西安电子科技大学--智能感知与图像理解教育部重点实验室--智能信息处理研究所
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卅载栉风沐雨,未来继续前进——写在西安电子科技大学人工智能学院诞生之际
  点击数:   发布时间:2017-11-03 12:18

  2007年,智能感知与图像理解教育部重点实验室成立,今年是实验室走过的第十个年头,再往前回溯,实验室的前身已在人工智能领域奋斗了卅余载,在保铮院士与学校各级领导的大力支持下,于1990年成立了我国第一个交叉学科中心——神经网络研究中心、2003年成立了智能信息处理研究所,2005年获准设立了“智能科学与技术”本科专业,2006年获批教育部“长江学者支持计划”智能信息处理创新团队及国家“111”计划创新引智基地……一路沐甚雨,栉疾风,勤作舟,逐无涯,三十年的汗水即将结出一个光辉果实——西安电子科技大学人工智能学院,这个果实亦是实验室在人工智能领域实现的跨越式发展,既有领先国际的学术成就,又有满足国家战略需求的应用落地,智能引领新工科,人才培养成绩卓著。
服务国家,勇立潮头
  智能技术是解决国民经济建设、国家安全与社会发展中一系列重大需求和关键问题的共性基础,实验室始终深耕这一领域,秉承崇尚学术的宗旨,紧跟国际学术前沿,逐浪人工智能潮头;始终坚持服务于国家和国防重大需求,紧密结合实际,攻克关键技术。自我国人工智能发展之初,实验室就致力于人工智能技术的传播和发展,撰写了多本智能技术专著,此后,实验室的科研队伍一路披荆斩棘,达到了国际领先的学术水平,近5年内3次荣获国家自然科学奖二等奖,取得了骄人的成绩。
  1990年,我国人工智能刚刚迎来发展的曙光,时任神经网络研究中心主任的焦李成博士便潜心撰写了我国第一部神经网络专著《神经网络系统理论》,由西安电子科技大学出版社出版,保铮院士作序,是国内首批人工智能专著之一,被300多所高校选为教材和参考书,启蒙了一代AI领域的研究者;其姊妹篇《神经网络的应用与实现》和《神经网络计算》随后于1992年出版,两本著作均获得第八届中国图书奖。2006年,焦李成教授、杜海峰教授、刘芳教授、公茂果教授撰写的我国第一部免疫优化专著《免疫优化计算、学习与识别》由科学出版社出版,并于2007年获得首届国家三个一百原创图书奖;2006年,焦李成教授、刘芳教授、缑水平教授等撰写完成《智能数据挖掘与知识发现》并由西安电子科技大学出版社出版;2008年,焦李成教授、杨淑媛教授等撰写的《自适应多尺度网络理论与应用》与焦李成教授、侯彪教授等撰写的《图像多尺度几何分析理论与应用》两本专著填补了国内多尺度理论书籍的空白;同年,焦李成教授、张向荣教授撰写的《智能SAR图像处理与解译》由科学出版社出版,是国内第一部智能SAR图像处理专著;2010年,焦李成教授、周伟达教授等撰写完成专著《智能目标识别与分类》,焦李成教授、尚荣华教授等撰写完成《多目标优化免疫算法、理论与应用》,两本专著均由科学出版社出版;2011年5月,高新波教授等撰写完成《现代图像分析》并由西安电子科技大学出版社出版;2012年,焦李成教授、刘静教授、钟伟才教授共同完成的英文专著《Coevolutionary Computation and Multiagent systems》由WIT Press出版社全球发行;2014年,高新波教授等撰写完成《数字信号处理》并由高等教育出版社出版;2017年3月,石光明教授、林杰副教授等撰写完成《压缩感知理论的工程应用方法》并由西安电子科技大学出版社出版;4月,焦李成教授、侯彪教授、刘芳教授、尚荣华教授、李阳阳教授、冯婕博士、杨淑媛教授、张向荣教授、王爽教授、马文萍副教授等撰写完成的稀疏学习与量子认知计算丛书《智能SAR影像变化检测》、《量子计算、优化与学习》、《稀疏学习分类与识别》、《高分辨遥感影像学习与感知》、《认知计算与多目标优化》由科学出版社出版发行;5月,焦李成教授、赵进博士、杨淑媛教授、刘芳教授等撰写完成国内首部深度学习理论著作《深度学习、优化与识别》并由清华大学出版社出版发行;10月,高新波教授等撰写完成《随机信号分析》并由科学出版社出版……这一本本专著贯穿了我国人工智能事业从艰难起步到蓬勃发展的过程,对人工智能科学与技术在我国的普及起到了 “敲开门”的作用,又为其高速发展“加满油”。
