西北工業大學青年教授陳捷致力于臨境通信基礎理論和應用探索——

“聲”臨其境讓機器“耳聰目明”(家國情懷報效桑梓(12))

本報記者孫亞慧

從法國特魯瓦工程技術大學獲得博士學位后,陳捷曾在法國、美國從事相關科研工作。2015年,他回到祖國,致力于探索臨境通信基礎理論與應用,研發技術先進的語音和圖像感知與處理技術。

如今,陳捷在西北工業大學智能聲學與臨境通信研究中心任教,從事實時性和分布式信息處理新理論新方法的研究,并以此推進智能聲學與圖像信號處理研究。他提出的數據模型被圖像處理、聲信號處理、生物信息處理等諸多領域的專家借鑒?!岸斈棵鳌钡碾娮釉O備,正在一步步成為現實。

屏幕兩端交流更真切

如今,一系列便攜式智能設備的普及與應用,前所未有地縮短了人與人之間的交往距離。相隔萬里的親友,隨時隨地打開視頻對話框就能即時交流。如何讓屏幕兩端面對面的交流感更真切、擁有“身臨其境”的體驗,這正是陳捷“臨境通信”研究的重點所在。

“想要在臨境通信中更好地實現‘面對面’交流的效果,需要同時做好視覺和聽覺兩方面的技術工作,即圖像和聲音處理。使大家在遠程交互過程中能夠感到視覺和聽覺‘移步換景’的效果?!标惤菡f,只有當視覺聽覺都讓用戶擁有了“身臨其境”的體驗,才是真正意義上的臨境通信。與此同時,這也意味著人們的交流方式又一次被改變了——科幻電影中的場景將成為現實,不在同一地點的交談對象仿佛出現在相同時空,對話場景如同面對面一般逼真。

越來越多的應用場景涉及音頻、圖像信息的感知與遠程交互,也對技術突破提出了更高要求。陳捷團隊強調以基礎的數學和物理模型為基礎,將其更好地應用于語音和圖像處理?!敖陙?,人工智能、大數據等技術蓬勃發展,機器自動學習能力在逐漸增強。但同時也需要注意,機器在尋找數據中的規律、處理數據時并非萬能,變換場景后可能會出現問題?!标惤菡f。將物理模型與人工智能相結合來進行信息處理,是陳捷團隊的技術創新之一。

此外,當前各種信息感知設備逐漸增多,設備間交互與協作的重要性凸顯,從原理上研究分布式協同信號處理與分析理論并研究相關的語音與圖像處理是陳捷團隊的另一技術創新?!斑@些技術應用與民眾生活息息相關,比如智能家居、智能汽車中的多設備協同感知、智慧城市中的多傳感感知等,我們目前正在探索更多的應用場景?!标惤菡f。

更好地服務于生產生活

除了開發先進的智能語音信號處理技術,陳捷還致力于推動高光譜圖像處理技術的研發,讓電子設備變得更加“耳聰目明”,更好地服務于生產生活。

“第一步,我們要讓機器更智能、具備更強能力,在嘈雜的環境中也能聽清楚,在混亂的圖片中也能準確分辨出目標,也就是說,要讓機器能夠像人一樣‘看得清’‘聽得清’。第二步,我們要讓機器聽到人所聽不到的、看到人所看不到的。人眼、人耳雖然具有很強大的能力,但是還有很多生物視、聽能力遠超人類,讓機器擁有超越人類視覺、聽覺感知的能力,具有突破性的意義?!标惤輰τ浾哒f。

以此類推,陳捷舉了另一個例子:兩盆極度相像的植物放在一起,一真一假,已經無法通過人的眼睛來判斷出兩者間的材質差別。這時,機器可以通過光學手段做出判斷,辨別真假。這便是陳捷所說的“看到人所看不到的”。

目前,陳捷團隊已成功研發出一種手持式多光譜目標識別儀,用于識別人眼難以察覺的細節,該儀器適用于工業設備異常檢測、分辨農作物與珍稀藥材等場景。

培養學生國際化視野

在進行前沿技術研究的同時,陳捷還肩負著培養青年科研人才的重任。國外多年的留學經歷,讓陳捷深刻意識到科研工作中跨文化交流的重要性。

“在國外讀書時,我們有許多機會與不同國家的學生、學者交流,取長補短,項目組中有來自多個國家的同事,對我來說這是很難忘的合作經歷。不同的文化背景,會培養出或許完全不同的思維角度和思維模式?!痹陉惤菘磥?,這樣的交往歷程讓他受益良多,對于科學研究而言,“沒有哪種方法會永遠正確”,從不同角度出發、全方位思考才能更完整地看待某一類問題。多一種處理辦法、多一個看待問題的角度,有時會碰撞出讓人驚喜的火花。

回國執教后,陳捷很注重為課題組的學生爭取國際教育資源。當學生有留學意向,但在學校和導師的選擇上猶豫不定時,他也會適時給出自己的建議,幫助學生具體分析,權衡利弊。

“出國學習,進入理想院校、成為著名學者的弟子、來到自己更感興趣的課題組固然重要,但留學的意義遠不止于此。學會用更開放、更平和的心態來對待科研工作,多學習一種做科研的思維方式,這些都是留學的收獲,也是學生成長的一部分?!标惤菡f。

不僅鼓勵學生“走出去”,在過去幾年中,陳捷與同事也積極爭取在國內舉辦多類國際學術交流活動,希望能為更多本土師生搭建國際化的科研對話平臺。就在不久前,2022年第32屆IEEE機器學習及信號處理國際會議(IEEE MSLP)舉辦權由西北工業大學獲得。陳捷說,他希望能通過不同科研思維的交流、碰撞,讓學生懂得融會貫通,從而既意識到優勢,也能客觀看待自己的不足。