针对微波辐射干涉测量在频域中进行测量值具有低频信息较少、高频信息丰富，且低频信息和高频信息分布比较集中的特点，提出了一种基于变密度稀疏采样的微波辐射干涉测量方法。该方法将测量的频域信息进行分块，根据不同块所包含信息量的不同，利用变密度进行稀疏采样。考虑微波辐射图像本身具有的梯度稀疏性和局部光滑性特征，建立全变差正则化约束的成像模型，并采用交替迭代算法进行微波辐射图像最优重构。仿真和实验结果表明，结合变密度稀疏采样方法和交替迭代重构算法能够快速、准确地反演高分辨率微波辐射图像；在总采样率相同的情况下，该方法能够大幅度提高反演图像的分辨率，且对低采样率情况效果显著。