调制传递函数（MTF）是遥感相机的重要评价指标，但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限，为了深入研究其像质下降机理，结合数字域TDI CMOS成像原理，建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明：传感器的有效像元区域分布会影响图像MTF，且开口率越小影响越大；CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降，卷帘速度越慢影响越严重，其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时，对应的图像MTF从0.191下降为0.177；曝光时间越短则MTF越高，尤其当存在低频像移失配时更为明显，曝光时间从180 μs减小为100 μs时，图像MTF从0.126提高为0.155，但同时也会影响图像信噪比，因此在实际应用中应合理选择曝光时间。

为获取高信噪比、明暗度适宜的火表图像，对天问一号火星高分相机CMOS探测器曝光参数开展了详细设计，并对卷帘效应畸变进行了量化分析与校正。首先建立了CMOS探测器光电响应模型，对比了曝光参数中曝光时间与PGA增益对成像信噪比的影响，确定曝光时间为优先调节参量。在分析曝光时间约束条件、明确靶面辐照度计算方法后，给出了不同火表反射率、太阳天顶角及轨道高度参数下的曝光时间设计结果与成像信噪比。最后针对CMOS探测器卷帘畸变机理进行分析，给出了校正方法及理论校正精度。仿真实验结果表明：成像信噪比在非轨道像移受限区域保持在48.28 dB左右，在受限区域则逐步降低，反射率取0.1时最低值为32.45 dB，典型辐照环境下成像信噪比为45.56 dB。根据实际轨道像移分析，CMOS探测器卷帘效应会造成数十像素倾斜畸变，在轨道像移测量误差不超过3.46‰前提下，所述方法校正后图像特征点位移量优于1个像素。

针对卷帘曝光模式星敏感器动态星点成像形状畸变和成像位置误差导致的导航星点定位精度降低、测姿误差增大的问题，提出了一种基于时域约束的导航星点校正方法。基于卷帘曝光的时间异步性特点，结合基于卡尔曼滤波的导航星点位置和帧间速度最优估计，将时域中不同时刻的导航星点校正到相同时刻，从而有效地解决星点畸变与位置偏移问题。展开了不同条件下的仿真实验，实验结果表明：当星敏感器角速度在0~3°/s动态范围内，校正后星对距离精度高于0.1 pixels，姿态角精度高于10″。

本文研究了卷帘快门式CMOS成像器件在拍摄星图时引入的快门效应。根据卷帘快门CMOS图像传感器的成像原理和特点, 分析了星图中由于快门效应导致的星点变化情况，对该成像方式引入的图像变形，提出了一种像移补偿方法。该方法在已知星图拍摄帧频、CMOS图形传感器相邻行曝光时间间隔的基础上，通过对相邻星图中的星点进行目标提取、质心计算以及星点质心匹配等操作，完成景物在像面上像移速度的计算，最后结合该速度值和CMOS图像传感器的行曝光时间间隔，计算星点质心在单帧星图中的像移，逆向补偿。通过实际拍摄的星图对算法的效果进行测试，实验结果表明，利用补偿后的星图解算姿态数据时，其中非机动模式下与两个星敏的夹角误差可达到0.5″以内，机动模式下与两个星敏的夹角误差也可达到0.6″左右，不仅明显优于补偿前，且精度高于很多目前主流的星敏感器。该实验结果不仅证明了算法的有效性，而且在一定程度上推广了卷帘快门式CMOS 相机在航空航天领域的应用。