北京航空航天大學智能感覺實驗室裡，人工智能研究院教授趙慧潔正和學生沉浸在分析像是外星語言的光譜裡，無暇滿園錦繡。當資料分析有了新的突破點時，光譜上閃爍着比陽光還明媚的顔色，他們的臉上也泛起比陽光還燦爛的笑容。
這就像給地球做CT
十年如一日，趙慧潔帶領學生們反複研讨高光譜資料處理的難點問題
“霧裡看花，水中望月，你能分辨這變幻莫測的世界……”《霧裡看花》這句歌詞描述的仿佛就是趙慧潔的研究過程。她說，“我的研究領域是航天高光譜遙感，是從宏觀感覺世界。大家都知道醫學上的CT檢查，當衛星從幾百公裡以外區分各類建築屋頂的材質，确定野外各種岩石的礦物元素含量的時候，就相當于給地球做CT，這項技術使遙感進入定量化微觀分析時代，正所謂緻廣大而盡精微。”
20年前，高光譜智能感覺技術還隻是青年教師趙慧潔在一次發言中提出的暢想。那些年，國家開始大力發展星載高光譜衛星，以提高國土資源管理和調查能力。為擷取高品質高光譜資料，亟需開展衛星全鍊路模組化和全任務分析。然而，面對國外分析軟體對大陸的封鎖，國内沒有可借鑒的先例，這項研究是一個看似不可能完成的任務。
之後，趙慧潔帶領團隊做了3年多大量的調研和分析，認定該領域研究的重要性和緊迫性，同時也深感任務艱巨、前路漫漫，面對這塊“硬骨頭”，她一直猶豫不決。
回想起當時的心境，趙慧潔明快的思維和語速逐漸慢下來。“在一次學院青年教師發展研讨會上，大陸光纖陀螺事業的開拓者張維叙教授鼓勵我：小趙，聽說你最近在研究高光譜，你有點不太敢幹。這個方向很好，國家很需要，你不要害怕，要勇敢地去嘗試。我開始做光纖陀螺的時候已經51歲了，你比我當時還年輕，我相信你全力以赴，一定能幹好，有什麼困難，可以來找我，我盡全力支援你。”
在老一輩科學家的鼓勵下，趙慧潔決心從零開始，構築起大陸的“高光譜大廈”。對于學習精密儀器出身的她來說，雖然都是做實驗，但試驗對象和試驗環境完全不同。“我的試驗對象從一台儀器裝置變成了太空中的衛星，試驗環境也從一間房屋直上九霄雲外的太空。”
傳統光譜分析大多是不成像的，而高光譜成像技術則将光譜分辨能力和圖形分辨能力相結合，造就了空間次元上的面光譜分析。例如，眼前有兩組黃色，一組是純黃色，另一組是由紅綠兩色混合而成的黃色，肉眼無法差別，但是高光譜成像卻可以輕松分辨其中的差異。
探索未來的大門一旦打開，就像被抽動的陀螺，趙慧潔的世界飛速旋轉起來。“那個時候年輕，還是很能熬夜的。”萬事開頭難的艱辛，在趙慧潔的記憶裡卻都是熱火朝天幹事業的幸福。
給太空之眼戴上“近視眼鏡”
高光譜探測技術研究涉及載荷、衛星、大氣、遙感應用等多個領域，學科交叉衆多，學習難度很大。“空天報國”的使命在肩，趙慧潔不畏困難，一次次将自己打回原點，到相關科研機關重新學習交叉領域的專業知識。
說到自主研發的高光譜遙感資料應用處理技術，日夜鑽研20載的趙慧潔依然充滿激情。狹窄的實驗室裡，連轉身的空間都不富裕，趙慧潔卻感到天地廣大。隻見電腦上的譜線不斷跳動，不一會兒，一張探測圖像就完成了資料分析。趙慧潔繪聲繪色地向記者講述眼前的“天書”，就像一位經驗豐富的大夫在分析B超圖像。“從這張圖譜上，我們就能精準地分析出這片深山密林中是否有礦藏，是哪種礦石，礦石的化合物含量多還是少……”。
然而，做到精微實屬不易。試想自己是太空中的一部照相機，即便盯住一處反複拍攝，也能有萬千變化，輻射的強弱不同，雲層的變幻不定，都能讓一個定位出現多種樣态。“這套資料分析模組化像是給太空中的眼睛戴上一副矯正近視的眼鏡，讓捕捉到的圖像從模糊到清晰。”
