80載·工大榮光|鑄就空天光測的“神眼”於起峰

建校八十載,西工大培養了一批又一批的傑出人才,在各行各業成就了祖國的星河璀璨。在過去的歲月中,一代代西工大人努力拼搏、無私奉獻,始終堅定矢志不渝的報國精神,志存高遠的拼搏精神,科學嚴謹的求學精神和敢為人先的創新精神,將學校的發展和國家進步、民族振興的偉業緊密聯繫。

為慶祝80週年校慶,我們精選了一批生動的西工大故事,願新一批青年學子,能從他們的故事中汲取奮發向上的強大動力。

於起峰 ,1958年4月生,山東威海人;1981年12月西北工業大學飛機系飛機結構及強度計算專業;現任國防科技大學航天與材料學院教授,博士生導師,中國科學院院士;我國光測實驗力學和測控光測圖像技術領域著名專家;長期從事基於圖像的精密測量與運動測量、光測實驗力學與攝像測量學的研究,多項成果填補了國際、國內空白;主持完成國家自然科學基金、“863”計劃等科研項目數十項;獲國家技術發明二等獎等多項獎勵;2006年獲全軍傑出專業技術人才獎。

80載·工大榮光|鑄就空天光測的“神眼”於起峰

2009年12月,西北工業大學校友、國防科技大學航天與材料工程學院軍事航天繫於起峰教授當選中科院院士,他是這屆新增院士中唯一以實驗力學、精密光測為學科專業背景的科學家。

於起峰1981年12月本科畢業於西工大飛機系,1984年7月碩士畢業於國防科技大學航天技術系,從此與國防科技與教育事業結下了不解之緣。鑑於於起峰畢業之後在空天光測領域做出的突出業績,2010年11月17日他被聘為西工大兼職教授;2011年6月27日成為西工大雙聘院士。

400年前,伽利略從望遠鏡中仰望浩渺蒼穹,說出了流傳至今的名言,宣示了一個科學家的遠大抱負:“有必要測量一切可測的,並努力使那些尚不可測的成為可測。”10餘年前,於起峰把這句箴言寫入自己專著的前言。如今,這句名言又被鐫刻在國防科技大學空天圖像測量與視覺導航研究中心大廳的形象牆上。利用已知,求索創新,“努力使那些尚不可測的成為可測”,於起峰和他的團隊正在測量科學的高峰上不懈地攀登,踐行著科學家的箴言。沿著這條路徑,我們也可以看到於起峰一路走來的閃光足跡。

強基:為了心中的“強軍夢”

早在戰國初期,墨學創始人墨子便發現了光的反射定律,建立了中國的光學體系。兩千年過去了,如今的光學發展早已一日千里。光學測量技術的研發,國際上始於20世紀30年代,並迅速發展形成了一門新興交叉學科,這就是將傳統的攝影測量、光學測量與現代計算機視覺、數字圖像處理分析等學科交叉融合而形成的攝像測量學,也有人將這種攝像測量的技術方法稱為光學測量或簡稱光測,而在專業學科領域,則稱之為光測圖像技術。我國在這方面的自主研究至少落後40年。

為了趕超國際先進水平,於起峰把目光投向當時在這一領域領先的德國不來梅大學和布倫瑞克工業大學。1990——2005年,於起峰以訪問學者、攻讀博士學位、參觀講學等機會先後出國10餘次。在德國不來梅大學攻讀博士學位期間,於起峰痛感我國光沒測量起步太晚,為了趕超國際先進水平,他沒有像其他同學一樣花時間精力學當地語言,而是放棄德語學習,足不出戶一心鑽研專業,用3年時間完成了通常需要6年完成的博士學位論文,併成為不來梅大學機械系首個用英語寫作學位論文、進行論文答辯的博士。在以優異成績完成學業後,他婉言謝絕導師的重金挽留,毅然回到祖國,投身科技創新事業。

