祝傳海

求學(xué)期間，他在圖像處理、光譜成像、人工智能、自動(dòng)化等現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域艱難跋涉，在機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理等方面成績(jī)卓著；

工作后，他選擇在生物醫(yī)學(xué)、新品種育種、種子質(zhì)量檢測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化、作物表型研究等領(lǐng)域孜孜以求，在農(nóng)業(yè)人工智能領(lǐng)域開辟了一方天地；

如今，踏上祖國(guó)的大地，他依然選擇農(nóng)業(yè)，志在為中國(guó)農(nóng)業(yè)裝上智能的眼睛……

他叫范曉飛，現(xiàn)在是河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，“太行學(xué)者”三層次引進(jìn)人才，入選河北省引進(jìn)高層次人才“百人計(jì)劃”。

一定要出去大洋彼岸學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)

在中國(guó)民航大學(xué)，范曉飛學(xué)的是電子信息工程專業(yè)。按部就班，畢業(yè)后他的去向是民航機(jī)務(wù)。

對(duì)這個(gè)很多人向往的職業(yè)，范曉飛的看法是，“這個(gè)工作，就是拿著一張單子，讓修哪里就按照規(guī)程修哪里，規(guī)程讓怎么修就怎么修，不允許有創(chuàng)造性”。

因此，范曉飛選擇了考研。本科畢業(yè)那年，他考到了清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)。讀研期間，他的主要工作是利用近紅外光來檢測(cè)乳腺癌?！斑@個(gè)工作，與圖像處理有關(guān)”，范曉飛說：“這是我職業(yè)生涯中首次接觸機(jī)器視覺領(lǐng)域。”

研究生畢業(yè)，范曉飛選擇出國(guó)攻讀博士學(xué)位。2006年，他飛向大洋彼岸的美國(guó)密蘇里大學(xué)，開始博士階段的學(xué)習(xí)和生活。在密蘇里大學(xué)，他做的第一個(gè)項(xiàng)目是老鼠視皮層成像?！斑@項(xiàng)研究，需要把老鼠的頭皮去掉，試驗(yàn)完成后需要?dú)⑺览鲜蟆?，范曉飛覺得這個(gè)工作不適合他。

到了博士二年級(jí)的時(shí)候，范曉飛換了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，做自閉癥檢測(cè)，“就是通過光學(xué)成像的方法來檢測(cè)自閉癥，這些小孩的年齡在6～16歲”。做自閉癥檢測(cè)的設(shè)備是范曉飛他們自己研發(fā)的，原理是讓光刺激孩子的瞳孔，然后觀察孩子的反應(yīng)，從反應(yīng)的情況來判斷“自閉癥的可能性”。

讀博士期間，范曉飛一直在視覺圖像領(lǐng)域做研究。這個(gè)時(shí)期，他每周的工作時(shí)間幾乎都在八九十個(gè)小時(shí)以上，很辛苦也很充實(shí)。2010年，范曉飛進(jìn)入密蘇里州的一家農(nóng)業(yè)企業(yè)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域從事視覺機(jī)器的圖像研究。一開始，視覺機(jī)器方向，只有范曉飛一個(gè)人在做。大家有趣地稱他為“攝影師”。不過，就是這個(gè)攝影師，能為企業(yè)的每一種種子帶來上百萬甚至更多的利潤(rùn)。不知不覺中，企業(yè)已經(jīng)有了100多名像范曉飛這樣的“攝影師”。在這個(gè)過程中，范曉飛有了自己的團(tuán)隊(duì)。用范曉飛的話來說，他的職責(zé)就是帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)幫助企業(yè)省錢。

范曉飛

機(jī)器視覺，到底是一項(xiàng)什么技術(shù)呢？范曉飛喜歡解釋得很明白，他說：“就是通過成像技術(shù)自動(dòng)地把好種子和壞種子區(qū)分開來?！本褪沁@么一個(gè)目標(biāo)，20多項(xiàng)新技術(shù)在范曉飛和他的團(tuán)隊(duì)誕生。比如與玉米相關(guān)的，有玉米手持式近紅外濕度儀、玉米種子高速成像與篩選系統(tǒng)、基于圖像的玉米穗尺寸檢測(cè)系統(tǒng)、基于高光譜成像的玉米胚胎篩選系統(tǒng)等；與棉花相關(guān)的，有基于X光成像的棉花種子成熟度檢測(cè)、基于成像的種子包衣均勻度定量檢測(cè)算法、棉花種子質(zhì)量成像系統(tǒng)等；與大豆相關(guān)的，如大豆質(zhì)量成像系統(tǒng)的開發(fā)、孟山都美國(guó)種子質(zhì)檢中心自動(dòng)化流水線、種子活力成像系統(tǒng)等；與蔬菜相關(guān)的，有三維重建成像對(duì)蔬菜可用移植幼苗的檢測(cè)、蔬菜種子及種子球尺寸測(cè)量成像系統(tǒng)、基于行掃描相機(jī)和傳送帶的蔬菜種子質(zhì)量成像系統(tǒng)、蔬菜果實(shí)成像系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用等。

