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上海理工大學(xué)莊松林院士和顧敏院士領(lǐng)導(dǎo)下的未來光學(xué)國際實(shí)驗(yàn)室宣布，首次利用機(jī)器學(xué)習(xí)反求設(shè)計(jì)（machine-learninginversedesign）實(shí)現(xiàn)了三維矢量全息（Three-dimensionalvectorialholography）的新概念。據(jù)介紹，這項(xiàng)發(fā)明是光學(xué)全息技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破，其提供的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的反求設(shè)計(jì)可精準(zhǔn)且迅速地產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)任意三維矢量光場，有望應(yīng)用在超寬帶全息顯示、超安全信息加密以及超容量光存儲(chǔ)、超精確粒子操控等各個(gè)領(lǐng)域。相關(guān)研究成果于4月18日凌晨發(fā)表在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)進(jìn)展》上。該雜志為《科學(xué)》（Science）刊物旗下子刊，是一個(gè)涵蓋所有學(xué)術(shù)領(lǐng)域的開放性、綜合性科學(xué)刊物。光是一種電磁波，其在介質(zhì)中傳播的同時(shí)伴隨著電磁和磁場的振蕩，被稱為光的矢量特性。基于光波的橫波特性，光的振蕩通常被限制在與其傳播方向垂直的二維平面上。近些年，研究發(fā)現(xiàn)光的振蕩可打破傳統(tǒng)二維平面的束縛，通過干涉產(chǎn)生縱向光振蕩，即形成第三維光矢量。在物理學(xué)上，通過求解三維麥克斯韋方程可以正向得到一個(gè)三維矢量光場分布，但其不可控。一直以來，精確產(chǎn)生任意三維矢量光場是一個(gè)世界性難題，因其需要十分復(fù)雜的反求設(shè)計(jì)，超出了人類知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的邊界。顧敏院士指導(dǎo)的科研人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)反求設(shè)計(jì)率先實(shí)現(xiàn)了三維矢量全息，可精確地控制三維全息圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的任意三維矢量狀態(tài)。“通過機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能新科技，我們首次實(shí)現(xiàn)了三維矢量光的操控，并將機(jī)器學(xué)習(xí)的算法延伸到光學(xué)全息中去，”顧敏院士說，“這樣的操控是全方位的，包括對(duì)每個(gè)三維矢量光攜帶的信息進(jìn)行編碼、傳輸和解碼，因而消除了傳統(tǒng)二維偏振光的束縛。”文章第一作者任浩然博士（目前在德國慕尼黑大學(xué)從事洪堡博士后研究）說：“機(jī)器學(xué)習(xí)在光學(xué)設(shè)計(jì)中扮演著越來越重要的作用。我們研究證明訓(xùn)練后的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可有效地、快速地產(chǎn)生任意三維矢量光場，達(dá)到接近百分之百的準(zhǔn)確性，極大地提高了光場調(diào)控的效率。”這項(xiàng)發(fā)明還為光學(xué)全息開辟了一條新道路，首次在全息中證明光的三維矢量狀態(tài)可以作為獨(dú)立的信息載體，實(shí)現(xiàn)信息的編碼和復(fù)用。顧敏院士說：“這項(xiàng)發(fā)明作為光學(xué)全息技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，不僅為下一代超寬帶、超大容量、超快速并行處理的光學(xué)全息系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為加深理解光與物質(zhì)的相互作用（例如粒子操控）提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)。”該項(xiàng)工作得到了墨爾本皇家理工大學(xué)（RMIT）人工智能納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及計(jì)算機(jī)科學(xué)系的大力支持。

本成果可從根本上解決上述痛點(diǎn)難題，傳感器檢測(cè)到冰雪等風(fēng)險(xiǎn)路況時(shí)，及時(shí)向路政、交警部門和社會(huì)發(fā)送預(yù)警和報(bào)警信號(hào)，以便及時(shí)采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施，大大降低惡性交通事故發(fā)生的可能性。還可與道路融雪化冰系統(tǒng)協(xié)同工作，監(jiān)測(cè)到冰雪危險(xiǎn)路況時(shí)，傳感器信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)融雪化冰系統(tǒng)工作，消融冰雪，保障道路安全通暢。本成果的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： 1）壓電平膜傳感器多階諧振頻率和振動(dòng)譜解析技術(shù)； 2）多光譜傳感器光電信號(hào)處理技術(shù)； 3）復(fù)阻抗傳感器信號(hào)檢測(cè)及處理技術(shù)； 4）多傳感器信息融合人工智能技術(shù)； 5）傳感器可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。 冰雪路況傳感器主要包含阻抗譜、諧振譜和多光譜等三種核心關(guān)鍵技術(shù)，如下圖所示，其來源于團(tuán)隊(duì)前期研發(fā)的壓電平膜式、光纖（光電）式和阻抗式結(jié)冰傳感技術(shù)成果，均為具有自主創(chuàng)新特色及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。

