在航天相机的成像过程中，拍摄场景的亮度随着地表目标和大气环境的变化而发生改变，为了保证航天相机输出理想的图像，提出了基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光方法。根据地-气间辐射传输特性建立航天相机入瞳处辐照度模型，通过分析大气气溶胶对遥感成像的影响，对该模型进行了改进，并在此基础上提出了航天相机自动调光方法。航天相机自动调光首先根据总辐照度以及地面目标辐照度占总辐照度的比例对自动调光参数进行调节，目的是尽可能提高地面目标信息量，然后根据大气气溶胶光学厚度确定自适应拉普拉斯滤波的参数，增强遥感图像的细节。由实验结果可以看出，自动调光增加了遥感图像的信息量，增强了图像对比度，航天相机的成像质量得到了明显地提高。

调制传递函数(MTF)是评价光学成像系统信息传递频率特性的一个关键指标，倾斜刃边法是测量MTF的主要方法之一。为了解决传统倾斜刃边法对噪声图像边缘角度估计的不准确性，提出了一种基于正态分布拟合和中值点查寻的MTF 测量新算法。通过正态分布函数模拟一幅与实际图像误差最小的模拟图像，利用中值点查寻法对模拟图像处理，求得最佳刃边角度，利用该角度求出实际图像的边缘扩散曲线，再通过费米函数拟合获得边缘扩散函数(ESF)。由实验结果可以看出，在图像噪声较大的情况下，对倾斜刃边角度估计的准确度得到了明显提升，进而也提高了MTF的测量精度。

针对星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题, 讨论了相机结构的改进, 提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现星上时间延迟积分CCD(TDICCD)遥感图像实时合成压缩的方法。介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理。针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点, 使用改进的JPEG-LS压缩算法; 通过自适应量化动态地控制码率, 在FPGA硬件平台上实现了图像数据的实时合成压缩。试验验证结果表明, 在无损压缩和2倍压缩时, 系统主时钟从原来的100 MHz分别降低为80 MHz和64 MHz, 整合电路的工作稳定, 恢复图像的峰值信噪比(PSNR)满足大于80 dB的要求。提出算法的存储量小, 处理每行的平均时间为57.5 μs, 小于相机的最小行周期63 μs, 满足实时性要求。本文系统可靠性高, 算法稳定, 实现了星上多通道时间延迟积分CCD相机内部的实时合成压缩。

由于时间延迟积分(TDI)CCD传感器在调试阶段易损坏，本文提出了一种基于外同步信号驱动原理的TDI CCD传感器模拟装置。该模拟装置实际尺寸可以达到长100 mm，宽45 mm，与实际TDI CCD传感器的物理尺寸相当，可根据实际光照度大小精确地模拟TDI CCD传感器像元感光程度。该装置可以模拟TDI CCD传感器输入引脚的阻容特性并能合成完整的TDI CCD视频输出信号，实现TDI CCD传感器的16、32、48或64级积分级数控制的功能。该装置还可以模拟CCD驱动信号和输出视频信号的温度延时特性，延时时间在0.5~12.5 ns间可调，从而方便了信号采样电路对采样时刻的调试。

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现的成像非均匀性实时校正算法来解决遥感多时间延迟积分(TDI)CCD拼接相机存在的问题。首先介绍了拼接相机成像非均匀性(PRNU)的定义及其产生的原因, 然后针对拼接相机的特点, 提出了一种通道内用两点定标法、通道间用增益平均法、片间用自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法。从可靠性和实时性考虑, 选择在相机信号处理FPGA硬件平台上实现校正算法, 针对FPGA的运算能力改进算法并分析误差, 同时给出星上定标和校正因子修正的方案。实验结果表明, 该算法可将单片TDICCD的成像非均匀性从4.82%降低到0.27%, 最终拼接图像的非均匀性降低到0.41%, 且实时性好、效率高、可满足实际工程需求。

为了解决高速多通道 CCD应用时数据传输路数多、数据率高的问题，研制了高速多光谱 TDICCD的图像数据传输系统，并在实际工程应用中取得良好效果。阐述了系统总体设计思想和 FPGA实现方案，并对 FPGA功能划分、时分复用存储及 LVDS接口等设计要点进行详细分析，最终系统实现了 5片 TDICCD共 60通道并行图像数据转 7路串行图像数据输出。实验结果表明，单路数据率最高达到 1.38 Gbit/s，系统总有效数据率达到 8.66 Gbit/s，且系统稳定可靠，方便移植。

针对航天高速 TDICCD相机，为了提高其成像质量，提出了对相关双采样信号进行纳秒级延时的精确采样方法和对驱动芯片的温度漂移进行自适应补偿的方法。首先介绍了相关双采样(CDS)的原理，分析了采样位置对 TDICCD相机的影响，然后提出了利用 FPGA内部进位链资源实现纳秒级延时从而对采样信号进行精确调整的方法，同时分析了驱动芯片的温度漂移效应导致对 CCD输出信号的影响，提出了一种针对温度漂移对采样信号进行自适应调整的方法，来满足采样时序关系。利用实际工程中的成像系统对采样位置精度及高低温环境分别进行了实验。实验结果表明，提出的方法能实现采样信号的精确调整，有效的提高图像的动态范围，同时能对驱动芯片温度漂移进行自适应补偿。未补偿前，在低温度 -36℃时图像的信噪比为 37.4 dB，补偿后图像的信噪比为 51 dB。

为提高光电跟踪设备中数字视频图像信息的传输带宽，增强图像传输抗电磁干扰能力并减轻导电环配线工作量，开发了应用于光电跟踪设备的数字视频图像信息光纤传输系统。利用光纤传输抗干扰性强、带宽高等优势改善了数字视频图像信息的传输质量，增大了数据传输的容量。在发送端将并行的数字视频信息串行化，提供给光纤模块，电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收端；在接收端光纤模块将光信号还原为高速的电信号，再经解串行化还原为原有的数据格式。场同步、行同步以及数据信息组合传输，经处理的时钟信号作为全局时钟单独传输。实验结果表明：利用光纤传输高速数字视频信息，图像正确，带宽达到1.25 Gbit，相机时钟频率可达62.5 MHz，数据传输延时为222 ns左右，最大为236 ns，时钟信号的边沿可对齐数据的有效位置。

为提高TDI-CCD的工作性能,根据TDI-CCD器件的工作原理,较完整地分析了TDI-CCD图像的噪声组成,给出了其噪声的详细分类.TDI-CCD 的噪声主要来自两个方面,一个是TDI-CCD器件本身所固有的噪声,如霰粒噪声、非均匀性噪声、暗电流噪声、固定图形噪声、转移噪声等,另一个是TDI-CCD工作过程中的各种噪声干扰,如复位噪声和1/f噪声等.根据各种噪声的特点,提出了相应的噪声处理技术,并针对KTC噪声,给出了双相关采样电路处理方式,提高了器件的信噪比,输出信噪比达到53.8 dB.

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路.应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器自己开发的科学级CCD 相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高.通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB.