立报国之志 展巾帼风采——记北京理工大学副教授王霞

李 刚

一头乌黑微卷的长发，略有些单薄的身形，还有清秀的脸庞上戴着一副黑框眼镜，这是北京理工大学副教授王霞给人的第一眼印象，文静、温和、秀丽。然而，只有真正熟悉她的人才知道，这个能够在光电成像与光电检测领域苦研多年，并取得一系列成就的科研女子，并非表面看上去的那么娇柔。事实上，出生于中国甘肃的她，骨子里一直透露着一份超乎常人的坚毅和韧性，是一个不折不扣的“铁娘子”。

“铁娘子”的成长之路

甘肃，位于中国西部，是古代所谓的边塞之地。这里有荒芜广阔的戈壁、黄沙绵延的沙漠，以及蜿蜒壮阔的河道。鲜明的地理环境养成了此地人坚毅而又韧劲十足的个性。在这种环境的熏陶下，从小生于此，长于此的王霞也明显地养成了这样的性格特点。

坚韧的性格是王霞的一大特点，除此之外，强烈的爱国主义也是她给人印象最深刻的地方之一。据出生于20世纪70年代的她回忆，在几十年的成长过程中，她亲身经历了中国在工业、科技等众多领域由落后到先进的飞跃式发展，时代的变化使得她养成了希望通过个人努力为建设国家作贡献的愿望。在这一愿望及坚韧性格的陪伴下，王霞一路由中学走入了中国矿业大学，进行电力电子与电力传动方向的学习，研发与矿井安全相关的检测及控制系统。“那时尚是20世纪90年代初期，国家还不流行大规模从国外进口相关设备，因此我们的研发内容有助于缓解国家安全生产的压力，相当于在一定程度上为国家工业作贡献。”当时，王霞一想到自己的研究工作能够为社会发展带来促进作用，内心就会油然升起一股带着雀跃的成就感。

彼时，正值我国社会进步与科技发展的加速时期，为了解决国民经济、社会发展及科技自身发展中面临的国家需求及社会关键问题，国家鼓励学者开展跨学科研究，加强科技创新。为了响应国家号召，博士毕业后，王霞来到了北京理工大学光电工程专业开展研究工作。

如果将王霞比喻为一只内心怀有强烈抱负的鸟，那么，北京理工大学则给了她自由的翱翔空间。作为中国共产党创办的第一所理工科大学，北京理工大学拥有深厚的研究底蕴及丰富的教育资源。进入学校后，王霞有幸结识了王大衍院士、周立伟院士、高稚允教授等我国光电领域权威人物，并跟随他们开展相关研究，后来王霞将其形容为自己当时是站在巨人的肩膀上研究和成长的。

王霞（左）获国际会议最佳口头报告

在学术前辈及自身努力的加持下，王霞在科研上的进步是飞跃式的，这种进步最为明显地体现在她对光电检测设备的研究及应用上。彼时，随着工业的快速发展，微光与红外成像器件在我国多个领域得以应用，推动了相关工业生产。但问题在于，我国缺少与这些器件相应的检测设备，大部分时候只能从国外购买，且每台设备检测的功能有限，一项完整的检测往往需要多台设备共同完成。昂贵的价格加上多台同时进购，无疑极大地增加了工业生产的成本。因此，在高稚允教授的指导下，王霞开始琢磨如何自主研发这些器件，并将其集合起来，研发一台系统的、多功能的检测设备。

王霞回忆道，检测设备的研发是在暗室中进行的，并且在研发过程中需要长期不断地观察黑白条纹进行测试，这个过程无论是对人的视觉还是心理影响都是非常大的。她笑着说，自己后来在两年时间内，只要看到带有条纹的衣服，都会觉得十分晃眼。研发期间付出的努力没有白费，王霞最终实现了设备的整体性研发，并且达成了在大动态范围内对光进行明暗调整的目标，完成了这项难度不低的挑战。要知道，这套设备的研发，在当时的世界范围内都是相对领先的。

