立報國之志 展巾幗風采

李剛

一頭烏黑微卷的長發，略有些單薄的身形，還有清秀的臉龐上戴著一副黑框眼鏡，這是北京理工大學副教授王霞給人的第一眼印象，文靜、溫和、秀麗。然而，只有真正熟悉她的人才知道，這個能夠在光電成像與光電檢測領域苦研多年，并取得一系列成就的科研女子，并非表面看上去的那么嬌柔。事實上，出生于中國甘肅的她，骨子里一直透露著一份超乎常人的堅毅和韌性，是一個不折不扣的“鐵娘子”。

“鐵娘子”的成長之路

甘肅，位于中國西部，是古代所謂的邊塞之地。這里有荒蕪廣闊的戈壁、黃沙綿延的沙漠，以及蜿蜒壯闊的河道。鮮明的地理環境養成了此地人堅毅而又韌勁十足的個性。在這種環境的熏陶下，從小生于此，長于此的王霞也明顯地養成了這樣的性格特點。

堅韌的性格是王霞的一大特點，除此之外，強烈的愛國主義也是她給人印象最深刻的地方之一。據出生于20世紀70年代的她回憶，在幾十年的成長過程中，她親身經歷了中國在工業、科技等眾多領域由落后到先進的飛躍式發展，時代的變化使得她養成了希望通過個人努力為建設國家作貢獻的愿望。在這一愿望及堅韌性格的陪伴下，王霞一路由中學走入了中國礦業大學，進行電力電子與電力傳動方向的學習，研發與礦井安全相關的檢測及控制系統。“那時尚是20世紀90年代初期，國家還不流行大規模從國外進口相關設備，因此我們的研發內容有助于緩解國家安全生產的壓力，相當于在一定程度上為國家工業作貢獻。”當時，王霞一想到自己的研究工作能夠為社會發展帶來促進作用，內心就會油然升起一股帶著雀躍的成就感。

彼時，正值我國社會進步與科技發展的加速時期，為了解決國民經濟、社會發展及科技自身發展中面臨的國家需求及社會關鍵問題，國家鼓勵學者開展跨學科研究，加強科技創新。為了響應國家號召，博士畢業后，王霞來到了北京理工大學光電工程專業開展研究工作。

如果將王霞比喻為一只內心懷有強烈抱負的鳥，那么，北京理工大學則給了她自由的翱翔空間。作為中國共產黨創辦的第一所理工科大學，北京理工大學擁有深厚的研究底蘊及豐富的教育資源。進入學校后，王霞有幸結識了王大衍院士、周立偉院士、高稚允教授等我國光電領域權威人物，并跟隨他們開展相關研究，后來王霞將其形容為自己當時是站在巨人的肩膀上研究和成長的。

在學術前輩及自身努力的加持下，王霞在科研上的進步是飛躍式的，這種進步最為明顯地體現在她對光電檢測設備的研究及應用上。彼時，隨著工業的快速發展，微光與紅外成像器件在我國多個領域得以應用，推動了相關工業生產。但問題在于，我國缺少與這些器件相應的檢測設備，大部分時候只能從國外購買，且每臺設備檢測的功能有限，一項完整的檢測往往需要多臺設備共同完成。昂貴的價格加上多臺同時進購，無疑極大地增加了工業生產的成本。因此，在高稚允教授的指導下，王霞開始琢磨如何自主研發這些器件，并將其集合起來，研發一臺系統的、多功能的檢測設備。

王霞回憶道，檢測設備的研發是在暗室中進行的，并且在研發過程中需要長期不斷地觀察黑白條紋進行測試，這個過程無論是對人的視覺還是心理影響都是非常大的。她笑著說，自己后來在兩年時間內，只要看到帶有條紋的衣服，都會覺得十分晃眼。研發期間付出的努力沒有白費，王霞最終實現了設備的整體性研發，并且達成了在大動態范圍內對光進行明暗調整的目標，完成了這項難度不低的挑戰。要知道，這套設備的研發，在當時的世界范圍內都是相對領先的。