到2017年，范曉飛又接手了一個(gè)新的領(lǐng)域，就是做技術(shù)推廣?！斑@個(gè)問題不是我們想象中的最后一公里問題，而是與科研結(jié)合非常緊密的一項(xiàng)技術(shù)問題”。范曉飛意識(shí)到了問題的嚴(yán)重性，“在實(shí)驗(yàn)室做得很好的東西，測(cè)試了也沒有問題，但是當(dāng)運(yùn)用到生產(chǎn)環(huán)節(jié)或者質(zhì)檢環(huán)節(jié)的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些很好的技術(shù)用不上。所以，那些機(jī)器就擺在那里，最后變成一個(gè)架子，人們把各種東西堆在上面，慢慢地積滿了灰塵，再也沒有人去看它一眼”。

針對(duì)這個(gè)問題，范曉飛牽頭成立了一個(gè)技術(shù)推廣組織，就是做研發(fā)技術(shù)的推廣，特別是工程研發(fā)技術(shù)?！皩?shí)際上，就是讓實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)落地，把實(shí)驗(yàn)室到田間的鴻溝填平?！狈稌燥w說。他當(dāng)時(shí)的想法是，建立一個(gè)體系讓研發(fā)很好地過渡到應(yīng)用中去。所以，從2017年開始，范曉飛基本上是一邊負(fù)責(zé)研發(fā)，一邊負(fù)責(zé)推廣。

他們當(dāng)時(shí)做得比較大的一個(gè)項(xiàng)目就是在艾奧瓦州的一個(gè)玉米加工廠，推廣種子檢測(cè)技術(shù)。企業(yè)遇到的一個(gè)很大的問題是，優(yōu)質(zhì)的種子被拋棄，這個(gè)量非常驚人。范曉飛帶著研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了一套成像系統(tǒng)，成功地解決了好種子和壞種子的區(qū)分問題，為企業(yè)節(jié)約了大量資金。

一定要回來為自己的祖國(guó)工作

說起在四十不惑的年齡回國(guó)，范曉飛講了三個(gè)故事。

第一個(gè)故事是一個(gè)游子的故事。范曉飛在20歲的青春年華選擇了出國(guó)，他是想出去看看，想學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)。因此，他在美國(guó)密蘇里大學(xué)拿到了統(tǒng)計(jì)學(xué)的碩士學(xué)位，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的博士學(xué)位，并在生物醫(yī)學(xué)工程方向完成了博士后的研究。迫于生活的壓力和技術(shù)的稚嫩，范曉飛想去企業(yè)歷練自己。于是，他選擇了視覺圖像技術(shù)尚未形成氣候的農(nóng)業(yè)企業(yè)，從種子篩選做起。這一做，就是十幾年光陰。

十幾年的時(shí)間里，當(dāng)年的毛頭小伙子已為人夫，為人父，在企業(yè)里也擁有了自己的團(tuán)隊(duì)，他的物質(zhì)生活變得越來越寬裕。但是，隨著年齡的增長(zhǎng)，范曉飛的心里總是隱隱覺得，“賺錢”這個(gè)唯一的動(dòng)力正在變成阻力，他不想只是為了工資而活著。而此刻，思鄉(xiāng)的心理也越來越重。他越來越覺得，自己的所學(xué)，不是在為自己的祖國(guó)工作，不是在為自己的祖國(guó)貢獻(xiàn)力量，將成為他最大的遺憾。

范曉飛說，他的這種感覺是從2015年開始產(chǎn)生的。到了2017年的時(shí)候，他感覺都快受不了了，“越來越堅(jiān)定地想要回國(guó)，想回國(guó)為自己的國(guó)家做事”。但是，回國(guó)也不是一件容易的事，孩子的學(xué)業(yè)，自己的科研，優(yōu)越的物質(zhì)條件，回國(guó)后還能不能保持？他感覺到了巨大的壓力……