一片丹心图报国

为国营企业研发微光与红外检测设备的经历打开了王霞研究路上的一个新的大门，从此之后，她彻底踏入了光电成像与光电检测领域，并且又持续探索了多种创新性的检测方法和检测设备，来为国家的工业部门提供相关支持。

但王霞在光电领域的成果远不止如此，凭借为国家发展服务的初衷，她在偏振成像探测技术方面取得了一系列创新性的成果，为我国的海洋监测、3D测量及人造目标探测等领域的向前发展提供了有效的推力。

一直以来，水都是人类社会的宝贵资源，在国内外众多的权威分析报告中，都有这样一个共同的结论：21世纪人类面临的三大难题是人口、资源和环境问题，解决这些问题的出路之一在海洋。为了发展经济，保护环境，海洋环境监测已经成为我国乃至全世界共同面临的课题。

但对海洋的监测也面临着种种难题，要知道，在海洋等水体环境中，太阳耀光等强杂波背景是目标探测中极具破坏力的一种干扰环境，大大影响了探测成像系统的性能和应用能力。此外，海面环境中红外偏振成像探测的相关理论和杂波抑制方法研究开展相对较少，探测理论模型不够完善，以及国内缺少偏振成像探测设备，不能对相关理论进行验证分析等，同样成为海洋监测道路上的难题。

进行实验指导

针对上述问题，王霞首先研究了海面环境中的偏振光线传输过程，建立了海面红外热辐射偏振模型，使得对不同光照条件下的海面红外偏振辐射特性数值仿真结果贴近经验观测值。不仅如此，王霞还带领研究团队研究了水面杂波的红外偏振特性，提出了基于最小偏振度/偏振角噪声的线偏振成像系统的检偏角优化组合方法，并通过仿真研究太阳耀光的时域偏振特性，结合偏振滤波，以及时域滤波的优势，提出了基于太阳耀光时域偏振特性的水面杂波抑制方法，最终有效抑制背景杂波，大幅提升信噪比，有利于目标探测。最后，王霞还带领团队研制了一台平行光路长波红外偏振成像系统工程样机，继续投入后续的红外偏振成像研究中去。这一系列研究在红外偏振成像理论、方法、系统及海洋偏振场景仿真中填补了国内诸多空白，为我国的海洋监测事业贡献了重要力量。

更上一层楼

事实上，别看王霞如今在光电成像及光电探测领域已经拥有了深厚的研究底蕴，并取得了众多技术及应用成果，在不断提升自己研究能力的过程中，她也曾经历过因缺乏研究经验而导致研究差点中断的阶段。只不过，在意识到自己在研究方法上的局限之后，她迅速改正，最终使得自己的研究水平更上一个台阶。

原来，彼时的王霞尽管已经在光电成像及探测领域取得了多项成果，但是受之前电力电子与电力传动研究思维的影响，她更倾向于从技术层面来解决现实应用的问题，而对其中更深层次的机理问题相对欠缺考虑。谈到这的时候，王霞特别感谢她博士后合作导师金伟其教授。

据王霞回忆，金教授当时的指导建议对她的研究道路的影响是巨大的。在金教授的指导下，王霞苦下了一番功夫，最终在研究能力上更上一层楼，实现了应用技术与基础理论的共同进步，并且将其应用在后来关于光学成像系统性能评价仿真的研究中。

长期以来，光学成像已经广泛应用于国计民生的方方面面，如何有效地评价光学成像系统的探测性能，对于改进光学成像系统，提高应用效能具有重要的指导意义。因此，光学遥感及红外成像由于成像任务与应用环境的复杂性，有必要开展相应的仿真研究。

