【青年学人】吕海涛:不畏浮云遮望眼

——资环学院博士生吕海涛提出“吕氏算法”可治遥感卫星“白内障”

文:周宇思 图:周宇思 / 来源:学生记者团 / 2016-12-12 / 点击量:3344

  用“天眼”鸟瞰地球家园,怎么才能看得更清楚?拨云去雾很关键。对于遥感卫星来说,对流层的“云蒸雾罩”让对地观测成了“雾里看花”,纵有“千里眼”,观测的效果也相当于患了“白内障”。资源与环境学院2015级博士生吕海涛就是这样一位“拨云去雾”的行家里手。

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  2016年4月,吕海涛以第一作者在国际顶级期刊《Remote Sensing of Environment》上发表高水平研究成果,提出了一种“基于经验及辐射传输模型的可见光波段薄云去除算法”,能使遥感卫星的眼前顿时“一片清明”。

  该论文的通讯作者是资源与环境学院王勇教授,电子科技大学为第一作者单位,这也是我校在《Remote Sensing of Environment》上发表的首篇论文。该杂志是遥感领域唯一被列入中科院JCR一区的期刊,是著名出版商Elsevier旗下的国际知名期刊,涉及地球科学、地理学、遥感机理与方法等领域,目前影响因子为6.393。

吕氏算法”:去云可穷千里目

  由于地形、气候、天气状况等原因,通过卫星获取的光学图像难免受到云雾的“污染”,这就为地面信息的采集与分析带来了很大的障碍。因此,“去除云雾”是很多遥感研究者的一个美好梦想,也是一块郁结已久的心病。

  四川自然灾害频发、地质地貌复杂,亟需用遥感技术来服务于救灾减灾工作。但多云多雾对卫星遥感提出了严峻的考验。吕海涛本硕都在电子科大,对此更是感同身受。如何让卫星“看”得更清楚,也成了他的热切心愿。

  近年来,利用多幅影像去云的方式取得了一定的突破,但它难以克服数据要求苛刻、时序尺度效应难以忽略等缺点。因此,业内许多研究者纷纷把目光投向基于单幅图像的去云算法。

  基于单幅图像的去云算法在数据方面要求比较宽松——除了本身的数据,它不需要任何辅助数据。因此,一旦在基于单幅图像的去云算法方面取得突破性成果,必将在很大程度上解决多云雾地区可用数据少的难题,弥补大尺度以及时序研究所需数据的缺口。

  在对大量光学图像数据进行实验的基础上,吕海涛发现,在晴空条件下,不同波段之间具有良好的线性统计关系。因此他深入研究了这种线性统计关系背后的深层物理原理,利用不同可见光波段间地物光谱特性的统计特性和不同通道间云层反射率的关系,进行了去云方程推导及参数化,从而提出了一种“基于单幅图像多波段的辐射传输模型的去云算法”。

  “吕氏算法”在去除薄云影响的同时能够保留地物的真实反射率信息,精度较高且时间复杂度小,可为定量化的应用提供可靠的数据支撑,大大提高当前多云雾地区光学图像的可用性。在论文中,他处理了一张美国Landsat-8陆地卫星于2015年4月10日获取的加州赫米特地区真彩图像,效果相当“清爽”(如图)。

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坚持不懈:宝剑锋从磨砺出

  为了研究“吕氏算法”,吕海涛可没少费工夫。从开始锁定这个方向,到最终做出结果,他几乎投入了全部的时间和精力。去年“国庆”长假正是研究的一个“瓶颈期”,他没有出去放松,而是选择了“一鼓作气”。

  他的导师王勇教授的精心指导和不厌其烦的修改也起到了重要作用。尤其是在写作“去云算法”论文的过程中,王勇不厌其烦地帮吕海涛修改了30多次。

  在论文完成的那一刻,吕海涛的内心既放松而又欣喜,成就感可谓“汹涌澎湃”。他赶紧把论文投给遥感领域唯一被列入中科院JCR一区的期刊《Remote Sensing of Environment》。此前,资环学院还从未在该期刊上发表过论文,因此吕海涛起初没有什么把握,甚至觉得有点儿“高不可攀”。

  论文一审的结果很快反馈回来。吕海涛虽然已经有了心理准备,但还是遭遇了“当头棒喝”。“总共4位审稿人,每个审稿人给我提了10多个问题,全部意见加起来有1500多个英文单词!”他说,这么长的修改意见让他顿感“压力山大”。

  但吕海涛遇强则强,“压力越大,动力越大”。根据一审意见,他又花了许多工夫对论文进行了修改,并对审稿人提出的问题一一作了回答。论文再次寄给《Remote Sensing of Environment》,还好,二审后审稿人只提了几个小问题。吕海涛再次修改,论文终于录用刊发啦!

  “当你跨过困难看到成功的曙光,你会发现,一切的付出都是值得的。”吕海涛兴奋地回忆说,这次尝试无疑是一次惊心动魄的探险。

再攀高峰:导师建议多去国际舞台展示风采

  在国际顶尖期刊《Remote Sensing of Environment》上发表论文,是吕海涛学术之路上的一座“里程碑”,也是他代表资环学院在该领域创下的一项新纪录。但对他而言,这仅仅是一个开始。

  对更多的波段进行相应的云雾去除算法研究,开发时间复杂度更小、自动化程度更高的云雾去除算法,进一步提高算法精度以保证去云后的图像能够更真实地反应实际地面情况……这些都对吕海涛而言既是学术责任,又是一种让他痴迷的巨大“诱惑”。

  吕海涛对学术的兴趣,是发自内心的。王勇教授透露,当初之所以选择吕海涛做自己的博士生,除了因为他优异的成绩,更是因为从他从吕海涛的身上看到了浓厚的学术兴趣和强烈的求知渴望。王勇幽默地说:“海涛有进一步深造的强烈愿望,他不是‘被读博’的!”

  读博之后,吕海涛在完成了主干专业课程学习的同时,还积极涉猎了其他相关领域的诸多课程。这一点给王勇留下了深刻的印象。在王勇眼里,吕海涛的兴趣非常广泛,同时他又是一个非常专注、非常低调的人。

  古人云:“酒香不怕巷子深。”王勇倒觉得,吕海涛的“酒”已经足够“香”了,如果“巷子不深”则更好。因此,他希望自己的这位得意弟子今后更善于展示自己,多和国内外同行沟通交流,“多去国际学术会议上吹一吹牛”。


编辑:罗莎  / 审核:林坤  / 发布者:林坤