第二個(gè)故事是一個(gè)呼喚游子的故事。就在范曉飛日夜思慮回國(guó)的去向的時(shí)候，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)向他伸出了橄欖枝。這是中國(guó)成立最早的高等農(nóng)業(yè)院校之一，其前身是直隸農(nóng)務(wù)學(xué)堂。如今，學(xué)校設(shè)有29個(gè)學(xué)院（部、系），成長(zhǎng)為以農(nóng)學(xué)為優(yōu)勢(shì)學(xué)科引領(lǐng)，工、管、理、經(jīng)、文、法、藝術(shù)等多學(xué)科交叉融合的一流農(nóng)業(yè)院校。在農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)在作物遺傳改良、生長(zhǎng)調(diào)控等方向基礎(chǔ)雄厚，建有華北作物改良與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教育部華北作物種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、河北省蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、河北省作物生長(zhǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等省部級(jí)科研平臺(tái)。范曉飛想去看看，這首先與他的科研方向有關(guān)，因?yàn)槿绻稌燥w選擇進(jìn)企業(yè)，他將面臨轉(zhuǎn)行。然而，他舍不得農(nóng)業(yè)。如果他選擇進(jìn)高?；蛘哒敲词杖雽⑹且粋€(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題。除了回還是不回，回哪里也成為范曉飛選擇的第二個(gè)十字路口。他沒有抱太大的希望，是因?yàn)椴幌虢o自己太大的壓力。

不過，奇跡有時(shí)總是發(fā)生在一瞬間。當(dāng)范曉飛一下飛機(jī)的時(shí)候，他說他感覺到的是“一種撲面而來的舒適和久違了的熟悉”?！俺绲?、務(wù)實(shí)、求是”，不僅僅是寫在校園里的校訓(xùn)，更是深刻在骨子里的文化。在之后的回憶中，范曉飛覺得，“是河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的樸實(shí)和接地氣吸引了他”，這里是農(nóng)業(yè)的圣地。

然而，范曉飛并沒有講的故事是，他就出生于河北的這片沃土，這里是他的家鄉(xiāng)。一踏上這片土地，他的思鄉(xiāng)之情，立刻消解。他覺得，這里的一切剛剛好。他還沒有講的另一個(gè)故事是，他的父親就畢業(yè)于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院。這里，有他深深的愛。

第三個(gè)故事則加快了范曉飛回家的步伐。這個(gè)故事不美麗，卻那么真實(shí)。故事的內(nèi)容是，2018年3月，范曉飛受到美國(guó)某部門調(diào)查，原因是懷疑他技術(shù)泄密。第一次，范曉飛在美國(guó)家中所有的存儲(chǔ)設(shè)備被帶走。之后的幾個(gè)月間，范曉飛經(jīng)常被請(qǐng)去喝咖啡。再之后的8個(gè)月，美國(guó)機(jī)場(chǎng)，飛機(jī)起飛前5分鐘，范曉飛被“請(qǐng)”下飛機(jī)，檢查行李?！斑@幾乎是一次生死較量，差一點(diǎn)，就失去了人身自由”。飛機(jī)進(jìn)入祖國(guó)的領(lǐng)空時(shí)，范曉飛依然驚魂未定。

之后，再想起，他感謝這次人生經(jīng)歷。他說：“這是一段特殊的經(jīng)歷，對(duì)我的成長(zhǎng)很有幫助。之后，我對(duì)很多事情都看開了，也看淡了。所以，也就更加知道自己想要什么，在想問題的時(shí)候也能想得更清楚一些，站得也更高更遠(yuǎn)一些?！?/p>

一定做農(nóng)業(yè)智能時(shí)代需要技術(shù)先行

回國(guó)，范曉飛想做農(nóng)業(yè)。機(jī)器視覺技術(shù)不是只能做農(nóng)業(yè)，因?yàn)檫@是一項(xiàng)前沿技術(shù)，在很多領(lǐng)域都亟待發(fā)展；同時(shí)范曉飛看到人工智能在中國(guó)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用時(shí)代已經(jīng)到來。他說，城鎮(zhèn)化正在急速地發(fā)展，有限的耕地+有限的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員，亟須人工智能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)附加值，依靠大量人力投入的農(nóng)業(yè)時(shí)代將成為過去。