针对遥感光学成像系统的探测性能评价，王霞基于数值模型的性能评价和基于图像特征的性能评价两个方面建立了仿真评价方法。在数值模型方面，她模拟了遥感成像过程中大气、光学系统、遥感平台、探测器等环节对成像质量的退化影响，同时提出最小可分辨辐射对比度模型及其探测概率模型，使之可用于反映遥感成像系统的综合探测能力。在图像评价方面，她提出了一种基于图像特征的性能评价模型，建立了基于图像特征的探测概率模型，能够对不同成像环境、不同系统设计条件下目标探测概率进行仿真对比。而在红外成像系统性能评价方面，王霞则通过红外场景仿真技术模拟不同型号的成像系统，在不同的气象环境下，对不同场景成像时的效果图，进而对成像系统性能进行综合评估。

王霞还重点开展了红外场景仿真的理论分析和技术研究工作，构造了红外场景仿真的全链路模型，将严格的红外辐射传输理论与现代高性能数值计算理论技术相结合，开发出了高仿真图像细节表现度、高辐射计算精度、高仿真计算效率的红外场景仿真平台。该研究在一定程度上弥补了现有红外场景仿真技术研究的不足，并且为后续进行更深入的研究起到了推动作用。

但王霞并不满足于以上取得的这些成果，对她而言，光电成像及光电探测技术还应该有更广阔的应用空间，“它就像一把剑，应该用它来解决更多束缚社会向前发展的难题”。为此，她将研究目光聚焦在了非视域成像及中波红外焦平面压缩成像等新体制成像方面。

一直以来，非视域成像技术作为一种通过获取中介表面的间接反射或散射信息，对视场外隐藏物体成像的新型探测技术，在反恐侦察、医学成像、灾难救援和自动驾驶等方面具有重要的应用价值。针对这一重要价值，王霞一方面设计了基于光子计数原理的时间分辨型非视域成像系统，通过主动照明中介表面，记录光子的飞行时间信息，实现对隐藏物体的探测和三维重建，并提出了基于中介面分辨特性的非视域边缘二次投影算法、非视域成像方程逆问题求解和波场迁移算法，有效提升了隐藏物体的重构质量；另一方面，她还带领团队根据飞行时间（TOF）相机搭建了非视域成像实验系统，实现了远距离宽视场下非视域目标的成像与深度信息获取，并基于多角度的TOF实现了三维形貌融合和重构。

团队照

而中波红外成像技术具有探测距离远、抗干扰能力强、反伪装效果好等优势，同样被广泛地应用于军事侦察、遥感探测、安防监控等领域。但由于受限于现有焦平面探测器的分辨率，中波红外成像系统的成像分辨率难以满足实际需求。为此，王霞尝试将焦平面压缩成像技术应用于中波红外成像系统，借助现有低分辨率的中波红外焦平面探测器，通过压缩成像算法，重构出高分辨率的中波红外图像。此外，她还设计实现了中波红外焦平面压缩成像系统，并针对红外波段下压缩成像的特殊问题，展开研究了孔径干涉抑制方法、系统杂散光校正方法和系统非均匀性校正方法等关键技术。该项研究为中波红外焦平面压缩成像技术未来的发展与应用奠定了基础，对于中波红外焦平面压缩成像系统的设计与实现具有重要的借鉴意义。

科研的传承

风风雨雨几十年走过，如今，王霞已经从一个初入光电研究领域的新人，成为了该领域的资深专家。但她至今仍然清晰地记得，当年她初来北京理工大学时，因年迈即将退休的高稚允教授曾表达过，希望她能够接着自己的研究方向继续往前推进，促进光电成像及探测技术在我国各领域的应用。经过多年刻苦钻研，王霞终于没有辜负前辈的嘱托，在该研究领域取得了一个个不俗的成果。但她很清楚，未来在该领域还有很多难题需要去克服，并非只凭一人或一代人的力量可以完成。因此，在科研之外，王霞也会花费大量的精力来提高学生的科研能力和科研素养。在她看来，只有一代又一代人坚持传承与创新，才能促进我国科研及社会发展的进步。

“我希望有一天，我国能够在光电领域的各方面追赶甚至赶超国际先进水平。”王霞语气坚定地说道。因此，无论未来的科研之路有多难，这个外表柔弱，内心坚韧的科研女子都会一如既往地朝着这个目标走下去。