高动态范围成像图像是真实表示自然场景中高动态范围亮度的图像，可以反映更多自然场景的信息。多曝光融合以无需改进硬件、算法流程简单的优点成为重建高动态范围图像的重要手段之一，并已在手机相机、工业相机等多个领域得到广泛应用。首先，分别依据融合层次、运动像素处理方式对静态场景、动态场景的多曝光图像融合方法进行分类总结，并对基于深度学习的方法进行单独分析总结。其次，针对多曝光图像融合的相关数据集和性能评价指标进行综述，并对融合方法使用的性能评价指标进行汇总。最后，对多曝光图像融合研究值得关注的问题进行展望，提供了后续相关研究的思路。

由于受到外界环境的影响,卫星表面常常呈不规则的褶皱状,这会对其光学特性产生一定影响。故空间目标光学特性建模研究需要将表面褶皱考虑在内,但大量褶皱面元的存在会导致运算量剧增。在此将褶皱看作一种材质,提出基于宏观光学散射截面测量的双向反射分布函数(BRDF)生成方法,求得褶皱材质的BRDF数据,进一步利用误差逆传播(BP)神经网络建立了褶皱材质的BRDF模型,代替了复杂的褶皱建模过程,大大简化了计算,在保证精度的前提下解决了其实时性差的问题。同时,通过实验与仿真相结合的方式,将所设计的BRDF模型与传统BRDF模型进行对比,验证了所设计模型的误差远小于传统模型。

卫星表面褶皱会对卫星的光学散射特性产生显著影响,进而影响光学设备对目标的探测,而关于卫星褶皱表面光学散射特性的研究大多将褶皱近似为漫反射材料,导致近似误差大且缺乏依据的问题。以卫星表面常用包覆材料银色聚酰亚胺薄膜为研究对象,借助三维(3D)建模技术实现对空间目标褶皱表面的模拟,通过计算不同入射角和观测角时目标的光学横截面积,定量研究了不同程度的褶皱对目标光学散射特性的影响。结果表明:褶皱使目标峰值散射变暗,但使探测器的可观测范围变大,由平整表面5°镜面反射角发散至褶皱表面约42°可观测反射角,对散射特性产生了巨大影响;在对卫星进行光学特性研究时,需结合卫星的加工情况对目标表面进行相应的褶皱处理,以提高分析精度。

季节性闪光现象是由三轴稳定地球同步轨道(GEO)卫星保持的特殊对地位置及卫星帆板的运动特点产生的。结合卫星帆板材质的双向反射分布函数及太阳在地球坐标系下的运动规律,分析了帆板季节性闪光现象的原理,定量研究了地面站观测帆板闪光现象的相关规律并进行了仿真验证。研究表明,地面任意地点的望远镜每年都有两个时段能够观测到GEO卫星帆板闪光现象,每次持续约21 d,每颗卫星每天的观测时间约32 min。该结论不仅能够为观测GEO卫星提供参考,也可为分析卫星工作及运动状态提供依据。

弹道目标红外成像是导弹预警信息处理的基础。提出了一种天基红外预警系统对弹道中段目标红外成像的仿真方法。首先建立了中段目标天基红外成像的点源成像模型；而后构建了基于STK/EOIR的弹道中段目标天基红外动态成像仿真架构；最后对中段目标(群)开展了多平台、多波段的红外成像仿真，分析得到了传感器对中段目标群动态成像特点。

空间目标光学横截面积(OCSA)的准确计算是空间目标特性分析及识别的重要基础和前提之一。针对面元网格法计算OCSA实时性差，计算机图形学方法对材质的双向反射分布函数(BRDF)描述能力弱等问题，提出了一种基于OpenGL拾取技术的复杂空间目标OCSA计算方法。通过OpenGL拾取技术实现面元的一次遮挡判断，再基于改进Z缓冲技术实现面元的二次遮挡判断，在实现计算实时性的基础上保留了面元的详细信息，使高精度BRDF模型应用及OCSA精确计算得以开展。设计了嵌套式圆柱体和实际卫星模型并计算了其OCSA值，其中嵌套圆柱体OCSA的计算误差小于0.08%，在普通计算机上运行的平均耗时小于0.01 s，对卫星OCSA的计算平均耗时小于0.1 s，验证了本文方法的正确性和实时性。

空间目标光谱是空间目标光学特性的本质体现, 能够反映空间目标的材质属性, 通过将实验室测量的材质光谱与实测空间目标光谱进行匹配处理, 可以识别目标的材质类型, 有助于分析空间目标的类型及工作状态。 针对空间目标光谱测量及材质信息反演问题, 研究空间目标光谱形成原理、 反演方法及红化效应等问题。 结合空间目标的固体光谱特点, 分析了振动光谱、 电子光谱对350~2 500 nm谱段的贡献。 对基于空间目标光谱开展目标材质识别的三种常用方法进行了概括, 即人工神经网络法、 粒子群优化法和频谱解混法, 对常用的反射率及其导数、 中心位移等特征参数进行了分析。 研究了空间目标光谱的红化效应, 指出红化效应是由部分氧化物进入空间后出现脱氧效应所致。 部分含氧元素的空间目标材质进入空间后会出现氧元素从材质表面脱离的现象, 脱氧后的材质会与空间环境中的污染物结合形成松散的化学键, 此类化学键更易吸收长波波段的光能量, 且波长越长越易被吸收, 从而导致反射率斜率随波长增加而上升的红化效应。 在极端空间环境的持续作用下, 空间目标表面材质会出现化学变化、 物理变化等老化问题, 通过光谱观测能够对材质的老化情况进行分析, 为及时修复现有卫星、 补发替换卫星提供依据。

以X-51A为例，研究了飞艇红外探测系统对临近空间高超声速目标的探测性能。首先，根据飞行器的飞行状态和飞行高度建立了临近空间高超声速目标不同波段的红外辐射特性模型，以及随高度变化的目标背景红外辐射强度模型; 其次，综合考虑飞行器与飞艇高度、地球曲率及红外辐射在大气中传播的波段选择性等因素，建立了红外辐射在临近空间大气中传播的透过率模型; 在此基础上，建立了飞艇红外探测系统对高超声速目标的探测距离模型。通过仿真得到了临近空间高超声速目标在不同飞行状态下3个波段的红外辐射强度随目标飞行高度变化的曲线，以及飞艇红外探测系统对飞行器在不同飞行状态下3个红外辐射波段的探测能力。研究结果表明: 飞艇红外探测系统对高超声速目标的有效探测距离可以达到百公里量级; 当飞行器飞行状态一定时，随着飞行器飞行高度的增加，系统对目标的探测距离先增大后减小; 与长波波段相比，中短波波段的探测距离更大，并给出了临近空间飞艇应尽量布置在海拔高度大于18 km的高空中的部署建议。