中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）發(fā)布了一項原創(chuàng)性研究成果——合成孔徑雷達（SAR）微波視覺三維成像理論方法。

該技術通過引入雷達回波與圖像中的微波視覺三維語義，開創(chuàng)了一種全新的SAR三維成像技術路徑。與傳統(tǒng)方法相比，它大幅減少了三維成像所需的數(shù)據采集量，同時提升了成像精度，實現(xiàn)了高效能、低成本的SAR三維成像，為遙感測繪、災害監(jiān)測等領域提供了更有力的技術支撐。

SAR是高分辨率對地觀測的重要手段之一，不受天氣和光照因素的影響，具有全天時、全天候優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的二維成像相比，SAR三維成像能有效解決地形和目標投影至二維圖像的混疊問題，大幅提升識別精度和建模能力，已成為該領域的重要發(fā)展方向。然而，目前國內外提出并研究的SAR三維成像技術體制主要依賴孔徑擴展獲得第三維信息，導致數(shù)據采集周期過長或觀測通道多、硬件系統(tǒng)復雜。這種技術瓶頸嚴重制約了SAR三維成像的實際應用和推廣。

面向SAR三維成像技術發(fā)展的迫切需求，“合成孔徑雷達微波視覺三維成像理論與應用基礎研究”重大項目于2020年1月啟動，由空天院微波成像全國重點實驗室牽頭，聯(lián)合復旦大學、中國科學院自動化研究所、北京大學、北京市遙感信息研究所等單位開展。項目的研究目標是建立SAR微波視覺三維成像新理論、新方法、新技術，降低三維成像SAR系統(tǒng)的復雜度，為發(fā)展我國新一代三維SAR系統(tǒng)、提升我國SAR系統(tǒng)應用效能奠定理論方法基礎。

基于SAR微波視覺三維成像原創(chuàng)理論方法，研究團隊成功研制SAR微波視覺三維成像處理原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)打破了現(xiàn)有SAR三維成像處理依賴大量觀測且需要較多人工處理的傳統(tǒng)技術框架，通過“微波視覺”智能處理方法，可自動識別建筑等目標的三維幾何結構特征并建立初步的結構模型作為約束；通過微波視覺三維語義和成像物理模型雙重約束下的深度學習和迭代式精化求解，將三維成像所需的觀測數(shù)量減少50%以上，同等條件下點云高程精度提升30%以上。

目前，該系統(tǒng)已成功試用于我國機載SAR和星載SAR的地面處理系統(tǒng)，為開展西部多云多霧的復雜山區(qū)、城市區(qū)域的高精度地形和重要設施測繪提供了有力支撐。特別是，該系統(tǒng)已推廣應用至航空冰雷達冰川透視三維成像，首次實現(xiàn)了祁連山脈等區(qū)域復式山谷冰川冰厚測量。

此外，該研究團隊還研制了一套微波視覺三維SAR設備（MV3DSAR），并開展數(shù)據獲取和技術驗證。這是一套小型化無人機載全極化陣列干涉SAR設備，具有全極化陣列干涉、高通道幅相一致性、基線可靈活配置等特點。目前國際上尚未見類似的小型全極化陣列干涉SAR系統(tǒng)，具有較強的創(chuàng)新性。

基于上述微波視覺三維SAR設備，研究團隊構建和發(fā)布了SAR微波視覺三維成像數(shù)據集（SARMV3D數(shù)據集），為首個國產SAR三維成像數(shù)據集，有效緩解了當前SAR三維成像數(shù)據集稀缺的現(xiàn)狀，得到了國內外的廣泛關注。在《雷達學報》網站上，至今累計有200多個機構、共11000余次下載，有力促進了SAR三維成像及相關領域的發(fā)展。

項目負責人、中國科學院院士丁赤飚介紹，項目牽引了SAR成像處理的“微波視覺”智能化發(fā)展方向，相關成果可大幅降低三維成像SAR系統(tǒng)的復雜度和數(shù)據獲取的時間成本，對提升我國現(xiàn)有SAR系統(tǒng)應用效能和發(fā)展新一代三維SAR系統(tǒng)具有重要意義。

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圖1? 微波視覺三維SAR設備（MV3DSAR）

圖2? SAR微波視覺三維成像數(shù)據：(a)單極化SAR三維成像數(shù)據 (b)全極化SAR三維成像數(shù)據