  2013年,由焦李成教授等完成的“基于自然智能的学习与优化基础理论研究”获得国家自然科学奖二等奖,此项研究提出了多子波网络模型与多尺度稀疏核学习机理论,解决了非结构化数据的多分辨逼近难题,成功实现了海量小样本数据的学习与识别;提出了免疫协同进化计算模型与多智能体协同进化模型,实现了非结构化海量数据学习中的高效优化,在千万级海量数据分类、万维以上大规模优化、超大规模集成电路布图等问题上取得了国内外未见报导的成果,并成功应用于复杂图像分类和目标识别以及网络数据分析等问题。研究成果产生了广泛的国际学术影响,得到了多位院士和IEEE Fellow在内的国内外学者的积极评价,被评为具有国际领先水平的研究成果。
  2016年,由高新波教授等完成的“图像结构建模与视觉表观重构理论方法研究”荣获国家自然科学奖二等奖,此项研究揭示了图像结构在时空与尺度变化上的一致性规律,构建了局部-非局部结构感知的视觉表观重构模型,发现了结构统计分布与视觉感知质量之间的内在规律。高新波教授潜心钻研十余年,围绕“社会公共安全”国家重大需求和“信息——物理——认知三元空间融合”国际学术前沿,探索视觉计算与协同认知的新理论,着重解决异质图像重建和图像质量感知中的瓶颈问题,最终取得突破,研究成果论文在图像处理国际顶尖期刊IEEE TIP发表,连续五个月在IEEE Xplore数据库中下载量名列Top100榜单,得到60多个国家、地区,包括10位美、英、加等国院士和30余位国际同行高度认可,是国际公认的创新性研究成果。
  2017年,由石光明教授等完成的“编码混叠成像与计算重建理论与方法研究”再度获得国家自然科学奖二等奖殊荣(通过评审已公示),此项研究历经10余年攻关,阐明了用低分辨率探测器获取高分辨率图像的机制,揭示了图像时空结构相关的计算特性,发现了感知图像结构差异性的机理,提出了适合非线性多空间结构稀疏的计算重构模型。研究成果得到了美国工程院院士T. Huang,美国科学院院士S. Osher等国际同行的高度评价,利用图像结构差异性构建的稀疏编码方法被评价为“高效且最优的”稀疏编码方法之一;图像结构化稀疏先验学习的计算机理被评价为“图像结构稀疏编码”方面的典范工作;结构化模型驱动的高分辨率重建方法被评价为“令人印象深刻的图像高分辨率重建方法之一”。
  除了理论方法的研究,实验室在重大产品和系统的研发领域也成果显著。SAR目标识别、高光谱目标识别、人脸画像识别、AI算法的FPGA硬件平台……实验室一项项满足国家战略需求的应用落地开花,成功实现了国内的多个“第一”:
  成功研制我国首套类脑SAR系统,可实现大规模SAR影像中桥梁、机场、车辆、飞机、舰船等目标的检测、分类与识别,具有大场景SAR影像地物分类、变化检测等功能,填补了国内SAR智能感知与解译系统及原理样机的空白,打破了欧美对我国的技术封锁与禁运。经大规模实测及数据分析,类脑SAR系统对桥梁、飞机、舰船等目标的检测率达95%以上,对10类MSTAR目标识别率达99%以上;耕地、草地、水体、城镇等典型土地类型自动识别与信息提取精度优于85%;变化区域监测准确率在85%以上、变化面积监测精度优于85%;1万×1万的SAR影像解译时间平均小于10秒。
  成功研制我国首套基于面阵CCD的光谱视频成像系统,系统可用二维低分辨光电探测器同时获取空间、谱间、时间高分辨图像,解决了高分辨成像严重依赖高性能探测器的瓶颈问题,缓解了海量高分辨光谱数据与传输存储之间的矛盾,光谱视频获取等关键技术经鉴定处于国际领先水平。
