“数字影像教母”用“积木”为数学与工程搭桥，赢得千万大奖

世界顶级数学家的工作往往距离普通人非常遥远，但美国杜克大学教授英格丽·多贝西是一个例外。她的开创性成果已成为现代数字影像技术的重要数学基础，也让她赢得了“数字影像教母”之誉。

今天（9月10日），2026世界顶尖科学家奖在上海揭晓，“智能科学或数学奖”被授予72岁的多贝西，以表彰她在应用调和分析、小波理论与图像压缩领域的杰出贡献，以及在国际数学界的领导作用。

谈及获奖者，上海交通大学自然科学研究院副院长、数学科学学院特聘教授张小群告诉记者，多贝西毫无疑问是一位具有世界级影响力的数学家，既拥有深厚而严谨的数学理论基础，又真正理解工程应用需求，进而“从源头上构造出了一个得到广泛应用的数学工具”。这一工具，后来以她命名——“多贝西小波”。

从局部构建整体

小波（Wavelet）是什么？不妨想象画家绘制肖像的过程。

通常，他会先用寥寥几笔，勾勒出大致的面部轮廓、体态线条；然后再逐渐添加局部，比如五官、手脚、肌肉；随着创作推进，画家不断将更多层次的细节添加到作品，直到最后，通过最细腻的笔触处理微妙的明暗变化，构建出服装材质、皮肤肌理……

这种画法的核心，是将一个复杂对象分解成不同层次进行描述，也就是通过在基础轮廓上层层叠加细节，最后达成高分辨率。这样，画家不会无重点地“平均用力”，而是将精力集中在真正需要刻画的局部，工作效率显著提升。

假如把这一绘画思路延伸到数学，就接近了“小波”的基本思想。上世纪80年代，在一批数学家的推动下，小波思想逐渐发展成一套新的数学理论。以此为基础，多贝西构造出了一套适合工程应用的小波工具（也就是后来的“多贝西小波”），相当于精心设计的“乐高积木”，可以沿着小波的思路，方便地组合、拼搭出复杂的影像或者其他数字信号。

“很多数学家能够做非常深的理论，但未必能构造出工程真正需要的工具。”在张小群看来，这就是多贝西工作的特殊价值所在。她就像是搭了一座桥，将数学的严谨与工程的可用性连接到一起。

让论文走进现实

多贝西构造出的数学“积木”很快就走出了论文，走进现实。上世纪90年代，她与几位数学家一道，对小波工具进行完善发展，相关成果后来成为JPEG 2000图像压缩和编码标准的重要数学基础。

不同于日常生活中常见的图像格式“JPG”，“JPEG 2000”更多应用于高分辨率图像等专业场景，特别是在数字影院体系中，它早已成为重要的图像压缩和编码标准。这意味着，尽管普通人很少有机会在电脑和手机上打开一张JPEG 2000格式的图片，却很有可能已经无数次在电影院里观看过由它编码的画面。

除此之外，多贝西小波的应用还延伸至更多数字信号领域。根据世界顶尖科学家奖的官方解读，由此催生的技术涵盖音频、视频信号的数字化存储、压缩与分析，并在计算机断层扫描（CT）、磁共振成像等医疗领域发挥重要作用。

多贝西的数学甚至被引入到美术界——她曾与多位艺术史家、修复师合作，将数学图像处理技术用于名画研究。以梵高作品为例，多贝西及合作者曾对上百幅高分辨率的画作进行小波分析，从笔触、尺度等特征中寻找这位绘画大师的“数学特征”，为作品风格分析和年代判断提供线索。

此外，她还参与了拥有近600年历史的名作《根特祭坛画》的数字修复研究。沿着多尺度分析和数字图像处理的思路，研究团队识别了画面上的细小裂纹并进行虚拟修复，甚至帮助古文字专家读出了画中书页上原本难以辨认的文字。

跨界“搭桥人”

多贝西为什么能把数学不断从推导与证明带入各个应用场景？透过她的成长和求学经历，或许能找到一些线索。

1954年，多贝西出生在比利时。大约11岁时，她就在父亲影响下开始接触多元微积分，但父女俩真正共同着迷的其实是物理。进入大学后，多贝西接受的也不是传统的纯数学训练，而是主修物理。1980年，她获得比利时布鲁塞尔自由大学物理学博士学位，博士论文归属于数学物理领域。此后，她继续留校开展研究，逐渐进入小波领域。

这种跨学科的取向，在她1987年加入美国贝尔实验室后得到进一步强化。那里长期聚集着数学家、物理学家、计算机科学家和工程师，有深厚的跨学科合作传统。在一次访谈中，多贝西回忆说，自己非常享受这种氛围，比起拿着既有的数学工具去寻找问题，她更喜欢先理解其他领域在关心什么，再去寻找适合解决问题的数学。

1988年，多贝西发表了那篇奠定其学术地位的小波论文。在其中，她特意加了不少可供工程师直接使用的系数表和图形，因为她知道工程师虽然未必会读完复杂的数学证明，但可以拿起这些工具进行应用尝试。

在张小群看来，这一点进一步证明，多贝西身上罕见地结合了两种能力——既能深入数学理论的源头，又始终对工程世界需要什么保持敏感。

多贝西所搭建的“桥梁”不止存在于数学与工程之间。她长期参与国际数学共同体建设，并于2011年至2014年担任国际数学联盟主席，成为这一世界性数学组织历史上的首位女主席。任职期间，她积极推动建立面向全球女性数学家的交流网络，帮女性数学家获得更多发展机会。这些成就，也为多贝西赢得了广泛赞誉。