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醫(yī)療內(nèi)窺鏡是目前常用的一種臨床診斷工具，尤其對(duì)于消化科的醫(yī)生而言，他們通過內(nèi)窺鏡能直接觀察到人體消化器官內(nèi)部的病變情況，如潰瘍、腫瘤等，甚至還可以利用內(nèi)窺鏡進(jìn)行微創(chuàng)的外科手術(shù)，在醫(yī)學(xué)界應(yīng)用廣泛。與放射科的閱片相比，消化內(nèi)鏡是消化道病變篩查和診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，也是微創(chuàng)和無創(chuàng)治療的主要手段。 由一款圍棋人工智能程序AlphaGo(阿爾法圍棋)開始，人工智能開始走進(jìn)大眾的視野。世界范圍內(nèi)對(duì)其的廣泛討論預(yù)示著人工智能時(shí)代已經(jīng)到來。隨著深度學(xué)習(xí)算法不斷發(fā)展、日益成熟，人工智能已逐步用于醫(yī)療影像分析領(lǐng)域。近年來，關(guān)于內(nèi)窺鏡影像在AI領(lǐng)域的發(fā)明成果如潮水般涌現(xiàn)。 在內(nèi)鏡檢查中，操作醫(yī)師將抓取的圖像和視頻保存到內(nèi)鏡報(bào)告系統(tǒng)中，再由診斷醫(yī)生根據(jù)這些抓取的影像出具診斷報(bào)告。由目前公開的內(nèi)窺鏡影像收集歸納系統(tǒng)中，尚未利用深度學(xué)習(xí)的方法來進(jìn)行胃、腸的內(nèi)窺鏡影像學(xué)習(xí)，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)較為全面的內(nèi)窺鏡影像的樣本庫。目前的方法不利于簡化醫(yī)生的操作且不具有數(shù)據(jù)歸一化處理和轉(zhuǎn)換能力，無法根據(jù)數(shù)據(jù)適用范圍的不同對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和提供智能的數(shù)據(jù)分析功能。 一種人工智能掃描內(nèi)窺影像樣本庫管理系統(tǒng)包括以下模塊：圖像輸入模塊，用于收集內(nèi)窺鏡圖片；按官方標(biāo)準(zhǔn)，將胃部或者腸部內(nèi)鏡視野分成多個(gè)部位，通過人工智能系統(tǒng)對(duì)從醫(yī)院內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行預(yù)分類，并將影像數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)指定文件目錄；登陸模塊，用于在注冊(cè)醫(yī)生登錄系統(tǒng)進(jìn)入當(dāng)前功能菜單后，對(duì)圖片進(jìn)行評(píng)圖，確認(rèn)該圖片類別是否正確；系統(tǒng)主控界面，用于進(jìn)行人機(jī)交互，并對(duì)圖像進(jìn)行顯示；業(yè)務(wù)功能模塊，包括：圖像分類單元、視頻庫單元、病灶標(biāo)記單元、我的任務(wù)單元、用戶信息單元；系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于管理用戶與權(quán)限。本發(fā)明界面美觀友好、信息查詢靈活方便；對(duì)上傳影像數(shù)據(jù)智能分類，減少醫(yī)生操作，只需最終確定。 本系統(tǒng)產(chǎn)生的價(jià)值在于： 一、界面美觀友好、信息查詢靈活方便； 二、對(duì)上傳影像數(shù)據(jù)智能分類，減少醫(yī)生操作，只需最終確定； 三、數(shù)據(jù)庫管理模塊，具有數(shù)據(jù)歸一化處理和轉(zhuǎn)換能力，根據(jù)數(shù)據(jù)適用范圍的不同對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，提供智能的數(shù)據(jù)分析功能； 四、集成第三方標(biāo)記工具，標(biāo)記過程簡單清晰，結(jié)果數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠； 五、用戶權(quán)限設(shè)置合理，系統(tǒng)安全級(jí)別高； 六、防錯(cuò)退出模式，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、項(xiàng)目簡介 水下潛水器是海洋立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要移動(dòng)平臺(tái)，在深海工程檢測(cè)、地質(zhì)勘探、科學(xué)考察、環(huán)境監(jiān)測(cè)與軍事應(yīng)用等方面有重大需求與發(fā)展前景。《國家“十二五”海洋科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》明確了“開發(fā)水下自航行剖面測(cè)量技術(shù)，形成近海實(shí)時(shí)、快速觀測(cè)能力”的重點(diǎn)任務(wù)。目前國內(nèi)外水下潛水器普遍采用細(xì)長或開架結(jié)構(gòu)和螺旋槳驅(qū)動(dòng)，具有推進(jìn)效率低，轉(zhuǎn)彎半徑大和輻射噪聲大的弱點(diǎn)，急需在減阻和探測(cè)能力上取得突破。