  成功研制我国首个人脸画像识别系统,实现了人脸照片与手绘素描画像之间的相互转化,进而实现不同模态人脸图像的检索比对与识别。高新波教授团队在这一领域开展了十多年的研究,并在国际顶级期刊IJCV、IEEE TNNLS和会议上发表了多篇有关异质人脸合成与识别方面的高水平论文,引起了国际同行的高度关注与广泛认可,人脸画像识别系统极大地提高了异质人脸图像合成的效率及识别的准确率,对香港中文大学人脸素描标准数据库(CUFS)的识别准确率达到了99.67%,领先于国内外其他进行异质人脸识别的研究团队,已成功辅助警方破获了重大案件。
成功研制的遥感影像大数据类脑解译系统,采用最新的分布式高性能集群技术,基于类脑智能的分布式深度学习算法,实现了超大规模、复杂场景的遥感影像解译与特定目标的快速检测。该系统具有高时效性、高精度性、高稳定性、易扩展的特性,能够为快速开发大数据场景应用提供有力支持。
成功研制的深度学习FPGA系统,支持板间通讯以及设备间级联,支持高带宽和大容量的存储访问,实现了如:卷积、池化、非线性函数、全连接等深度学习模块,并可通过软件SDK实现各种深度学习模型,实现了与Caffe/TensorFlow等深度学习平台的无缝对接。该系统推进了人工智能算法在军事、航空、航天等特殊应用领域的应用。同时也可以广泛应用于数据中心、云计算、机器视觉、深度学习、高性能计算、仿真、金融等领域。
一流平台,一流队伍
  在保铮院士与学校各级领导的大力支持下,1990年成立了我国第一个交叉学科中心——神经网络研究中心,2003年成立了智能信息处理研究所,再到2007年获准成立智能感知与图像理解教育部重点实验室,近三十年间,平台与团队建设稳步推进,重点实验室成立后的十年间更是实现了跨越式发展,联合建立了智能感知与计算国际联合研究中心、国家“111”计划智能信息处理创新引智基地、“信息感知技术”国家2011协同创新中心等3个国家级平台;设立了智能感知与图像理解教育部重点实验室、智能感知与计算国际合作联合实验室、陕西省大数据智能感知与计算2011协同创新中心、陕西省智能感知与计算国际联合研究中心、智能科学与技术教学团队、智能科学与技术人才培养模式创新试验区、智能感知与计算教学示范中心等7个省部级科研平台和教学平台;形成了智能信息处理教育部创新团队、智能感知与图像理解教育部创新团队、视觉计算与协同认知教育部创新团队、影像处理与安全传输科技部重点领域创新团队、计算理论与影像信息学陕西省重点科技创新团队、智能感知与图像理解陕西省重点科技创新团队等6个省部级创新团队。同时,IEEE GRSS西安分会、IEEE CIS西安分会、IET西安分会皆依托重点实验室而成立,实验室多位教授在其中担任主席或副主席。
  实验室与各大企业加强联建,成立了西安电子科技大学-惠普高性能计算联合实验室、西安电子科技大学-AMD联合实验室、西安电子科技大学-北斗军民融合联合研究中心、西安电子科技大学-蒜泥人工智能研究院、西安电子科技大学-加速云深度学习联合实验室、西安电子科技大学-Altera人工智能联合实验室、西安电子科技大学-中科星图智能认知联合研究中心、西安电子科技大学-仲恺人工智能联合创新实验室、西安电子科技大学-交大一附院智能医疗创新实验室等,为促进我国人工智能事业的发展、提升学生创新创业能力提供了有力的平台支持。
  学校十分重视实验室的人才队伍建设,对此给予了极大的期盼与关怀,实验室以此为动力,构建了一支年龄结构合理、团结协作、勇于创新的科学研究队伍,形成了“以百千万人才、长江特聘教授和千人计划为领军人才,以优青、中组部青年拔尖人才、科技部中青年创新领军人才、青千为中青年学术带头人,以青年人才托举工程、菁英人才为青年科研骨干”的三级人才队伍体系。团队成员包括国家首批“百千万人才工程”入选者焦李成、高新波,长江学者特聘教授石光明,长江学者讲座教授张青富,千人计划入选者黄恒,中组部“万人计划”青年拔尖人才入选者公茂果、王爽、董伟生,新世纪人才谢雪梅、陈为胜、侯彪、杨淑媛、王爽、邓成、李阳阳、张向荣等等。其中焦李成、高新波、石光明、刘芳享受国务院特殊津贴,焦李成、刘芳、刘静、公茂果、高新波、邓成、石光明、吴金建、李甫、林杰曾获国家自然科学奖,焦李成、高新波、公茂果还在近三年连续获爱思唯尔高被引学者,公茂果、刘静、杨淑媛曾获吴文俊人工智能奖。目前,实验室固定研究人员中,具有博士学位人数67人,占比98.5%, 41至50岁的中青年人数占比22%,40岁以下人数占比69.1%。