一片丹心圖報國

為國營企業研發微光與紅外檢測設備的經歷打開了王霞研究路上的一個新的大門，從此之后，她徹底踏入了光電成像與光電檢測領域，并且又持續探索了多種創新性的檢測方法和檢測設備，來為國家的工業部門提供相關支持。

但王霞在光電領域的成果遠不止如此，憑借為國家發展服務的初衷，她在偏振成像探測技術方面取得了一系列創新性的成果，為我國的海洋監測、3D測量及人造目標探測等領域的向前發展提供了有效的推力。

一直以來，水都是人類社會的寶貴資源，在國內外眾多的權威分析報告中，都有這樣一個共同的結論：21世紀人類面臨的三大難題是人口、資源和環境問題，解決這些問題的出路之一在海洋。為了發展經濟，保護環境，海洋環境監測已經成為我國乃至全世界共同面臨的課題。

但對海洋的監測也面臨著種種難題，要知道，在海洋等水體環境中，太陽耀光等強雜波背景是目標探測中極具破壞力的一種干擾環境，大大影響了探測成像系統的性能和應用能力。此外，海面環境中紅外偏振成像探測的相關理論和雜波抑制方法研究開展相對較少，探測理論模型不夠完善，以及國內缺少偏振成像探測設備，不能對相關理論進行驗證分析等，同樣成為海洋監測道路上的難題。

針對上述問題，王霞首先研究了海面環境中的偏振光線傳輸過程，建立了海面紅外熱輻射偏振模型，使得對不同光照條件下的海面紅外偏振輻射特性數值仿真結果貼近經驗觀測值。不僅如此，王霞還帶領研究團隊研究了水面雜波的紅外偏振特性，提出了基于最小偏振度/偏振角噪聲的線偏振成像系統的檢偏角優化組合方法，并通過仿真研究太陽耀光的時域偏振特性，結合偏振濾波，以及時域濾波的優勢，提出了基于太陽耀光時域偏振特性的水面雜波抑制方法，最終有效抑制背景雜波，大幅提升信噪比，有利于目標探測。最后，王霞還帶領團隊研制了一臺平行光路長波紅外偏振成像系統工程樣機，繼續投入后續的紅外偏振成像研究中去。這一系列研究在紅外偏振成像理論、方法、系統及海洋偏振場景仿真中填補了國內諸多空白，為我國的海洋監測事業貢獻了重要力量。

更上一層樓

事實上，別看王霞如今在光電成像及光電探測領域已經擁有了深厚的研究底蘊，并取得了眾多技術及應用成果，在不斷提升自己研究能力的過程中，她也曾經歷過因缺乏研究經驗而導致研究差點中斷的階段。只不過，在意識到自己在研究方法上的局限之后，她迅速改正，最終使得自己的研究水平更上一個臺階。

原來，彼時的王霞盡管已經在光電成像及探測領域取得了多項成果，但是受之前電力電子與電力傳動研究思維的影響，她更傾向于從技術層面來解決現實應用的問題，而對其中更深層次的機理問題相對欠缺考慮。談到這的時候，王霞特別感謝她博士后合作導師金偉其教授。

據王霞回憶，金教授當時的指導建議對她的研究道路的影響是巨大的。在金教授的指導下，王霞苦下了一番功夫，最終在研究能力上更上一層樓，實現了應用技術與基礎理論的共同進步，并且將其應用在后來關于光學成像系統性能評價仿真的研究中。

長期以來，光學成像已經廣泛應用于國計民生的方方面面，如何有效地評價光學成像系統的探測性能，對于改進光學成像系統，提高應用效能具有重要的指導意義。因此，光學遙感及紅外成像由于成像任務與應用環境的復雜性，有必要開展相應的仿真研究。

針對遙感光學成像系統的探測性能評價，王霞基于數值模型的性能評價和基于圖像特征的性能評價兩個方面建立了仿真評價方法。在數值模型方面，她模擬了遙感成像過程中大氣、光學系統、遙感平臺、探測器等環節對成像質量的退化影響，同時提出最小可分辨輻射對比度模型及其探測概率模型，使之可用于反映遙感成像系統的綜合探測能力。在圖像評價方面，她提出了一種基于圖像特征的性能評價模型，建立了基于圖像特征的探測概率模型，能夠對不同成像環境、不同系統設計條件下目標探測概率進行仿真對比。而在紅外成像系統性能評價方面，王霞則通過紅外場景仿真技術模擬不同型號的成像系統，在不同的氣象環境下，對不同場景成像時的效果圖，進而對成像系統性能進行綜合評估。