回國後,由於於起峰學歷高、能力強、成績突出,又有出國留學經歷,思路、眼界寬廣,單位黨委研究讓他擔任領導職務,他卻明確表示願意當一位普通教員。他說,光測科學基礎性、理論性強,又與部隊需求密切相關,要能長時間坐冷板凳,要有時間跑部隊搞調研,當老師能發揮個人長處。組織上經過慎重考慮,接受了他的意見。

80載·工大榮光|鑄就空天光測的“神眼”於起峰

30多年過去了,西工大的校訓校風以及國防科大優良作風浸潤著於起峰的心田,當年的“畢業生登記表”、“自傳”等檔案材料中,仍然鮮活地跳動著他的思想脈搏:“以黨需為己願。”“在革命軍人家庭出生成長和之後的學習經歷對我熱愛祖國,熱愛黨的思想意識,勤奮努力工作,作風嚴謹、堅忍不拔的性格形成,起到了關鍵重要的作用。”“自尊、自重、自強,努力學習吸收先進技術,並毫無保留地奉獻給祖國。”

“我對自己所從事的事業、學科專業充滿著執著的追求和熱愛。積極開展原始創新工作,認真幹好自己的事,努力實幹、奮鬥,為托起強軍夢奉獻自己的一份力量,這始終是我堅持的夢想。”於起峰由衷地說。

創新:“做那些別人做不了的事”

在甲骨文中,“光”字上面是一團火,下面像是一個坐著的人,就好像長出四肢的火,來到哪裡,就給哪裡帶來光明。“我希望我能抓緊時間多做一些別人做不到的事情,解決一些別人不能解決的問題,研究一些別人沒有研究的課題,儘量多發揮我的力量。”於起峰這樣定位自己。

20世紀80年代,於起峰開始致力於光測實驗力學條紋圖像分析研究。經過十幾年艱苦的探索,於起峰創立了一套完整的干涉條紋圖像處理理論體系,解決了多項困擾國際條紋圖像處理領域的基本理論問題,論文在美國一家權威刊物上發表,被譽為“具有國際先進水平”。

恩格斯說過:“一旦技術上的進步可以用於軍事目的,並且已經用於軍事目的,它們便立刻幾乎強制地,而且往往違反指揮官的意志而引起作戰方式上的改變甚至變革。”當今世界,以信息技術為核心的軍事高科技發展及其廣泛應用,正在深刻改變著軍事鬥爭的面貌,引發軍事領域一系列革命性的變化。

如何“讓理論走出書本,把應用送到部隊”,成為於起峰最大的心事。他發現,一方面,國內靶場光測仍停留在膠片記錄、人工判讀的階段,效率低、精度差,延長了新武器裝備的研製試驗週期;另一方面,由於眼界、觀念、經費等方面的原因,有的裝備試驗靶場對新技術、新方法持懷疑態度,不情願告別老設備、老方法,要把先進的靶場光測技術應用於裝備研製和試驗並非易事。但於起峰不放棄、不動搖,堅信自己的技術方法是最好的。他不斷地給團隊成員鼓勁說:“我們就是要爭取做那些別人做不了的事。”他常常一個月跑三四個靶場,一年下來往返各靶場數十次。每次都苦口婆心、不厭其煩地講解、演示、宣傳。經過兩年努力,終於簽訂了第一個技術開發合同。某部隊一位領導說:“於教授,我是被你鍥而不捨的精神給感動的!”經過精心細緻地調試、改進、升級,於起峰用原本只做原理樣機的有限預研經費,研製出滿足靶場實際試驗需要的工程樣機,各項性能指標均超過靶場原有的判讀設備。

80載·工大榮光|鑄就空天光測的“神眼”於起峰

技術創新無止境。於起峰不滿足已有的膠片判讀技術,而是啟用先進的數字攝像代替陳舊的膠片記錄,研製出數字化圖像記錄系統,實現了靶場光測系統從膠片記錄到全數字化的技術變革。

