无限风光在险峰—全球首台“计算偏振三维成像相机”载荷成功发射

2022年8月9日12时11分，搭载“计算偏振三维成像相机”载荷的东海一号卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。随着此次发射任务的圆满成功，我国将首次实现星载对地目标的实时被动三维成像，标志着我国计算成像技术在空间领域的科学研究应用取得重要突破和进展！

图1卫星发射现场

“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、空间安全，以及环境监测等领域将发挥重要作用，该技术将书写星载三维成像技术的新模式，向传统成像极限进行挑战，实现对客观世界高维信息的跨维度感知，是对成像技术和应用场景“险峰”的一次冲锋。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！

图2东海一号卫星与计算偏振三维成像相机载荷

图3“计算成像 无限风光在险峰”

此次，作为空间新技术试验卫星重要载荷的“计算偏振三维成像相机”由西安电子科技大学光电工程学院、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、中科星创 （北京）科技有限公司等单位联合研制，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。

图4计算偏振三维成像相机载荷研发

偏振相机入轨后，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。计算偏振相机载荷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。该系统通过捕获地表物体反射光的偏振度及偏振角度等物理信息，实现目标表面微面元法线的解译，最终获取物体的三维轮廓。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！

图5远距离高精度偏振三维成像

偏振三维成像技术是西安电子科技大学光电工程学院邵晓鹏团队（刘飞教授、韩平丽博士、李轩副研究员、博士研究生蔡玉栋、硕士研究生蔡国成、硕士毕业生黄盛志、李鑫、陈方熠、张仕超、闫明宇等）与中国航天科技集团五院508所联合，瞄准光学成像载荷国际发展前沿自主部署的前瞻性攻关任务，也是该团队应用基础研究与国家需求、学科前沿相结合的典型代表，通过多年科研攻关，实现了从基础研究向工程应用的快速转化。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，在手机摄影、工业检测、智慧医疗、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。