北理工團(tuán)隊在無人智能巡檢領(lǐng)域取得新突破
發(fā)布日期：2023-02-04 供稿：光電學(xué)院 攝影：光電學(xué)院
編輯：盛筠 審核：董立泉 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)隊與中國科學(xué)院國家天文臺合作，通過將無人系統(tǒng)與人工智能深度融合,，從底層平臺與頂層算法實現(xiàn)核心關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破，研發(fā)出首套“中國天眼”反射面無人自動巡檢系統(tǒng),，實現(xiàn)反射面板的自動化,、精細(xì)化巡檢。相關(guān)研究成果以“Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision”為題發(fā)表在中國科技期刊卓越行動計劃高起點期刊《Light: Advanced Manufacturing》上,。Light: Advanced Manufacturing是Nature旗下領(lǐng)軍期刊Light:Science&Applications的衍生姊妹刊,，主要發(fā)表面向先進(jìn)制造，重點報道國內(nèi)外最新進(jìn)展和突破,，反映跨領(lǐng)域的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢,。該論文的第一作者為北京理工大學(xué)李佳男副研究員，通訊作者為北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授,、李佳男副研究員,。
500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，F(xiàn)AST）,，又被譽為“中國天眼”,，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑,、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡,。FAST的主體是由4450塊反射面板單元組成的直徑500米球反射面（如圖1a），總面積約25萬平方米,。FAST的巨大反射面帶來了前所未有的超高靈敏度,，但另一方面容易受到墜石、冰雹等自然墜物所造成的損害,，產(chǎn)生凹陷,、孔洞等面板缺陷（如圖1c），影響系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性,。因此,，及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并修復(fù)面板缺陷對于FAST的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。傳統(tǒng)面板巡檢主要由巡檢人員定期對反射面板單元進(jìn)行人工巡檢來實現(xiàn),，因為受面板可承重限制,、氣候條件、高空作業(yè)危險性等因素的影響,，人工巡檢的識別錯誤率高,，追溯性差,，且效率低下。
針對上述難題,，北京理工大學(xué)許廷發(fā)教授團(tuán)隊開發(fā)出首套“中國天眼”反射面自動巡檢系統(tǒng),，實現(xiàn)反射 面板的自動化、精細(xì)化巡檢,，降低識別錯誤率與風(fēng)險,，大幅提升巡檢效率，為FAST的長久穩(wěn)定運行保駕護(hù)航,。
圖1 FAST結(jié)構(gòu),、智能巡檢過程及結(jié)果示意圖
該巡檢系統(tǒng)綜合運用無人機技術(shù)、視覺定位技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù),，以多旋翼無人機為平臺,，基于高精度定位技術(shù)的導(dǎo)航方案，控制無人機沿預(yù)設(shè)航線完成飛行及數(shù)據(jù)回傳,，再利用遠(yuǎn)程數(shù)字管控平臺,，將飛行過程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行AI智能識別，生成巡檢報告,，從而幫助檢修人員更快發(fā)現(xiàn)面板缺陷,，及時消缺。針對反射面板紋理復(fù)雜導(dǎo)致細(xì)微缺陷難以檢測,、不同缺陷混淆和相互干擾等難題,，研究團(tuán)隊提出了復(fù)雜背景下細(xì)微缺陷智能檢測方法，將逐像素跨層注意力機制引入深度檢測網(wǎng)絡(luò),，解決了細(xì)微、易混淆面板缺陷的漏檢和誤檢難題,，提升了檢測準(zhǔn)確性,。
該系統(tǒng)可自主、高效地進(jìn)行FAST反射面板巡檢,，實現(xiàn)厘米級面板缺陷的準(zhǔn)確識別與精確定位（如圖1d）,，對FAST的長久穩(wěn)定運行具有深遠(yuǎn)意義。
論文詳情：Li J, Jiang S, Song L, et al. Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision[J]. Light: Advanced Manufacturing, 2023, 4(1): 1-11.
論文鏈接：https://www.light-am.com/article/doi/10.37188/lam.2023.001
附作者簡介：
李佳男,，博士,，北京理工大學(xué)光電學(xué)院預(yù)聘助理教授（特別副研究員），新加坡國立大學(xué)博士后,。長期從事光電成像探測與識別工作,。以第一作者發(fā)表IEEE TPAMI、CVPR等頂會頂刊論文10篇,，ESI高被引論文1篇,；以通訊作者發(fā)表IEEE TMI,、NeurIPS等論文近20篇。論文單篇最高被引700余次,，谷歌學(xué)術(shù)總引3000余次,。主持國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金等項目5項；入選中國科協(xié)“青年人才托舉工程”,，獲得中國圖象圖形學(xué)學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文,、王大珩高校學(xué)生光學(xué)獎、ImageNet國際大規(guī)模視覺識別挑戰(zhàn)賽冠軍等榮譽,。指導(dǎo)研究生獲得ICCV 2021“反無人機跟蹤”挑戰(zhàn)賽國際冠軍及最佳論文獎,、中國高等教育博覽會“校企合作 雙百計劃”典型案例等。
許廷發(fā),，博士,，教授/博導(dǎo)，國家一級重點學(xué)科“光學(xué)工程”學(xué)科責(zé)任教授,，光電成像技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點實驗室副主任,。北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心智能化和大數(shù)據(jù)技術(shù)實驗室主任。近年來帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊圍繞光電成像探測與識別,、計算成像和人工智能等領(lǐng)域不斷深化研究,。主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項目等40余項。在國際,、國內(nèi)等系列期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文170余篇,，其中被SCI/EI收錄90余篇。以第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利45項,，已授權(quán)和公示15項,。獲省部級科技進(jìn)步二等獎等獎項3項。指導(dǎo)研究生獲得中國圖象圖形學(xué)學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文,，二人次獲得王大珩高校學(xué)生光學(xué)獎,，二人次獲得全國光學(xué)與光學(xué)工程博士生學(xué)術(shù)聯(lián)賽全國百強，重慶英才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范團(tuán)隊等榮譽稱號,。
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