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

劉 旭

石爭浩在國外留學留影

霧霾是近年來我國北方地區比較常見的一種災害性天氣。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。”“遛狗不見狗，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及應用的普及，如何讓計算機視覺系統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揮正常作用，已經成為困擾計算機視覺領域的難題。西安理工大學計算機學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生興趣所致。他大學本科就讀于大連鐵道學院（現大連交通大學）鑄造技術專業，畢業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的技術工作，與計算機和圖像處理沒有一點關系。有一次，單位要編寫一個信息管理系統軟件。由于他上大學期間曾在大連理工大學輔修過軟件工程專業，有一定的計算機編程基礎，于是就被安排參與到這個軟件的設計開發中去。

“在參與這個軟件的開發過程中，我發現通過計算機編程將自己的一些想法實現出來很有意思。”石爭浩說。出于興趣，在工作兩年后，他報考了西安理工大學計算機應用技術專業碩士研究生，希望能在計算機這條路上有更好的發展。

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

石爭浩說他到海外去留學也是偶然。但是這其中更是必然。

早在上大學時，他就有出國留學的想法，曾參加了托福和GRE培訓，并通過了考試。進入研究生階段的學習之后，隨著他對國外計算機技術發展了解得越多，留學的想法就越強烈。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者何立風教授。

在何教授的推薦下，他博士畢業后來到日本名古屋工業大學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目標分割問題，他提出一種基于遺傳優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表。這項工作引起當時在芝加哥大學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肺結節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鈴木教授研究室從事醫學CT肺結節圖像分析研究。

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

說起海外學習的收獲，石爭浩感慨萬千。他說“國外的研究生活，兩點一線，比較單調。但良好的學術氛圍使我受益頗多，特別是在芝加哥大學和北卡羅來納大學教堂山分校兩段寶貴的研究經歷，對我影響更為深遠。”他覺得自己很幸運，在學術上遇到了頂尖的教授，不僅在研究上得到了快速成長，還在治學態度和團隊管理上學習到很好的經驗。

“芝加哥大學鈴木教授是一個研究作風非常嚴謹的人，在芝加哥大學工作期間，我接受了系統、嚴格的研究訓練，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。在鈴木教授的嚴格要求和認真指導下，我學會了如何較好地組織論文結構，如何較好地展示自己的實驗結果，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、對研究發展的把握上也更上一層樓。”

“沈定剛教授是醫學影像領域頂尖專家。他非常睿智并且勤奮，學生把文章發給他之后，常常在24小時內收到他的細致修改。他每周要跟組里50多名留學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容、方法甚至細節都了如指掌，指導非常到位。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。”

創新成矩陣 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學圖像、視頻監控等應用領域的關鍵問題，進行了較為深入的研究。其主要創新點融會貫通，在特定行業和領域應用中形成了矩陣效應，打出了漂亮的組合拳，也結出了豐碩成果。

其一，他針對醫學微小肺結節圖像、砂巖微觀圖像及企業污染票據等低辨度圖像，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相結合，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，提出一種基于對數域離散余弦變換的光照補償消光方法，克服了現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。”以該技術為基礎，石爭浩團隊設計完成了人臉光照補償軟件系統并在第三方軟件系統應用。

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，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。新西蘭大學信息學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，該技術在多家企業的戶外視頻監控系統中得到應用，產生了一定經濟效益。

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域權威期刊和國際會議發表高水平學術論文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、陜西高等學校科學技術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”創新創業人才項目。

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，取得了顯著的經濟和社會效益。截至目前，通過產學研合作，這些成果產生了巨大的經常效益，幫助合作企業新增銷售額累計達1億元人民幣。

石爭浩的研究工作在國內外也產生了巨大的影響。他曾先后多次受邀在國際會議、著名大學做學術報告。最近，他還受邀擔任印度BANASHTIHALI大學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用”的研究。項目開展1年來，圍繞關鍵的技術問題，他先后提出基于深度集成網絡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域高水平雜志上發表。這些成果為解決復雜環境下的圖像退化問題提供了新的理論和方法，對提高復雜環境下機器視覺的應用能力具有重要意義。

他還參加承擔了國家重點研發計劃項目“多模態自然交互虛擬融合開放式實驗教學環境”中的“開放式實驗教學應用平臺及示范”子課題。其目標是實現中學實驗教學資源的優化及共享，具有非常重要的社會意義。

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

“傳道授業解惑”，教學是教師的立身之本。石爭浩說：“大學老師不同于中學老師，不能單純地為教而教，更應該‘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中，使教學研究相互促進。”作為研究生導師，他注重培養學生的創新能力，他要求學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，石爭浩依然樂于擔任本科生班主任，和學生就專業學習和科研方面的問題進行近距離交流討論，引導學生積極追求向上。

“每一年研究生新生入學，我都要和學生進行一對一的交流，了解他們的專業興趣和擅長。然后根據交流結果，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：要求學生每周寫工作匯報；為及時跟蹤和指導學生的研究進展，每周定期組織學生交流討論近期研究問題，給每個人進行針對性的指導。

這種嚴格的管理和興趣導向培養，取得了很好的效果。自學校2016年首次設立優秀碩士畢業論文獎以來，石爭浩所指導學生已經有3人獲得該獎勵，而他本人也兩次獲評為優秀碩士論文指導教師，以及學院、學校優秀本科生指導教師。

“十年圓夢等續航，勝敗無論皆舊事，需知學海無止境；百事歸零待出發，你我攜手開新境，切記人生有彼岸。”這副對聯，是石爭浩寫給新入學研究生的寄語，也是他的治學態度。

“愛崗敬業，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，是石爭浩對自己數年工作的評價，也是他人生態度的一個寫照。

在這份“撥得云開見月明”的事業中，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”！