荧屏背后的千斤使命——记中国科学技术大学教授张勇东
作者:田晓冰时间:2018-10-08 17:19 来源:《中国科技人才》杂志

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张勇东,中国科学技术大学教授。国家杰出青年科学基金获得者,入选国家“万人计划”科技创新领军人才、国家创新人才推进计划中青年科技创新领军人才,国务院政府特殊津贴专家。曾获2012年度(首届)中国计算机学会科学技术奖、2014年度北京市科学技术奖一等奖和2016年度国家科技进步二等奖。


眼前的张勇东教授随和、谦逊,微胖发福的体态给我们更多的邻家感——你可能很难把这样一位书生与国家安全联系起来,更不会想到他对国家体育队员在奥运会上冲金拿冠军起着不可估量的作用。可事实就是如此,当恐怖分子意图威胁社会安定时,当少数敌对分子妄想侵犯人民生命财产安全时,当奥运健将为一个有可能影响比分名次的细小动作一筹莫展时,最先冲上去的不是警察、不是教练,极有可能就是张勇东这样的科研团队核心人物。


安邦兴国,匹夫有责

无论犯罪分子如何狡猾,总会留下蛛丝马迹。科研工作单位向公安干警们提供的视频检索技术,就成为了公安机关在人群中犹如海底捞针般的搜捕的重要线索。而这,正是张勇东所主攻的视频检索技术。

张勇东介绍,人类70%的信息感觉来源于图像,图像证据在搜捕犯罪嫌疑人时的作用不言而喻。但对于图像视频的处理,它实际上是成千上万个色素点的数据,而如何确定两幅图像一致,就是利用计算机的计算技术来甄别两幅图像色素点重叠度有多高、是否相类似的问题。只要我们能在数据库中存入所需的犯罪嫌疑人的图样信息,就能在成百上千的视频图像资料中,把他们的身影从一片片灰影中挖掘出来,再把这些线索连成一串,就能找到他们的相关行踪轨迹。不仅如此,利用图像检索功能,恐怖分子相关的旗帜、如ISIS这样的字母标志,只要我们有了母信息源,就能够在成堆的数据文件中,找到所需的子信息。

“视频检索技术绝不仅仅只用于检索恐怖分子及其组织行踪上,对于保卫社会网络信息安全它也是一道关键的防火墙。现如今网络传播技术十分发达,任何良莠不齐的信息都在网络上漫天飞舞。当代青少年又大部分是网民,他们的思想尚不成熟,如果恐怖分子利用网络传播恐怖主义思想,亦或传播暴恐技能,青少年在网络上受到恐怖主义的蛊惑,后果将不堪设想,祖国的未来堪忧。而视频图像检索技术,就成为保卫网络安全、青少年思想安全的一道关键防火墙。哪怕有成千上万的信息处理量,它都能在第一时间找出相关视频、图像中的恐怖主义信息,帮助网络监管者把这些信息源予以屏蔽、删除,亦或找到这些信息的发布者,配合公安机关稽查。”

张勇东还表示,科技的进步是永无止境的,他与他的团队对于视频检索技术的要求并不止步于此。他们为视频检索技术增添了人工智能学习手段,使得该项技术能在更广阔的范围内满足需求。例如,人工智能使得视频检索技术的计算机能“学习”出一些恐怖分子身上的一些相似点,从而反馈到母数据库当中。换言之,人工智能学习技术能帮助计算机归纳出一些相关人物的特性,并把这些信息作为母信息进行“正反馈”,反馈到母数据库中,并将这些信息给到所有下辖的用户共享。这样一来,在类似于“正反馈”的调节之下,母数据库信息将会越来越丰富,在强大而又全面的视频检索之下,恐怖分子将会无处藏身。

除此之外,图像自动定位技术也是该项技术的核心所在。图像自动定位技术能够通过图像识别对原始的数字化图像进行处理,提取有用的参数信息分析,包括边缘线、中心点坐标等,达到更加精确的定位,使该步骤效率高、精度高。基于图像灰度的匹配方法不需要对图像做特征提取,而是直接利用全部可用的图像灰度信息,因此能提高估计的精度和鲁棒性。图像定位过程中,会将采集卡采集到的图片通过参数化分析后与模板进行匹配,得到他们之间位移差或者角度偏移量。

