近日，北京理工大学许廷发教授团队与中国科学院国家天文台合作，通过将无人系统与人工智能深度融合，从底层平台与顶层算法实现核心关键技术的创新突破，研发出首套“中国天眼”反射面无人自动巡检系统，实现反射面板的自动化、精细化巡检。相关研究成果以“Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision”为题发表在中国科技期刊卓越行动计划高起点期刊《Light: Advanced Manufacturing》上。Light: Advanced Manufacturing是Nature旗下领军期刊Light:Science&Applications的衍生姊妹刊，主要发表面向先进制造，重点报道国内外最新进展和突破，反映跨领域的前沿技术和发展趋势。该论文的第一作者为北京理工大学李佳男副研究员，通讯作者为北京理工大学许廷发教授、李佳男副研究员。
500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST），又被誉为“中国天眼”，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。FAST的主体是由4450块反射面板单元组成的直径500米球反射面（如图1a），总面积约25万平方米。FAST的巨大反射面带来了前所未有的超高灵敏度，但另一方面容易受到坠石、冰雹等自然坠物所造成的损害，产生凹陷、孔洞等面板缺陷（如图1c），影响系统运行的可靠性与稳定性。因此，及时准确地发现并修复面板缺陷对于FAST的稳定运行至关重要。传统面板巡检主要由巡检人员定期对反射面板单元进行人工巡检来实现，因为受面板可承重限制、气候条件、高空作业危险性等因素的影响，人工巡检的识别错误率高，追溯性差，且效率低下。
针对上述难题，北京理工大学许廷发教授团队开发出首套“中国天眼”反射面自动巡检系统，实现反射 面板的自动化、精细化巡检，降低识别错误率与风险，大幅提升巡检效率，为FAST的长久稳定运行保驾护航。

图1 FAST结构、智能巡检过程及结果示意图
该巡检系统综合运用无人机技术、视觉定位技术和深度学习技术，以多旋翼无人机为平台，基于高精度定位技术的导航方案，控制无人机沿预设航线完成飞行及数据回传，再利用远程数字管控平台，将飞行过程中采集的数据进行AI智能识别，生成巡检报告，从而帮助检修人员更快发现面板缺陷，及时消缺。针对反射面板纹理复杂导致细微缺陷难以检测、不同缺陷混淆和相互干扰等难题，研究团队提出了复杂背景下细微缺陷智能检测方法，将逐像素跨层注意力机制引入深度检测网络，解决了细微、易混淆面板缺陷的漏检和误检难题，提升了检测准确性。
该系统可自主、高效地进行FAST反射面板巡检，实现厘米级面板缺陷的准确识别与精确定位（如图1d），对FAST的长久稳定运行具有深远意义。
论文详情：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.
论文链接：https://www.light-am.com/article/doi/10.37188/lam.2023.001


附作者简介：
李佳男，博士，北京理工大学光电学院预聘助理教授（特别副研究员），新加坡国立大学博士后。长期从事光电成像探测与识别工作。以第一作者发表IEEE TPAMI、CVPR等顶会顶刊论文10篇，ESI高被引论文1篇；以通讯作者发表IEEE TMI、NeurIPS等论文近20篇。论文单篇最高被引700余次，谷歌学术总引3000余次。主持国家自然科学基金青年科学基金等项目5项；入选中国科协“青年人才托举工程”，获得中国图象图形学学会优秀博士学位论文、王大珩高校学生光学奖、ImageNet国际大规模视觉识别挑战赛冠军等荣誉。指导研究生获得ICCV 2021“反无人机跟踪”挑战赛国际冠军及最佳论文奖、中国高等教育博览会“校企合作 双百计划”典型案例等。
许廷发，博士，教授/博导，国家一级重点学科“光学工程”学科责任教授，光电成像技术与系统教育部重点实验室副主任。北京理工大学重庆创新中心智能化和大数据技术实验室主任。近年来带领其科研团队围绕光电成像探测与识别、计算成像和人工智能等领域不断深化研究。主持承担国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目等40余项。在国际、国内等系列期刊发表学术论文170余篇，其中被SCI/EI收录90余篇。以第一发明人申请国家发明专利45项，已授权和公示15项。获省部级科技进步二等奖等奖项3项。指导研究生获得中国图象图形学学会优秀博士学位论文，二人次获得王大珩高校学生光学奖，二人次获得全国光学与光学工程博士生学术联赛全国百强，重庆英才创新创业示范团队等荣誉称号。