  实验室鼓励教师和学生出国交流、深造,更新知识,改善知识结构,积极参与国际竞争,团队中80%以上的教师有国外留学或访学经历,同时,近五年亦有百余名本硕博学生出国交流学习,出访的学校包括美国麻省理工学院、哥伦比亚大学、加州大学洛杉矶分校、英国伯明翰大学、荷兰莱顿大学、西班牙Basque Country大学等著名学府。此外,实验室还参与承担了为期5年的欧盟第七框架国际合作项目,与伯明翰大学、莱顿大学签署了欧盟项目合作协议,与伯明翰大学、埃塞克斯大学、诺丁汉大学、荷兰莱顿大学均签署了共同建设西安电子科技大学智能感知与计算国际联合研究中心的合作协议以及三项国际合作项目,在类脑计算、大数据智能感知、计算智能、图像处理与解译和图像重建与智能感知等领域的国际合作交流取得了丰硕成果,同时,实验室多位教授在IEEE TGRS、IEEE TEC、 IEEE TCy等国际主流学术期刊担任副主编或编委。
  为了给广大师生提供更加开放、活跃的学术平台,自2007年起,实验室还在每年度春、秋两季分别举行“学术之春”和“学术之秋”的学术周系列活动,邀请专业领域国内外顶尖学者前来做学术报告,且对师生和公众完全免费开放,这一学术活动迄今为止已连续举办了十九届,IEEE Fellow、IEEE Distinguished Lecturer、国家973项目首席科学家、长江学者特聘教授等都是学术周的座上宾,来此传道授业解惑的学术大师累计已有700余人次。学术周十年如一日的坚持着学术第一的原则,不请领导、不设仪式、完全开放,除了西电的师生,还吸引了不少西电校外、陕西省外的相关领域研究者前来聆听报告,这在全国高校中独一无二。活动为学者、高校师生、人工智能爱好者们提供了一个了解人工智能前沿发展现状、展示最新研究成果和探讨未来发展趋势的交流平台,也为人工智能产业及相关科技产业发展提供了智力资源,成为了营造浓郁学术氛围、完善学术创新机制以及与国际学术水平接轨的重要平台,推动了人工智能科学与技术的普及、传播和交流。
人才培养,创新引领
   在学术研究取得突破的同时,实验室也培养了一批批人工智能及相关领域的杰出人才,曾有一人获全国百优博士论文奖、一人获全国百优博士论文提名奖,十二人获陕西省优秀博士论文奖。目前活跃在学术界的领军人物有:国防“973”首席科学家、国务院学位委员会学科评议组成员、教育部长江学者计划特聘教授、西北工业大学教授张艳宁;空军高层次科技人才、空军工程大学航空航天学院学术委员会主任、陕西省自动化学会和陕西省信号处理学会理事、空军工程大学教授博导方洋旺;教育部长江学者计划特聘教授、国家自然科学奖获得者、国家教学成果奖获得者、西安电子科技大学教授石光明;陕西省中青年领军人才、西安理工大学计算机科学与工程学院院长、陕西省图像与信号处理学会理事、西安理工大学教授王磊;陕西省测试控制领域学科带头人、西安电子科技大学空间科学与技术学院执行院长、重大专项基础理论研究项目技术首席、空间物理重点实验室学术委员会委员、西安电子科技大学教授李小平;国家自然科学奖获得者、江苏省杰出青年、江苏省计算机学会第七届理事会理事、苏州大学教授张莉;国家教学成果奖获得者、陕西省教学名师、西北大学教授陈莉;中国医学物理学会副主任、陆军军医大学教授秦明新;全国百篇优秀博士论文提名奖获得者、美国休斯顿大学研究员、美国马里兰大学研究员、华中科技大学教授谭山;英国伦敦大学学院研究员、英国玛丽皇后学院研究员、日本京都大学情报学研究科教授梁雪峰;西安交通大学公共政策与管理学院副院长、教授杜海峰等。