於起峰針對試驗基地的光測條件和目標特性,發明了三維姿態測量系列方法和裝備,在不增加外測設備的條件下,使靶場光測水平由三自由度位置參數測量,躍進到六自由度位置和姿態參數測量。由此結束了國內靶場外測只能獲得彈道數據,無法進行姿態測量的歷史。

於起峰的研究在不斷深入。過去靶場經緯儀都是安裝在固定的站點上,不僅影響觀測的靈活性,而且需要有人值守,維護困難。而機動經緯儀由於基座的不穩定性而導致觀測精度不夠,一直以來都是個技術難題。經過反覆思索,於起峰找到了提高車載經緯儀測量精度的方法,著手工程應用研究,這又將給靶場測量帶來一場新變革,使高精度觀測的經緯儀具有了機動性。

為了推廣光測判讀技術和設備,於起峰的足跡遍佈總裝、海軍、空軍和二炮的各試驗靶場。凡有需求的,都用上了他研製的光測圖像判讀儀。有專家稱,這是“國內靶場40年來判讀系統的新變革”。

“走一步看十步想百步”,團隊成員和協作單位這樣評價於起峰持續創新的執著。當靶場光測設備取得國內領先的技術優勢時,於起峰又投入到基於生物視覺原理有效解決圖像匹配問題的研究中。雖然起步較國內同行稍晚些,但他在這個方向上獨闢蹊徑,率先完成了“發射後不管”新體制景象匹配的外場驗證實驗。

引領:站在空天光測領域的前沿

於起峰常說:“我們中國人夠聰明,能吃苦,不需要總是跟在別人後面。只要不懈努力,就能夠自主創新,解決重大科技問題,走在世界前列。

於起峰一直致力於光測實驗力學條紋圖像分析研究,在國際上開創性地提出和發展完善了能濾除條紋圖各種噪聲並保持條紋相位不受損害的旋濾波、等值線窗口濾波與相關法等系列光測干涉條紋圖處理的理論和方法。在將光測實驗力學與光學工程、攝影測量、計算機視覺等學科融合中,開拓了攝像測量學這一國際上新興交叉學科的應用領域,並取得有特色的理論研究成果和應用成果。

於起峰長期從事針對實驗力學中大型結構變形測量和大尺度運動測量的技術科學問題的研究工作。在定點像機測量運動目標方面,攻克了靶場目標三維姿態測量和自動實時三維運動測量的關鍵技術;在運動像機測量運動目標方面,建立了運動單像機測量點目標三維運動、不通視多點動態變形監測和不穩定測量平臺動態校準的理論和方法;在運動像機測量靜態場景(攝像平臺自運動測量)方面,提出了飛行器視覺導航系列新方法,並提高了景象匹配與目標識別的精度和適應性;在靜態變形測量方面,提出了干涉條紋圖相位無損降噪和條紋中心線系統誤差消除的理論和方法。研究成果成功應用於載人航天和國防領域。

80載·工大榮光|鑄就空天光測的“神眼”於起峰

起初,於起峰的光測圖像技術主要面向地面靶場和航空領域。隨著我國載人航天和探月工程以及遠洋裝備研製的啟動,這項技術的應用範圍不斷向空天和藍海延伸。

飛天攬月夢想付諸行動過程中,於起峰和他的團隊在其中擔當的角色也可圈可點:航天員眼動和著陸衝擊運動測量、逃逸飛行返回艙試驗運動測量、箭體傾倒監測、返回艙著陸試驗運動參數測量、航天員艙內三維運動測量、月貌圖像超分辨率重建研究……這些測量、研究在“神舟三號”至“神舟七號”發射任務中得到成功應用,意味著光測圖像技術已經開始丈量中國人豪邁的太空腳步。

走向藍海,於起峰的光學圖像測量與視覺導航研究,鎖定了新的目標。大型船體的動態變形測量,一直被國際船舶界所關注。他創新攝像測量系統構建方式,提出折線光路像機鏈/像機網絡攝像測量新概念,解決了不通視和超大視角目標間相對位置、姿態測量的世界性難題。

