全局快门在对地观测的超光谱成像、测绘及星敏应用中具有优势，但应用效果也依赖于高信噪比。针对CMOS成像特点，设计了可进行拉灌电流的低压基准源电路，基于低热光学变形的焦面电子学，提出上电初始态不定的多通道串行数据接收方法；针对全局快门所特有的寄生光灵敏度影响，采用分行统计中间行为基准的多点拟合校正方法；按照EMVA1288标准，将前照式CMOS成像系统与制冷背照式EMCCD进行了测试，校正前后单幅图像的标准差分别为3.37和0.42，最大信噪比为123.37，EMCCD的最大信噪比为359.43。结果表明，该校正方法可有效减弱全局快门的固定图形噪声，面阵CMOS在全局快门方式下的信噪比与EMCCD相比还有较大差距。

针对图像匹配算法计算量大, 实时性差的问题, 提出了一种基于区域分块与尺度不变特征变换(SIFT)相结合的图像拼接算法。该算法利用图像能量的归一化互相关系数快速分割出匹配图像与待匹配图像间的相似区域, 利用SIFT算法在重叠区域中搜索出能用于匹配的图像特征点并实现快速精确配准。然后, 通过对图像进行了几何校正和图像融合来实现图像序列间的无缝拼接。实验结果表明, 该算法减少了传统SIFT算法的大量无用搜索, 改善了图像的几何失真, 降低了算法复杂度, 提高了图像匹配的速度, 在保证90%以上的匹配准确率的基础上, 计算时间较传统SIFT算法减少了近50%。提出的算法可准确、快速地实现有形变和尺度变换图像的无缝拼接。

针对H.264/AVC压缩视频码流在无线信道传输过程中会由于数据丢包导致图像重构质量下降的问题, 提出了一种基于自适应边缘阈值及方向加权的空间错误隐藏算法。该算法利用图像边缘检测Sobel梯度算子检测相邻宏块边缘; 根据受损宏块的相邻宏块具体信息自适应设定梯度阈值, 最后对受损宏块进行方向加权插值从而重构图像。实验表明, 该算法简单实用, 不仅保留了丢失块像素加权平均算法的优点, 而且能够用于边缘信息强度不同的错误隐藏。在不同的实时传输协议（RTP）丢包概率情况下, 该算法的峰值信噪比较传统自适应算法提高了0.2~0.4 db, 较多方向插值算法提升了0.2~3.8 db, 提高了图像恢复质量, 而且具有较高的应用价值。

遥感图像的车辆目标提取与运动参数估计在交通管理、战场态势分析等领域具有广阔的应用前景，但目前相关算法均需要人工参与或借助GIS信息，针对上述问题提出了一种基于计算机视觉的全自动车辆检测与运动参数估计算法。分析了Quickbird全色与多光谱传感器的焦平面结构特征以及该结构造成的“鬼影”现象; 针对全色与多光谱遥感影像的分辨率高、光谱信息丰富的特点，利用植被指数归一化、图像分割、形态学灰度重建等图像处理过程，实现了全色图像中运动车辆的自动检测，在此基础上检测低分辨率的多光谱图像中的目标。利用全色与多光谱图像的成像时间差估计运动参数。在Quickbird遥感影像的验证实验中充分证明了算法的可行性与正确性。

针对高分辨率、宽覆盖面积、全天时海洋目标的红外侦察与搜索需求，设计了一种大口径、长焦距的同轴折反射式中波红外光学系统。其工作轨道高度为1200 km，波段为3.7~4.8 μm，星下点地面像元分辨率优于10 m。通过分析计算确定系统焦距为3000 mm，相对孔径为14。采用镜头前组摆扫方式实现了视场角14.203°，地面覆盖宽度为300 km。利用调焦机构在10 ℃~30 ℃温度范围内主动消热差，在奈奎斯特频率21 lp/mm处全视场调制传递函数(MTF)大于0.39，接近衍射极限。实现了100%冷光阑匹配以抑制系统自身的杂散辐射。设计结果表明，该系统各项性能指标和结构的可实现性均满足要求。

为满足EMCCD供电的特殊要求，基于光耦特性设计了EMCCD供电电源。利用光耦的光电隔离特性实现了输入与控制信号的隔离；利用光耦接收三极管的线性区实现输出电压的连续调整；利用光耦接收三极管的饱和与截止特性实现了上电状态控制；利用高速光电接收二极管及图腾柱电路的高速特性实现了DC-DC电源的同步控制；对各部分光耦电路的温度特性进行了分析,并增加了反馈电路以降低温度影响。实验结果表明，基于光耦的EMCCD电源设计满足应用要求，改进后的输出电压随温度变化率为改进前的8.9%。

根据宽覆盖相机的特性, 分析了其侧摆成像的几何关系。建立了地面物点到相机像面的空间坐标变换关系, 在此基础上, 推导了基于圆地球模型的相机侧摆像移速度计算公式, 并以像移失配传递函数MTFmismatch作为评价方法分析了相对像移匹配残差对像质的影响。以某宽覆盖型相机为例, 计算了不同侧摆角和不同地心角条件下的像面像移速度。计算结果表明: 像面各点的侧摆像移速度均不相同, 且变化趋势也不相同, 远地点处像移速度相对变化量最大。在侧摆角为25°且积分级数为48的条件下, 像移失配传递函数的最大值为0.681。外场成像试验结果表明, 积分级数控制在16级以内时的相机成像质量良好。

为了实现测绘相机控制器与星务计算机之间的可靠数据通讯，对CAN总线在测绘相机控制器中的应用方法进行研究。首先，根据CAN总线工作原理对硬件电路进行设计,然后在对CAN总线控制器和TSC695的接口逻辑进行分析比较的基础上,采用状态机设计法解决接口时序的不匹配性问题,并利用Modelsim软件对状态机进行时序仿真与验证。最后介绍了CAN总线控制器初始化配置流程和定时状态设计方法。实验结果表明: 相机控制器通过CAN总线以307.2 kb/s波特率通讯时无错误，CAN总线接口状态机的时序余量能够达到20%，满足测绘相机控制器CAN总线通讯的可靠性要求。

使用常规CCD设计了高速相机系统，并解决了相机高速工作方式下的一系列难题。介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-0340DM的工作原理，采用高度集成视频处理芯片来产生各高速时序信号；通过提高驱动芯片与线路板的热传导效率增加有效散热面积从而降低芯片的温升；建立了高速运放电路的自激振荡模型，并采用有效方法克服了自激振荡；采用串并转换的方法降低了数据整合的难度，通过压缩图像数据的消隐期对输出数据进行异步降频并使用Camera Link接口来传输数据。实验结果表明，该相机系统工作时驱动器温升仅5.2℃，信噪比>40 dB，动态范围不低于60 dB，可在4种分辨率下工作，当分辨率为640×480时，可在时间延迟积分(TDI)方式下工作。当相机的分辨率为228×164，帧频为1 000 frame/s，基本满足高速摄像的应用要求。

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构、工作时序和驱动系统, 采用将存储区内相同像素在不同曝光时间的感应电荷叠加, 实现了行间转移面阵CCD的时间延时和积分工作方式; 采用Fast Dump Gate(FDG)功能快速清除电荷而只保留3行CCD信号以提高帧频, 克服面阵帧周期长的缺点, 实现三线阵工作方式, 最终实现了三线阵的时间延时和积分成像工作方式.实验结果表明, 此实现方式是可行的, 最大帧频可达54.3 fps, 控制曝光时间的方式灵活, 而且能使CCD输出信号的幅度成倍的增加.