戴琼海

戴琼海,中国工程院院士、北京信息科学与技术国家研究中心主任、清华大学信息科学与技术学院院长、脑与认知科学研究院院长、中国人工智能学会理事长,现任民革中央教科文卫体委员会副主任。长期致力于立体视觉、计算摄像学和人工智能等领域的基础理论和关键技术创新,近年来主要从事国际交叉前沿——脑科学与新一代人工智能理论的研究,包括多维多尺度计算摄像仪器、光电认知计算的理论架构、算法与芯片等。主持承担973项目、国家自然科学基金重大仪器项目等国家级重大科研项目,以第一完成人在立体视频重建与显示、新一代立体视觉理论与关键技术等方面获得突破性成果,分别在2016年获国家科技进步二等奖、2012年获国家技术发明一等奖和2008年获国家技术发明二等奖。被中共北京市委、市政府授予2017—2018年度“首都精神文明建设奖”荣誉称号。

在清华大学灿若星河的专家方阵中,自动化系教授、博士生导师、宽带网数字媒体实验室主任戴琼海,凭借立体视频技术研究成果,占有重要一席。10余年来,他和他的团队在国家自然科学基金、“863计划”等项目的支持下,在立体视频获取、生成与显示等应用基础理论和核心关键技术方面,完成了具有自主知识产权的多项发明创新,突破了多个关键技术,改变了长期以来我国视频核心技术主要依靠引进的格局,实现了核心技术对外输出。2013年1月,戴琼海主持的“立体视频获取与重建技术及装置”项目获2012年度国家技术发明一等奖。

“不甘落后平生耻,蜕茧拼搏誓争先”

凭着奋起直追的执着精神,勇做立体视频技术的先行者

上世纪90年代末,数字媒体在信息产业中展露头角,国际上涌现出大量流媒体编码技术,但中国在这一领域却缺乏属于自己的知识产权。中国企业每生成一台DVD需支付的专利费高达利润的10.2倍,跨国公司仅专利费每年就从中国获利高达数十亿美元。当时正带领团队从事流媒体研究的戴琼海看在眼里,痛在心上。

进入21世纪,欧盟、美国、日本的立体视频研究项目陆续启动,引发了世界各国在信息显示技术领域新一轮的角逐。戴琼海敏锐地感觉到,立体视频的时代即将到来,中国市场再次面临“狼来了”的威胁,但这也是中国信息技术实现源头创新、赶超发达国家的一次绝佳契机。

“我们感到很难做,但是如果能‘扑上去’占据制高点,就可以挣外国人的钱,让外国人用中国的知识产权。”正是抱着这样的信念,虽然面临内容匮乏的困境和技术路线的彷徨,戴琼海和他的团队还是义无反顾地开始了立体视频技术研究的漫漫征程。

立体视频与平面视频最大的区别,在于它不仅是一个简单的解码过程,而是需要采集多视角的信息,并且重构成具有纵深感的视频影像,栩栩如生地显示在人们面前。这其中涉及从理论到应用、从内容到显示的一系列难题。

对现实场景进行重建与真实感绘制是立体视频内容生成的核心技术之一。通过调研,戴琼海认为,突破传统立体模型对3DMax等人工干预量大的专业软件的限制,转而通过现实场景对象采集的多视图像来重建高真实感的三维模型几何和纹理,是成为精确立体重建技术的必然发展趋势。这其中,首要的核心问题就是如何提高建模精度。

最初,他尝试搭建了容纳64个相机的系统,虽然具备了一定的立体效果,但并不能够重现真正的立体感。接着他们又搭起一座钢架,但精度的提高还是不显著。国际同行的实践经验告诉他,相机越密,立体感就越好。但是相机密度增加必然导致数据量非常庞大,很难处理。这一矛盾又如何解决呢?

经过反复尝试和研究,他们发现光的变化对于立体重建的精度有一定影响。传统方法是拍摄一系列视频然后进行匹配,类似激光扫描,细节匹配不佳导致三维模型重建精度不高;而如果加入光照的因素,不断变换光照并进行拍摄,就可以通过入射与反射时拍摄的视频信息找到法线的方向,从而得知其相对的位置关系。把这一“光度立体”的方法和多视图匹配的方法结合起来,就可以得到精度非常高的三维重建方法。

由此,戴琼海带领他的团队在国际上首次提出了视觉场理论,建立了视角、光照和事件的关系,“笼子”也由此诞生,不仅减少了相机数量,而且使建模精度得到了质的提升。到2010年,基于该系统实现的三维建模误差仅小于0.3毫米,在由美国国家科学基金会(NSF)等多家权威机构组织的国际评测中重建精度排名第一,至今未被超越。

“无畏荆棘漓汗水,登高眺远视广宇”

凭着朴实无华的科学情怀,让立体视频技术在国际上占据一席之地

立体视频的风潮席卷全球,但是站在这一领域技术研究最前沿的戴琼海却始终告诫团队师生:“不要盲目跟着别人做,一定要做最具原创性的研究。在新技术上抢占制高点,一定要比别人多看好几步。”

当今,影视作品中往往包含大量非现实场景或对象,既要看起来“真”,又要看起来“活”,立体视频制作中真实感纹理合成与运动自由控制的矛盾,长期以来一直是阻碍技术发展的共性难题。戴琼海和他的团队提出了一系列采样、跟踪及合成方


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