随着趙慧潔和團隊在高精度地表反射率反演、海量資料降維、混合像元盲分解、地物精細分類等關鍵技術上的突破，高光譜資料處理與應用已可以高準确性、高自動性、高可靠性地進行探測，為高光譜遙感在地質調查、環境與災害監測、精準農業、戰場偵察等領域的有效應用奠定了堅實基礎。
每一次的突破都有千回百轉，失敗難以避免。每當研究遇到瓶頸，趙慧潔都會把心氣降下來，回到最基礎的理論學習中，不斷夯實“高光譜大廈”的地基。“萬丈高樓平地起，一磚一瓦皆根基”，趙慧潔感慨道，每一次遇到難題，她都重新溯源，在這個過程中找到新的突破和靈感。她也把“尋根”的經驗分享給學生，“無論實驗架在多高的理論之上，都無法離開向下紮根的基礎理論，這是學術中最枯燥晦澀的部分，也是最考驗我們的地方。”
給天氣預報做“預警”
2020年加入新成立的人工智能研究院之後，趙慧潔開始積極學習人工智能的知識，嘗試開展學科交叉研究。調研中她驚奇地發現，将人工智能技術用于精準天氣預報是人工智能領域的研究熱點。
2022年5月，《國務院關于印發氣象高品質發展綱要（2022-2035年）的通知》釋出，關鍵目标中提到要盡快實作氣象關鍵核心技術自主可控。美國的氣象學發展最早，很多技術高度壟斷，尤其是高光譜氣象衛星檢測技術。為此，趙慧潔和團隊也迎來了新課題，這一次他們要突破技術封鎖，實作大陸氣象監測精密、預報精準、服務精細能力的提升。
及時精準的天氣預報預警，可以讓人們對劇烈無常的天氣變化有所防備，降低自然災害造成的财産損失，保障人民群衆生命安全。“比如說，現在的天氣預報可以提前幾個小時預告是大雨還是小雨，高光譜氣象衛星可以讓預報更加‘及時’，提前更多時間且以更加精準的時間和位置預告……”趙慧潔解釋道，也許普通人不需要太過精準的預測，但實際上，與天氣強相關的行業，如航空、海運、物流、新能源車（自動駕駛）等，都亟需愈發精确的氣象資訊。
隻是氣象萬千最難以捉摸。不同于以往的雷達監測技術，高光譜監測能在大氣中與溫度和濕度發生作用，在産生雷達可監測的水滴形成之前，通過觀測光譜變化，更早預判出一場尚未醞釀的風暴，“這就是高光譜的魔力”。
即便在啃最硬的“骨頭”，趙慧潔卻像是一個要奔向遊樂場的孩童，掩蓋不住滿心的歡喜和期待。這份對科學發自内心的熱愛，早在她兒時就已萌芽。趙慧潔上中學時，實體老師請同學們用不同于書本上的試驗方法來證明結論。“當時隻有我一個人答了出來，雖然并不完美，但老師給了滿分。就是這份鼓勵，讓我永遠充滿自信，不管遇到多難的課題，我都堅信我可以。”
2024年，人工智能快速發展，很多研究将會被颠覆和代替。面對這波浪潮，趙慧潔從容自若。“我們是人工智能的前端，是讓人工之是以智能的資料提供者。”其實幾年前，趙慧潔便開始了對智能感覺技術的研究，如今她正帶領團隊不斷學習人工智能理論和方法，争取在複雜環境智能感覺領域作出新的貢獻。
從下定決心帶領團隊開展高光譜探測技術研究，到科研實驗系列衛星發射，再到業務化高光譜衛星投入使用……趙慧潔團隊的科研成果得到了國内外同行的認可。
回望來時路，她感慨萬千：“我想衷心感謝在每一個攻堅克難之時給予我大力支援和幫助的上司、專家，成績的取得有科研團隊持之以恒的辛勤付出，更重要的是得益于北航‘敢為人先，使命擔當’的精神傳承。我要把這種精神一代代傳承下去，發揚光大。”