在图像自动定位技术和人工智能学习技术的帮助之下,图像检索技术变得更加完善。但是,张勇东表示,技术依然不会止步于现在,科研无止境,这也是他即使在仍奋战在科研第一线的原因。


硕果累累,不改初心

从事科研20余载,张勇东所获的荣誉和所取得的成就,可谓是硕果累累。

作为项目负责人、研究骨干,他承担了多项国家973计划、863计划、国家自然基金项目,是国家杰出青年科学基金获得者,科技部中青年科技创新领军人才入选者,国务院政府特殊津贴专家;入选北京市科技新星计划。

领导科研团队创新性提出了符合率失真优化理论的H.264视频编码码率控制方法,两篇相关论文在SCI影响因子3.0的国际著名学术刊物IEEE Trans.CSVT上发表。

领导科研团队参加国际权威的视频检索评测TRECVID,在全球50多个参赛队伍中,取得搜索任务第一名的优异成绩。

领导科研团队研制出新一代的基于视频分析的互联网视频搜索引擎,并取得良好应用效果。

在编解码方面,刻画了编码数据依赖机制,定义了编解码操作任务分解模式,推导了自适应RDO模型,发展了高并行编解码技术,加速比提高达10倍。

在相似检测方面,设计了高效的二进制特征描述子,构造了几何验证的仿射变换快速分解模型,建立了拓扑结构保持的均衡分布式索引,实时检测精度高于99%,国际权威评测第一。

在语义识别与检索方面,建立了多模态谱嵌入模型,提出了多核集成学习方法,构造了视频社会网络及社会关系特征,为解决语义多态性和视觉多义性问题提供途径。

……

最初,想要一种能够帮助保卫国家安全的视频检索技术,他做到了;想要完善该项技术,利用图像自动定位技术和人工智能学习技术,视频检索技术更加趋于完美,他做到了;想要利用该项视频检索技术来保卫互联网安全,并基于此研制出基于视频分析的互联网视频搜索引擎,他也做到了。作为一名担负着国家责任的科学家,只要国家需要,他就会站出来。

除了在国家安全方面,为奥运夺冠贡献智慧也是张勇东引以为豪的工作经历。张勇东与我们分享了他与北京奥运不一样的缘分,十年前的事他记忆犹新。

当时,体育当局希望得到一种能够分析运动员的运动细节动作的视频分析系统。张勇东的年轻团队承担了这项关乎国家运动竞技荣誉的工作。在北京市科技奥运项目的支持下,他领导团队研制出运动训练视频分析系统;国家体育总局采用该系统全面装备各个项目的国家运动队,成为国家运动队备战2008年北京奥运会的重要科技装备。以跳水项目为例,可能以人眼无法辨别出运动员动作的细微差别,但是利用视频分析系统,可以逐帧分析运动员技术动作并通过比对来逐步校对。以举重项目为例,应该在什么时间发力,肢体技术性动作的角度等等,这些都能通过视频分析技术来帮助运动员将技术动作调整到最佳水准。备战2008年北京奥运会期间,张勇东及其团队深感责任重大,和运动队员同吃同住,其紧张程度不亚于运动员,连续几晚上不合眼是常事。张勇东回忆,曾经在一次全运会上,他的团队协助对跳水代表队进行技术性动作打分。每一个裁判员对运动员的动作进行回放观察,得到相关的技术参数。在游泳馆里,因为地点比较特殊,环境潮湿,较一般正常的环境而言,设备运行变得更加复杂、困难。当时运动会第二天就要开赛了,设备马上就要运营使用,由于环境湿热,系统故障,突然瘫痪不能工作,包括张勇东在内的所有参与者全急得像热锅上的蚂蚁、浑身是汗。就在这样一种高度紧张的心理环境之下,团队成员分工协作,配合高度默契。场内热且潮湿,大家紧张奋战了一晚上,直至深夜。终于等到设备成功运行那一刻,大家欢欣鼓舞。

