳優(yōu)化的模糊均值聚類分割方法，并被2007人工智能與模式識別大會作為大會邀請論文接收發(fā)表。這項工作引起當時在芝加哥大學(xué)任教的鈴木教授的注意。鈴木教授當時正在與何立風教授合作研究CT肺結(jié)節(jié)圖像的分割與檢測問題。在何教授的再次推薦下，受鈴木教授邀請，2007年7月，石爭浩以研究員的身份到芝加哥大學(xué)鈴木教授研究室從事醫(yī)學(xué)CT肺結(jié)節(jié)圖像分析研究。

回國工作多年后，受國家留學(xué)基金委資助，2016年12月，他以訪問學(xué)者身份再次赴美交流。這次，他聯(lián)系了醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的頂尖華人學(xué)者北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的沈定剛教授。沈教授熱情地回復(fù)了郵件，并盛情邀請他赴美從事腦膠質(zhì)瘤的影像分析研究。

說起海外學(xué)習的收獲，石爭浩感慨萬千。他說“國外的研究生活，兩點一線，比較單調(diào)。但良好的學(xué)術(shù)氛圍使我受益頗多，特別是在芝加哥大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)教堂山分校兩段寶貴的研究經(jīng)歷，對我影響更為深遠?！彼X得自己很幸運，在學(xué)術(shù)上遇到了頂尖的教授，不僅在研究上得到了快速成長，還在治學(xué)態(tài)度和團隊管理上學(xué)習到很好的經(jīng)驗。

“芝加哥大學(xué)鈴木教授是一個研究作風非常嚴謹?shù)娜?，在芝加哥大學(xué)工作期間，我接受了系統(tǒng)、嚴格的研究訓(xùn)練，特別是論文寫作，鈴木教授幾乎每篇文章都是一字一句指導(dǎo)。在鈴木教授的嚴格要求和認真指導(dǎo)下，我學(xué)會了如何較好地組織論文結(jié)構(gòu)，如何較好地展示自己的實驗結(jié)果，如何較好地進行語言論述，讓自己的研究成果更容易被認可，并且在對問題的分析判斷、對研究發(fā)展的把握上也更上一層樓?！?/p>

“沈定剛教授是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域頂尖專家。他非常睿智并且勤奮，學(xué)生把文章發(fā)給他之后，常常在24小時內(nèi)收到他的細致修改。他每周要跟組里50多名留學(xué)生進行一對一的當面交流；令人敬佩的是，沈教授對每個人的研究內(nèi)容、方法甚至細節(jié)都了如指掌，指導(dǎo)非常到位。更重要的是，沈定剛教授對團隊成員要求非常嚴格，除了每天要打卡上下班，每周還要寫研究進展匯報，要參加3次研究室組會。對于組會交流，他非常注重陳述表達，大到一個算法的框架，小到一個PPT中的標點符號都要求完美呈現(xiàn)?！?/p>

創(chuàng)新成矩陣 汗水鑄碩果

如何既能有效抑制圖像中的干擾噪聲，同時又能有效增強圖像中的感興趣信息，一直是圖像處理及計算機視覺研究的熱點，也是圖像增強研究中的一個基礎(chǔ)性難題。

在國家自然基金、陜西省自然基金及陜西省教育廳自然科學(xué)專項計劃項目資助下，石爭浩及其團隊圍繞低辨度圖像增強及其在醫(yī)學(xué)圖像、視頻監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，進行了較為深入的研究。其主要創(chuàng)新點融會貫通，在特定行業(yè)和領(lǐng)域應(yīng)用中形成了矩陣效應(yīng)，打出了漂亮的組合拳，也結(jié)出了豐碩成果。

其一，他針對醫(yī)學(xué)微小肺結(jié)節(jié)圖像、砂巖微觀圖像及企業(yè)污染票據(jù)等低辨度圖像，基于人眼視覺的選擇性機制及拉普拉斯高斯函數(shù)的多尺度表達特性，首次將Hessian矩陣分析和拉普拉斯高斯濾波函數(shù)相結(jié)合，提出基于Hessian矩陣分析和拉普拉斯高斯濾波（Hessian-LoG filtering）的圖像增強方法。Journal of Biomedical Engineering and Medical Imaging主編、圖像處理及人工智能著名專家、美國伊利諾理工學(xué)院Suzuki教授評價該方法“思路新穎，效果很好”。IEEE/ACM Fellow，英國倫敦城市大學(xué)教授Panos Liatsis教授評價該方法是“一種性能良好的濾波方法，能很好處理微小感光細胞”。

其二，他針對光照變化對圖像的影響問題，提出一種基于對數(shù)域離散余弦變換的光照補償消光方法，克服了現(xiàn)有方法無法處理極端光照不足的問題。論文評閱人給出如下評閱意見：“使用該方法在每種實驗情況下得到的識別結(jié)果都很理想，推薦將其作為一種可靠的光照標準化解決方案?！币栽摷夹g(shù)為基礎(chǔ)，石爭浩團隊設(shè)計完成了人臉光照補償軟件系統(tǒng)并在第三方軟件系統(tǒng)應(yīng)用。

其三，他針對霧霾圖像的清晰化增強處理問題，受暗通道先驗啟發(fā)，提出一種暗先驗單圖像去霧增強方法，與暗通道先驗去霧方法相比，該方法運算時間短，圖像去霧后對比度較好。新西蘭大學(xué)信息學(xué)院馬特教授對這項工作表示出極大興趣，曾當面提出并隨后多次來函希望與石爭浩團隊在該方面進行合作研究。此外，該技術(shù)在多家企業(yè)的戶外視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，產(chǎn)生了一定經(jīng)濟效益。