30餘年的探索與創新,於起峰和他的團隊形成了包括6個研究系列、13條應用途經和8個創新點在內的完整的實驗力學精密光測及圖像處理理論體系,併成功應用於戰備實踐,為提高我國航空航天和武器試驗測試能力、提升我軍武器裝備性能發揮了重要作用。

求精:傾注為人師長的全部心血

於起峰非常注重師生之間的交流,從中瞭解學生的研究動態和最新想法。他經常組織課題組開展學術交流活動,讓老師、學生一起就各自的最新研究課題展開討論,使師生們在切磋砥礪中相互受益。一次與國外同行交流,偶爾瞭解到一個電子技術領域關於干涉合成孔徑雷達圖像處理中的國際難題,於起峰產生了靈感:可否用干涉條紋圖處理方法來解決?這個問題學科交叉性很強,涉及多個專業,他把30多本專業書籍和資料分發給課題組的老師和學生研讀,然後輪流講課,共同探討。一個月後,他們通過集體充電,創新地提出了最優處理方法,論文成果在多個國際權威刊物上發表,從源頭上解決了干涉合成孔徑雷達圖像高散斑噪聲的國際難題,大幅提高幹涉合成孔徑雷達的使用效益。

於起峰強調思想要刻苦,對尚未解決的難題的深入思考起碼要超過兩個小時,才會有意想不到的收穫。“哪裡有天才?我是把別人喝咖啡的功夫都用在工作上了。”他對魯迅說的話感同身受。一次住院,每天上午打點滴時,病友看電視,於起峰卻靜下心來思考問題,一個療程打下來,一個困擾他兩年的測量平臺標定難題終於被他想透了。於起峰從沒有閒工夫,感覺最缺的就是時間。他充分利用點滴時間思考琢磨問題,即使出差的旅途中也不例外。一位老教授回憶於起峰剛參加工作時的往事說,他們一行幾人乘火車去北京出差,於起峰上車後,就從乘坐的硬臥車廂跑到軟臥車廂跟老外用英語交流去了,車行一路,交流一路。在學術攻關上思想刻苦,在技術推廣上他同樣鍥而不捨。有這樣一件事可以印證:某項技術應用需要得到上級支持。為不錯過機會,於起峰設法與相關領導搭乘同一航班,在飛機上彙報了自己的技術項目。這件事至今仍被傳為佳話。

於起峰對工作極端負責,他認為在學術上有所成就,必須要有嚴謹的治學態度,還要有精益求精的創新作風,達到一流、卓越和完美是他在科技創新中的執著追求。於起峰對工程試驗中的精度要求近乎苛刻,只要理論分析認為能達到的精度,他千方百計努力實現。他說,“實驗精度達到百分之八九十並不難,難就難在每提高一個百分點都要付出更大精力和更多時間,國外技術領先在哪裡,就在這一個百分點上,我們比他們高一個百分點,我們的技術就是世界領先的。”在某重大工程任務中,於起峰團隊研製的圖像測量系統已符合應用需求,但他認為,要在任務中確保萬無一失,必須精益求精進一步提高精度。經過近3個月刻苦攻關,終於把測量精度提高了一倍,此項精度達到了世界領先水平。

一路走來,於起峰的話擲地有聲:“作為軍隊的一名科技工作者,首先必須緊貼國防和軍隊建設需求從事科技創新工作,調整科研方向,完善科研內容,拓展應用領域,這樣才能持續發展;尤其要善於從需求中凝結科學問題,結合自己的專業來研究,做別人做不了的事,從源頭上創新,不需要總跟在別人後面;還要搞好成體系創新,形成具有核心競爭力的理論、方法和技術,走在世界的前列,為建設創新型國家和實施科技強軍戰略多做貢獻。”

來源 | 《西工大故事2》

整理 | 徐澄 視覺 | 陳巨


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