本項(xiàng)目圍繞水下小型機(jī)器人高精度探測(cè)與識(shí)別重要需求，研究基于人工智能的水下探測(cè)與識(shí)別技術(shù)，在水聲仿生智能探測(cè)、目標(biāo)特征提取和分類識(shí)別上開展技術(shù)攻關(guān)，并研制樣機(jī)。海圖公司開發(fā)多款水下機(jī)器人產(chǎn)品，618展示得到重要認(rèn)可。基于人工智能的小型水下機(jī)器人可廣泛應(yīng)用于海洋與內(nèi)陸，有顯著產(chǎn)業(yè)化前景。 二、前期研究基礎(chǔ) 科研依托廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院、水聲通信與海洋信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，具備開展水聲實(shí)驗(yàn)的良好設(shè)施：嘉庚號(hào)科考船、一艘海洋二號(hào)實(shí)驗(yàn)船、兩處岸邊實(shí)驗(yàn)站、一個(gè)大型水聲水池、水聲換能器、測(cè)量放大器、丹麥B&K公司的聲學(xué)測(cè)量儀器譜分析儀等。已研制多款水下仿生機(jī)器人并在水池完成測(cè)試。研究團(tuán)隊(duì)?wèi){借跨學(xué)科優(yōu)勢(shì)，把仿生聲學(xué)探測(cè)與水下機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，取得創(chuàng)新成果。本項(xiàng)目實(shí)施所需要的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)已經(jīng)具備，并已在以往研究中得到成功應(yīng)用，從而具備扎實(shí)的科研基礎(chǔ)。 三、應(yīng)用技術(shù)成果 在仿生探測(cè)方面，研究基于人工智能的水下探測(cè)與識(shí)別技術(shù)。仿生最優(yōu)能量傳輸與波束控制、仿生目標(biāo)探測(cè)與人工智能識(shí)別可以提高水聲探測(cè)指向性、抑制混響并具備定向水聲通信能力，能夠突破現(xiàn)有水下機(jī)器人水聲探測(cè)和通信限制。在基于人工智能的海洋仿生機(jī)器人研發(fā)方面，利用生物醫(yī)學(xué)成像測(cè)量鯨豚流線體形、結(jié)構(gòu)和組織特性，設(shè)計(jì)仿生機(jī)器人具有仿生形態(tài)和柔性特性，突破現(xiàn)有水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)理念。研究水聲仿生智能探測(cè)、目標(biāo)特征提取和分類識(shí)別提升仿生機(jī)器人水下工作能力。在仿生水下機(jī)器人樣機(jī)研制、傳感和模式識(shí)別等取得應(yīng)用成果。 四、合作企業(yè) 海圖志（廈門）智能科技有限公司由福建省海洋與漁業(yè)廳批準(zhǔn)的雙創(chuàng)干部蘇芃牽頭成立，組織了西北工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、廈門大學(xué)、福州大學(xué)、福建師范大學(xué)等院校博士專家40余人組成，2015年開始，經(jīng)過了2-3年的基礎(chǔ)理論研究，已經(jīng)申報(bào)和取得相關(guān)的專利軟著20項(xiàng)。開發(fā)過相關(guān)的水下裝備設(shè)備包括水下光學(xué)成像攝像機(jī)、水下光學(xué)鏡頭、水聲定位設(shè)備、水下潛器等等，具備一定的開發(fā)研究的基礎(chǔ)。得到省委于偉國書記、中國工程院院長周濟(jì)、國家海洋局林山青副局長等等領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可。相關(guān)的產(chǎn)品取得福建省618青年海洋創(chuàng)新創(chuàng)意成果獎(jiǎng)第一名，第六屆全國海洋航行器設(shè)計(jì)與制作大賽一等獎(jiǎng)，19屆中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)、中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽福州市三等獎(jiǎng)。海圖志（廈門）智能科技有限公司取得廈門海峽科創(chuàng)基金的以5000萬估值的投資，在廈門設(shè)立海洋機(jī)器人創(chuàng)業(yè)基地。 海圖志（廈門）智能科技有限公司小型水下產(chǎn)品在2016年深圳高交會(huì)上引起了科技部、云南省科技廳、廣西省海洋局等其他省市領(lǐng)導(dǎo)的重視，2017年福建618項(xiàng)目成果交易會(huì)上得到中國工程院院長、福建省省長（現(xiàn)任省委書記）、國家海洋局副局長、福建省副省長、省發(fā)改委主任等專家領(lǐng)導(dǎo)的肯定。

項(xiàng)目成果/簡介:醫(yī)療內(nèi)窺鏡是目前常用的一種臨床診斷工具，尤其對(duì)于消化科的醫(yī)生而言，他們通過內(nèi)窺鏡能直接觀察到人體消化器官內(nèi)部的病變情況，如潰瘍、腫瘤等，甚至還可以利用內(nèi)窺鏡進(jìn)行微創(chuàng)的外科手術(shù)，在醫(yī)學(xué)界應(yīng)用廣泛。與放射科的閱片相比，消化內(nèi)鏡是消化道病變篩查和診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，也是微創(chuàng)和無創(chuàng)治療的主要手段。由一款圍棋人工智能程序AlphaGo(阿爾

6月17日，由中軟國際教育科技集團(tuán)與蘭州信息科技學(xué)院聯(lián)合共建的中軟國際人工智能產(chǎn)業(yè)學(xué)院和校外實(shí)訓(xùn)基地成立暨揭牌儀式在學(xué)院順利舉行