近年來，石爭浩及其團隊先后在Neural Computing & Applications、IET image processing和ICPR等人工智能及圖像處理領(lǐng)域權(quán)威期刊和國際會議發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文41篇，其中1篇進入2019年ESI高被引top 10%；以第一完成人先后獲陜西省科技進步獎二等獎1項、西安市科技進步獎二等獎1項、陜西高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)獎二等獎及三等獎各1項。2018年度，入選浙江省臺州市“500精英人才”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才項目。

上述成果不僅探究了解決問題的理論與方法，還通過與多家公司的合作，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。截至目前，通過產(chǎn)學(xué)研合作，這些成果產(chǎn)生了巨大的經(jīng)常效益，幫助合作企業(yè)新增銷售額累計達1億元人民幣。

石爭浩的研究工作在國內(nèi)外也產(chǎn)生了巨大的影響。他曾先后多次受邀在國際會議、著名大學(xué)做學(xué)術(shù)報告。最近，他還受邀擔任印度BANASHTIHALI大學(xué)博士論文選題評審專家；并且受中科院院士（外籍），巴基斯坦教育部、科技部前部長，卡拉奇大學(xué)Atta-ur-Rahman教授邀請擬擔任Current Chinese Science co-editor。

研究無止境 攜手開新篇

石爭浩目前正在主持國家自然基金面上項目“弱光低照多光源互擾塵霾圖像增強方法及應(yīng)用”的研究。項目開展1年來，圍繞關(guān)鍵的技術(shù)問題，他先后提出基于深度集成網(wǎng)絡(luò)的夜間雨霧圖像增強方法、基于光暈抑制的暗通道先驗沙塵圖像增強方法、基于伽瑪矯正的帶顏色恢復(fù)的限制性直方圖均衡沙塵圖像增強方法，并在Neural Computing & Applications、IET image processing等人工智能及圖像處理領(lǐng)域高水平雜志上發(fā)表。這些成果為解決復(fù)雜環(huán)境下的圖像退化問題提供了新的理論和方法，對提高復(fù)雜環(huán)境下機器視覺的應(yīng)用能力具有重要意義。

他還參加承擔了國家重點研發(fā)計劃項目“多模態(tài)自然交互虛擬融合開放式實驗教學(xué)環(huán)境”中的“開放式實驗教學(xué)應(yīng)用平臺及示范”子課題。其目標是實現(xiàn)中學(xué)實驗教學(xué)資源的優(yōu)化及共享，具有非常重要的社會意義。

像這樣的國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金項目，石爭浩及其團隊承擔參加了很多。每一次科研攻關(guān)的過程，都是一次團隊能力提升的鍛造過程。

“傳道授業(yè)解惑”，教學(xué)是教師的立身之本。石爭浩說：“大學(xué)老師不同于中學(xué)老師，不能單純地為教而教，更應(yīng)該‘教而研之，研而用之’。所以我一直堅持將自己和團隊的研究成果引入教學(xué)中，使教學(xué)研究相互促進。”作為研究生導(dǎo)師，他注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，他要求學(xué)生拓展和把握最新的研究方向。

“以德為師,以身為范”。盡管承擔了繁重的科研任務(wù)，石爭浩依然樂于擔任本科生班主任，和學(xué)生就專業(yè)學(xué)習和科研方面的問題進行近距離交流討論，引導(dǎo)學(xué)生積極追求向上。

“每一年研究生新生入學(xué)，我都要和學(xué)生進行一對一的交流，了解他們的專業(yè)興趣和擅長。然后根據(jù)交流結(jié)果，分配不同的研究問題。一般我會挑選好適合他們的文獻，讓他們一篇一篇地研讀。”石爭浩表示，在對研究生的管理方面，他借鑒了沈定剛教授的團隊管理方法：要求學(xué)生每周寫工作匯報；為及時跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生的研究進展，每周定期組織學(xué)生交流討論近期研究問題，給每個人進行針對性的指導(dǎo)。

這種嚴格的管理和興趣導(dǎo)向培養(yǎng)，取得了很好的效果。自學(xué)校2016年首次設(shè)立優(yōu)秀碩士畢業(yè)論文獎以來，石爭浩所指導(dǎo)學(xué)生已經(jīng)有3人獲得該獎勵，而他本人也兩次獲評為優(yōu)秀碩士論文指導(dǎo)教師，以及學(xué)院、學(xué)校優(yōu)秀本科生指導(dǎo)教師。

“十年圓夢等續(xù)航，勝敗無論皆舊事，需知學(xué)海無止境；百事歸零待出發(fā)，你我攜手開新境，切記人生有彼岸?！边@副對聯(lián)，是石爭浩寫給新入學(xué)研究生的寄語，也是他的治學(xué)態(tài)度。

“愛崗敬業(yè)，勇于承擔，努力進取，無問西東；用心育人，樂于奉獻，力爭上游，只因有夢。”這副對聯(lián)，是石爭浩對自己數(shù)年工作的評價，也是他人生態(tài)度的一個寫照。

在這份“撥得云開見月明”的事業(yè)中，石爭浩和他的研究團隊將越走越遠，讓計算機不僅“看得見”，更能“看得清”！