为了北京奥运会上祖国的荣誉,张勇东团队为国家体育总局提供了四五十套这样的软件系统,为运动员最大限度的提高比赛技巧、赢得比分起到了不可估量的科技支持。也因此,张勇东获得了2006年度北京市科技进步一等奖和国家体育总局第28届奥运会科技攻关与科技服务一等奖。而国家跳水队和国家举重队,则不负众望为祖国带来了荣誉。


患难与共,与君共勉

众所周知,科研团队建设非常重要,不同的学科对于团队建设的核心理念有着不同的需求。问及张勇东,他的回答与他的行事风格一以贯之,简单直接:找对的人为共同的目标做事。

选人是关键,在张勇东看来,选对了人,这事就成功了一半。对于选人,张勇东看智商和情商。作为科研人员,应该具备一定的学习能力,包括专注力。同时,有一定的情商能在团队合作过程中分清轻重缓急、有大局观。作为团队核心成员,他的团队能够凝聚成一个整体,把大家都攥成一股绳,他认为最重要的因素就是大家共同吃苦的那种“兄弟情谊”。在研究所,为了一个共同的课题,大家熬夜通宵是常事。哪怕吃苦受累,看到同伴在做着同样的事情,都是为一个共同的目标事业,互相也是一种鼓励。这种将团队目标视为最高目标共同目标的价值观,是张勇东团队建设的一个核心因素,对于他能够把团队做好、做长久有着重要意义。

为了团队核心成员能够静下心来踏实工作,为团队成员解决后顾之忧也成了张勇东的工作。有一次,张勇东团队中有一位核心成员当年因为是否留京非常犹豫,左右踌躇。北京的生存压力大,如果去别的城市,很多问题在引进人才时都能解决。张勇东非常希望他能留下,了解到他的妻子在医院系统工作,张勇东四处打听、费尽周折,竟然帮忙推荐了妻子在北京一家医院当护士,解决了留京问题。这位核心成员非常感动,毅然决然克服其它困难,留在北京,留在张勇东的团队至今。

但他的团队也不缺少流动。对于更合适的选择,张勇东即使再需要人才,同样理解支持。因为在张勇东看来,不是一定要在一个单位共事才可以合作,无论在地球的哪一端,只要有共同的价值观、事业心,都可以合作。几乎每一个离开了团队的团队成员,抑或有过合作经历的事业伙伴,张勇东都依然和他们保持的联系,有合适的机会合适的项目,随时组合。这其中,也包括在民企“快手”这样的热门APP中负责核心技术性项目的学生。

在这样的团队建设信条之下,张勇东名下成材的博士已有十余个,学生中也后继有人,成为“长江学者”独当一面地负责青年项目。张勇东认为,尽管不同团队成员在发展方向上有所不同,但是在团队层面上,应该根据团队需求来进行人员布局。此外,团队建设是有梯队性的,梯队合理就需要人才全面。只有这样,才能培养出术业专攻优秀的人才。也只有在这样的团队里成长之后,学生们才会有更广阔的学术发展空间,不仅仅是为团队的成长和壮大打下良好的基础,同时也是为个人今后发展做一个良性准备。

同时,张勇东认为,科研的历程吃苦是必然的。作为带头人、老师,他对学生有着严格的要求,希望团队成员个个不怕吃苦、努力拼搏、不计名利,要求团队成员拥有这样的素质,他作为带头人,必然先要严于律己,这是前提。

教书育人,最重要的是因材施教。有的学生强于基础研究、发表论文,那么张勇东就加强对他的理论、写作进行培养;有的学生强于项目开发、实际应用,那么张勇东就因人而异地制定相应的培养方案,能让学生有自己的一番作为。张勇东作为过来人,无论是学术研究还是产学研实践都有着丰富的经验、经历,他会把自己身体力行所得到的经验分享给学生们,帮助他们在以后的探索历程上少走弯路。

桃李不言,下自成蹊。无论是在科研探索,还是教书育人上,张勇东都不张扬多言,却以自己的科研成就和人格魅力,吸引着青年学子和科技同行的目光;以科研工作者的担当,默默守护国家的安全。