近日，上海科技大学信息科学与技术学院2020级本科生胡天衢和黄子浩在国际学术期刊 Journal of Biophotonics 发表研究论文，提出了一种自适应的光声信号滤波算法。新算法可以提高光声成像信号的信噪比和成像质量。而令人惊喜的是，这项成果的诞生始于他们的“模拟电路”课程期末项目。
胡天衢和黄子浩在大二上学期完成了由信息科学与技术学院高飞教授主讲的“模拟电路”课程学习。期末课程设计是对医学成像场景下的数据进行降噪处理。根据所学的知识，他们采用了UNET神经网络方法完成了设计任务。随后，他们进入混合成像系统实验室并在高飞教授的指导下最终完成论文。
高飞教授课题组多年来致力于培养本科生科研与创新能力，先后有30余位本科生在组学习，进行科研训练，参与发表高质量学术论文38人次。其中，本科生为第一作者的论文有9篇，包括Journal of Biophotonics、Optics Letters等期刊论文和IEEE IUS、EMBC、ISCAS等会议论文。
如何践行科教融合理念，培养本科生的科研能力和创新意识？为此，我们采访了高飞教授。
聚
焦
本科生能发表论文、申请专利，结合您的教学经验，如何实践好这种新型人才培养模式？
高飞：实现科教融合的本科生培养，我个人认为，需要在两个层面进行发力。
一、认知层面
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很多本科生对于科研训练重要性的认识不足，还停留在高中时期应试教育“唯成绩论”的局限中。其实，对于将来保研面试、考研复试以及申请奖学金出国留学，科研经历和科研成果往往比GPA更为重要。
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很多本科生认为只有学完所有的专业课才能开始进行科研训练。事实上并不是这样，一个适合的科研课题，往往可以引导学生更高效、更有针对性地进行课程学习，实现学以致用和融会贯通。
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克服“既要又要还要”的加法思维，要学会做减法。事实上，只有极个别优秀的学生才可能做到GPA、科研、竞赛等多方面都成绩突出、全面开花。大部分学生需要根据自己的性格特点、能力特长、将来的学业和职业规划等，进行有目的的取舍与合理的时间分配。
二、技术层面
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大学教授带本科生做科研，相较于指导硕博士生，大概率是一件“投入产出比”很低的事情。设计合理的激励机制，是提高教授带本科生做科研积极性的关键。
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给本科生设计适合的科研课题非常重要。考虑到本科生有限的知识储备和课外时间，需要设计“跳一跳就能够得着”的课题，通过不断的正反馈激励来激发学生的科研兴趣。
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课程教学中加入对“会提问”的考核。应试教育解决的是“会回答问题”，科研训练应该教会学生如何提出好问题。在我的课程中，会对学生提出问题的数量和质量进行统计，并算作最终成绩的一部分。
上科大一直遵循“宽口径、厚基础、小规模、国际化”的本科生培养原则，突出“通识教育、专业人才、创新创业”特色。胡天衢和黄子浩便是其中的受益者。他们在高飞教授和实验课授课老师刘闯的指导下学习了“模拟电路”课程，从此激发起探索该领域的热情。
胡天衢和黄子浩在实验室工作
Q
为什么选择继续探索？
进入课题组后如何开展科研学习？
A
在课程结束后，我们对智能降噪的方法产生了极大的兴趣，并打算以之为课题进行进一步研究。在此期间，高飞教授、实验室的高峰老师以及研究生葛鹏师兄，定期与我们开展组会讨论，给予我们许多新方法和新思路，还会推送前沿的论文资料给我们参考学习。
Q
这项研究成果可能
在哪些领域有应用前景？
A
光声成像作为一种新兴的基于光学和超声融合的医学成像方法，在多种生物医学应用中具有很大的潜力，尤其是可以通过揭示功能和分子信息提高医疗诊断的准确性。然而，光声图像重建质量常常受到光声信号噪声干扰的影响。
针对光声显微成像系统采集的光声信号信噪比低的问题，我们通过改进传统卡尔曼滤波算法，提出一种将一维的卡尔曼滤波效果扩展至二维的参数整定方案，更好地还原了传感器接收到的真实光声信号。尽管利用差分滤波来过滤同频噪声的方法已经具备一定普适性，但是这一过程常常会受到背景噪声的影响，导致噪声被进一步放大，而改进后的卡尔曼滤波成像方法则为差分滤波发挥更好效果奠定了基础。
这一成果旨在提高光声成像信号的信噪比和成像质量，基于光声成像技术，帮助临床上更好地判断病灶位置与情况。
左侧为卡尔曼自适应参数Q的选取方法，右上图说明了MKF(改进的卡尔曼滤波)与BRTS(反向RTS平滑算法)的协同工作模式，右下图展示了差分滤波的工作原理
Q
这项成果历时多久完成？
在研究过程中碰到了哪些困难？
A
这一课题于2022年初开始，历时约一年的时间，完成了实验方法的确立、数据处理、论文撰写和修改。在课余时间，我们两人常常针对实验效果展开讨论，各自提出有待改进的问题并确立改进方案。我们也遇到了许多技术上的困难，比如，如何去除同频噪声等问题。在向指导老师求助后，老师以降噪耳机等生活中常见的事物作为例子，给我们打开了新的视野，帮助我们完成了算法上的改进。在论文撰写过程中，老师也会帮助我们提取关键信息，突出重点。
Q
对于发表论文有什么感想？
对于科教融合的培养方式有什么看法？
A
论文的发表离不开老师们给予的指导和帮助，我们也非常感谢期刊审稿人对我们的肯定。正是在上海科技大学浓厚的科研学习氛围中，我们得以在本科阶段便能够进入实验室，了解科研的基本流程，在感兴趣的领域内进行更深入的探索。这也为我们未来的学习和研究道路奠定了基础，促使我们不断取得进步。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jbio.202200362
沪公网安备 31011502006855号
