为保证航空摆扫相机转弯成像过程中的成像质量, 对其像移计算及补偿方法进行了研究。根据航空摆扫相机的成像原理, 利用几何建模及速度矢量分解建立了转弯成像像移计算模型, 给出了基于均值补偿的转弯前向像移补偿方法。转弯前向像移补偿分析表明：相机焦距为500 mm, 曝光时间为0.01 s, 速高比为0.02 rad/s, 纵向视场角为 10°, 转弯角速度为0.5 (°)/s时, 最大前向像移补偿残差量为2.22 μm; 转弯角速度为1.5(°)/s时, 最大前向像移补偿残差量为3.36 μm。另外, 转弯横向像移补偿分析表明：横向像移量随纵向视场角幅值的增加而增大, 曝光时间为0.005 s, 横向视场角为30(°), 转弯角速度为1(°)/s时, 横向像移量在纵向视场角为4.5°时达到3 μm。转弯成像试飞实验结果表明：得到的图像像质优良, 无几何形变, 前向像移补偿良好, 验证了本文提出的转弯成像像移补偿方法的正确性。

为补偿面阵测绘相机航摄成像过程中的前向像移,设计了采用压电陶瓷驱动器直接驱动焦平面组件的前向像移补偿系统,给出了前向像移补偿系统工作时序.压电陶瓷驱动器工作于位置闭环模式,通过斜坡递增设置压电陶瓷驱动器位置给定,使压电陶瓷驱动器驱动焦平面组件以期望速度移动,补偿前向像移速度.实验结果表明,前向像移速度为25 mm/s时,前向像移补偿系统最大像移补偿残差为0.38 μm;前向像移速度为3.5 mm/s时,最大像移补偿残差为048 μm,远小于1/3像元尺寸.相机最长曝光时间为20 ms时,前向像移补偿频率可达25 Hz,满足高频航测成像前向像移补偿需要.

针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题，提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理，用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型，在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明，像点位置越接近CCD靶面的后边缘，扫描角和前向补偿角越大，像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机，当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时，可满足最大像移补偿残差小于1 pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性，该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。

基于空间滤波测速原理，提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样，模拟了多狭缝的空间滤波特性，实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数，对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析，并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明，对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度，测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel，能够满足航空相机像移补偿精度的要求。

介绍了基于Bayer滤波获取彩色图像的方法。根据CCD离散采样的工作特点, 构建了采用Bayer滤波的彩色面阵CCD的调制传递函数(MTF)。通过数值计算和实验对基于Bayer滤波的彩色面阵CCD和单色面阵CCD的MTF值进行了对比分析。结果表明, 基于Bayer滤波的彩色面阵CCD的MTF值显著低于单色面阵CCD的MTF值。当像元边长与对应中心距相等时, 基于Bayer滤波的彩色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF为0.067 6, 单色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF值为0.405 3; 分辨率板成像实验表明, 相同成像条件下, 前者的分辨率比后者的分辨率降低约40%, 基本符合MTF对比分析结论。

根据线阵TDI CCD离散采样的特点，以采样间距内成像调制度均值为基础，构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明: 对于像元为10 μm的线阵TDI CCD，行转移驱动时钟相数为4， 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363，0.333或0.255; 行频误差为1%及3%时，不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明，增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小，图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。

提出了一种易于实现、高空间精度、实时测量激光端面抽运固体激光器端面热形变的干涉测量方法。在一块热效应非常小的光学玻璃与晶体的抽运面之间形成空气劈尖,利用参考光扫描晶体端面准确地测出了激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中晶体的端面热形变。抽运功率为12 W,抽运半径为0.5 μm,抽运光束位于晶体端面中心时,晶体的伸长形变为0.645 μm,鼓出形变量为0.259 μm,总形变量为0.904 μm。鼓出形变小于伸长形变,且表面凸起形变总是叠加在轴向伸长形变之上。研究表明表面凸起形变部分较为平坦且占据端面中心大部分区域,并发现热沉的侧面导热情况决定了晶体的伸长形变量。

为了对端抽运DPSSL的端面形变场进行测量，研究了LD端抽运下Nd∶YVO₄，Nd∶GdVO₄，Nd∶KGW晶体的端面形变。主要对具有轴对称性的不同抽运光的功率下所引起的端面形变进行了计算机模拟。先对温度场进行理论计算，建立理论模型，然后对形变进行理论计算，并用计算机模拟了它们的形变。得到了由形变导致的端面形变热透镜焦距与致热功率之间的关系曲线，另外得到Nd∶YAG，Nd∶YVO₄，Nd∶GdVO₄，Nd∶KGW晶体的端面形变场分布。结果表明，随着致热抽运功率的增大，端面形变热透镜焦距越来越短，均在10m以内变化，而在聚焦半径为0．45mm、光纤耦合15W时，晶体形变量在10μm以内。

以二极管端面泵浦固体激光器(DPL)为研究对象,研究了端面形变热效应对DPL参数的影响.将温度梯度和引力双折射热透镜效应等效为一个焦距为f的薄透镜,将端面形变等效为曲率半径为r的球面反射镜,根据谐振腔理论进行计算机模拟,将端面形变热效应从总的热效应中分开,研究发现,当引起的端面形变的曲率半径大于300 mm以后,温度梯度和引力双折射热透镜效应对DPL发散角的影响不大(腔长100 mm),而端面形变热效应对其有很大的影响.结果表明,随着端面形变参数r的减小,其输出振荡光的发散角和束腰半径越来越大.此研究直接指导端泵DPL的端面形变研究.依据此结论,就可直接从腔外通过测其远场发散角算出端面形变的大小.

研究了端面抽运Nd:YAG晶体的抽运面形变场分布,采用一种新的测量端面形变场分布的实验方法——光束扫描法。让参考光沿晶体的端面小步距扫描,比较有无抽运光时各扫描点在探测面上光点位置的移动情况,通过几何分析与数值计算,可逐段得到端面的形变场分布。通过与理论上在理想模型下所求解的结果比较,发现实验值与理论值基本一致,晶体的端面形变场最大峰值处的抽运光在端面的聚焦位置处。另外发现端面的形变场分布的对称性受抽运光对称性影响,且曲线不光滑。该方法解决了端面抽运Nd:YAG晶体的抽运面形变场分布难以测量的问题,且易于实现和操作。