  在企业界,为人工智能发展奋斗的杰出校友亦是数不胜数:前美国亚马逊首席科学家、高级研究员,京东金融AI实验室首席科学家、全国百篇优秀博士论文获得者薄列峰;原Intel高级研究员、常州迪瑞特电子科技有限公司创始人、总经理贾颖;商汤科技联合创始人、总经理、陕西省“百人计划”入选者马堃;中国兵器工业集团212所研究员、副总工程师桂延宁;陕西北斗金控信息服务有限公司董事长、陕西省“百人计划”入选者李卫斌教授;华为AI云服务负责人、FusionInsight数据洞察开发部主任工程师钟伟才教授;苏州思必驰信息科技有限公司CTO周伟达教授;原惠普研究院高级研究员、华为硬件工程技术规划与发展部技术专家吴澎;原约翰霍普金斯大学高级研究员、中电集团创新研究院首席科学家黄文涛;阿里巴巴技术发展战略部高级专家石洪竺……
进入21世纪,在学校的大力支持下,2003年,智能科学与技术本科专业获批,同时成立了智能科学与技术系,2005年开始招生,2008年,该专业被评为国家级特色专业,成为迄今为止全国人工智能领域唯一的国家级特色专业。桃李春风冠集英,实验室创新地确立起了“国际前沿+西电特色”的本-硕-博一体化培养体系,通过产学合作、产教融合、科教协同、国际合作、本硕博衔接与协同的新工科方式,阶梯式、有针对性地完成让学生“会做、敢想、能创新”的培养,开发学生的创新思维、激发学生的创新潜力、提升学生的创新能力,将“创新”贯穿于学生的成长始终。在此体系下,智能科学与技术本科专业累计培养了近2000名本科生,涌现出被誉为“智能三剑客”的西安蒜泥科技有限公司创始人杨少毅、“第八届中国大学生年度人物”金杰和“第十届全国大学生年度人物”孙其功;还有2015年CEC大数据优化竞赛第一名,创立了西安圈体智能信息科技有限公司的周明星,蒜泥互动CEO、科技自媒体MakerBeta创始人、蒜泥创客咖啡创始人谢雯雯等一大批优秀毕业生……同时,依托电子科学与技术、控制科学与工程、信息与通信工程、计算机科学与技术学科累计培养了研究生1600余名,在谷歌、亚马逊、苹果、英特尔、微软以及国内的BAT、京东、思必驰等众多人工智能公司的算法岗位上成为重要骨干。
  在国内外人工智能领域的各种创新大赛中,智能学子亦屡获大奖,在第十三届全国“挑战杯”中,进入终审环节的六个作品中,三件是由智能科学与技术专业同学领衔的团队所创作,分别荣获国家二等奖一项、国家三等奖两项;第十四届全国“挑战杯”中,进入终审环节的六个作品中,两件是由智能科学与技术专业同学领衔的团队所创作,分别荣获国家一等奖一项、国家二等奖一项;张青富教授指导的博士生王露平在阿里巴巴举办的“淘宝穿衣搭配算法大赛”中荣获冠军;刘静教授指导的学生张宇瞳等开发的多智能体遗传大数据优化算法在2015年度IEEE国际进化计算大会“大数据优化竞赛”荣获第一名;张向荣教授指导的惠通与吴建设教授指导的赵小文等组成的队伍“鲁班七号”夺得京东JData算法大赛冠军;实验室研究生获得第八届、第十届中国青少年科技创新奖,并在人民大会堂接受党和国家领导人的颁奖;焦李成教授指导的智能本科学子黄钟健、梁情思、李兆达等同学研发的“杖履四方——机器智能指导的导盲系统” 荣膺第七届“华为杯”中国大学生智能设计竞赛冠军;焦李成教授指导的研究生王浩然、白义东等同学研发的“随心渐动--渐冻人智能轮椅辅助系统”获得中国机器人及人工智能大赛第二名……
  今年7月,国务院发布我国首个人工智能国家重大战略规划——《新一代人工智能发展规划》,从国家层面对人工智能进行顶层设计,在中国共产党第十九次全国代表大会中,人工智能也被写入十九大报告。士当有识、士当有责,人工智能学院将在重点实验室取得成就的基础上不忘初心,继续前进,全心服务于国家和国防重大需求,着力培养人工智能下一代人才,为实现我国新一代人工智能发展战略目标贡献出更大力量!
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