为解决现有电子式像移补偿在扫描方向上补偿范围有限的问题,提出一种适用于沿扫描方向广域像移大小变化的数字时间延迟积分(TDI)方法。首先基于像移计算结果判断像移大小是否在电子行频可补偿的范围内,当在不可补偿范围时,基于利用图像插值和配准像素对位累加来调整像移失配量的思想,构建任意像移大小的数字TDI算法模型,并对所提算法进行实验验证。实验结果表明:当96级积分的总像移量远小于像元尺寸时,所提算法与逐行累加的传统TDI方法成像结果相当;当96级积分的总像移量大于像元尺寸时,总像移量超出电子式像移可补偿范围,传统TDI方法扫描图像发生严重混叠,成像质量急剧下降,而所提算法获取图像的像移传递函数和互相关性测度均提高0.11,可有效保持成像质量。

为实现高分辨率大动态范围的空间微光(LLL)成像,提出基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器的数字域时间延迟积分(TDI)微光成像方法。通过推导数字域TDI成像数据处理方法,建立了系统信噪比(SNR)模型,提出了数字域TDI大动态范围成像方法,并分析了速度失配导致的调制传递函数(MTF)退化现象。实验结果表明,该方法能够明显提高微光成像质量,当数字域TDI积分级数为30时,系统SNR由未积分的5.04 dB提高到19.78 dB,动态范围比传统数字域TDI方法提升了29.54 dB,为实现高分辨率大动态范围空间微光成像提供了保障。

数字域时间延迟积分(TDI)互补金属氧化物半导体(CMOS)成像以其成本低、功耗小、操作灵活等优势，近几年逐渐引起研究关注。然而CMOS传感器的卷帘快门存在运动失真，为了深入研究其对数字域TDI的影响，结合卷帘快门工作原理，建立了卷帘快门效应对数字域TDI引起的像移及调制传递函数(MTF)下降的数学模型。并结合推导模型开展了预估分析和验证实验。结果表明：卷帘快门效应会对数字域TDI算法带来较大的影响；读出时间越长像移量越大、MTF 下降越严重；另外行周期越短影响也越严重，其中行周期从200 us变为100 us时，对应的数字域TDI图像MTF从0.6144下降为0.4807。

具有快速姿态调节能力的敏捷卫星，可灵活、快速地机动到感兴趣区域并进行成像，大大提高卫星观察的时效性，并扩大观察范围。目前敏捷卫星大多采用星下点推扫成像或沿平行于卫星飞行方向推扫成像的方式，研究机动成像过程中，分析时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)成像参数及图像质量的变化情况，对成像过程中的误差影响进行了分析，给出了关键参数变化情况的仿真结果，提出实现机动成像卫星的控制措施建议。

TDI-CCD与普通线阵CCD相比具有很多优点, 因而广泛应用于航空航天成像领域。在介绍TDI-CCD特点和摆扫式TDI-CCD航空相机扫描成像原理的基础上, 分析了扫描像移的大小及行周期, 推导出了由几何尺寸、电荷转移损失率、电荷分立运动、速度失配等因素引起图像传感器的调制传递函数退化表达式, 给出了传感器线列方向和TDI方向的调制传递函数, 提出了提高传感器调制传递函数的几种方法, 对TDI-CCD航空相机整机设计提供了参考。

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。

探测器光子响应非均匀性噪音会降低低照度情况下遥感成像系统的成像质量.针对这一现象，本文首先结合探测器的物理性质，对各种噪音源进行了研究; 建立了TDI CCD不同级数下的光子响应非均匀性噪音模型，随着曝光量的增加，光子响应非均匀性噪音也线性增加.其次根据曝光级数越多TDI CCD对非均匀性噪音的平滑效应越明显这一现象，提出一种光子响应非均匀性系数与曝光级数之间的关系式，并给出了利用TDI CCD输出图像提取光子响应非均匀性噪音的方法.最后建立了试验系统，通过试验对测试获得的光子响应非均匀性噪音与理论分析计算得出的结果进行了分析.

为使具有诸多优点的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器更适合空间高分辨成像，寻求空间高分成像的新型技术，提出了更利于微光成像和推扫成像的卷帘数字域时间延迟积分(TDI)算法。同时研究数字域TDI CMOS相机成像质量，详细分析了其噪声来源和特性，并建立了数字域积分图像信噪比(SNR)与积分级数的关系模型，讨论了积分时间和光照度对SNR的影响。最后利用设计的IBIS5-B-1300卷帘数字域TDI CMOS原理样机开展验证实验。实验结果表明本文算法能明显提高成像质量，数字域10级积分图像SNR由未积分的19.07 dB提高至29.21 dB，而且级数越大，SNR越大。理论分析和实验验证均表明M级卷帘数字域TDI可使图像SNR提高M(σAD+σCMOS)/(MσAD+MσCMOS)倍，其中σAD和σCMOS与选择的CMOS传感器有关，另外σCMOS还受积分时间和光照度的影响。

空间面阵相机在轨运动会产生运动模糊，影响自动对焦准确率。为解决该问题，提出行间转移面阵CCD的时间延时积分(TDI)模式实现去运动模糊。选取行间转移面阵CCD KAI-1003作为成像器件，利用可编程逻辑器件(PLD)控制时序信号，匹配CCD的行转移速度与目标运动速度，实现去运动模糊。实验表明该成像系统不仅能去运动模糊而且还大幅提高图像信噪比。去运动模糊后，根据较短时间间隔内空间相机拍摄的图像有重叠区域的特点提出一种空间相机自动对焦方法。通过配准算法找出序列图像间的重叠区域，并计算重叠区域的清晰度评价值，然后根据传递特性将评价值映射到同一个评价体系中，最后找到最佳对焦位置。实验表明该成像系统对高速运动的目标能够实现自动对焦。

为使面阵CMOS图像传感器具有TDI成像功能，研究了TDICCD的工作原理,提出了一种基于数字域的TDI算法，并讨论了如何利用FPGA实现该算法。该算法可在不改变CMOS器件构造的前提下，使其具有时间延迟积分功能。通过举例法推导出面阵CMOS图像传感器数字域TDI计算公式，并在此基础上优化了算法结构，优化后可以节省(m-1)(m-2)/2行内存空间。最后以航天相机为背景，讨论了地面像元分辨力、行转移时间与CMOS帧频的关系，通过一个算例计算出不同分辨力和积分级数条件下对CMOS帧频的要求。计算结果表明，帧频大于648 frame/s的1 280×1 024CMOS，可以满足600 km轨道高度下地面像元分辨力为1 m的96级积分成像要求。