王霞還重點開展了紅外場景仿真的理論分析和技術研究工作，構造了紅外場景仿真的全鏈路模型，將嚴格的紅外輻射傳輸理論與現代高性能數值計算理論技術相結合，開發出了高仿真圖像細節表現度、高輻射計算精度、高仿真計算效率的紅外場景仿真平臺。該研究在一定程度上彌補了現有紅外場景仿真技術研究的不足，并且為后續進行更深入的研究起到了推動作用。

但王霞并不滿足于以上取得的這些成果，對她而言，光電成像及光電探測技術還應該有更廣闊的應用空間，“它就像一把劍，應該用它來解決更多束縛社會向前發展的難題”。為此，她將研究目光聚焦在了非視域成像及中波紅外焦平面壓縮成像等新體制成像方面。

一直以來，非視域成像技術作為一種通過獲取中介表面的間接反射或散射信息，對視場外隱藏物體成像的新型探測技術，在反恐偵察、醫學成像、災難救援和自動駕駛等方面具有重要的應用價值。針對這一重要價值，王霞一方面設計了基于光子計數原理的時間分辨型非視域成像系統，通過主動照明中介表面，記錄光子的飛行時間信息，實現對隱藏物體的探測和三維重建，并提出了基于中介面分辨特性的非視域邊緣二次投影算法、非視域成像方程逆問題求解和波場遷移算法，有效提升了隱藏物體的重構質量;另一方面，她還帶領團隊根據飛行時間（TOF）相機搭建了非視域成像實驗系統，實現了遠距離寬視場下非視域目標的成像與深度信息獲取，并基于多角度的TOF實現了三維形貌融合和重構。

而中波紅外成像技術具有探測距離遠、抗干擾能力強、反偽裝效果好等優勢，同樣被廣泛地應用于軍事偵察、遙感探測、安防監控等領域。但由于受限于現有焦平面探測器的分辨率，中波紅外成像系統的成像分辨率難以滿足實際需求。為此，王霞嘗試將焦平面壓縮成像技術應用于中波紅外成像系統，借助現有低分辨率的中波紅外焦平面探測器，通過壓縮成像算法，重構出高分辨率的中波紅外圖像。此外，她還設計實現了中波紅外焦平面壓縮成像系統，并針對紅外波段下壓縮成像的特殊問題，展開研究了孔徑干涉抑制方法、系統雜散光校正方法和系統非均勻性校正方法等關鍵技術。該項研究為中波紅外焦平面壓縮成像技術未來的發展與應用奠定了基礎，對于中波紅外焦平面壓縮成像系統的設計與實現具有重要的借鑒意義。

科研的傳承

風風雨雨幾十年走過，如今，王霞已經從一個初入光電研究領域的新人，成為了該領域的資深專家。但她至今仍然清晰地記得，當年她初來北京理工大學時，因年邁即將退休的高稚允教授曾表達過，希望她能夠接著自己的研究方向繼續往前推進，促進光電成像及探測技術在我國各領域的應用。經過多年刻苦鉆研，王霞終于沒有辜負前輩的囑托，在該研究領域取得了一個個不俗的成果。但她很清楚，未來在該領域還有很多難題需要去克服，并非只憑一人或一代人的力量可以完成。因此，在科研之外，王霞也會花費大量的精力來提高學生的科研能力和科研素養。在她看來，只有一代又一代人堅持傳承與創新，才能促進我國科研及社會發展的進步。

“我希望有一天，我國能夠在光電領域的各方面追趕甚至趕超國際先進水平。”王霞語氣堅定地說道。因此，無論未來的科研之路有多難，這個外表柔弱，內心堅韌的科研女子都會一如既往地朝著這個目標走下去。