十一院“多维影像采集系统”研发应用纪实

发布时间:2008-10-14

  在北京奥运会上,低调出征的中国游泳队夺得了1金3银2铜,取得名列游泳奖牌榜第3位的佳绩,也印证了国家游泳队奥运会冲金科技项目负责人陆一帆在赛前所说的那句话“肯定会有令人惊喜的事情发生”。这是中国游泳队自1992年巴塞罗那奥运会以来取得的最好成绩。
  中国游泳队之所以在强手如林的国际泳坛取得如此优异成绩,高科技手段介入训练功不可没。其中,我国自主研发的、世界领先的水下拍摄系统就是重要代表。承担这项多维影像采集系统课题研发的主要机构就是中国航天空气动力技术研究院,即航天科技集团公司第十一研究院。
  2000万元的天文数字
  十一院地处北京市西南郊的云岗,是我国第一个大型空气动力研究与试验基地,在流体力学领域赫赫有名。一个偶然的机会,该院的研发人员了解到了一个情况。
  2000年,当时的国家游泳队总教练赵戈和一些技术专家在日本学习,结识了一位日本老专家,他是游泳界“蛙王”北岛康介的教练平井伯昌的朋友。这名专家负责研究游泳技术和图像处理近40年,还曾帮助平井伯昌设计出一套游泳运动员的动作拍摄和分析系统。当时,赵戈和一些专家希望买下这套技术。但日方开出的近2000万元的转让价格,在当年无疑是个天文数字。再加上各种限制条件,实在让人无法接受。于是,中国人自己研发多维影像采集系统逐渐提上了日程。
  根据构想,多维影像采集系统包括五个独立的分系统:池边移动影像系统、水下移动影像系统、空中移动影像系统、水下固定系统及空中单轨系统。整套系统能够将运动员在各个角度的动作记录下来,在电脑中形成完整的三维效果图。
  5个分系统中,难度最大的当属3个移动影像系统,涉及到流体力学测控方面的诸多知识,而这正是十一院的优势所在。
  从多哈的几张照片开始
  经过洽谈,任务很快便落到了十一院测控事业部的几位年轻技术骨干身上。高级工程师郑鲁平和高翔,虽然只有30岁出头,但却挑起了多维影像采集系统项目的主要负责人的重担。
  郑鲁平清晰地记得,去年5月15日,他和部门主任陈志伟、技术主管贾渠一起,与合作方就水下摄像等相关事宜进行商讨。10多天后,他们初步确定了多维影像采集系统的研发实施方案。他主要负责空中移动影像系统,而高翔主要负责水下移动影像系统以及池边移动影像系统。
  等到真正开始研发,技术人员才发现项目的研发难度不容小觑。陈志伟向记者坦言当时的处境:“尽管我们在流体力学方面很有优势,但这次接受的项目所涉及的领域以前从未涉足过。”
  “我们手头的资料非常少,只有2006年多哈亚运会上几张无法看清细节的照片。”贾渠边回忆边介绍,“当时,中央电视台花了40万美元租用了英国的设备用作转播。”
  研发人员尝试着提出各种方案,并反复进行优化,比如使用哪种运动方式实现的可能性最大、交付的时间最短等。由于涉及机械结构、传动方式、运动控制、数学方程等一系列复杂技术,直到去年10月中旬,空中移动影像系统的方案才真正确定下来。
  水下移动影像系统的研发,也经历了一个类似的过程。高翔告诉记者,所有工作的落脚点都是要保证图像的清晰稳定。对于在水下移动的摄像机来说,除了要防止电机振动,还要克服水的阻力,否则将直接影响视频的质量。
  无数不眠夜换来成功的笑容
   陈志伟介绍,这个项目干得很苦很累,最后的成功是用无数个不眠之夜换来的。看似轻描淡写的一句话,实则隐藏了无数的艰辛。
  为了争取时间,尽快摸索出空中摄像机的运动规律,郑鲁平等人在办公楼楼顶搭起了长22米、宽9米的试验台。调试最紧张的时候,正值数九寒冬,室外温度降到了零下五六摄氏度。他们裹着军大衣,仍觉得寒气逼人。楼顶上,风大得出奇,好多次都把临时休息的小帐篷吹倒。一天工作结束时,大家都冻得腿脚发麻。
  今年3月,空中移动影像系统进入奥运场馆。当时,运动员还在场馆训练,研发人员只能利用训练间隙的两个小时进行调试。由于空中影像平台的运动技术参数变化比较大,调试过程存在一定的危险,郑鲁平必须全神贯注地加以控制。他的精神总是高度紧张,到后来,甚至出现了严重的神经衰弱。
  当奥运会游泳比赛正式开始时,高翔比谁都关注。不同的是,别人关注比赛本身,而他总是盯着电视画面,查看是否有抖动情况。据介绍,为了解决水阻问题,他查阅了大量的潜艇图片,并借鉴汽车油泥模型的制作经验,戴上口罩,拿着锉子,现学现用地做出了设备模型。
  阳光总在风雨后。现在,多维影像采集系统的3个移动影像装置已安装在国家游泳队的训练馆内,而水下固定装置更是成功地应用到了本届奥运会“水立方”馆内,成为赛时重要的仲裁依据。目前,许多省级游泳队纷纷联系十一院,希望安装这套系统。实际上,作为多维影像的拍摄装置,它的应用范围还要广泛得多,将来必定能够在更广阔的天地里一展身手。

  (索阿娣)