三秦学人 李云松探月工程的“深空速递”
李云松教授。资料照片
本报记者吕扬实习生李旭东
学人小传
李云松教授，西安电子科技大学通信工程学院博士生导师，1996年毕业于西安电子科技大学图像传输与处理专业，分别于1999年、2002年在西安电子科技大学获硕士学位和博士学位。
李云松教授长期从事遥感图像压缩编码和处理方面的研究工作，先后主持了多项国家自然科学基金、国防预研和国家重大科技专项项目，主持研制了我国第一个基于小波变换的卫星图像压缩编解码系统和第一颗航天图像压缩芯片。研究成果成功应用于嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、天宫一号以及多颗遥感卫星中，解决了我国现阶段卫星图像数据传输和存储的瓶颈问题，创造了良好的社会和经济效益。李云松以第一完成人获得国家科技进步奖二等奖1项、教育部科技进步奖一等奖1项、国防科学技术奖二等奖1项，以第二完成人获得国防科学技术奖二等奖2项、三等奖1项，陕西省科技进步奖二等奖1项。李云松2015年入选教育部长江学者特聘教授，2016年入选国家万人计划创新领军人才，2017年获得首届全国创新争先奖，2018年获“陕西省五一劳动奖章”。
1月11日，在看到北京航天飞行控制中心大屏幕上呈现出嫦娥四号着陆器和玉兔二号巡视器的互拍影像图，图像清晰显示了着陆器和巡视器周围的月背地形地貌时，西安电子科技大学图像传输与处理研究所全体师生异常兴奋。嫦娥四号任务的圆满成功，也意味着李云松教授领导的科研团队所承担的着陆器地形地貌相机图像压缩任务和巡视器全景相机图像缓存处理任务取得了圆满成功。
西安电子科技大学图像传输与处理研究所团队在李云松教授、吴成柯教授的领导下，紧密围绕我国探月工程对于高清影像数据在轨高效高可靠和低功耗处理的重大需求，曾先后成功研制了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号等探测器上主载荷相机图像的压缩编码单元，为探月工程作出了应有贡献。
面向国家需求
坚持做好一件事
自从读博阶段跟随导师进入航天领域，李云松已在这一领域干了近20年。
“简单地说，我们的工作是在卫星上实现图像压缩，就是要在深空资源受限和空间环境恶劣的情况下，满足在大压缩比下对恢复图像的高质量和高可靠要求。具体的工作，一部分要研究算法、进行优化，另一部分就是要设计并研制出能将这些算法高可靠实现的星载高速硬件系统。”李云松这样介绍自己的工作。
2004年，李云松团队正式开始嫦娥一号实时干涉多光谱图像压缩系统的研制工作。2007年，随着嫦娥一号成功发射并传回清晰图像，我国第一个在深空探测通信系统中应用的高性能图像压缩系统诞生了。
2010年，嫦娥二号发射升空。李云松团队在国际深空探测领域首次研制了压缩比在线可调、码率精确可控的高可靠实时立体图像压缩硬件系统，确保了嫦娥二号在6个月时间内获得高分辨率全月面立体图像这一重大科学任务的顺利完成。该项成果也获得2012年度国家科技进步奖二等奖。
2013年12月，嫦娥三号成功实现月面软着陆，中国成为世界上第三个实现月面软着陆和月面巡视探测的国家。
“我们本次工作与以前最大的区别在于，原先压缩都是只对静止图像进行压缩，但这次需要在相同硬件资源下同时实现静止图像和活动视频的实时压缩，我们面临的挑战更大了。”李云松说。
为了能够获取高分辨率月球表面地形地貌图像，并首次向全国人民展现月球车上鲜艳夺目的五星红旗亮相月球的振奋场面，李云松团队必须同时将高分辨率月球表面静止图像和月球车活动图像经过高效压缩后传回地面。
针对这一难题，李云松团队提出一种新的静止活动图像一体化编码算法，并提出了优化的并行硬件架构，最终在单片300万门的FPGA上实现了静止活动图像一体化图像压缩系统，成功应用于嫦娥三号卫星。
搞科研
就要精益求精
嫦娥四号作为嫦娥三号的姊妹星，沿用了李云松团队研制的彩色高分辨率静止图像和低分辨率活动图像一体化压缩编码器，成功实现了高质量高可靠的静止活动影像一体化压缩。嫦娥四号任务是我国探月工程四期的首次任务，它在人类历史上首次实现了航天器在月球背面软着陆和巡视勘察。
回忆起自己搞科研的经历，李云松说，对于航天这样的大工程，精益求精解决好细微小问题十分关键，因为到最终测试阶段时，已经不存在理论方面的大问题。把细节细微处的小问题定位出来，常常很不容易，因为系统研制的全过程，已经经过了多次测试，最后出现的问题都是偶发性的，再细微的隐患也必须排除。
李云松举了一个例子：在嫦娥三号的测试中，出现了一些图像方面的问题，恢复出来的图像里面有一些坏块，这是不该出现的错误。李云松回忆说：“这种情况的发生非常偶然，可能连续测许多天，才出现一次错误。”
为了解决这个问题，李云松带领团队成员守在北京中科院空间中心调试大厅整整一周，每天24小时轮换观测，最终发现了产生这个错误的原因，并通过深入分析，很快圆满解决了问题。
“要找到出错误的本源，要把整个错误的机理描述清楚，还要通过分析重现错误，最终彻底纠正错误——这就是航天要求。”李云松回忆起2013年12月15日，在西昌卫星发射中心见证我国第一张高清月面图像及第一组月球车在月面缓缓行进的视频时的情景，当月球车上鲜艳的五星红旗出现在画面中时，他心中的兴奋和自豪之情至今难忘。
自从事星载图像、视频压缩编码的研究以来，李云松团队始终围绕国家航天领域重大需求，深入研究可见光全色图像、多光谱图像、立体图像、红外图像和视频图像等各类卫星遥感图像的成像特性分析、高效压缩编码方法以及高速星载硬件系统实现方法，解决了我国现阶段卫星图像数据传输和存储的瓶颈问题，在满足图像质量要求的前提下提高了压缩比和图像压缩解压缩实时处理能力。
“面向国家需求，坚持做好一件事。科研就是如此，没有什么秘诀。”与探月工程结下不解之缘的李云松显得十分谦虚。
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