范曉飛講到了美國(guó)的“大農(nóng)業(yè)”和荷蘭的“精農(nóng)業(yè)”。他說，美國(guó)有著地廣人稀的天然優(yōu)勢(shì)。在美國(guó)，一個(gè)農(nóng)場(chǎng)主，往往擁有上千公頃土地。因此，他們對(duì)效率的要求很高，必須大規(guī)模、機(jī)械化、自動(dòng)化。因此，美國(guó)對(duì)技術(shù)的要求，是適用于大企業(yè)的。他們希望通過大數(shù)據(jù)運(yùn)算，解決如何施肥、如何撒藥、如何澆水，然后實(shí)現(xiàn)農(nóng)戶利益最大化的問題。荷蘭則不同，依靠填海造陸的國(guó)度，寸土寸金。因此，荷蘭的農(nóng)業(yè)是精致的。他們一般是溫室種植，耕作都非常精細(xì)，但是有更高的產(chǎn)量和更好的質(zhì)量。也因此，荷蘭對(duì)技術(shù)的要求，是適用于精確農(nóng)業(yè)的。他們希望通過一項(xiàng)技術(shù)，將壞的剔除，留下好的，讓好的更好。以種子為例，在荷蘭某些品種的番茄種子可以賣到一美元一粒。這樣，高科技投入就成為必然。

團(tuán)隊(duì)合影

在這樣的背景下，范曉飛希望為中國(guó)農(nóng)業(yè)貢獻(xiàn)一己之力。從2018年年底回國(guó)到2020年短短的2年時(shí)間內(nèi)，范曉飛已經(jīng)帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)開展了多項(xiàng)研究。

基于深度學(xué)習(xí)的圖像算法與種子表型組學(xué)研究。這是在機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對(duì)玉米種子的不完善粒進(jìn)行的研究。范曉飛和他的團(tuán)隊(duì)以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)建立了蟲蝕、發(fā)霉、破損、色變等種子缺陷的自動(dòng)識(shí)別算法。同時(shí)，基于多光譜成像技術(shù)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)玉米、茄子、辣椒等種子的純度鑒別進(jìn)行了研究，旨在建立分類模型。

基于多光譜成像的蔬菜葉色與光譜特征的定量分析。范曉飛和他的團(tuán)隊(duì)以大白菜葉片為材料，利用多光譜成像設(shè)備采集葉片多光譜圖像，利用葉綠素儀測(cè)定SPAD值，通過關(guān)聯(lián)比較建立的最優(yōu)模型R2=0.9，表明多光譜成像方法能夠?qū)θ~片的葉綠素含量較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。

基于機(jī)器視覺及形態(tài)學(xué)特征提取的大白菜表型定量分析。范曉飛和他的團(tuán)隊(duì)通過可見光成像、機(jī)器視覺技術(shù)和圖像處理算法定量獲取大白菜的表型特征，包括葉球形狀、縱剖面形狀及顏色、中心柱形狀等，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法定量研究各參數(shù)的相關(guān)性。

目前，他們正在開展的研究，是以不同結(jié)球類型的大白菜為研究對(duì)象，選取不同發(fā)育階段的葉片，通過多視角立體成像與多種圖像處理技術(shù)手段定量獲取葉片卷曲、形狀及結(jié)球方式特征，并結(jié)合葉片微觀解剖結(jié)構(gòu)顯微圖像的組織分割和定量分析。其目的是，建立大白菜葉片表型的3D成像建模方法；建立基于成像技術(shù)的葉片表型和組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征的自動(dòng)、定量提取算法；揭示不同結(jié)球基因型的大白菜葉片表型性狀與葉球?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)及抱合方式之間的關(guān)系，以及組織細(xì)胞發(fā)育對(duì)葉球形成的影響和規(guī)律。

之所以要從大白菜入手，范曉飛的考慮是，大白菜原產(chǎn)中國(guó)，且是我國(guó)栽培面積最大的蔬菜之一，在我國(guó)蔬菜供應(yīng)中占有重要地位。隨著人們生活水平的提高，不管是消費(fèi)者還是種植者都對(duì)大白菜育種提出了新的要求，而大白菜的生產(chǎn)水平與品種選育休戚相關(guān)。

憂國(guó)憂民是范曉飛作為一名知識(shí)分子最大的特點(diǎn)。這不僅表現(xiàn)在他的研究方向，更表現(xiàn)在他的研究態(tài)度中。采訪中，范曉飛提及最多的是“最合適的解決方案”，而不是“聽起來高大上的解決方法”。他強(qiáng)調(diào)最多的是落地，在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。也因此，他鼓勵(lì)自己的學(xué)生看到自己的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)自己的優(yōu)勢(shì)制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃或工作計(jì)劃，在優(yōu)勢(shì)上不斷加強(qiáng)，從而在某個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新。

一定要出去，出息了一定要回來，回來了一定做農(nóng)業(yè)，這是范曉飛20多年的人生軌跡。然而，這也是流淌著中華民族血液的炎黃子孫，對(duì)祖國(guó)最真切的愛和回報(bào)……