为实现长焦航测相机内参数及畸变参数标定，提出利用室外检校场对相机进行标定的方法。介绍了该方法由初值到精确值的两步法的求解步骤、计算过程及实验过程。首先通过给定已知特征点位置信息以及不同角度不同位置下拍摄的影像，通过特征点提取及匹配，根据像点坐标与世界坐标的线性对应关系，基于直接线性变换算法建立约束方程求取相机参数初值，进而通过混合LMQN(Levenberg-Marquardt与Qusai-Newton)迭代优化加速求解精确值。与精密测角法比无需精密设备的操作及记录，只需不同位置不同姿态拍摄多张包含精确位置信息的检校场影像即可。最后进行标定实验并对结果分析，基于检校场的标定方法在参数解算中特征点最大投影误差为2.471 pixel，标定参数主点精度为9.7 μm (＜2 pixel)，主距精度为4.3 μm (＜1 pixel)，解算相机拍摄位置精度0.035 m，满足测绘应用的精度需求。

以某型大面阵彩色电荷耦合器件(CCD)航测相机为研究对象，通过分析其成像过程的各个环节，提出引起相机成像非均匀性的各个因素，并根据分析结果提出光学系统引起的照度差异是导致相机成像非均匀性的主要原因。通过实验室内辐射定标的方法，完成相机暗电流噪声、成像非均匀程度及像元响应度的检测。非均匀性度量结果表明，图像中各彩色像元成像非均匀性均比较严重，尤其是红色像元达到17%，必须予以校正。响应度检测结果显示，相机R、G、B颜色通道各个像元的响应度在工作谱段范围内均呈线性变化趋势，但中心区域像元响应度明显高于边缘区域。通过分析各像元点响应特性的分布规律，提出基于辐射响应特性的非均匀性校正方法，获取各像素点的反演辐射亮度并依据反演辐射亮度的变化，分区域选取进行校正曲线拟合的像素集合。利用最小二乘法获得拟合校正曲线，并对大面阵彩色CCD航测相机的地面成像图像进行了非均匀性校正，其校正效果优于传统的两点校正法。非均匀性度量结果表明，校正后积分球图像的非均匀性降低到4.3%以下，其中红色通道像元非均匀性降低到1.79%，可满足工程实践要求。

航空相机在拍照瞬间由于飞机的飞行运动和姿态变化而产生像移, 要提高照相分辨率必须进行像移补偿。文章介绍了两种面阵CCD航测相机前向像移补方法, 即旋转俯仰轴补偿法和面阵CCD TDI功能补偿法, 计算了两种方法的像移残差及误差精度,给出了旋转俯仰轴方法的适用范围,对比了两种方法的优劣,通过实验室拍摄验证了方法的有效性。

以大面阵彩色CCD航测相机为研究对象，分析其成像过程，提出了影响相机辐射响应特性的各个因素，并以此为基础，建立了辐射响应特性模型。分别在暗场和使用积分球的条件下进行了辐射响应标定实验，通过组合更改输入辐亮度、曝光时间和CCD增益等因素对相机的辐射响应特性进行测量和分析。结果表明，相机R、G、B颜色通道随输入辐亮度变化的辐射响应特性并不相同，但在工作谱段范围内均呈线性变化趋势。采用最小二乘法对辐射标定数据进行拟合，一次多项式拟合结果的决定系数R2值均可达到0.999以上。当输入辐亮度不变时，相机输出图像灰度值随曝光时间或CCD增益的变化呈线性变化趋势，从而为其它工作条件下辐射响应特性曲线的推演奠定了理论基础。将相机辐射响应标定结果应用于相机调光功能，成像结果表明，获得的图像亮度适中，图像平均灰度值满足调光要求。

航空相机在拍照瞬间由于飞机的飞行运动和姿态变化而产生像移，要提高照相分辨率必须通过像移补偿来实现。 采用在相机与飞机间增设三轴稳定平台的机械式像移补偿法来补偿姿态像移和前向像移，三轴稳定平台的三轴按照与飞机姿态变化角速率相等、方向相反进行旋转补偿姿态像移，三轴稳定平台的俯仰轴以飞行方向反方向、角速率等于速高比旋转补偿前向像移，并采用坐标变换法计算像移补偿后的残差，通过分析面阵CCD 相机像面各点在进行像移补偿后的像移残差均小于1/3 像元,符合成像要求。

介绍了一种有别于传统彩色航测相机的新型大面阵彩色CCD航测相机设计方案, 该相机光学系统由Dalsa公司最新生产的6K×8K大面阵彩色CCD作为接收器。通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化, 给出了工作波长适应范围为0.46～0.70μm、焦距为360mm、视场角为10°、相对孔径为1∶4.3的设计实例。设计结果表明, 在空间分辨率为83lp/mm时, 加入公差后, MTF均值达到0.5以上, 光学系统畸变量优于0.06%, 完全可以满足高分辨率航测相机对地观测的使用要求。

采用内置微控制器的液晶显示模块及机械触点式金属键盘, 设计了一种航测相机的人机交互系统。系统采用DSP和FPGA协同控制的模式, 实现了同液晶显示模块及键盘的软、硬件接口设计。详细描述了系统任务要求、软硬件设计思路及在设计过程中着重考虑的问题。针对液晶屏“雪花”现象产生的原因进行了分析并提出了相应的解决方案, 介绍了使用自定义字库进行相机工作信息显示的方法。地面试验及飞行试验表明: 系统工作可靠, 可视性和可操作性强, 满足系统使用要求, 为人机交互系统的设计提供了可借鉴的方案。

应用空间卷积的方法对CCD 航测相机成像系统的光学成像过程和CCD 积分采样成像过程进行了分析。提出通过改变地面分辨力(GRD)与像元分辨力(GSD)的比值(Kell 系数)来提高图像分辨力的方法。对Kell 系数取不同值时的标靶成像过程进行仿真，提出以比较CCD 上影像一个周期内的平均调制度为评判标准的方法，对CCD 航测相机的成像质量进行评价。结果表明，当Kell 系数取2.8 时，便可以分辨出地面标靶的特征。

轴向梯度折射率(AGRIN)透镜是一种有望用来替代非球面，并在成像时优于非球面的一种方法。综述了AGRIN材料的发展历史，现状及其在镜头设计中的应用，简述AGRIN材料在光学设计中的应用和它与非球面相比的优点，探讨AGRIN材料的制造问题。发现使用AGRIN材料，不仅会使光学系统成像质量有所提高，而且在制造和测试上都有很大的优势。最后以设计一个焦距125mm、F/4、视场25°，适用于DALSA全帧28M像素大幅面CCD的航测数字相机镜头为例，把原来的11片全球面镜头，利用2片AGRIN透镜，在保持像质不变的情况下减少到8片，而且像质均匀性和镜头结构更加合理。