实现高效能低成本，空天院首创SAR三维成像理论方法

来源：光明网

4月9日，在国家自然科学基金委员会信息科学部重大项目“合成孔径雷达微波视觉三维成像理论与应用基础研究”项目结题审查会上，中国科学院空天信息创新研究院（空天院）发布了一项原创性研究成果——合成孔径雷达（SAR）微波视觉三维成像理论方法。

该技术通过引入雷达回波与图像中的微波视觉三维语义，开创了一种全新的SAR三维成像技术路径。与传统方法相比，它大幅减少了三维成像所需的数据采集量，同时提升了成像精度，实现了高效能、低成本的SAR三维成像，为遥感测绘、灾害监测等领域提供了更有力的技术支撑。

图1 微波视觉三维SAR设备（MV3DSAR）

SAR是高分辨率对地观测的重要手段之一，不受天气和光照因素的影响，具有全天时、全天候优势。与传统的二维成像相比，SAR三维成像能有效解决地形和目标投影至二维图像的混叠问题，大幅提升识别精度和建模能力，已成为该领域的重要发展方向。然而，目前国内外提出并研究的SAR三维成像技术体制主要依赖孔径扩展获得第三维信息，导致数据采集周期过长或观测通道多、硬件系统复杂。这种技术瓶颈严重制约了SAR三维成像的实际应用和推广。

面向SAR三维成像技术发展的迫切需求，“合成孔径雷达微波视觉三维成像理论与应用基础研究”重大项目于2020年1月启动，由空天院微波成像全国重点实验室牵头，联合复旦大学、中国科学院自动化研究所、北京大学、北京市遥感信息研究所等单位开展。项目的研究目标是建立SAR微波视觉三维成像新理论、新方法、新技术，降低三维成像SAR系统的复杂度，为发展我国新一代三维SAR系统、提升我国SAR系统应用效能奠定理论方法基础。

基于SAR微波视觉三维成像原创理论方法，研究团队成功研制SAR微波视觉三维成像处理原型系统。该系统打破了现有SAR三维成像处理依赖大量观测且需要较多人工处理的传统技术框架，通过“微波视觉”智能处理方法，可自动识别建筑等目标的三维几何结构特征并建立初步的结构模型作为约束；通过微波视觉三维语义和成像物理模型双重约束下的深度学习和迭代式精化求解，将三维成像所需的观测数量减少50%以上，同等条件下点云高程精度提升30%以上。

目前，该系统已成功试用于我国机载SAR和星载SAR的地面处理系统，为开展西部多云多雾的复杂山区、城市区域的高精度地形和重要设施测绘提供了有力支撑。特别是，该系统已推广应用至航空冰雷达冰川透视三维成像，首次实现了祁连山脉等区域复式山谷冰川冰厚测量。

此外，该研究团队还研制了一套微波视觉三维SAR设备（MV3DSAR），并开展数据获取和技术验证。这是一套小型化无人机载全极化阵列干涉SAR设备，具有全极化阵列干涉、高通道幅相一致性、基线可灵活配置等特点。目前国际上尚未见类似的小型全极化阵列干涉SAR系统，具有较强的创新性。

图2 SAR微波视觉三维成像数据：(a)单极化SAR三维成像数据 (b)全极化SAR三维成像数据

基于上述微波视觉三维SAR设备，研究团队构建和发布了SAR微波视觉三维成像数据集（SARMV3D数据集），为首个国产SAR三维成像数据集，有效缓解了当前SAR三维成像数据集稀缺的现状，得到了国内外的广泛关注。在《雷达学报》网站上，至今累计有200多个机构、共11000余次下载，有力促进了SAR三维成像及相关领域的发展。

项目负责人、中国科学院院士丁赤飚介绍，项目牵引了SAR成像处理的“微波视觉”智能化发展方向，相关成果可大幅降低三维成像SAR系统的复杂度和数据获取的时间成本，对提升我国现有SAR系统应用效能和发展新一代三维SAR系统具有重要意义。（光明网记者宋雅娟）