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一、 概述
“计算偏振三维成像相机”载荷主要用于验证微小型偏振光相机多模式遥感探测技术，是我国首颗实时、被动计算偏振光三维成像卫星，能够在单视角条件下实现对地表典型目标高精度三维成像，在应急减灾、地形测绘，以及环境监测等领域将发挥重要作用，该技术是星载三维成像技术的新模式，是对成像技术和应用场景“险峰”的一次冲锋。该载荷的成功发射是计算成像技术的重要发展和率先实践。
二、研究背景和意义
近年来遥感技术发展迅猛、应用广泛，遥感信息已经应用于国民建设的各个方面，如应急与减灾、资源与环境、农林业、海洋等方面，并在其中发挥了重要作用，为我国经济建设、社会进步做出了不可或缺的贡献。随着遥感技术的进步，社会发展的各个方面都对天基对地观测系统提出了更高的要求，尤其是应急与减灾方面。由于自然灾害的发生具有时间不确定、地点不确定、突发性强、灾区地形复杂的特点，故用于灾害观测的载荷需满足在突发恶劣条件下具有较高的探测效能，并具有较大的观测幅宽，最好是能立体成像，构建地形三维形貌。
针对上述需求，由西安电子科技大学光电工程学院邵晓鹏团队领衔，中国航天科技集团五院508所、中国兵器河南平原光电有限公司等单位配合，通过多年科研攻关，瞄准光学成像载荷技术国际发展前沿，利用单星平台，采用四孔径相机同步获取目标反射光偏振特征信息，实现对地物目标的实时三维成像，是“多孔径+实时+被动式”新型光学成像体制的国际首次在轨演示验证，为计算光学成像技术未来在空间应用提供在轨试验数据支撑。计算偏振三维成像相机的升空，标志着计算成像技术在实际应用中又迈出重要一步！
三、研究应用前景
作为计算成像领域的重要分支，偏振三维成像技术在未来极具潜在的应用价值，在工业检测、智慧驾驶、资源勘探、应急减灾、航空测绘、空间监测等军民领域将发挥重要作用。计算偏振相机载荷入轨后，主要将执行对地面目标进行实时三维成像的任务，实现地表典型建筑群、森林植被群、山脉、河流、港口等目标三维轮廓的获取，充分展现计算偏振三维成像技术在远距离成像条件下、单视角对目标场景三维重建性能。若进一步提高目标精确测量和精细感知效能，后续可以带来巨大军事效益和经济效益，保障国家国防安全，助力国防科技发展。
偏振相机基于偏振三维成像技术手段，可以实现在强度、相位、偏振等高维度下瞬时重建高精度地表三维形貌。该技术与双目、激光等传统三维成像技术不同，计算偏振三维成像技术基于物理光学技术，具有比基于几何光学的三维成像技术更高的重建精度，并且该方法的重建精度受探测距离的限制较小，具有远距离高精度的成像特性。在地面验证阶段，即使探测380000km外的月球，依然能够重建出环形山的三维形貌，同时还实现了在百米条件下对人脸目标进行毫米级精度的三维重建，这是计算成像将物理光学有机融入几何光学成像的结果，为将计算偏振三维成功应用到星载对地探测提供了重要依据。该载荷的成功发射为下一步计算偏振成像技术的验证提供了重要的信息与数据，是下一代光学成像技术—计算成像技术的重要发展和率先实践！
四、技术突破
本相机具有以下技术创新点：
技术创新点一：国际首次采用单目、被动方式，实现远距离偏振三维成像
首次提出将偏振三维成像技术应用于天基遥感领域，国内外暂未开展相关研究，偏振相机载荷创新性地提出采用偏振三维成像技术进行对地成像，填补了目前世界上偏振三维对地观测成像载荷的空缺，载荷可以获取同一时间同一目标的多维数据将促进多个遥感应用领域的相互融合，拓展航天遥感载荷的应用领域。目前已相继在北京霞云岭、秦岭、喜马拉雅山脉等地区选取了部分地貌进行三维测绘，部分效果如下图所示，后续我们将继续开展该偏振三维重建的相关细节跟精度对比工作。
技术创新点二：国内首次采用单帧面阵偏振图像，实现大尺度复杂地物瞬时可见三维监测
首次开展天基获取灾害区地面目标物偏振信息的大气链路传输特性研究，由于在天基探测地面目标的偏振信息整个传输链路过程中，地物类型、太阳高度、大气散射、大气吸收观测角度等多重因素均会对天基探测效能产生影响，同时大气对光传输的影响是天基探测效能的主要影响因素，故开展大气链路传输特性研究是本项目的重点。作为国家紧急事件应急处理以及特定区域多维信息获取的有效支撑天基载荷，该载荷可以实现时变目标多维信息高精度获取，可以实现瞬时获取大范围目标区域的多角度偏振、三维、光强等信息，数据实时性好，可以为国家紧急事件处理提供高精度的的多维信息。
卫星偏振载荷与喜马拉雅山脉部分地形三维测绘
作者简介
邵晓鹏，男，49岁，教授，博士生导师，西安电子科技大学光电工程学院二级教授、院长，西安市计算成像重点实验室主任，西安电子科技大学光学工程学科带头人。陕西省创新人才推进计划中青年科技创新领军人才，陕西省新体制光电成像与感知科技创新团队带头人，中国光学工程学会常务理事，中国光学学会理事，陕西省光学学会副理事长，西安市激光红外学会副理事长，中国宇航学会光电委员会常务委员，中国兵器光电子专业委员会委员，华为媒体技术实验室技术咨询委员会委员。Ultrafast Science副主编，《激光与光电子学进展》《光学精密工程》《光子学报》《应用光学》《光电技术应用》《数据采集》《西安电子科技大学学报》《西安邮电大学学报》等期刊编委。发表论文100余篇、发明专利80余项，获省部级奖励5项，主持173重点项目、国家自然科学基金、863专项、国防预研基金、国防重点实验室基金等项目60余项，获军队科技进步奖、国防科学技术进步奖、航天科技进步奖、信息产业部科学技术进步奖等多项重要奖项。
李轩，男，29岁，博士，副研究员，博士后。主要从事有关偏振成像技术研究，在利用光波强度信息进行偏振场的精确解译、偏振三维成像方面积累了丰富的理论与工程实践经验，率先在国内开展偏振三维成像研究。主持国家自然科学基金青年基金、中国博士后基金特别资助、国家重点实验室基金、市重点研发计划等。在Optics Letters，Optics Express等国内外学术期刊和会议上发表学术论文15篇，申请国家发明专利7项。此外，担任MDPI期刊Advances in Si-Based Semiconductor Materials，Devices and Their Optoelectronic Application主题Guest editor，担任《光学技术》期刊编辑部的青年编委，并是Optics Express，Applied Optics，Sensors等期刊审稿人。
刘飞，男，博士研究生，西安电子科技大学菁英教授。现从事计算成像及图像处理技术研究。近年来，主持包括国家自然科学基金，中国博士后科学基金，陕西省博士后科学基金，陕西省自然科学基金以及华为技术有限公司（239万）在内的多项科研项目，并以主要完成者参与军委科技委前沿创新等国家重点项目，年均累计到款经费超过300万元。申报人在国际国内高水平期刊发表学术论文40余篇，其中SCI检索25篇，EI检索15余篇，累计引用超过240余次，授权国家发明专利10余项。
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